硝基咪唑類化合物的抗菌與抗結(jié)核活性

趙正崇，盧勇 編譯，徐志,2 審校

(1 武漢弗頓控股有限公司，武漢 430000 2 湖北德信辰科技有限公司，武漢 430080)

1 前言

革蘭陽性菌、革蘭陰性菌和分枝桿菌可引起各種感染性疾病如結(jié)核病(TB)，每年上百萬人因細菌感染而喪生。顯然，細菌感染嚴重威脅人類生命健康?？垢腥净熕幬锸侨祟悓Ω都毦腥静豢苫蛉钡奈淦鳎欢陙砟退幘粩嘤楷F(xiàn)并在世界范圍內(nèi)廣泛傳播，已成為全球性問題。不幸的是，目前處于臨床評價階段的可用于治療耐藥菌感染的藥物屈指可數(shù)。因此，亟需研發(fā)新型抗感染化療藥物。

硝基咪唑類化合物具有抗腫瘤、抗真菌、抗病毒、抗菌和抗TB等多種生物活性，且某些化合物如德拉馬尼、pretomanid、甲硝唑和奧硝唑(圖1)等目前已用于臨床治療各種感染性疾病或正處于臨床評價階段。顯然，硝基咪唑類化合物在新藥研發(fā)領(lǐng)域占據(jù)重要位置。

本文將著重介紹近20年來硝基咪唑類化合物在抗菌和抗TB領(lǐng)域的最新研究進展，并探討構(gòu)-效關(guān)系(SAR)，以期為更合理的設(shè)計此類化合物打下基礎(chǔ)。

2 抗結(jié)核活性

結(jié)核病(TB)主要是由結(jié)核分枝桿菌(MTB)引起的一種高傳染性疾病，排在致死性傳染疾病的首位。僅2017年，全球就有1000萬新發(fā)病例，其中包括23萬兒童在內(nèi)的160萬人因此喪命。近年來，全球TB防控未取得重大進展，這主要歸咎于耐藥TB(DR-TB)包括耐多藥TB(MDR-TB)、廣泛耐藥TB(XDR-TB)和完全耐藥TB(TDR-TB)的不斷涌現(xiàn)和新抗TB藥物研發(fā)的相對滯后。因此，研發(fā)新型抗TB藥物勢在必行。值得一提的是，具有全新作用機制的硝基咪唑化合物德拉馬尼(抑制葉酸的生物合成途徑)和pretomanid(抑制細胞壁的合成和細胞呼吸)具有良好的抗藥敏型和耐藥型潛伏態(tài)和活動性MTB活性。目前，德拉馬尼已被批準用于MDR-TB患者的治療，而pretomanid作為不耐受MDR-TB、無應(yīng)答MDR-TB和XDR-TB患者治療方案的組成部分已獲得美國食品和藥品管理局(FDA)的優(yōu)先評審。由此可見，硝基咪唑類化合物在抗TB的新藥研發(fā)中具有舉足輕重的地位。

圖1 硝基咪唑、德拉馬尼、pretomanid、甲硝唑和奧硝唑的化學結(jié)構(gòu)

對多個系列德拉馬尼和pretomanid衍生物的體內(nèi)外抗藥敏型和耐藥型MTB研究結(jié)果表明，硝基是這類化合物具有高活性所必需的官能團，且手性碳的構(gòu)型與抗MTB活性息息相關(guān)：對德拉馬尼衍生物1(圖2)而言，R-構(gòu)型衍生物的活性優(yōu)于相應(yīng)的S-構(gòu)型；對pretomanid衍生物2而言，S-構(gòu)型衍生物的活性是R-構(gòu)型的10倍。對德拉馬尼衍生物1而言，與無取代化合物相比，向R1位引入甲基對活性有利；向硝基咪唑和R2之間嵌入苯氧基甲基哌啶基可提高這類化合物的體內(nèi)活性；向哌啶的對位引入脂溶性的苯氧基對活性有利，而向苯氧基的對位引入三氟甲氧基可進一步提高活性。對pretomanid衍生物2而言，可用硫和氮原子代替噁嗪啉結(jié)構(gòu)片段中的氧原子，但次甲基則會導(dǎo)致活性的降低；臨近氧原子的碳可被進一步修飾，且甲基的引入對活性有利；對X位而言，氧、氮和碳優(yōu)于脲、氨基甲酰基和羰基；延長側(cè)鏈的碳鏈對活性有利；向R1位引入取代苯基對活性有利，且取代基在苯環(huán)的對位優(yōu)于鄰位和間位；無論向R2位引入吸電子的硝基、氯和溴還是供電子的氨基均會導(dǎo)致活性的大幅降低。

進一步研究顯示，向?qū)ξ缓腥籽趸谋交泥徫灰氲诙€取代基(3)對活性有利，且醚和鹵原子較優(yōu)。化合物3a,b對MTB的最小抑制濃度(MIC)為60nmol/L，遠優(yōu)于對照藥pretomanid(MIC:630nmol/L)。向pretomanid母核的三氟甲氧基鄰位引入甲基對活性有利，如化合物4(MIC:63nmol/L)的活性是pretomanid(MIC:500nmol/L)的7.9倍，但將硝基由C-2位移至C-3位將導(dǎo)致活性急劇降低。用吡啶(5)取代苯環(huán)亦耐受，且三氟甲氧基是R位的最佳取代基。代表物TBA-354的體外活性是pretomanid的5～10倍，代謝穩(wěn)定性優(yōu)于德拉馬尼，且口服生物利用度較高、消除半衰期較長。該化合物的自發(fā)耐藥突變幾率極低，僅為3×10-7，但與pretomanid和德拉馬尼具有交叉耐藥性。該化合物發(fā)生藥物相互作用的幾率低，體內(nèi)殺菌活性呈時間和劑量依賴性，且活性不亞于德拉馬尼和pretomanid。目前，TBA-354已進入臨床評價階段，有望于不久的將來為人類健康服務(wù)。

硝基咪唑-二氫吡啶雜合體6(圖3)的抗分枝桿菌SAR顯示，含有芳基酯基的雜合體(MIC:1～2μmol/L)活性普遍高于相應(yīng)的烷基衍生物(MIC:1～＞500μmol/L)，延長芳基與酯基之間烷基鏈的長度將導(dǎo)致活性的降低，而對直鏈烷基衍生物而言，碳鏈的延長對活性有利，但含有支鏈烷基化合物如6d(MIC:＞500μmol/L)將導(dǎo)致活性的消失。代表物6e～h對MTB H37Rv的MIC為1μmol/L，與一線抗TB藥物異煙肼和利福平(MIC:1μmol/L)相當。

2-硝基咪唑并嘧啶酮7(MIC:0.06～＞32μmol/L)對富氧和缺氧環(huán)境下的MTB菌株的活性普遍優(yōu)于其衍生物8(MIC:0.06～＞32μmol/L)，但向R2和/或R3位引入甲基或苯基會導(dǎo)致活性的降低。代表物7a,b (MIC:0.06μmol/L)對富氧環(huán)境下的MTB的活性是對照藥pretomanid(MIC:0.25～0.5μmol/L)的4～8倍，可作為先導(dǎo)物進一步研究。

圖2 德拉馬尼和pretomanid衍生物1～5的化學結(jié)構(gòu)

絕大多數(shù)硝基咪唑-喹啉雜合體僅顯示出弱抗分枝桿菌活性，但某些化合物如9(MIC:1.2～5.2μg/mL)對MTB mc26230具有中等強度的活性。SAR顯示，這類雜合體的活性與烷基鏈的長度相關(guān)，且戊基鏈接的雜合體9d(MIC:1.2μg/mL)的活性最高，但其對J774細胞系的毒性(IC50:＜0.8μg/mL)也較高，不具備深入研究價值。

某些硝基咪唑-糖雜合體也具有潛在的抗分枝桿菌活性，如硝基咪唑-半乳糖雜合體10抗MTB H37Rv的MIC為1.56～12.5μg/mL。其中，雜合體10a,b(MIC:1.56μg/mL)的抗MTB H37Rv活性與一線抗TB藥物乙胺丁醇相當，值得進一步研究。

唑可發(fā)揮氫鍵和范德華力等多種非共價鍵作用，進而與各個生物靶點結(jié)合，故將硝基咪唑與唑雜合可能會獲得活性更高的候選物。Pretomanid-四氮唑雜合體11a～c, pretomanid-四氮唑-7-氯喹啉雜合體11d,e和pretomanid-四氮唑-6-甲氧基喹啉雜合體11f具有良好的抗MTB H37Rv活性，MIC為0.313～5μg/mL。SAR顯示，6-甲氧基喹啉的引入(11f, MIC:5μg/mL)將導(dǎo)致活性的大幅降低。三個雜合體11b～d(MIC:0.313μg/mL)的抗MTB H37Rv活性與鏈霉素(MIC:0.27μg/mL)相當，而是卡那霉素(MIC:5.4μg/mL)的17.2倍。不僅如此，這三個雜合體(IC50:24.6～112.7μg/mL)對L6細胞的毒性較低，可作為先導(dǎo)物進一步優(yōu)化。

圖3 硝基咪唑雜合體6～12的化學結(jié)構(gòu)

除以上所提及的硝基咪唑-唑雜合體外，其它一些雜合體如硝基咪唑-噻二唑雜合體12a,b(MIC:0.78μg/mL；利福平，MIC:0.5～1μg/mL)也顯示出潛在的抗分枝桿菌活性，而剩余雜合體的活性則顯著弱于對照藥。

3 抗菌活性

革蘭陽性菌和革蘭陰性菌可引起各種疾病甚至死亡。盡管現(xiàn)有的抗生素對藥敏型致病菌引起的感染已然有效，但耐藥菌的不斷涌現(xiàn)使得臨床醫(yī)生面臨無藥可選的窘境。更可怕的是，若任由耐藥菌發(fā)展，至2050年將有上千萬人因此喪命，可見研發(fā)新型抗生素的迫切性。硝基咪唑具有潛在的抗革蘭陽性菌和革蘭陰性菌活性，且甲硝唑和替硝唑已被用于治療幽門螺旋桿菌引起的感染，顯示出硝基咪唑類化合物在研發(fā)新型抗菌藥領(lǐng)域的潛力。

據(jù)了解，山西擬投資380億元，重點實施水污染防治、河流生態(tài)補水、河流源頭保護、河湖水系綜合整治、地下水超采治理和巖溶大泉保護及節(jié)約用水等“六大工程”，開展汾河流域生態(tài)保護與修復(fù)治理。山西今后將在汾河先行試點的基礎(chǔ)上，進一步總結(jié)經(jīng)驗，逐步組建滹沱河、漳河、沁河等7個流域投資公司，形成“1+7+N”（1個省屬水務(wù)企業(yè)，7個流域投資公司，N個區(qū)域公司）生態(tài)環(huán)境治理的市場化運作體系。

含有哌嗪結(jié)構(gòu)單元的硝基咪唑衍生物13和14(圖4)對革蘭陰性菌大腸埃希菌和銅綠假單胞菌無活性，但絕大多數(shù)化合物對革蘭陽性菌金黃色葡萄球菌和枯草芽孢桿菌顯示出一定的活性。SAR顯示，化合物14的活性普遍高于衍生物13(圖3)，提示向哌嗪上引入芐基優(yōu)于苯基?；衔?5(MIC:≥17μg/mL)和16(MIC:3.7～＞200μg/mL)僅顯示出弱到中等強度的抗菌活性，提示哌嗪基對高活性至關(guān)重要。對化合物13而言，供電子基優(yōu)于吸電子基，且對位和鄰位優(yōu)于間位。對化合物14而言，與無取代衍生物相比，向R1和/或R2位引入鹵素原子將導(dǎo)致活性的降低。其中，化合物13a～c(MIC:33～805ng/mL)和14a,b(MIC:3～593ng/mL)對革蘭陽性菌的活性極高，代表物14a(MIC:11和3ng/mL)對金黃色葡萄球菌和枯草芽孢桿菌的活性是青霉素G(MIC:335和1024ng/mL)和氯霉素(MIC:78和178ng/mL)的＞7倍，值得深入研究。

左旋奧硝唑，奧硝唑的左旋異構(gòu)體，已于2009年8月被國家食品藥品監(jiān)督管理總局(CFDA)批準用于治療厭氧菌引起的感染。本品的代謝產(chǎn)物17a(MIC:0.25～1μg/mL)和17b(MIC:1～4μg/mL)對所測的34系列375株臨床分離革蘭陰性桿菌(181株)、革蘭陰性球菌(11株)、革蘭陽性桿菌(139株)和革蘭陽性球菌(44株)具有良好的活性。其中，化合物17a的活性與左旋奧硝唑、甲硝唑、奧硝唑和dextrornidazole相當，可作為先導(dǎo)物進一步優(yōu)化。

硝基咪唑-噻二唑雜合體18a～c(圖5)在濃度為8μg/disc時對藥敏型、耐藥型和20株臨床分離幽門螺旋桿菌的抑菌圈為20.9～50mm，活性高于甲硝唑(濃度為8μg/disc時的抑菌圈為18，11和16.3mm)。SAR顯示，咪唑母核上的硝基對抗幽門螺旋桿菌活性至關(guān)重要，且R位為氨基或氯優(yōu)于吡咯烷基、哌嗪基和巰基。向巰基引入其它基團如18d,e(濃度為8μg/disc時的抑菌圈為29.7～36mm)并不能顯著的改善活性。雜合體18b(濃度為8μg/disc時的抑菌圈為50，48和34.2mm)對所測幽門螺旋桿菌的活性較高，且對藥敏型和耐藥型菌株的活性相當，提示該化合物具有治療耐藥幽門螺旋桿菌感染的潛力。

圖4 硝基咪唑雜合體13～17的化學結(jié)構(gòu)

硝基咪唑和噻二唑之間的連接子與抗菌活性息息相關(guān)，且以硫原子為連接子的雜合體19(MIC:4～32μg/mL)對金黃色葡萄球菌僅顯示出較弱的活性，對枯草芽孢桿菌、肺炎克雷伯菌、大腸埃希菌和產(chǎn)氣腸桿菌未顯示出任何活性(MIC:＞64μg/mL)。將硫原子氧化成砜如20a,b(MIC:2～64μg/mL)可提高抗金黃色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、枯草芽孢桿菌、肺炎克雷伯菌和大腸埃希菌活性，但二者均弱于諾氟沙星(MIC:0.13～1μg/mL)。

圖5 硝基咪唑-唑/唑啉雜合體18～31的化學結(jié)構(gòu)

硝基咪唑-1,3,4-噁二唑雜合體21(MIC:1.56～＞100μg/mL)和22(MIC:12.5～＞100μg/mL)的抗菌SAR研究結(jié)果表明，含有苯基的雜合體21優(yōu)于相應(yīng)的芐基衍生物22；芳環(huán)含有取代基的化合物活性更高，且供電子的甲基和甲氧基最優(yōu)。其中，雜合體21h對革蘭陽性菌(金黃色葡萄球菌和枯草芽孢桿菌)和革蘭陰性菌(大腸埃希菌和銅綠假單胞菌)的MIC為1.56～3.12μg/mL，活性與卡那霉素(MIC:1.56～3.12μg/mL)相當或更優(yōu)。硝基咪唑-1,3,4-噁二唑啉雜合體23(MIC:0.25～0.50μg/mL)具有良好的抗革蘭陽性菌(金黃色葡萄球菌和枯草芽孢桿菌)、革蘭陰性菌(大腸埃希菌和銅綠假單胞菌)和真菌(白色念珠菌)活性，其活性不亞于呋喃西林(MIC:0.25～0.50μg/mL)和氟康唑(MIC:0.25μg/mL)。SAR顯示，R1和R2位的取代基對抗菌和抗真菌活性影響較小。硝基咪唑-1,3,4-噁二唑-2-硫酮雜合體24(MIC:184～2887μmol/L)具有潛在的抗金葡球菌和化膿性鏈球菌活性，且含有哌嗪結(jié)構(gòu)片段的雜合體活性優(yōu)于相應(yīng)的苯基衍生物。其中，雜合體24a對金黃色葡萄球菌的MIC為184μmol/L，活性與環(huán)丙沙星(MIC:189μmol/L)相當。

硝基咪唑-噻二唑啉雜合體2 5(M I C:125～500μg/mL)和硝基咪唑-噻唑二酮雜合體26(MIC:31.25～500μg/mL)對大腸埃希菌、普通變形桿菌、產(chǎn)氣腸桿菌、銅綠假單胞菌、鼠傷寒沙門菌、金黃色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、白色念珠菌和紅酵母顯示出弱到中等強度的活性，但某些化合物對若干致病菌的活性與氯霉素(MIC:7.8～250μg/mL)相當。SAR顯示，對雜合體25而言，R1和R2位的取代基對抗菌和抗真菌活性影響不大；對雜合體26而言，苯基優(yōu)于呋喃和噻吩，但向苯基上無論引入吸電子基還是供電子基均對活性不利。其中，代表物26a抗表皮葡萄球菌的MIC為62.5μg/mL，活性是氯霉素(MIC:125μg/mL)的1倍。

5-硝基咪唑-2-噻唑亞胺-4-噻唑啉酮27a(MIC:0.19～0.78μg/mL)具有良好的抗革蘭陽性菌(金黃色葡萄球菌、表皮葡萄球菌和枯草芽孢桿菌)和革蘭陰性菌(肺炎克雷伯菌)活性，但略弱于環(huán)丙沙星(MIC:0.006～0.19μg/mL)。向噻唑結(jié)構(gòu)片段引入苯基(27b, MIC:≥50μg/mL)或取代苯基(27c, MIC:≥25μg/mL)將導(dǎo)致活性大幅下降，但可用5-硝基噻吩-2-基代替5-硝基咪唑，且5-硝基呋喃-2-基對活性更優(yōu)。

硝基咪唑-咪唑[2,1-b]苯并噻唑雜合體28(MIC:1～＞512μg/mL)的抗金黃色葡萄球菌、耐甲氧西林金葡球菌(MRSA)、枯草芽孢桿菌、藤黃微球菌、大腸埃希菌DH52、大腸埃希菌JM109、痢疾桿菌、銅綠假單胞菌、變形桿菌和傷寒桿菌活性普遍優(yōu)于其衍生物29(MIC:2～＞512μg/mL)，提示硝基所在的位置與抗菌活性息息相關(guān)。延長硝基咪唑和咪唑[2,1-b]苯并噻唑碳鏈長度或向R位引入乙基對活性不利。其中，以次丙基連接的雜合體28a(MIC:1～32μg/mL)的抗菌譜和抗菌活性優(yōu)于對照藥諾氟沙星(MIC:1～16μg/mL)和氯霉素(MIC:8～32μg/mL)，其對MRSA(MIC:2μg/mL)的活性是諾氟沙星和氯霉素(MIC:8和16μg/mL)的4和8倍。進一步研究顯示，該雜合體可與促旋酶-DAN復(fù)合物通過氫鍵結(jié)合，進而與MRSA的DNA有效鰲合形成28a-DNA超分子復(fù)合物。

圖6 硝基咪唑-噁唑烷酮雜合體32～35的化學結(jié)構(gòu)

甲硝唑-三氮唑雜合體30對MRSA、大腸埃希菌、肺炎克雷伯菌、鮑曼不動桿菌和銅綠假單胞菌未顯示出任何活性(MIC:＞32μg/mL)，但某些雜合體(MIC:0.25～8μg/mL)對包括耐藥菌株在內(nèi)的艱難梭菌和幽門螺桿菌和厭氧溶組織內(nèi)阿米巴原蟲和藍氏賈第鞭毛蟲顯示出潛在的活性。不幸的是，這類雜合體與甲硝唑具有交叉耐藥性。向R位引入疏水基團如芐基、取代苯基、吡啶和噻吩等可拓展抗厭氧菌活性譜，但極性基團如嘧啶、羧酸和甲胺基則會導(dǎo)致抗菌譜變窄或失活。硝基咪唑-吡唑雜合體31(MIC:3.12～＞50μg/mL)具有潛在的抗革蘭陽性菌(金黃色葡萄球菌和枯草芽孢桿菌)和革蘭陰性菌(大腸埃希菌和銅綠假單胞菌)活性，但弱于卡那霉素B(MIC:1.56～3.12μg/mL)。

噁唑烷酮類如利奈唑胺具有獨特的抗菌作用機制，可與50S核糖體亞單位相結(jié)合，進而抑制細菌蛋白質(zhì)的合成。這類藥物對包括耐多藥菌株在內(nèi)的革蘭陽性菌具有良好的活性，故將噁唑烷酮與硝基咪唑雜合可能會獲得活性更高的候選物。硝基咪唑-噁唑烷酮雜合體32～34(圖6，MIC:0.097～25μg/mL)對金黃色葡萄球菌ATCC 25923(耐氟喹諾酮和甲氧西林)、金黃色葡萄球菌ATCC70069(耐甲氧西林)、金黃色葡萄球菌ATCC 29213(耐甲氧西林和萬古霉素)、肺炎克雷伯菌、蠟樣芽孢桿菌和糞腸球菌具有良好的活性，某些化合物甚至優(yōu)于利奈唑胺(MIC:0.78～3.12μg/mL)和萬古霉素(MIC:0.39～6.25μg/mL)。SAR顯示，硝基所在位置與活性密切相關(guān)，且4-硝基(33)＞5-硝基(32)＞2-硝基(34)。烷基連接的雜合體活性優(yōu)于相應(yīng)的乙?；苌?，且向R位引入羥基對活性不利。對雜合體32而言，短鏈連接子對活性有利，而對雜合體34而言，長鏈連接子更為有利。雜合體33a(MIC:0.39～0.78μg/mL)對所測所有菌株均顯示出極高的活性，其對蠟樣芽孢桿菌的活性與利奈唑胺相當，對金黃色葡萄球菌ATCC 25923、金黃色葡萄球菌ATCC70069、金黃色葡萄球菌ATCC 29213、肺炎克雷伯菌和糞腸球菌的活性是利奈唑胺的2～4倍，對金葡球菌ATCC70069和ATCC 29213的活性是萬古霉素的8和2倍。此外，該雜合體對哺乳動物細胞L929未顯示出任何毒性，值得進一步研究。

圖7 硝基咪唑-喹諾酮雜合體36～40的化學結(jié)構(gòu)

向硝基咪唑和噁唑烷酮之間引入噻二唑可極大的提高抗菌活性，如雜合體35(MIC:0.006～0.781μg/mL)對革蘭陽性菌(金黃色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、華納葡萄球菌、緩慢葡萄球菌、木糖葡萄球菌、腐生葡萄球菌、藤黃微球菌、谷氨酸棒狀桿菌、枯草芽孢桿菌、MRSA 3、MRSA 5和MRSA 17)和革蘭陰性菌(肺炎克雷伯菌)的活性極高，對大多數(shù)致病菌的活性是對照藥利奈唑胺(MIC:0.391～6.25μg/mL)和環(huán)丙沙星(MIC:0.003～0.781μg/mL)的2～128倍，且對正常小鼠成纖維細胞NIH/3T3(IC50:＞200μg/mL)未顯示出任何毒性，值得深入研究。

喹諾酮類化合物如環(huán)丙沙星、吉米沙星和莫西沙星等具有廣譜抗菌活性，是臨床上應(yīng)用最為廣泛的抗生素之一。顯然，將硝基咪唑與喹諾酮雜合也是獲得新型抗菌藥候選物的有效途徑。依諾沙星/諾氟沙星/環(huán)丙沙星-硝基咪唑雜合體36a～c(圖7，ED50:2.56～3.88mg/kg)及其甲酯/乙酯衍生物36d～i(ED50:3.50～13.2mg/kg)在大腸埃希菌感染的小鼠模型中顯示出良好的體內(nèi)活性，且酸36a～c優(yōu)于相應(yīng)的酯36d～i，提示羧基對高活性至關(guān)重要。所有含羧基雜合體36a～c的體內(nèi)活性均高于相應(yīng)的母藥依諾沙星、諾氟沙星和環(huán)丙沙星(ED50:4.22，5.6和4.53mg/kg)，提示向氟喹諾酮引入硝基咪唑可提高活性。

2-羥基-3-(硝基咪唑)次丙基-氟喹諾酮雜合體37～39(MIC:0.03～＞32μg/mL)對表皮葡萄球菌、金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌、藤黃微球菌、大腸埃希菌、肺炎克雷伯菌、變形桿菌、銅綠假單胞菌、腸道沙門菌、甲氧西林敏感性表葡球菌(MSSE)、耐甲氧西林型表葡球菌(MRSE)、甲氧西林敏感性金葡球菌(MSSA)和MRSA具有潛在的活性。SAR研究顯示，向氟喹諾酮的C-8位引入甲氧基可提高抗菌活性，且萘啶酮衍生物優(yōu)于相應(yīng)的喹諾酮衍生物。2-氯-4-硝基咪唑雜合體37的抗菌活性與相應(yīng)的2-甲基-5-硝基咪唑衍生物38相當，提示硝基的位置對此類化合物的抗菌活性影響較小。(R)-光學異構(gòu)體39的抗菌活性與消旋體38大相徑庭，提示次丙基2號位羥基的手性與活性息息相關(guān)。對N-1位(R)而言，環(huán)丙基優(yōu)于乙基。氟喹諾酮母核對抗菌活性有顯著影響，且莫西沙星(連接子b)＞巴羅沙星(連接子d)＞加替沙星(連接子a)。其中，代表物莫西沙星雜合體39a(MIC:0.03～2μg/mL)對表皮葡萄球菌、金黃色葡萄球菌、MSSE、MRSE、MSSA和MRSA的活性與加替沙星(MIC:0.06～16μg/mL)相當或更優(yōu)。而克林沙星雜合體38a(MIC:0.25～0.5μg/mL)對革蘭陽性菌(金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌、藤黃微球菌和MRSA)和革蘭陰性菌(變形桿菌、銅綠假單胞菌和腸道沙門菌)的活性是氯霉素、諾氟沙星、環(huán)丙沙星和克林沙星(MIC:0.5～32μg/mL)的2～128倍。進一步研究顯示，該雜合體也具有良好的抗真菌(產(chǎn)蛋白假絲酵母、黃曲霉、白色念珠菌和假絲酵母)活性，且對產(chǎn)蛋白假絲酵母、黃曲霉、白色念珠菌和假絲酵母的活性(MIC:2～16μg/mL)比氟康唑高2～64倍。作用機制研究結(jié)果表明，該雜合體可通過二價銅離子(Cu2+)和銅綠假單胞菌DNA鰲合形成穩(wěn)定的38a-Cu2+-DNA三元復(fù)合物，抑制DNA復(fù)制，進而誘導(dǎo)細菌凋亡。

噻二唑連接的硝基咪唑-左氧氟沙星/諾氟沙星/環(huán)丙沙星/依諾沙星/加替沙星雜合體40(圖7)對所測絕大多數(shù)革蘭陰性菌(MIC:0.25～＞64μg/mL)和所有陽性菌(MIC:0.008～4μg/mL)具有潛在的活性。其中，代表物硝基咪唑-噻二唑-環(huán)丙沙星雜合體40c(MIC:0.008～0.015μg/mL)對所測金黃色葡萄球菌、表皮葡萄球菌和枯草芽孢桿菌等革蘭陽性菌的活性極高，其對枯草芽孢桿菌的活性與環(huán)丙沙星(MIC:0.008μg/mL)相當，對金葡球菌和表葡球菌的活性是環(huán)丙沙星(MIC:0.25和0.5μg/mL)的32～64倍。

硝基咪唑-呋咱雜合體41和42(圖8)對所測的14株臨床分離幽門螺桿菌(包括5株耐甲硝唑分離株)和標準菌株NCTC 11637的MIC90為0.5～＞32μg/mL。總體而言，雜合體41(MIC90:1～4μg/mL)的活性優(yōu)于衍生物42(MIC90:0.5～32μg/mL)，提示醚連接子優(yōu)于胺連接子。雜合體42f對所測所有幽門螺桿菌具有優(yōu)秀的活性，MIC為0.031～5μg/mL (平均MIC90:0.5μg/mL)，對耐甲硝唑分離株的MIC為0.25～1μg/mL(平均MIC90:1μg/mL)，活性是甲硝唑(平均MIC90:＞32μg/mL)的＞32倍。

圖8 硝基咪唑-喹諾酮雜合體41～48的化學結(jié)構(gòu)

硝基咪唑- 喹唑酮雜合體43(MIC :0.02～0.10μmol/L)和44(MIC:0.02～＞1.69μmol/L)具有潛在的抗菌(革蘭陽性菌：金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌、藤黃微球菌和MRSA；革蘭陰性菌：大腸埃希菌、變形桿菌和傷寒沙門菌)和抗真菌(產(chǎn)蛋白假絲酵母、黃曲霉、白色念珠菌和假絲酵母)活性。SAR顯示，碳鏈的長度和R位的取代基對活性影響較小，但硝基必不可少。雜合體43的抗革蘭陽性菌和革蘭陰性菌活性不亞于諾氟沙星(MIC:0.01～0.05μmol/L)和氯霉素(MIC:0.02～0.10μmol/L)，值得進一步研究。

硝基咪唑-磺酰胺雜合體45a,b僅顯示出弱到中等強度的抗革蘭陽性菌(金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌、藤黃微球菌和MRSA)和陰性菌(大腸埃希菌、銅綠假單胞菌、變形桿菌和傷寒沙門菌)，且雜合體45b(MIC:16～64μg/mL)的活性優(yōu)于45a(MIC:64～128μg/mL)，提示乙酰基的引入對活性有利。某些硝基咪唑-砜雜合體也具有潛在的活性，且代表物46(濃度為2.5μg/disc的抑菌圈為13.5～24.5mm)對所測所有艱難梭菌R20291、ATCC 43603、630和VPI 10463的活性優(yōu)于甲硝唑(濃度為2.5μg/disc的抑菌圈為9～22mm)。

硝基咪唑-苯并呋喃酮47(MIC:＞100μg/mL)對金黃色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、臨床分離 MRSA、枯草芽孢桿菌和肺炎克雷伯菌未顯示出任何活性，但大多數(shù)位置異構(gòu)體48(MIC:0.2～12.5μg/mL)則對所測菌株具有良好的活性。SAR表明，與無取代雜合體相比，供電子基如甲基和甲氧基可提高活性，而吸電子基鹵素和硝基則對活性不利。其中，雜合體48a,b(MIC:0.2～0.78μg/mL)的抗菌活性最高，對MRSA臨床分離株、枯草芽孢桿菌和肺炎克雷伯菌的活性是阿莫西林(MIC:12.5～＞100μg/mL)的16～＞500倍。

萘酰亞胺可與DNA或酶等通過多種非共價鍵作用如π-π共軛、鰲合氫鍵、疏水作用和范德華力等結(jié)合，故這類化合物對藥敏型和耐藥型致病菌具有潛在的活性。硝基咪唑-萘酰亞胺雜合體49(MIC:69～1140μmol/L)和50(MIC:13～1020μmol/L)顯示出弱到中等強度的抗革蘭陽性菌(表皮葡萄球菌、金黃色葡萄球菌ATCC29213、金黃色葡萄球菌ATCC25923和MRSA)和陰性菌(銅綠假單胞菌、銅綠假單胞菌ATCC27853、鮑曼不動桿菌、大腸埃希菌、大腸埃希菌ATCC25922和肺炎克雷伯菌)活性，且普遍弱于克林沙星(MIC:5～88μmol/L)。雜合體50的活性優(yōu)于衍生物49，提示哌嗪的引入對活性有利。代表物50e(MIC:13～210μmol/L)具有廣譜抗菌活性，且對大多數(shù)菌株的活性不亞于克林沙星。值得一提的是，該雜合體(MIC:13μmol/L)對耐藥鮑曼不動桿菌具有快速殺滅活性，且不會誘發(fā)耐藥性，與氯霉素、諾氟沙星或克林沙星聯(lián)合使用則具有協(xié)同作用。進一步研究顯示，雜合體50e(圖9)不僅可有效滲透耐藥鮑曼不動桿菌的細胞膜，而且與耐藥鮑曼不動桿菌形成50e-DNA復(fù)合物，具有治療耐藥菌感染的潛力。

圖9 硝基咪唑-喹諾酮雜合體49～53的化學結(jié)構(gòu)

小檗堿-硝基咪唑雜合體51(MIC:3～1021μmol/L)也具有相似的抗革蘭陽性菌(表皮葡萄球菌、金黃色葡萄球菌ATCC29213、金黃色葡萄球菌ATCC25923和MRSA)和革蘭陰性菌(銅綠假單胞菌、銅綠假單胞菌ATCC27853、鮑曼不動桿菌、大腸埃希菌、大腸埃希菌ATCC25922和肺炎克雷伯菌)活性，且活性與小檗堿(MIC:11～688μmol/L)和諾氟沙星(MIC:13～1603μmol/L)相當。其中，化合物51p不僅對耐藥大腸埃希菌的MIC低至3μmol/L，是諾氟沙星(MIC:100μmol/L)的33倍，而且對RAW 264.7細胞系的毒性較低且產(chǎn)生耐藥性的幾率低。作用機制研究結(jié)果表明，該雜合體也可有效的滲透大腸埃希菌的細胞膜，與耐藥大腸埃希菌的DNA鰲合形成51p-DNA復(fù)合物，抑制DNA復(fù)制，進而達到殺滅致病菌之功效。

絕大多數(shù)硝基咪唑-靛紅雜合體52對MSSA、MRSA、大腸埃希菌、銅綠假單胞菌和耐萬古霉素腸球菌(VRE)無任何活性，但化合物52a(MIC:0.0625～4μmol/L)對這些藥敏型和耐藥型致病菌這顯示出良好的活性，提示硝基的引入可提高抗菌活性、拓展抗菌譜。硝基咪唑-吲哚雜合體53(MIC:0.41～1.61μmol/L)的抗革蘭陽性菌(表皮葡萄球菌、金黃色葡萄球菌ATCC29213、金黃色葡萄球菌ATCC25923和MRSA)和陰性菌(銅綠假單胞菌、銅綠假單胞菌ATCC27853、大腸埃希菌、大腸埃希菌ATCC25922和肺炎克雷伯菌)活性不亞于諾氟沙星(MIC:0.025-1.60μmol/L)，但將羥基氧化為酮時活性大幅下降。

某些硝基咪唑-金屬離子螯合物也顯示出一定程度的抗菌活性，但絕大多數(shù)活性弱于對照藥。盡管如此，這類研究豐富了SAR，為進一步合理設(shè)計提供了理論基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

每年上百萬人死于由分枝桿菌、革蘭陽性菌和革蘭陰性菌引起的感染，故這類細菌感染給各國醫(yī)療系統(tǒng)造成了沉重的負擔?？股貙τ诩毦腥镜闹委熤陵P(guān)重要，然而細菌已對幾乎所有抗生素產(chǎn)生了不同程度的耐藥性。更為嚴峻的是，目前在臨床評價中的對耐藥菌有效的候選物屈指可數(shù)。因此，亟需開發(fā)對耐藥菌有效的新型抗生素。

某些硝基咪唑衍生物如德拉馬尼和pretomanid等對包括耐藥菌在內(nèi)的多種致病菌具有良好的活性，目前已被用于臨床或正處于臨床評價階段，為臨床醫(yī)師提供了更多選擇。本文綜述了近年來硝基咪唑類化合物在抗菌和抗TB領(lǐng)域的最新研究進展，并探討了SAR，為進一步研究提供理論基礎(chǔ)。