硝基咪唑類(lèi)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(yáng)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(wàn)人因細(xì)菌感染而喪生。顯然，細(xì)菌感染嚴(yán)重威脅人類(lèi)生命健康?？垢腥净熕幬锸侨祟?lèi)對(duì)付細(xì)菌感染不可或缺的武器，然而近年來(lái)耐藥菌不斷涌現(xiàn)并在世界范圍內(nèi)廣泛傳播，已成為全球性問(wèn)題。不幸的是，目前處于臨床評(píng)價(jià)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(lèi)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(píng)價(jià)階段。顯然，硝基咪唑類(lèi)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(lái)硝基咪唑類(lèi)化合物在抗菌和抗TB領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展，并探討構(gòu)-效關(guān)系(SAR)，以期為更合理的設(shè)計(jì)此類(lèi)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(wàn)新發(fā)病例，其中包括23萬(wàn)兒童在內(nèi)的160萬(wàn)人因此喪命。近年來(lái)，全球TB防控未取得重大進(jìn)展，這主要?dú)w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(duì)滯后。因此，研發(fā)新型抗TB藥物勢(shì)在必行。值得一提的是，具有全新作用機(jī)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(xì)胞壁的合成和細(xì)胞呼吸)具有良好的抗藥敏型和耐藥型潛伏態(tài)和活動(dòng)性MTB活性。目前，德拉馬尼已被批準(zhǔn)用于MDR-TB患者的治療，而pretomanid作為不耐受MDR-TB、無(wú)應(yīng)答MDR-TB和XDR-TB患者治療方案的組成部分已獲得美國(guó)食品和藥品管理局(FDA)的優(yōu)先評(píng)審。由此可見(jiàn)，硝基咪唑類(lèi)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(xué)結(jié)構(gòu)

對(duì)多個(gè)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(lèi)化合物具有高活性所必需的官能團(tuán)，且手性碳的構(gòu)型與抗MTB活性息息相關(guān)：對(duì)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(duì)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(duì)德拉馬尼衍生物1而言，與無(wú)取代化合物相比，向R1位引入甲基對(duì)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(lèi)化合物的體內(nèi)活性；向哌啶的對(duì)位引入脂溶性的苯氧基對(duì)活性有利，而向苯氧基的對(duì)位引入三氟甲氧基可進(jìn)一步提高活性。對(duì)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(huì)導(dǎo)致活性的降低；臨近氧原子的碳可被進(jìn)一步修飾，且甲基的引入對(duì)活性有利；對(duì)X位而言，氧、氮和碳優(yōu)于脲、氨基甲?；汪驶谎娱L(zhǎng)側(cè)鏈的碳鏈對(duì)活性有利；向R1位引入取代苯基對(duì)活性有利，且取代基在苯環(huán)的對(duì)位優(yōu)于鄰位和間位；無(wú)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(huì)導(dǎo)致活性的大幅降低。

進(jìn)一步研究顯示，向?qū)ξ缓腥籽趸谋交泥徫灰氲诙€(gè)取代基(3)對(duì)活性有利，且醚和鹵原子較優(yōu)?；衔?a,b對(duì)MTB的最小抑制濃度(MIC)為60nmol/L，遠(yuǎn)優(yōu)于對(duì)照藥pretomanid(MIC:630nmol/L)。向pretomanid母核的三氟甲氧基鄰位引入甲基對(duì)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(zhǎng)。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(shí)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(jìn)入臨床評(píng)價(jià)階段，有望于不久的將來(lái)為人類(lèi)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(zhǎng)芳基與酯基之間烷基鏈的長(zhǎng)度將導(dǎo)致活性的降低，而對(duì)直鏈烷基衍生物而言，碳鏈的延長(zhǎng)對(duì)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(duì)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(dāng)。

2-硝基咪唑并嘧啶酮7(MIC:0.06～＞32μmol/L)對(duì)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(huì)導(dǎo)致活性的降低。代表物7a,b (MIC:0.06μmol/L)對(duì)富氧環(huán)境下的MTB的活性是對(duì)照藥pretomanid(MIC:0.25～0.5μmol/L)的4～8倍，可作為先導(dǎo)物進(jìn)一步研究。

圖2 德拉馬尼和pretomanid衍生物1～5的化學(xué)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(duì)MTB mc26230具有中等強(qiáng)度的活性。SAR顯示，這類(lèi)雜合體的活性與烷基鏈的長(zhǎng)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(duì)J774細(xì)胞系的毒性(IC50:＜0.8μg/mL)也較高，不具備深入研究?jī)r(jià)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(dāng)，值得進(jìn)一步研究。

唑可發(fā)揮氫鍵和范德華力等多種非共價(jià)鍵作用，進(jìn)而與各個(gè)生物靶點(diǎn)結(jié)合，故將硝基咪唑與唑雜合可能會(huì)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(gè)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(dāng)，而是卡那霉素(MIC:5.4μg/mL)的17.2倍。不僅如此，這三個(gè)雜合體(IC50:24.6～112.7μg/mL)對(duì)L6細(xì)胞的毒性較低，可作為先導(dǎo)物進(jìn)一步優(yōu)化。

圖3 硝基咪唑雜合體6～12的化學(xué)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(duì)照藥。

3 抗菌活性

革蘭陽(yáng)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(duì)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(wú)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(wàn)人因此喪命，可見(jiàn)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(yáng)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(mén)螺旋桿菌引起的感染，顯示出硝基咪唑類(lèi)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(diǎn)實(shí)施水污染防治、河流生態(tài)補(bǔ)水、河流源頭保護(hù)、河湖水系綜合整治、地下水超采治理和巖溶大泉保護(hù)及節(jié)約用水等“六大工程”，開(kāi)展汾河流域生態(tài)保護(hù)與修復(fù)治理。山西今后將在汾河先行試點(diǎn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，逐步組建滹沱河、漳河、沁河等7個(gè)流域投資公司，形成“1+7+N”（1個(gè)省屬水務(wù)企業(yè)，7個(gè)流域投資公司，N個(gè)區(qū)域公司）生態(tài)環(huán)境治理的市場(chǎng)化運(yùn)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(duì)革蘭陰性菌大腸埃希菌和銅綠假單胞菌無(wú)活性，但絕大多數(shù)化合物對(duì)革蘭陽(yáng)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(qiáng)度的抗菌活性，提示哌嗪基對(duì)高活性至關(guān)重要。對(duì)化合物13而言，供電子基優(yōu)于吸電子基，且對(duì)位和鄰位優(yōu)于間位。對(duì)化合物14而言，與無(wú)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(duì)革蘭陽(yáng)性菌的活性極高，代表物14a(MIC:11和3ng/mL)對(duì)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(guó)家食品藥品監(jiān)督管理總局(CFDA)批準(zhǔn)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(duì)所測(cè)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(yáng)性桿菌(139株)和革蘭陽(yáng)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(dāng)，可作為先導(dǎo)物進(jìn)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(shí)對(duì)藥敏型、耐藥型和20株臨床分離幽門(mén)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(shí)的抑菌圈為18，11和16.3mm)。SAR顯示，咪唑母核上的硝基對(duì)抗幽門(mén)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(tuán)如18d,e(濃度為8μg/disc時(shí)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(shí)的抑菌圈為50，48和34.2mm)對(duì)所測(cè)幽門(mén)螺旋桿菌的活性較高，且對(duì)藥敏型和耐藥型菌株的活性相當(dāng)，提示該化合物具有治療耐藥幽門(mén)螺旋桿菌感染的潛力。

圖4 硝基咪唑雜合體13～17的化學(xué)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(duì)金黃色葡萄球菌僅顯示出較弱的活性，對(duì)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(xué)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(duì)革蘭陽(yáng)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(dāng)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(yáng)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(duì)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(duì)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(dāng)。

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(duì)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(mén)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(qiáng)度的活性，但某些化合物對(duì)若干致病菌的活性與氯霉素(MIC:7.8～250μg/mL)相當(dāng)。SAR顯示，對(duì)雜合體25而言，R1和R2位的取代基對(duì)抗菌和抗真菌活性影響不大；對(duì)雜合體26而言，苯基優(yōu)于呋喃和噻吩，但向苯基上無(wú)論引入吸電子基還是供電子基均對(duì)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(yáng)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(duì)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(zhǎng)硝基咪唑和咪唑[2,1-b]苯并噻唑碳鏈長(zhǎng)度或向R位引入乙基對(duì)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(duì)照藥諾氟沙星(MIC:1～16μg/mL)和氯霉素(MIC:8～32μg/mL)，其對(duì)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(jìn)一步研究顯示，該雜合體可與促旋酶-DAN復(fù)合物通過(guò)氫鍵結(jié)合，進(jìn)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(xué)結(jié)構(gòu)

甲硝唑-三氮唑雜合體30對(duì)MRSA、大腸埃希菌、肺炎克雷伯菌、鮑曼不動(dòng)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(duì)包括耐藥菌株在內(nèi)的艱難梭菌和幽門(mén)螺桿菌和厭氧溶組織內(nèi)阿米巴原蟲(chóng)和藍(lán)氏賈第鞭毛蟲(chóng)顯示出潛在的活性。不幸的是，這類(lèi)雜合體與甲硝唑具有交叉耐藥性。向R位引入疏水基團(tuán)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(tuán)如嘧啶、羧酸和甲胺基則會(huì)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(yáng)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(lèi)如利奈唑胺具有獨(dú)特的抗菌作用機(jī)制，可與50S核糖體亞單位相結(jié)合，進(jìn)而抑制細(xì)菌蛋白質(zhì)的合成。這類(lèi)藥物對(duì)包括耐多藥菌株在內(nèi)的革蘭陽(yáng)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(huì)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(duì)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(wàn)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(wàn)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(duì)活性不利。對(duì)雜合體32而言，短鏈連接子對(duì)活性有利，而對(duì)雜合體34而言，長(zhǎng)鏈連接子更為有利。雜合體33a(MIC:0.39～0.78μg/mL)對(duì)所測(cè)所有菌株均顯示出極高的活性，其對(duì)蠟樣芽孢桿菌的活性與利奈唑胺相當(dāng)，對(duì)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(duì)金葡球菌ATCC70069和ATCC 29213的活性是萬(wàn)古霉素的8和2倍。此外，該雜合體對(duì)哺乳動(dòng)物細(xì)胞L929未顯示出任何毒性，值得進(jìn)一步研究。

圖7 硝基咪唑-喹諾酮雜合體36～40的化學(xué)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(duì)革蘭陽(yáng)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(duì)大多數(shù)致病菌的活性是對(duì)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(duì)正常小鼠成纖維細(xì)胞NIH/3T3(IC50:＞200μg/mL)未顯示出任何毒性，值得深入研究。

喹諾酮類(lèi)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(duì)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(duì)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(mén)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(dāng)，提示硝基的位置對(duì)此類(lèi)化合物的抗菌活性影響較小。(R)-光學(xué)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(hào)位羥基的手性與活性息息相關(guān)。對(duì)N-1位(R)而言，環(huán)丙基優(yōu)于乙基。氟喹諾酮母核對(duì)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(duì)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(dāng)或更優(yōu)。而克林沙星雜合體38a(MIC:0.25～0.5μg/mL)對(duì)革蘭陽(yáng)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(mén)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(jìn)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(duì)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(jī)制研究結(jié)果表明，該雜合體可通過(guò)二價(jià)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(jìn)而誘導(dǎo)細(xì)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(duì)所測(cè)絕大多數(shù)革蘭陰性菌(MIC:0.25～＞64μg/mL)和所有陽(yáng)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(duì)所測(cè)金黃色葡萄球菌、表皮葡萄球菌和枯草芽孢桿菌等革蘭陽(yáng)性菌的活性極高，其對(duì)枯草芽孢桿菌的活性與環(huán)丙沙星(MIC:0.008μg/mL)相當(dāng)，對(duì)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(duì)所測(cè)的14株臨床分離幽門(mén)螺桿菌(包括5株耐甲硝唑分離株)和標(biāo)準(zhǔn)菌株NCTC 11637的MIC90為0.5～＞32μg/mL?？傮w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(duì)所測(cè)所有幽門(mén)螺桿菌具有優(yōu)秀的活性，MIC為0.031～5μg/mL (平均MIC90:0.5μg/mL)，對(duì)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(xué)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(yáng)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(mén)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(zhǎng)度和R位的取代基對(duì)活性影響較小，但硝基必不可少。雜合體43的抗革蘭陽(yáng)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(jìn)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(qiáng)度的抗革蘭陽(yáng)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(mén)菌)，且雜合體45b(MIC:16～64μg/mL)的活性優(yōu)于45a(MIC:64～128μg/mL)，提示乙?；囊雽?duì)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(duì)所測(cè)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(duì)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(duì)所測(cè)菌株具有良好的活性。SAR表明，與無(wú)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(duì)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(duì)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(guò)多種非共價(jià)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(lèi)化合物對(duì)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(qiáng)度的抗革蘭陽(yáng)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(dòng)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(duì)活性有利。代表物50e(MIC:13～210μmol/L)具有廣譜抗菌活性，且對(duì)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(duì)耐藥鮑曼不動(dòng)桿菌具有快速殺滅活性，且不會(huì)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(jìn)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(dòng)桿菌的細(xì)胞膜，而且與耐藥鮑曼不動(dòng)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(xué)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(yáng)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(dòng)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(dāng)。其中，化合物51p不僅對(duì)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(duì)RAW 264.7細(xì)胞系的毒性較低且產(chǎn)生耐藥性的幾率低。作用機(jī)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(xì)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(jìn)而達(dá)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(duì)MSSA、MRSA、大腸埃希菌、銅綠假單胞菌和耐萬(wàn)古霉素腸球菌(VRE)無(wú)任何活性，但化合物52a(MIC:0.0625～4μmol/L)對(duì)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(yáng)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(shí)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(duì)照藥。盡管如此，這類(lèi)研究豐富了SAR，為進(jìn)一步合理設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

每年上百萬(wàn)人死于由分枝桿菌、革蘭陽(yáng)性菌和革蘭陰性菌引起的感染，故這類(lèi)細(xì)菌感染給各國(guó)醫(yī)療系統(tǒng)造成了沉重的負(fù)擔(dān)?？股貙?duì)于細(xì)菌感染的治療至關(guān)重要，然而細(xì)菌已對(duì)幾乎所有抗生素產(chǎn)生了不同程度的耐藥性。更為嚴(yán)峻的是，目前在臨床評(píng)價(jià)中的對(duì)耐藥菌有效的候選物屈指可數(shù)。因此，亟需開(kāi)發(fā)對(duì)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(duì)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(píng)價(jià)階段，為臨床醫(yī)師提供了更多選擇。本文綜述了近年來(lái)硝基咪唑類(lèi)化合物在抗菌和抗TB領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展，并探討了SAR，為進(jìn)一步研究提供理論基礎(chǔ)。