摘要
针对抗菌素耐药性加剧的全球威胁，本研究通过配体设计开发了三组新型N-芳基吡咯衍生物(Va-e, VIa-e, VIIa-e)，经分子建模优化后合成的化合物在ESKAPE病原体、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)和耻垢分枝杆菌(M. phlei)测试中表现出显著活性。其中Va-e系列表现最优，化合物Vb、Vc和Ve对MRSA的抑制效果超越左氧氟沙星(MIC=4μg/mL vs 8μg/mL)，Vc对大肠杆菌、肺炎克雷伯菌和鲍曼不动杆菌均有效(8μg/mL)，对耻垢分枝杆菌的MIC值为8μg/mL。化合物显示出广谱生物膜抑制和抗毒力活性，细胞毒性研究显示其对细菌细胞的选择性，ADMET研究支持其类药性，分子对接研究提示UDP-PP抑制可能是作用机制，SAR分析为后续优化提供依据。
引言
抗菌素耐药性已成为全球健康的重大威胁。ESKAPE病原体（含粪肠球菌、金黄色葡萄球菌等）因能逃脱抗生素作用而得名，其中MRSA已发展出对β-内酰胺类、糖肽类等多种抗生素的耐药性。革兰氏阴性菌如铜绿假单胞菌和鲍曼不动杆菌通过生物膜形成加剧耐药性，而肺炎克雷伯菌对碳青霉烯类抗生素的耐药性正在蔓延。为应对这一危机，需开发新型抗菌剂。
文献综述发现，吡咯类衍生物具有抗菌潜力。例如二甲基吡咯衍生物BM212对多耐药结核分枝杆菌有效。本研究提出在保留苯噻唑药效团特征的同时引入二甲基吡咯环的设计策略，并利用半/硫代半卡巴肼部分增强与细菌靶点的相互作用。
方法与结果
通过3D-QSAR药效团建模（Discovery Studio 2024软件）对32种已知活性的苯噻唑和吡唑衍生物进行训练集和测试集划分（22:10），生成包含1个氢键受体、3个疏水基团和1个芳香环的药效团模型Hypo1，其成本差值达102.71（P<0.01）。训练集化合物Va-e在合成后通过核磁、质谱等手段验证结构，并采用微量肉汤稀释法测试抗菌活性。
抗菌活性
Va-e系列对革兰氏阳性菌和酸杆菌均展现强效抑制：
- MRSA：Vb/Vc/Ve（MIC=4μg/mL）优于左氧氟沙星（8μg/mL）
- 耻垢分枝杆菌：Vc（8μg/mL）为最有效化合物
- 革兰氏阴性菌：Vc对E. coli/K. pneumoniae/A. baumannii的MIC值均为8μg/mL
硫代半卡巴肼系列(VIa-e)和半卡巴肼系列(VIIa-e)活性较弱，但VIc和VIIc对MRSA的MIC值为64μg/mL，脂溶性增强可提升活性。
抗毒力作用
通过亚MIC浓度下生物膜密度测定和蛋白酶抑制实验发现：
- 所有化合物均显著抑制E. coli、S. aureus和P. aeruginosa生物膜形成
- 显微分析显示药物处理组生物膜结构被破坏，呈现分散不稳定状态
- 蛋白酶活性分析显示药物处理组完全抑制蛋白酶分泌，验证了抗毒力特性
细胞毒性
对Vb、Vc、Vd、Ve的VERO细胞毒性测试表明：
- Vc展现最高选择性指数(SI=47.01)，CC50=188.17μg/mL，MIC=4μg/mL
- Vb也具良好选择性(SI=10.83)
- ADMET预测显示化合物具备良好药物代谢性质，Vc的PSA值79.10和AlogP98值3.54提示其具备口服吸收潜力
作用机制研究
分子对接（CDOCKER协议）和靶点预测显示：
- 苯噻唑先导化合物通过抑制UDP-PP（undecaprenyl pyrophosphate phosphatase）破坏细胞壁合成
- Va-e衍生物展现出相似的对接构象和结合能(-CDOCKER能量22.72)，关键相互作用包括氨基胍基与Glu49/Glu17的氢键结合
- SAR分析确认：芳基取代基（R1苯基）、甲基取代（R2）和氨基胍结构是增强抗菌活性的核心结构特征
结论
本研究成功开发出对MRSA、ESKAPE病原体和分枝杆菌均有效的新型吡咯类抗菌剂。代表性化合物Vc通过多靶点作用（生物膜抑制、毒力因子阻断、UDP-PP抑制）展现出类药性优良（ADMET特性）和高度选择性（SI=47.01），其作用机制为早期细胞壁合成抑制。该发现为开发新型广谱抗菌药物奠定基础，未来需进一步验证UDP-PP的靶标作用并优化结构。
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