環(huán)肽類化合物的抗結(jié)核活性

摘要：結(jié)核病主要是由結(jié)核分枝桿菌引起的慢性傳染性疾病，具有高發(fā)病率和高死亡率等特點。近年來，耐藥結(jié)核病的發(fā)病率呈逐年遞增之勢，導(dǎo)致現(xiàn)有抗結(jié)核藥物的療效不斷下降。因此，亟須開發(fā)新型抗結(jié)核藥物。環(huán)肽類化合物具有易于合成、代謝穩(wěn)定性強(qiáng)、毒副作用低和口服利用度高等優(yōu)點，且已有數(shù)十種環(huán)肽類藥物用于臨床治療各種疾病。值得一提的是，環(huán)肽類化合物如Cyclomarin A和Lassomycin等可作用于結(jié)核分枝桿菌的酪蛋白水解蛋白酶C1，對包括耐多藥和廣泛耐藥結(jié)核分枝桿菌在內(nèi)的多種耐藥結(jié)核分枝桿菌顯示出良好的活性。因此，環(huán)肽類化合物在抗結(jié)核領(lǐng)域引起了藥物化學(xué)家的廣泛關(guān)注。本文將著重介紹近五年（2018年1月—2023年1月）所開發(fā)的具有抗結(jié)核活性的環(huán)肽類化合物的最新研究進(jìn)展，為進(jìn)一步研究提供參考。

關(guān)鍵詞：環(huán)肽；結(jié)核；結(jié)核分枝桿菌；耐藥；耐多藥

中圖分類號：R978.3" " " " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " "文章編號：1001-8751（2023）05-0321-06

Cyclopeptide Derivatives with Anti-tubercular Potential

Shen Yong，" "Wu Huai-zhi，" "Zhao Xiao-xiao，" "Pei Xiang-yao，" "Feng Lian-shun

（Glycogene LLC，" "Wuhan" 430075）

Abstract：Mycobacterium tuberculosis is the primary cause of tuberculosis， a chronic infectious disease with a high incidence and fatality rate. The incidence rate of drug-resistant tuberculosis is increasing year by year， leading to the decline of the efficacy of existing anti-tubercular drugs. Therefore， it is urgent to develop new anti-tubercular drugs. Cyclopeptide derivatives have the advantages of feasible synthesis， good metabolic stability， low toxicity， and side effects， and high oral availability， and dozens of cyclopeptides have been used for various diseases in clinics. It is important to note that cyclopeptide derivatives， including Cyclomarin A and Lassomycin， can affect Mycobacterium tuberculosis' caseinolytic protease C1 and， as a result， have excellent activity against different drug-resistant Mycobacterium tuberculosis strains， including extensively drug-resistant and multidrug-resistant varieties. Therefore， cyclopeptide derivatives have attracted great attention in seeking novel anti-tubercular agents." This review will concentrate on the most recent advancements in the study of cyclopeptide derivatives with anti-tubercular activity created in the last five years， serving as a guide for future study.

Key words：cyclopeptide derivatives;" "tuberculosis;" "Mycobacterium tuberculosis;" "drug resistance;" "multidrug resistance

1 前言

結(jié)核病（TB）主要是由結(jié)核分枝桿菌（MTB）引起的慢性傳染性疾病，嚴(yán)重危害人類的生命健康[1-2]。20世紀(jì)40年代以來隨著一線抗TB藥物的相繼問世，如1944年的鏈霉素、1952年的異煙肼和吡嗪酰胺、1961年的乙胺丁醇和1966年的利福平等，開啟了TB化療的新紀(jì)元[3-4]。然而，這些一線藥物已經(jīng)使用了50余年，TB已產(chǎn)生了嚴(yán)重的耐藥性，使得TB疫情卷土重來[5-6]。世界衛(wèi)生組織（WHO）在最新發(fā)布的《2022年全球結(jié)核病報告》中指出，TB是僅次于新型冠狀病毒感染的第二大類傳染性疾病，2021年全球新增1 060萬TB患者，較2020年估算新發(fā)患者數(shù)增加了5%，160萬人因此喪命[7]。值得一提的是，2021年45萬人罹患耐利福平TB （RR-TB）和耐多藥TB （MDR-TB），比2020年增長了3.1%。在過去的30年里，我國TB的發(fā)病率和死亡率均呈顯著下降之勢，但我國仍是全球30個TB高發(fā)病率國家之一。2021年，我國78萬人罹患TB，死亡4萬。因此，開發(fā)新型抗TB對世界尤其是我國具有重要的現(xiàn)實意義。

環(huán)肽類化合物可改善肽的高極性、大極性表面積、大體積尺寸、低膜透性滲透率、高清除率和快速代謝率等問題，是一類結(jié)構(gòu)特殊、易于合成、代謝穩(wěn)定性強(qiáng)、毒副作用低和口服利用度高的環(huán)狀肽類化合物[8-9]。目前，已上市的環(huán)肽類藥物已有數(shù)十種，且平均每年有一種環(huán)肽類藥物上市，已成為多肽藥物領(lǐng)域中的絕對主力。值得一提的是，環(huán)肽類化合物如Cyclomarin A和Lassomycin等可作用于MTB的酪蛋白水解蛋白酶C1 （ClpC1），對包括耐多藥（MDR）和廣泛耐藥（XDR） MTB在內(nèi)的多種耐藥MTB顯示出良好的活性[10]。基于此，環(huán)肽類化合物在抗TB領(lǐng)域引起了藥物化學(xué)家的廣泛關(guān)注。本文將著重介紹近五年（2018年1月—2023年1月）所開發(fā)的具有抗TB活性的環(huán)肽類化合物的最新研究進(jìn)展，為進(jìn)一步研究提供參考。

2 天然環(huán)肽類化合物

源于土壤放線菌（Streptomyces sp. MJM3502）的絳霉素I和Ⅱ [Rufomycin I，Ⅱ， 1a，b，圖1；最小抑菌濃度（MIC）： 0.01 μmol/L和0.05 μmol/L]對所測的MTB菌株具有極為優(yōu)秀的活性[11]。構(gòu)—效關(guān)系研究表明：（1）環(huán)己酰胺對活性有利；（2）R位的手性對活性有顯著影響，其中，如源于土壤放線菌（Streptomyces sp. MJM3502）的絳霉素NBZ8（2，MIC： 0.03 μmol/L）也具有極高的抗MTB H37Rv活性；（3）環(huán)己酰胺上的羥基為高活性所必需[11～13]。其中，絳霉素I （MIC： ＜0.004～0.5 μmol/L）對12株藥敏型MTB、7株單耐藥（耐利福平、耐異煙肼、耐鏈霉素、耐卷曲霉素、耐環(huán)絲氨酸、耐卡那霉素和耐莫西沙星）、11株MDR-MTB和11株XDR-MTB具有良好的廣譜活性，且活性優(yōu)于異煙肼（MIC： 0.1～＞8.0 μmol/L）。不僅如此，絳霉素I （MIC： ＜0.02～4.24 μmol/L）對恥垢分枝桿菌、膿腫分枝桿菌、龜分枝桿菌、海分枝桿菌、堪薩斯分枝桿菌、牛分枝桿菌和鳥分枝桿菌的活性是異煙肼（MIC： 0.48～＞8.0 μmol/L）的＞4.5倍。作用機(jī)制研究結(jié)果表明，絳霉素I可通過作用于MTB ClpC1發(fā)揮抗MTB活性。總之，優(yōu)秀的廣譜抗分枝桿菌活性使得絳霉素I極具進(jìn)一步開發(fā)前景。

從珊瑚源真菌花色曲霉（Aspergillus versicolor）中分離得到的四種新型環(huán)七肽Asperheptatides A～D （3a～d， MIC： ≥100 μmol/L）僅顯示出弱的抗MTB H37Ra活性，且活性仍遠(yuǎn)遜于利福平（MIC： 0.00625 μmol/L）和異煙肼（MIC： 0.0125 μmol/L）[14]。進(jìn)一步結(jié)構(gòu)修飾發(fā)現(xiàn)，向R1和/或R3位引入肉桂酸可在一定程度上提高抗MTB H37Ra活性（MIC： 12.5～100 μmol/L）。因此，這類化合物可作為先導(dǎo)物進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化以進(jìn)一步提高抗MTB活性。

從小單孢菌UTJ3分離得到的Coprisamide C （4， MIC： 82.8 μg/mL）具有中等強(qiáng)度的抗MTB mc2 6230活性[15]，而從諾爾斯氏鏈霉菌（Streptomyces noursei） NTR-SR4代謝產(chǎn)物中分離所得的Noursamycin A （5，MIC： 8.0 μg/mL）對草分枝桿菌DSM 750具有中等強(qiáng)度的活性，但活性遠(yuǎn)遜于環(huán)丙沙星（MIC： ＜0.25 μg/mL）[16]。從鐮刀菌霉菌 （Fusarium）毒素中分離獲得的環(huán)肽類化合物Enniatin A1 （6，MIC： 3.12 μg/mL）對恥垢分枝桿菌顯示出潛在的活性[17]，而從棗屬植物（Ziziphus cambodiana）根部分離所得的Cambodine D （7，MIC： 81.0 μg/mL）具有中等強(qiáng)度的抗MTB H37Rv活性[18]。源于管狀海綿（Callyspongia aerizusa）的Callyaerin A （8，MIC100： 32.0 μg/mL）也顯示出一定的抗MTB H37Rv活性，可作為先導(dǎo)物進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化[19]。

從源于海洋的鏈霉菌SNJ042分離的Ohmyungsamycin A （9，MIC： 33.3 nmol/L）具有極為優(yōu)秀的抗MTB活性，且活性是乙胺丁醇（MIC： 3.1 μmol/L）的93倍[20]。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，吲哚C-4位的甲氧基并非高活性所必需，如脫甲氧基Ohmyungsamycin A衍生物10 （MIC： 4.9 nmol/L）的抗MTB mc2 6230活性是異煙肼（MIC： 142.9 nmol/L）和乙胺丁醇（MIC： 2.7 μmol/L）的29倍和551倍[21]。不僅如此，脫甲氧基Ohmyungsamycin A衍生物10 [半數(shù)抑制濃度（IC50）： ＞50 μmol/L]對正常MRC-5細(xì)胞未顯示出任何毒性。因此，化合物10極具進(jìn)一步開發(fā)前景。

從放線菌MJM5123分離所得的Ecumicin （11; MIC： 360 nmol/L）及其脫羥基衍生物Deoxyecumicin （12; MIC： 280 nmol/L）顯示出良好的抗MTB H37Rv活性，提示芐位的羥基非高活性所必需[22-23]。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，盡管二者的抗MTB H37Rv活性弱于利福平（MIC： 7 nmol/L），但Ecumicin和Deoxyecumicin可快速殺滅胞內(nèi)MTB H37Rv [23-24]。因此，二者可作為抗MTB候選物進(jìn)行深入研究。

3 合成環(huán)肽類化合物

SyCPA 63 （13， 圖2; MIC： 6.0 μmol/L）不僅具有潛在的抗MTB H37Rv活性，而且對屎腸球菌、金黃色葡萄球菌、肺炎克雷伯菌、鮑曼不動桿菌、銅綠假單胞菌和腸桿菌屬等致病菌也顯示出廣譜抗菌活性（MIC： 4.0～64 μmol/L）[25]。Wollamide B的衍生物14 （MIC： 1.56 μmol/L）的抗MTB H37Rv活性與乙胺丁醇（MIC： 1.56 μmol/L）相當(dāng)，且該化合物（MIC： 12.5～25 μmol/L）對金黃色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、屎腸球菌和糞腸球菌也顯示出潛在的活性[26]。因此，二者可作為抗MTB和抗菌先導(dǎo)物進(jìn)一步結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

Hirsutellide A衍生物15 （MIC： 40 μmol/L）具有中等強(qiáng)度的抗MTB H37Rv活性，但活性弱于異煙肼（MIC： 4.0 μmol/L） [27]。構(gòu)—效關(guān)系研究表明，苯環(huán)上的氯對活性至關(guān)重要，將其移除或用甲氧基替換將導(dǎo)致活性消失。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，該化合物（IC50：1.8和26 μmol/L）也顯示出潛在的抗惡性瘧原蟲3D7和HepG2腫瘤細(xì)胞活性，而且具有較好的溶解性（34 μg/mL）和高滲透性（330 nm/s）。因此，該環(huán)肽可作為抗MTB、抗瘧疾和抗腫瘤先導(dǎo)物進(jìn)行深入結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

Ilamycin衍生物16 （MIC： 0.05～0.26 μmol/L）具有優(yōu)秀的抗恥垢分枝桿菌mc2155、海分枝桿菌和MTB H37Ra活性[28]。作用機(jī)制研究顯示，該環(huán)肽可作用于MTB的酪蛋白水解蛋白酶C1 （ClpC1）進(jìn)而發(fā)揮抗分枝桿菌活性。Ilamycin F衍生物17a～c （MIC： 1.6～1.7 μmol/L）和18 （MIC： 1.7 μmol/L）顯示出良好的抗MTB H37Rv活性，且環(huán)肽17a （MIC： 5.7～17.7 μmol/L）對MCF-7、HeLa、HepG2、A549和HCT-116腫瘤細(xì)胞具有抑制作用。因此，這類衍生物極具進(jìn)一步開發(fā)前景[29]。

Cyclomarin衍生物19 （MIC： 0.4～1.7 μmol/L）和20 （MIC： 0.4～1.7 μmol/L）具有良好的抗MTB H37Rv活性，且構(gòu)—效關(guān)系顯示，向吲哚的N-1位引入異丙基對活性有利[30]。其中，代表物19a，b （MIC： 0.4 μmol/L和0.5 μmol/L）和20a，b （MIC： 0.4 μmol/L和0.5 μmol/L）的抗MTB H37Rv活性是異煙肼（MIC： 0.9 μmol/L）的2倍。不僅如此，化合物19a，b （IC50： 9.0～76.0 nmol/L）還具有極為優(yōu)秀的抗惡性瘧原蟲3D7和Dd2活性，且活性與氯喹（IC50： 3.4 nmol/L和233.9 nmol/L）相當(dāng)或更優(yōu)。基于此，這類衍生物在抗MTB和抗瘧疾領(lǐng)域大有作為。

R4W4 （21）可濃度依賴性抑制胞內(nèi)MTB H37Rv，且該環(huán)肽與異煙肼和吡嗪酰胺有協(xié)同作用[30]。Ohmyungsamycin A衍生物22～24 （MIC： 0.125 μmol/L， 0.25 μmol/L和0.50 μmol/L）顯示出優(yōu)秀的抗MTB H37Rv活性，且活性與異煙肼（MIC： 0.20 μmol/L）相當(dāng)[31]。作用機(jī)制研究顯示，這類化合物可通過抑制酪蛋白水解蛋白酶C1 （ClpC1）-酪蛋白酶蛋白水解亞基單位2（ClpP2）蛋白酶發(fā)揮抗MTB H37Rv活性[32]。在海分枝桿菌感染的斑馬魚模型中，化合物24 （10 μmol/L）可降低50%的海分枝桿菌感染，而利福平（10 μmol/L）僅可降低27%的細(xì)菌感染。不僅如此，二者聯(lián)合給藥可降低83%的細(xì)菌感染，提示二者具有協(xié)同作用。

4 結(jié)論

TB是最大的單一感染性病原體致死原因，全球范圍內(nèi)每年約有一千萬人罹患TB，上百萬人因此喪命。這主要是由于新型難治性TB和耐藥TB不斷涌現(xiàn)并廣泛傳播，加之新型抗TB藥物的研發(fā)遠(yuǎn)不能滿足需求所致。因此，研發(fā)新型抗TB藥物迫在眉睫。

環(huán)肽類化合物廣泛存在于自然界中，而固相合成技術(shù)日臻成熟，使得環(huán)肽的修飾工藝愈發(fā)簡單，具有各種生物活性的新型環(huán)肽不斷問世。研究表明，環(huán)肽類化合物可改善肽的低膜透性滲透率、高清除率和快速代謝率等一系列問題，是一類代謝穩(wěn)定性強(qiáng)、毒副作用低和口服利用度高的化合物。作用機(jī)制研究顯示，環(huán)肽類化合物可作用于MTB的酪蛋白水解蛋白酶C1，不僅對包括耐多藥和廣泛耐藥MTB在內(nèi)的多種耐藥MTB顯示出良好的活性，而且與現(xiàn)有抗TB藥物具有協(xié)同作用。因此，環(huán)肽類化合物是尋找新型抗TB藥物的優(yōu)良候選物。

未來幾年的研究可集中在：（1）對所新分離的源于結(jié)構(gòu)新穎的環(huán)肽類天然產(chǎn)物進(jìn)行抗MTB活性測定，為進(jìn)一步結(jié)構(gòu)修飾提供先導(dǎo)物或候選物；（2）設(shè)計合成新型的環(huán)肽類化合物，對具有高體外活性的候選物進(jìn)行深入的體內(nèi)研究；（3）對目前已有的高活性環(huán)肽如絳霉素I、Ohmyungsamycin A、脫甲氧基Ohmyungsamycin A衍生物10、Ecumicin及其脫羥基衍生物Deoxyecumicin、Cyclomarin衍生物19a，b和20a，b以及Ohmyungsamycin A衍生物24進(jìn)行深入的臨床前研究，以期獲得能夠進(jìn)入臨床的候選物。

參 考 文 獻(xiàn)

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