Henan Academy of Agricultural Sciences的Yihui Ma及其合作者发表了一篇题为“Development of celecoxib-derived antifungals for crop protection”的原创研究论文，发表于期刊Bioorganic Chemistry，由Elsevier出版。这项研究详实探讨了来源于celecoxib的一类派生化学物用于开发农用抗真菌农药的可行性，并分析了这些化合物的抗真菌活性及其潜在的作用模式。

背景与研究意义

植物病原真菌是许多农作物病害的主要致病因子，如小麦、水稻和玉米等，造成严重的产量损失。化学杀菌剂仍是当前最有效的作物病害防控手段之一。然而，由于化学杀菌剂的长期、大规模使用，病原真菌产生了多种抗药性，这是当前植物保护领域的重大挑战。现有杀菌剂的抗药性提高了对具有独特结构或全新作用机理的杀菌剂的需求。

在药物化学领域，pyrazole（吡唑）基团经常作为药物设计的重要结构单元，具有包括抗炎、镇痛、抗真菌和抗癌等多种生物活性。基于这种背景，celecoxib（塞来昔布）作为一种选择性COX-2（cyclooxygenase-2，环氧合酶-2）抑制剂被广泛应用于抗炎治疗，但研究也发现其具有某些“离靶”抗菌和抗癌活性。在本研究中，作者针对celecoxib的抗真菌潜力以及其结构的优化开发为新的抗真菌农药进行了深入探索，目的在于利用其独特的1,5-diaryl-3-trifluoromethyl骨架筛选并优化更强效的抗真菌候选化合物。

研究流程与方法

这项研究主要包括以下几个步骤：

1. Celecoxib的抗真菌活性筛选及测试方法

研究首先利用土豆葡萄糖琼脂培养基（PDA assay）测试了celecoxib对四种植物病原真菌的抑制作用。通过浓度梯度实验（0.1, 1, 10, 100 µg/ml），观察并量化了celecoxib对这些微生物的直接抑制效果。结果表明，尽管celecoxib对不同真菌表现出中等但显著的抑菌作用，其抑制率随浓度增加而提升，但当浓度达到一定阈值（如100 µg/ml）时，继续增加浓度对抑制效果的提升有限。

2. Celecoxib衍生物的设计与合成

作者依托celecoxib的结构进行了“先导化合物优化”（lead optimization），设计并合成了19个衍生化合物。在结构设计过程中，研究探索了在pyrazole环1号位连接的苯基上的不同取代基对杀菌活性的影响，尤其是分析了取代基的体积、电性效应及其位置对抗真菌活性的影响。

化合物的合成遵循以下步骤： - 起始化合物（acetophenones）在无水四氢呋喃中与三氟乙酸乙酯（ethyl trifluoroacetate）反应，经由羟基钠催化得到1,3-二酮衍生物； - 接着将1,3-二酮与各种取代的苯基肼盐酸盐进行环化反应，合成出目标化合物； - 所有化合物通过核磁共振（1H NMR、13C NMR）及高分辨质谱（HRMS）表征，确保结构正确。

3. 衍生物抗真菌活性的筛选与对比

研究进一步用上述PDA方法对所有衍生物化合物进行抗真菌活性测试。结果显示，化合物12（苯环对位具有-COOH基团的化合物）在所有被测试的四种病原真菌中活性均显著高于其他化合物。例如，其对Fusarium graminearum（禾谷镰刀菌）的抑制率高达83%-84%，远超原始的celecoxib（30%-37%），并且显示对Helminthosporium maydis（禾腥黑粉菌）的完全抑制效果（100%）。

4. 化合物12的分子作用机制研究

为了探讨化合物12的潜在作用模式，作者对其处理后的Fusarium graminearum菌株（PH-1）的基因组转录特性（转录组分析）进行了研究。通过RNA测序技术（RNA-seq），揭示处理后菌株基因的差异性表达模式。结果表明： - 共检测到406个上调基因和572个下调基因； - 进一步的基因功能分析（Gene Ontology分类）显示，这些基因主要富集在有机物质分解、催化复合物和辅因子结合等相关过程，暗示了这些生物学途径可能在抗真菌活性中发挥重要作用。

结果与讨论

1. 抗真菌活性：

   • Celecoxib本身表现出对植物病原真菌的直接抑制活性，但活性较低；
   • 衍生物化合物12通过结构优化显著增强了抗真菌效能，是原始celecoxib活性的2倍或更高。

2. 结构与活性关系（SAR分析）：

   • 苯环对位的-COOH基团表现出独特的活性提升，是12号化合物高活性的关键；
   • 其他取代基化合物大多未显著提升活性。

3. 作用机制：

   • 化合物12的抗真菌活性已被证实与COX-2抑制无关，这区别于celecoxib在哺乳动物中的作用模式；
   • 转录组研究提供了方向明晰的代谢路径，辅因子结合可能是关键参与环节。

4. 稳定性与持效性：

   • 化合物12的代谢稳定性较母体化合物更高，这意味着其在农业中的应用潜力更强。

结论与意义

这项研究通过优化celecoxib化学结构，成功开发了一种全新结构类别的抗真菌农药，并证实其与市场上现有杀菌剂作用机制的差异性。研究不仅为抗药性真菌的防治提供了新的可能性，同时也为抗真菌药物的靶点与作用模式研究提供了重要的线索。

此外，这一研究还展现了药物重新定位（drug repurposing）策略的潜力，即通过对现有药物进行科学优化，可以开发出新的农药或医药用途，节约了研发成本并加快了创新药物的落地速度。

研究亮点

1. 首次验证了celecoxib在植物病原真菌上的直接抑菌活性；
2. 成功通过化学结构优化研发出潜力更大的抗真菌化合物12；
3. 结合基因组学技术探索了候选化合物的潜在分子作用模式，为进一步药理机制研究奠定了基础；
4. 确立了celecoxib衍生物的1,5-diaryl骨架为一种新颖抗真菌药物的候选药效基团。

应用前景

本研究具有重要的农业应用价值：化合物12的高活性和长效性可望成为对抗作物病害的绿色解决方案。此外，研究所涉及的原始celecoxib骨架也有潜力延伸至医学领域，用于开发新型抗感染药物。