靶向DprE1酶的苯并噻唑-咪唑烷杂化类似物的抗结核潜力研究

《Future Journal of Pharmaceutical Sciences》：Investigation of novel hybrid analogues for their antitubercular pharmacological potential

本刊推荐：为应对耐多药结核病(MDR-TB)治疗困境，研究人员开展了靶向结核分枝杆菌细胞壁合成关键酶DprE1的苯并噻唑-咪唑烷杂化类似物的创新研究。通过网络药理学、分子对接和分子动力学模拟预测化合物与靶点的相互作用，并合成四种新型杂化类似物(PK-1至PK-4)。体外抑菌实验表明，特别是含甲氧基和氟取代的PK-2对耻垢分枝杆菌抑制效果显著(抑菌圈17 mm)。该研究为开发新型抗MDR-TB药物提供了先导化合物，具有重要转化价值。

　　

在全球公共卫生领域，结核病(Tuberculosis, TB)依然是威胁人类健康的重大传染病，尤其是耐多药结核病(Multidrug-Resistant Tuberculosis, MDR-TB)的蔓延，使得现有治疗方案效果有限。结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis)独特的细胞壁结构是其耐药性和持久存留的关键因素，而当前一线药物如异烟肼、氟喹诺酮类、氨基糖苷类等，因耐药性及毒副作用限制了其临床应用。因此，研发作用于新靶点、结构新颖的抗结核药物迫在眉睫。

在此背景下，DprE1酶（decaprenylphosphoryl-β-D-ribofuranose oxidoreductase，脱氧核糖基磷酸-β-D-呋喃核糖氧化还原酶）成为抗结核药物研发的热点靶标。该酶是结核分枝杆菌细胞壁阿拉伯半乳聚糖生物合成中的关键酶，抑制其活性可有效破坏细菌细胞壁完整性，导致细菌死亡。由于DprE1在人体中无同源蛋白，针对该靶点的抑制剂具有高选择性和较低的宿主毒性潜力。

为探索新型抗结核候选药物，Ritesh P. Bhole等研究人员在《Future Journal of Pharmaceutical Sciences》上发表了一项集成计算与实验方法的研究，设计并评价了一系列苯并噻唑-咪唑烷杂化类似物的抗结核活性。该研究旨在通过合理的药物设计，获得具有高亲和力、良好类药性且能有效抑制DprE1酶的新型小分子化合物，为应对MDR-TB提供新的治疗策略。

研究人员采用多层次的研究方法，主要包括以下几个关键技术：网络药理学分析用于预测化合物作用靶点及相关信号通路；分子对接模拟（使用Open Eye软件）评估类似物与DprE1酶（PDB: 4KW5）的结合模式与能量；分子动力学模拟（基于AMBER-18平台，时长100 ns）考察复合物稳定性与结合自由能；合成化学方法制备四种目标杂化类似物（PK-1至PK-4），并经薄层色谱、熔点测定、红外光谱、核磁共振谱和质谱进行结构确证；最后通过碟片扩散法评价化合物对耻垢分枝杆菌（Mycobacterium smegmatis）的体外抑菌活性。

研究结果主要包括以下几个方面：

网络药理学分析

通过构建化合物-靶点-通路互作网络，发现PK-1至PK-4共同作用于多个结核病相关蛋白，如EGFR、AKT1、CASP3、MAPK8等。KEGG通路富集分析表明，这些化合物可能参与调控结核病感染、NF-κB信号通路、PI3K-Akt信号通路等，提示其具有多靶点作用潜力。

分子对接与分子动力学模拟

分子对接结果显示，四种类似物与DprE1酶均具有较强的结合能力，结合能介于-10.26至-15.48 kcal/mol。其中，PK-2结合能最低（-15.48 kcal/mol），与关键活性残基Lys512、His132形成稳定氢键。100 ns分子动力学模拟进一步证实，PK-2与DprE1复合物在整个模拟过程中构象波动较小（RMSD≈2 ?），结合自由能（MMGBSA）为-39.17 kcal/mol，表明其与靶点形成稳定相互作用。

化合物合成与结构表征

研究人员通过两步反应成功合成了四种苯并噻唑-咪唑烷杂化类似物（合成路线见图2）。中间体硫脲及终产物经IR、NMR、MS等多种技术确认结构。IR谱中可见酰胺键（C=O, 1750–1700 cm^-1）及咪唑烷环特征吸收（1500–1600 cm^-1）；NMR谱中化学位移δ 4.2–4.5 ppm处的单峰提示环化成功；质谱中分子离子峰（如PK-2: m/z 373.42）进一步验证了目标分子结构。

体外抗结核活性评价

采用碟片扩散法评价四种类似物对耻垢分枝杆菌的抑制活性。结果显示，PK-2抑菌圈直径最大（17 mm），显著优于PK-1（活性较弱）及PK-3（13 mm）、PK-4（11 mm），阳性对照异烟肼为19 mm。构效关系分析表明，PK-2分子中甲氧基与氟原子的协同电子效应增强了其与DprE1活性中心的相互作用，从而提升抑菌活性。

类药性与ADME性质预测

所有类似物均符合Lipinski五规则，具有较好的口服生物利用度（0.55）和胃肠道吸收特性，log P值在2.68–2.85之间，提示其具备良好的药物开发潜力。

本研究通过计算与实验相结合的策略，系统评价了苯并噻唑-咪唑烷杂化类似物作为新型抗结核候选化合物的潜力。结果表明，特别是PK-2表现出较强的DprE1酶抑制活性及良好的类药性，其多靶点作用机制可能有助于克服现有抗结核药物的耐药性问题。该研究不仅为抗MDR-TB药物研发提供了有前景的先导化合物，也展示了网络药理学与合成化学、生物评价相结合在药物发现中的有效性和实用性。未来研究可进一步考察该类化合物对临床耐药结核菌株的活性，并开展体内药效学及毒理学评价，推动其向临床应用转化。