新型抗生素葡糖脫乙酰基酶LpxC抑制劑研究進(jìn)展

王明華 張國(guó)寧 王菊仙 王玉成

(中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 醫(yī)藥生物技術(shù)研究所，北京 100050)

細(xì)菌耐藥性尤其是革蘭陰性菌的耐藥性已成為人類健康的重大威脅?？股啬退幮悦磕暝斐?0萬(wàn)人的死亡，如果這一問(wèn)題無(wú)法解決的話，專家們預(yù)測(cè)，到2050年每年的死亡人數(shù)將會(huì)達(dá)到1000萬(wàn)人[1]。2017年2月，世界衛(wèi)生組織根據(jù)對(duì)新型抗生素的迫切需求程度將其分為極為重要、十分重要和中等重要3個(gè)類別[2]。列為極為重要的包括耐碳青霉烯類藥物的鮑曼不動(dòng)桿菌(CRA)、銅綠假單胞菌和產(chǎn)超廣譜β-內(nèi)酰胺酶(ESBLs)腸桿菌科(CRE)3種細(xì)菌，均為多重耐藥性革蘭陰性菌。目前臨床上極度缺乏安全有效的治療多重耐藥革蘭陰性菌感染的藥物，全球范圍內(nèi)處于臨床研究的候選藥物更是寥寥無(wú)幾。因此迫切需要研發(fā)新作用機(jī)制的新型抗革蘭陰性菌藥物。

革蘭陰性菌具有一層獨(dú)特的外膜(OM)結(jié)構(gòu)，它是天然的滲透屏障，能夠阻礙藥物滲透進(jìn)入細(xì)菌，并激活外排泵，這是導(dǎo)致多種抗生素對(duì)革蘭陰性菌療效較差的重要原因。其中類脂A(1ipid A)扮演了一個(gè)重要角色，負(fù)責(zé)脂多糖(LPS)的正確裝配以及錨定，同時(shí)也是保護(hù)細(xì)菌抵御外部因子(如抗生素和去污劑)的重要構(gòu)成部分[3]，又是強(qiáng)有力的內(nèi)毒素，能引發(fā)宿主非常強(qiáng)烈甚至致死性的免疫反應(yīng)(敗血性休克)，是革蘭陰性菌感染致病的重要原因[4-5]。研究表明，LPS對(duì)于大部分革蘭陰性菌的存活不可或缺，可能關(guān)乎LPS在膜蛋白的正確折疊過(guò)程。因此抑制其生物合成對(duì)細(xì)菌來(lái)說(shuō)是致命的。類脂A的生物合成共有10步反應(yīng)，細(xì)胞質(zhì)中的9種特異性酶參與其中，這9種酶都有成為靶點(diǎn)的可能。由于LpxA催化的第一步反應(yīng)是可逆反應(yīng)，平衡常數(shù)不理想(只有0.001左右)。因此，LpxC催化的第二步去乙?；磻?yīng)成為L(zhǎng)ipid A合成的第一個(gè)限速步驟，決定著整個(gè)合成的效率[6]。所以，通過(guò)抑制細(xì)菌Lipid A的生物合成來(lái)對(duì)抗細(xì)菌，LpxC便成為了研究人員心目中最為理想的靶點(diǎn)。

1 LpxC簡(jiǎn)介

LpxC在革蘭陰性菌中具有較高的同源性，但與哺乳動(dòng)物(包括人)的各種酶都沒(méi)有共同序列[7]。LpxC是控制革蘭陰性菌感染的的理想靶標(biāo)，其特異性抑制劑具有低脫靶和低毒性的特點(diǎn)。由于LpxC是抗革蘭陰性菌的全新靶標(biāo)，不存在已有的耐藥性，所以其抑制劑對(duì)于臨床上耐藥革蘭陰性菌同樣有效。

1.1 LpxC的結(jié)構(gòu)

LpxC是一種鋅離子依賴的金屬酶，本文以銅綠假單胞菌的LpxC酶為例(圖1)，其含有兩個(gè)結(jié)構(gòu)域(domain I和domain II)，每個(gè)結(jié)構(gòu)域由5個(gè)β-折疊結(jié)構(gòu)和兩個(gè)α-螺旋結(jié)構(gòu)組成，β-折疊包夾著α-螺旋，形成了經(jīng)典的“β-α-α-β”的三明治結(jié)構(gòu)。這兩個(gè)結(jié)構(gòu)域雖然存在些許差別(氨基酸序列)，但仍具有相同的二維拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。整個(gè)酶的活性部分則位于兩個(gè)結(jié)構(gòu)域的連接交界處。此外，每個(gè)結(jié)構(gòu)域各含有一個(gè)β-折疊結(jié)構(gòu)不同的插入?yún)^(qū)(Insert I和Insert II)，插入?yún)^(qū)I界定了活性位置的范圍，由3個(gè)β-折疊構(gòu)成；插入?yún)^(qū)II則形成一個(gè)β-α-β結(jié)構(gòu)式的窄長(zhǎng)封閉疏水通道，可與一些疏水性氨基酸殘基相連。因此，其可以被疏水長(zhǎng)鏈(如肉豆蔻酸或抑制劑的疏水長(zhǎng)鏈基團(tuán))占據(jù)，這樣可以增加抑制劑與LpxC酶的識(shí)別能力，使LpxC活性中心的鋅離子與抑制劑的螯合基團(tuán)(如異羥肟酸等)有效的配位結(jié)合。

圖1 LpxC結(jié)構(gòu)(PDB 5U39)Fig.1 The structure of LpxC (PDB 5U39)

1.2 LpxC的催化機(jī)理

LpxC是一種去乙酰化酶，其活性依賴于鋅離子，目前得到普遍認(rèn)可的催化機(jī)理主要來(lái)自McClerren課題組[8]和Hernick課題組[9]對(duì)大腸埃希菌和超嗜熱菌中LpxC蛋白的研究。他們提出的催化機(jī)理都是基于共軛酸堿理論，但又對(duì)組氨酸和蘇氨酸在活性區(qū)域的作用存在爭(zhēng)議。在去乙?；磻?yīng)中，McClerren等[8]認(rèn)為E78作為催化堿奪取鋅離子束縛的水分子中的一個(gè)質(zhì)子，促使活化的水分子中的氧原子與底物中乙酰胺基的羰基碳發(fā)生親核反應(yīng)，形成中間態(tài)佯鹽，最后葡萄糖胺的末端胺再?gòu)腅78奪取一個(gè)質(zhì)子，釋放出乙酸變成葡萄糖胺。其中，H265(253 of AaLpxC)沒(méi)有提供也沒(méi)有奪取質(zhì)子，僅僅起到穩(wěn)定佯鹽中間體的作用(圖2A)。但Hernick等[9]則認(rèn)為是葡萄糖胺的末端胺是從H265獲得質(zhì)子，而不是E78，而起到穩(wěn)定佯鹽中間體作用的不是H265，而是T191(圖2B)。

此外，也有研究報(bào)道[10]稱磷酸基參與鋅離子的催化作用，也有量子力學(xué)模型研究表明異羥肟酸類與鋅離子形成五配位體中間態(tài)，具有很強(qiáng)的結(jié)合力[11]。

1.3 LpxC的蛋白調(diào)控FtSH

Kdo2-lipidA的合成效率受到膜蛋白降解酶FtsH的調(diào)控。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)Kdo2-lipidA過(guò)量時(shí)，F(xiàn)tsH通過(guò)降解關(guān)鍵酶LpxC和KdtA來(lái)降低其合成速率[12]。因此通過(guò)調(diào)控FtSH來(lái)降解LpxC酶，從而抑制類脂A的生物合成，也是可以考慮的一個(gè)研究策略。

圖2 LpxC的催化機(jī)理[9]Fig.2 The proposed catalytic mechanisms for LpxC[9]

2 LpxC抑制劑研究進(jìn)展

自90年代至今的20多年里，LpxC已然成為抗革蘭陰性菌藥物研究領(lǐng)域非常具有吸引力的靶點(diǎn)之一，針對(duì)這一靶點(diǎn)也設(shè)計(jì)合成了許多類型LpxC抑制劑，所以開發(fā)新型LpxC抑制劑也受到廣大科研工作者們及制藥企業(yè)的青睞。到目前為止，LpxC抑制劑按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為以下6大類。

2.1 異羥肟酸類LpxC抑制劑

2.1.1 芳唑啉類

1996年，Onishi等[13]在《科學(xué)》雜志上首次報(bào)道了芳唑啉類LpxC抑制劑—L-573,655，并合成許多結(jié)構(gòu)相似的衍生物(圖3)。其中，化合物L(fēng)-161,240對(duì)大腸埃希菌LpxC酶的Ki值為50nmol/L，而對(duì)野生型(envA+)和敏感型大腸埃希菌(envA1)的MIC分別為1～3ng/mL和8～16ng/mL，與氨芐西林相當(dāng)，優(yōu)于利福平和紅霉素。但其抗菌譜較窄，對(duì)銅綠假單胞菌和黏質(zhì)沙雷菌沒(méi)有明顯抑制活性。

為了便于分析討論，本文以L-573,655為例，將其分為3部分：芳環(huán)片段、雜環(huán)片段和螯合基團(tuán)(圖3)。1999年Chen等[14]以L-573,655為先導(dǎo)化合物，設(shè)計(jì)合成一系列衍生物，酶活性結(jié)果表明，螯合基團(tuán)羥肟酸活性最優(yōu)，芳環(huán)片段連有疏水基團(tuán)-供電子基(3,4,5-三取代時(shí))活性增加，而親水或雜環(huán)基團(tuán)對(duì)活性不利，這與透膜性有一定關(guān)系。2002年Kline等[15]為擴(kuò)大此類化合物的抗菌譜，以L-161,240為先導(dǎo)化合物，設(shè)計(jì)合成一系列雜環(huán)片段為噁唑啉、噁嗪類、噻唑啉類衍生物，其對(duì)銅綠假單胞菌活性最好的達(dá)到100nmol/L，其中吸電子基-三氟甲氧基對(duì)活性貢獻(xiàn)較大。同年，Pirrung等[16]將L-159,692唑啉環(huán)替換成噁唑啉環(huán)，活性都不如先導(dǎo)化合物；2003年他們首次利用高通量固相合成法設(shè)計(jì)合成74個(gè)苯唑啉類化合物，雖然對(duì)銅綠假單胞菌沒(méi)有活性，但大部分化合物對(duì)野生型和敏感性大腸埃希菌有效[17]，如化合物5。

2.1.2 底物類

2000年，Jackman等[18]以細(xì)菌LpxC的天然底物為先導(dǎo)化合物，設(shè)計(jì)合成了一類以四氫吡喃環(huán)為骨架的LpxC抑制劑，代表化合物為TU-514和TU-517(圖4)。這倆化合物對(duì)EcLpxC[Ki分別為(650±280)nmol/L和(190±50)nmol/L]和AaLpxC的活性達(dá)到較低的微摩爾水平。然而，TU-514可能由于其透膜性較差并未表現(xiàn)出很好的抗菌活性；除此之外，烷基鏈縮短，對(duì)EcLpxC和AaLpxC活性顯著下降。

圖3 苯唑啉類化合物結(jié)構(gòu)Fig.3 Structures of aryloxazolines

圖4 底物類似物結(jié)構(gòu)Fig.4 Structures of substrate analogs

2005年，Li等[19]對(duì)TU-514的疏水區(qū)以及吡喃環(huán)上的羥基進(jìn)行修飾，遺憾的是，衍生物對(duì)E.coliLpxC的抑制率都不盡如意。對(duì)吡喃環(huán)上的羥基甲醚化或烷基鏈延長(zhǎng)或縮短均使活性下降，而肉豆蔻酰基替換成苯甲?；鶆t活性保持(化合物14，抑制率為53%)。

2.1.3 磺酰胺類

2002年，Clements等[20]通過(guò)金屬酶抑制劑庫(kù)篩選得到了磺酰胺-羥肟酸衍生物，其代表化合物為BB-78484和BB-78485(圖5)。這些化合物均含有兩個(gè)疏水基團(tuán)，具有非常獨(dú)特的結(jié)構(gòu)。針對(duì)大腸埃希菌LpxC酶，BB-78484和BB-78485的Ki值分別為50和20nmol/L。這倆化合物對(duì)另一抗菌靶酶肽脫甲?；?PDF)無(wú)明顯抑制作用。經(jīng)體外抗菌活性評(píng)價(jià)，BB-78484和BB-78485具有廣譜抑菌作用(表1)。但隨后幾乎就沒(méi)有有關(guān)此類化合物的研究報(bào)道了。

2.1.4N-芳基-L-蘇氨酸類

圖5 磺酰胺類化合物結(jié)構(gòu)[20]Fig.5 Structures of sulfonamides[20]

2004年，Anderson等[21]報(bào)道了一種新型的N-芳基-L-蘇氨酸異羥肟酸類LpxC抑制劑，其中代表性的化合物是CHIR-090(圖6)，由McClerrend等[8]開發(fā)。CHIR-090能同時(shí)抑制大腸埃希菌(MIC：0.20μg/mL)和銅綠假單胞菌(MIC：1.6μg/mL)的生長(zhǎng)，且與妥布霉素和環(huán)丙沙星的抗菌活性相當(dāng)，但是對(duì)豌豆根瘤菌(Rhizhobium leguminosarum)的抑制活性(Ki為340nmol/L)不高。隨后研究者們通過(guò)構(gòu)建解析不同LpxC酶與CHIR-090的共晶復(fù)合物，開啟了LpxC抑制劑對(duì)革蘭性陰性菌的的抗菌譜研究，以及基于CHIR-090的結(jié)構(gòu)修飾和優(yōu)化[22-23]。

目前絕大多數(shù)活性較高的化合物都是通過(guò)對(duì)CHIR-090結(jié)構(gòu)優(yōu)化和骨架躍遷得到的。為了便于分析討論，將CHIR-090結(jié)構(gòu)拆分成5部分(圖6)：P1為鋅離子螯合基團(tuán)；P2區(qū)不同取代基對(duì)抗菌活性有不同的影響；P3為連接疏水基團(tuán)和螯合基團(tuán)的連接子；P4區(qū)為占據(jù)LpxC酶疏水口袋的疏水片段；P5為末端基團(tuán)(溶劑暴露區(qū))，一般對(duì)抗菌活性影響不大，主要改善分子的理化或代謝性質(zhì)。

表1 磺酰胺類LpxC對(duì)不同致病菌的活性[20]Tab.1 Activities of sulfonamides against a range of pathogens[20]

2011年，Lee等[24-27]報(bào)道了以丁二炔為疏水骨架的化合物L(fēng)PC-009(MIC：E.coli0.05μg/mL；P.aeruginosa0.74μg/mL)；為解決溶解度問(wèn)題，又在末端引入氨基得到LPC-011(MIC：E.coli0.03μg/mL；P.aeruginosa0.5μg/mL)，抑菌活性都要明顯優(yōu)于CHIR-090。隨后他們向P2區(qū)引入了一些芳(雜)環(huán)等，活性均有所降低。2016年又報(bào)道[28]了一個(gè)具有廣譜抗菌活性的化合物L(fēng)PC-058，其對(duì)大腸埃希菌LpxC的Ki值達(dá)到了3.5pmol/L，對(duì)大腸埃希菌、銅綠假單胞菌、對(duì)鮑曼不動(dòng)桿菌的MIC分別為0.0018、0.167和0.39μg/mL，這也是少有的對(duì)鮑曼不動(dòng)桿菌有活性的化合物。

圖6 N-芳基-L-蘇氨酸類化合物結(jié)構(gòu)Fig.6 Structures of N-aroyl-L-threonines

2011年，Mansoor等[29]將P3區(qū)替換為苯并內(nèi)酰胺和脲類衍生物(如化合物22～23)；苯并內(nèi)酰胺類對(duì)LpxC酶活性弱于開環(huán)的，而部分脲類具有廣譜抗菌活性。2013年，Hale等[30]將P2區(qū)替換為不同取代氨基酸(谷氨酸、環(huán)氨基酸等)，其中含谷氨酸片段活性較好，化合物24對(duì)銅綠假單胞菌IC50為4.4nmol/L， 化合物25對(duì)大腸埃希菌IC50為1.3nmol/L。2015年，楊玉社課題組[31]在P5區(qū)引入曲酸及甲基砜片段，其中引入曲酸片段使活性丟失，部分甲基砜類化合物活性與CHIR-090相當(dāng)，在肝微粒體中的代謝性質(zhì)要優(yōu)于對(duì)照。2018年，他們又報(bào)道[32]P1區(qū)羥胺活性優(yōu)于鄰苯二胺；P2區(qū)2-氨基異丙基優(yōu)于2-羥基乙基，且代謝更穩(wěn)定；P3區(qū)磺?；鶡o(wú)協(xié)同作用，使活性降低；P4區(qū)將苯環(huán)換成取代苯環(huán)或噁唑烷酮環(huán)或吡啶都會(huì)不同程度上降低活性。2017年，Jing等[33]報(bào)道P3區(qū)為二環(huán)類似物，代表化合物26(MIC：E.coli0.5μg/mL；P.aeruginosa1μg/mL)，但是其具有靜脈急性毒性并抑制鈉離子通道site II(97%，25μmol/L,IC50=400nmol/L)。 諾華公司Piizzi等[34]為改善水溶性和降低毒性，對(duì)P2區(qū)進(jìn)行了衍生-引入羧基及哌嗪酮等，活性均有所提高；將P4區(qū)二苯乙炔基替換為不同取代苯，其中炔丙氧基最優(yōu)，如化合物27，對(duì)野生銅綠假單胞菌IC50為1.5nmol/L，MIC為1.0μg/mL，MDR銅綠假單胞菌MIC90為2μg/mL。Kawai等[35]報(bào)道了P2區(qū)為甲磺酰胺類化合物，主要探討了疏水區(qū)結(jié)構(gòu)對(duì)活性的影響，其中化合物28活性最優(yōu)(E.coliMIC=0.063μg/mL，K.pneumoniaeMIC=0.5μg/mL和P.aeruginosaMIC=0.5μg/mL)。Achaogen公司在一項(xiàng)專利中又報(bào)道[36]了一類抗菌活性較優(yōu)的化合物，將P2區(qū)變?yōu)樗摹⑽逶柡碗s環(huán)，如化合物29。

該類抑制劑中研究最為前沿的是Achaogen公司開發(fā)的ACHN-975(銅綠假單胞菌MIC：0.25μg/mL)，該化合物曾進(jìn)入I期臨床研究，它無(wú)論對(duì)于敏感型還是耐藥型銅綠假單胞菌的抗菌活性都明顯優(yōu)于臨床上常用的妥布霉素、環(huán)丙沙星、頭孢他啶、亞胺培南和黏菌素等臨床上常用的一、二線抗菌藥物[37]。然而該化合物由于局部注射耐受性問(wèn)題從臨床試驗(yàn)撤回。ACHN-975的臨床前和臨床研究表明，N-芳基-L-蘇氨酸類是一類具有廣闊開發(fā)前景的抗革蘭陰性菌化合物。

2.1.5 烷基砜類

2012年，輝瑞全球研發(fā)中心Brown等[38]報(bào)道了烷基砜-異羥肟酸類抑制劑，代表化合物為1a(圖7)。化合物1a對(duì)銅綠假單胞菌LpxC酶的抑制活性達(dá)到納摩爾級(jí)水平(IC50為1.37nmol/L)，與陽(yáng)性對(duì)照CHIR-090(IC50為2.05nmol/L)相當(dāng)，但其對(duì)銅綠假單胞菌(PAO1)的抑菌活性比CHIR-090要好(MIC分別為0.125和1μg/mL)。此后，Montgomery等[39]對(duì)先導(dǎo)物1a進(jìn)行了相應(yīng)的結(jié)構(gòu)修飾和改造，得到系列吡啶酮烷基砜類化合物(如2a和33)，此類化合物中大部分都與先導(dǎo)物1a的抑酶抗菌活性相當(dāng)。其中2a對(duì)銅綠假單胞菌LpxC酶的IC50為3.6nmol/L，對(duì)銅綠假單胞菌(PAO1)的MIC為0.5μg/mL。McAllister等[40]對(duì)疏水區(qū)進(jìn)行了SAR探索，發(fā)現(xiàn)5-三唑類(化合物34)和異噁唑類(化合物35)對(duì)銅綠假單胞菌有一定活性，MIC均為0.5μg/mL。Abdel-Magid等[41]申請(qǐng)的專利中報(bào)道了一類吡咯[1,2-C]咪唑-3-酮類化合物36，其對(duì)大腸埃希菌和銅綠假單胞菌的MIC分別為≤0.063和0.5μg/mL。同年諾華公司的專利[42]中報(bào)道一異噁唑類化合物37，對(duì)大腸埃希菌和銅綠假單胞菌的MIC分別為0.25和2μg/mL；葛蘭素史克公司也報(bào)道[43]了一類苯并嗪類化合物38，對(duì)大腸埃希菌和銅綠假單胞菌的MIC分別為≤0.03和0.06μg/mL。

此類抑制劑的研究者主要為制藥企業(yè)，也是一類研究較多，具有廣闊開發(fā)前景的抗革蘭陰性菌化合物。

2.1.6 呋喃乙酸及芐氧乙酸類

2012年，Oddo等[44]合成了一類含糖苷類的LpxC抑制劑，利用拼合原理和構(gòu)象限制策略，用C-糖苷骨架替換蘇氨酸酰胺片段(化合物39，圖8)。2013年，Jana等[45]對(duì)上述化合物疏水片段進(jìn)行修飾得到C-三氮唑-α-D-呋喃糖苷類衍生物(化合物40)，利用瓊脂擴(kuò)散法表明其無(wú)抗菌活性及酶抑制活性，可能是空間構(gòu)象限制不利于與酶的結(jié)合；2013年[46]合成了C-三氮唑-β-D-呋喃糖苷類，同樣也沒(méi)有活性；隨后又設(shè)計(jì)了C-乙炔基呋喃糖甘類(化合物41)[47]，活性也不理想。2013年，L?ppenberg等[48]也報(bào)道了將化合物39疏水片段替換為不同長(zhǎng)度、構(gòu)型、柔性的親脂性鏈?；钚越Y(jié)果表明，相對(duì)較短、彎曲和柔性的親酯鏈沒(méi)有抗大腸埃希菌活性，而較長(zhǎng)剛性線性如二苯基丁二炔活性較好，對(duì)大腸埃希菌Ki值為4.4μmol/L，其中糖苷開環(huán)產(chǎn)物(化合物42)活性優(yōu)于構(gòu)象限制的。隨后Szermerski等[49]和Tangherlini等[50]基于化合物42，通過(guò)去掉其中一個(gè)羥甲基，設(shè)計(jì)了芐氧基乙異羥肟酸類，但活性也不理想。

2.1.7 四氫吡喃類

圖8 呋喃乙酸及芐氧乙酸類化合物結(jié)構(gòu)Fig.8 Structures of C-glucosides

圖9 四氫吡喃類化合物結(jié)構(gòu)Fig.9 Structures of tetrahydropyrans

2014年，阿斯利康Murphy-Benenato等[51]對(duì)異羥肟酸化合物庫(kù)進(jìn)行篩選，得到化合物43(圖9)，是基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP-2,-9,-8,-13)抑制劑RS-130830的衍生物。其對(duì)銅綠假單胞菌LpxC IC50為(7.4±2.6)nmol/L，MIC為50μmol/L，但對(duì)野生型大腸埃希菌活性較弱(E.coliARC523 MIC＞200μmol/L)。以此化合物為苗頭化合物，保留四氫吡喃環(huán)對(duì)疏水區(qū)進(jìn)行優(yōu)化，其中化合物44對(duì)銅綠假單胞菌IC50為(4.4 ±1.6)nmol/L，細(xì)胞水平活性相似，對(duì)大腸埃希菌活性提高(MIC：12.5μmol/L)?；衔?5～46也呈現(xiàn)出較好活性，但其對(duì)MMP(基質(zhì)金屬蛋白酶)的活性并未消除，這就增加了脫靶效應(yīng)。而將吡喃環(huán)變?yōu)榄h(huán)己醇，使活性降低。

與西班牙語(yǔ)類似，貫穿全文的卡拉米洛披肩亦是受到外來(lái)文化的影響：“它是由印度婦女包裹孩子的布和西班牙披肩上打結(jié)的穗結(jié)合而成，中國(guó)宮廷的綢刺繡出口到馬尼拉，通過(guò)西班牙帆船進(jìn)而到阿卡普爾科。殖民時(shí)期，由于禁止買西班牙人穿的那種衣服，墨西哥人開始用當(dāng)?shù)禺a(chǎn)的織布機(jī)織布，一種長(zhǎng)長(zhǎng)的窄窄的、潛移默化地收到外國(guó)影響的圍巾。（96）

2.1.8 噁唑烷酮類

2016年，Kurasaki等[52]將噁唑烷酮替換蘇氨酸，得到限制構(gòu)象的噁唑烷酮類化合物，其中化合物48(圖10)對(duì)大腸埃希菌的IC50為6nmol/L，MIC為0.016μg/mL，具有較低的外排率。

2.1.9 1,2,3-三唑連接核苷-氨基酸類

2017年，Malkowski等[53]依據(jù)底物設(shè)計(jì)了4個(gè)三唑連接核苷軛合物(圖11)，只測(cè)定了均衡校正電子相互作用的能量。在真空模型中，化合物51具有較好的相互作用能；通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬發(fā)現(xiàn)三氮唑也能很好地與鋅離子結(jié)合，這加強(qiáng)了與鋅離子的相互作用，遺憾的是并未測(cè)抗革蘭陰性菌的活性。

圖10 噁唑烷酮類化合物結(jié)構(gòu)Fig.10 Structures of oxazolidinones

2.2 磷酸類LpxC抑制劑

2000年，Jackman等[18]在設(shè)計(jì)底物類似物時(shí)，用磷酸基團(tuán)代替異羥肟酸基團(tuán)引入到TU-521中得到了四氫吡喃糖磷酸類抑制劑(化合物53)(圖12)，此化合物對(duì)大腸埃希菌[(115±33)μmol/L]和超嗜熱菌LpxC[(192±38)μmol/L] 的抑制活性相對(duì)較弱，不如異羥肟酸類。2002年，Pirrung等[16]也設(shè)計(jì)合成了2個(gè)芳唑啉磷酸類LpxC抑制劑(化合物54和55)，化合物54對(duì)大腸埃希菌LpxC酶[IC50=(4±2)μmol/L]的抑制活性與陽(yáng)性對(duì)照L-159692相當(dāng)(IC50=3μmol/L)。2016年，王玉成等[54]將磷酸基引入CHIR-090得到化合物56，對(duì)大腸埃希菌和銅綠假單胞菌MIC分別為0.28和2.06μg/mL，與CHIR-090相當(dāng)。

2.3 脂肪族羧酸和兩性苯甲酸類LpxC抑制劑

2007年，Shin等[55]報(bào)道了一類含有長(zhǎng)疏水脂肪烷基鏈的羧酸或苯甲酸衍生物(圖13)，此類化合物為兩親性分子，主要靶向窄長(zhǎng)的疏水通道。雖然與LpxC酶結(jié)合活性Kd值最低達(dá)到了0.9μmol/L，但此類化合物的抗菌活性不理想，可能由于羧基的螯合能力較弱。另一方面，疏水脂肪鏈的長(zhǎng)短對(duì)與酶的結(jié)合活性有較大影響，最佳碳原子數(shù)為6～12個(gè)；碳原子數(shù)為12時(shí)活性最佳(Kd值為0.9μmol/L)，少于6個(gè)時(shí)不能與疏水通道發(fā)生有效結(jié)合。由于此類化合物抗菌活性太弱，沒(méi)有進(jìn)一步研究?jī)r(jià)值。

2.4 乙內(nèi)酰脲類LpxC抑制劑

圖11 三唑連接核苷-氨基酸類化合物結(jié)構(gòu)[53]Fig.11 Structures of 1,2,3-triazole-linked nucleoside-amino acid conjugates[53]

圖12 磷酸類化合物結(jié)構(gòu)Fig.12 Structures of phosphates

圖13 脂肪族羧酸和兩性苯甲酸類化合物結(jié)構(gòu)Fig.13 Structures of aliphatic carboxylic acid and amphipathic benzoic acids

2008年，Schering公司利用電子等排體乙內(nèi)酰脲代替異羥肟酸，設(shè)計(jì)合成了一系列螯合基團(tuán)為乙內(nèi)酰脲類的化合物[56](圖14)，期望降低LpxC抑制劑的毒性，提高選擇性。其中，化合物59對(duì)LpxC抑制活性最優(yōu)(IC50：0.5μmol/L)。雖然此類化合物具有適度的LpxC酶活性，但其具有較廣譜的抗G-菌活性，值得進(jìn)一步研究。

2.5 尿嘧啶核苷類LpxC抑制劑

圖14 乙內(nèi)酰脲類化合物結(jié)構(gòu)Fig.14 Structures of hydantoins

當(dāng)前，對(duì)“基于UDP位點(diǎn)”設(shè)計(jì)合成的LpxC抑制劑的研究甚少，但化合物52和60為我們打開了設(shè)計(jì)LpxC抑制劑的新思路—如何利用UDP位點(diǎn)設(shè)計(jì)出選擇性更高、結(jié)合性更好的LpxC抑制劑，在現(xiàn)有活性較好的抑制劑的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上引入與UDP口袋有效結(jié)合的基團(tuán)不失為一個(gè)研究策略，但也充滿艱難，因?yàn)槠鋵?duì)抗菌活性影響很大。

2.6 其他類

Forge Therapeutics公司報(bào)道了一類非異羥肟酸類LpxC抑制劑，其中FG-944表現(xiàn)出極好體內(nèi)外抗菌活性，其對(duì)大腸埃希菌MIC為0.25μg/mL，肺炎克雷伯菌1μg/mL，對(duì)多重耐藥菌株均有同等效果，并且與其他鋅離子金屬蛋白沒(méi)有交叉相互作用(ACE1、HDACs和CAII)，遺憾的是公司并沒(méi)有披露相關(guān)結(jié)構(gòu)，但本文根據(jù)其專利[58]推測(cè)，其結(jié)構(gòu)可能為羥基吡啶酮和羥基嘧啶酮類化合物(圖16)。

圖15 尿嘧啶核苷類化合物結(jié)構(gòu)Fig.15 Structures of uridines

圖16 羥基吡啶酮和羥基嘧啶酮類化合物結(jié)構(gòu)Fig.16 Structures of hydroxypyridinones and hydroxypyrimidinones

3 結(jié)語(yǔ)與展望

隨著多重耐藥革蘭陰性菌的日益嚴(yán)重，迫切需要開發(fā)具有新的作用機(jī)制的新型抗生素來(lái)對(duì)抗這些病原體。LpxC在幾乎所有革蘭陰性菌種中具有高度序列保守性，并且與任何哺乳動(dòng)物蛋白質(zhì)缺乏序列同源性，使得LpxC成為極具吸引力的藥物靶標(biāo)。目前，雖然市場(chǎng)上還沒(méi)有批準(zhǔn)的LpxC抑制劑，但在過(guò)去20多年，學(xué)術(shù)界和制藥業(yè)都在努力開發(fā)有效的LpxC抑制劑。其中，N-芳酰基-L-蘇氨酸類和烷基砜類LpxC抑制劑是最有希望的類別。

然而，盡管許多報(bào)道的化合物具有很好的臨床前數(shù)據(jù)，但除了最近撤回的ACHN-975之外，目前還沒(méi)有其他LpxC抑制劑進(jìn)入臨床試驗(yàn)。因此，我們推測(cè)LpxC抑制劑可能存在如下缺點(diǎn)：(1)疏水腔活性必需的親脂性片段不僅可能增加由于非特異性親脂相互作用引起的脫靶效應(yīng)，而且還可能導(dǎo)致較差的物理化學(xué)性質(zhì)，例如溶解度低、蛋白結(jié)合率高等；(2)鋅離子螯合基團(tuán)-異羥肟酸在藥動(dòng)學(xué)性質(zhì)方面是不利的，它可以通過(guò)軛合快速代謝，釋放出有毒的羥胺；還可能引起與不同的人鋅離子依賴性蛋白的非特異性結(jié)合，如MMP、HDAC(組蛋白脫乙酰酶)、碳酸酐酶等，從而引起不可預(yù)測(cè)的副作用；(3)一些致病菌如鮑曼不動(dòng)桿菌、腦膜炎奈瑟菌和黏膜炎莫拉菌可以在沒(méi)有脂質(zhì)A的情況下存活，而LpxC抑制劑缺乏針對(duì)此類菌種的活性；(4)單一針對(duì)LpxC酶，很容易產(chǎn)生耐藥性。

因此，此類研究應(yīng)該尋找新的鋅離子螯合基團(tuán)取代異羥肟酸部分，引入能深入滲透UDP結(jié)合位點(diǎn)的取代基(縮短抑制劑的親脂側(cè)鏈來(lái)補(bǔ)償活性的降低)，以期改善LpxC抑制劑的抗菌活性、選擇性和理化性質(zhì)，并降低毒性。