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主要作者及机构
本研究的通讯作者为Xiaoyong Xu，来自华东理工大学药学院上海生物化学与分子生物学重点实验室。合作作者包括Letian Zhang、Wende Wu和Zhong Li。研究成果发表于《Journal of Agricultural and Food Chemistry》（J. Agric. Food Chem.）2023年第71卷，页码10575–10589。

学术背景
研究领域为农业化学与药物化学交叉领域，聚焦于琥珀酸脱氢酶抑制剂（Succinate Dehydrogenase Inhibitors, SDHIs）的结构优化。植物病原真菌（如Rhizoctonia solani和Botrytis cinerea）对全球作物造成严重损失，而传统杀菌剂（如三唑类和甲氧基丙烯酸酯类）因抗性发展迅速，亟需新型低毒、高效杀菌剂。SDHIs通过抑制线粒体呼吸链复合体II（即琥珀酸脱氢酶）发挥杀菌作用，但其结构多样性有限。本研究基于“构象限制开关”（conformational restriction switch）策略，设计并合成了一系列1-氨基环丁烷羧酸衍生物（1-aminocyclobutanecarboxylic acid derivatives），旨在扩展SDHIs的化学结构范围并提升抗真菌活性。

研究流程
1. 分子设计与合成
- 目标化合物设计：以Boscalid（商品化SDHI）为模板，引入高张力环状结构1-氨基环丁烷羧酸作为构象限制单元，设计两类酰胺衍生物（A系列：含3-二氟甲基-1-甲基吡唑-4-甲酰胺；B系列：含2-氯烟酰胺），共50个化合物（A1–A25，B1–B25）。
- 合成路线：
（1）取代苯胺（1）经重氮化/还原得苯肼盐酸盐（2）；
（2）与Boc保护的1-氨基环丁烷羧酸（3）缩合生成中间体（4），再经TFA脱保护得氨基衍生物（5）；
（3）最终通过缩合剂NMI/TCFH（A系列）或2-氯烟酰氯（B系列）与（5）反应，获得目标产物。
- 晶体结构验证：通过单晶X射线衍射（CCDC 2117985）确认化合物A20的绝对构型。

1. 体外抗真菌活性评估

   • 测试菌株：Rhizoctonia solani（R.s.）、Botrytis cinerea（B.c.）、Sclerotinia sclerotiorum（S.s.）和Fusarium graminearum（F.g.）。
     
   • 方法：采用菌丝生长速率法，测定20 mg/L和1 mg/L浓度下的抑制率，计算EC50值。
     
   • 关键结果：
     
     • 化合物A21对R.s.和B.c.的EC50分别为0.03 mg/L和0.04 mg/L，优于Fluxapyroxad（R.s. EC50=0.02 mg/L；B.c. EC50=0.20 mg/L）和Boscalid（R.s. EC50=0.29 mg/L；B.c. EC50=0.42 mg/L）。
       
     • 4-卤素取代（如4-Cl、4-Br）显著提升活性，2,4-二卤素取代（如A19–A21）进一步增效。
       

2. 作用机制研究

   • SDH抑制实验：以猪心SDH为靶标，测定IC50值。化合物A20（IC50=3.73 μM）与Fluxapyroxad（IC50=3.76 μM）效力相当。
     
   • 线粒体膜电位检测：JC-1荧光探针显示，A20处理导致R.s.和B.c.菌丝线粒体膜电位下降，与Boscalid作用模式一致。
     
   • 扫描电镜（SEM）分析：A20处理的菌丝出现皱缩、断裂，证实其破坏真菌细胞结构。
     

3. 3D-QSAR与分子对接

   • 3D-QSAR模型：基于CoMFA和CoMSIA分析，揭示疏水场（4-位卤素）和静电场（吡唑环负电性）对活性的关键影响。
     
   • 分子对接：化合物A20与猪心SDH（PDB 1ZOY）结合模式显示，酰胺键与B_W173/D_Y91形成氢键，苯环延伸至疏水口袋外与C_W35产生π-π堆积，区别于传统SDHIs的保守结合模式。
     

4. DFT计算与分子静电势（MEP）

   • 活性最优的A21的HOMO-LUMO能隙为0.17174 hartree，电子转移主要发生在苯环（HOMO）至吡唑酸（LUMO）。MEP显示苯环区域负电势利于疏水相互作用，酰胺区域正电势促进氢键形成。
     

主要结论与价值
1. 科学价值：首次将1-氨基环丁烷羧酸骨架应用于SDHIs设计，证实其通过构象限制增强与靶标蛋白的结合能力，为新型杀菌剂开发提供了新思路。
2. 应用价值：化合物A21和A19对R.s.和B.c.的活性优于现有商品化药剂，且结构简单、易于合成，具备产业化潜力。
3. 抗性管理：新骨架可延缓真菌抗性发展，尤其对已产生QoI和Triazole抗性的菌株有效。

研究亮点
1. 创新设计：利用环丁烷的高张力环稳定分子构象，突破传统SDHIs的柔性链限制。
2. 多学科方法：结合合成化学、生物测定、结构生物学（晶体学/对接）和计算化学（DFT/QSAR），系统性阐明构效关系。
3. 广谱活性：化合物A10和B10对13种植物病原真菌（如Alternaria solani、Ustilaginoidea oryzae）表现出广谱抑制，尤其对Phytophthora infestans（马铃薯晚疫病菌）效果显著。

其他有价值内容
- 体内活性局限性：尽管体外活性优异，但化合物因log P较低（预测非韧皮部移动性）导致田间效果不佳，提示未来需优化药代动力学性质。
- 抗性机制预测：通过比较分子静电势，提出卤素取代基的电子效应对避免靶标突变抗性具有潜在作用。

该研究为SDHIs的结构优化提供了范式，其“构象限制”策略亦可拓展至其他酶抑制剂的设计中。