肉桂酸-羟肟酸衍生物通过靶向与细菌核区相关的HU蛋白，展现出抗生素作用、抗生物膜形成特性以及解旋超螺旋结构的能力

《Advanced Science》：Cinnamic-Hydroxamic-Acid Derivatives Exhibit Antibiotic, Anti-Biofilm, and Supercoiling Relaxation Properties by Targeting Bacterial Nucleoid-Associated Protein HU

针对抗生素耐药性问题，研究通过结构筛选发现cinnamic-hydroxamic-acid衍生物（CHADs）可作为HU抑制剂，对多重耐药金黄色葡萄球菌、结核分枝杆菌和铜绿假单胞菌等具有显著抗菌活性（MIC低至12 μg/mL），且能破坏细菌生物膜和DNA超螺旋结构。体内实验证实CHADs安全且有效，其中R4Cl表现出协同增效作用，与利福平联用可显著降低MIC值。该研究为开发新型抗生素提供了新靶点和候选药物。

　　在当今全球范围内，抗生素耐药性（AMR）已成为威胁人类健康的严重问题之一。随着传统抗生素的过度使用以及新型抗生素研发的缓慢，寻找新的药物靶点和化合物成为抗生素开发的关键。本研究聚焦于一种名为HU的核蛋白，这是一种在细菌DNA代谢、超螺旋调控以及生物膜形成过程中发挥重要作用的蛋白。通过结构基础的筛选方法，我们识别出一系列名为CHADs（肉桂酸羟胺酸衍生物）的新型抗生素候选物，这些化合物表现出显著的抗菌活性，且对多种病原体，包括耐药菌株具有良好的治疗效果。

HU是一种普遍存在于细菌中的核蛋白，其在细胞分裂、生物膜形成以及对抗抗生素应激反应中起着至关重要的作用。由于HU能够调控DNA的超螺旋状态，它在细菌的基因表达和环境适应中扮演着重要角色。生物膜的形成与细菌的生存能力密切相关，它能够提供一种保护性环境，使细菌更易抵抗抗生素和宿主免疫系统的攻击。而HU在生物膜形成中通过结合细胞外DNA（eDNA）和脂多糖（LPS）等成分，起到一种分子“胶水”的作用，帮助稳定生物膜结构。因此，针对HU的抑制剂可能不仅具有直接的抗菌活性，还能破坏生物膜结构，从而提高对抗耐药菌株的疗效。

本研究中的CHADs是一类基于结构筛选获得的化合物，它们能够靶向HU蛋白的关键区域，并干扰其与DNA的相互作用。实验表明，这些化合物能够显著抑制多种病原体的生长，包括50株临床分离的耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）、结核分枝杆菌（M. tuberculosis）以及耐多药的铜绿假单胞菌（A. baumannii）。其中，R4Cl的最低抑制浓度（MIC）仅为12 μg/mL，表现出较强的抗菌能力。此外，CHADs还显示出良好的抗生物膜活性和DNA超螺旋松弛能力，这表明它们不仅能够直接杀死细菌，还能削弱其对抗生素的耐受性。

在实验中，我们还评估了CHADs在小鼠模型中的安全性。结果显示，Belinostat和R4Cl在静脉注射后均表现出较低的毒性，并且在皮肤感染和败血症模型中显示出良好的治疗效果。这些化合物能够显著减少感染部位的细菌数量，并改善组织结构，从而证明其在体内具有实际应用潜力。相比之下，Panobinostat由于毒性较高，不适用于静脉注射，但其在抗菌方面具有一定的潜力。值得注意的是，CHADs的抗菌活性并不完全依赖于其对细菌生长的直接抑制，而可能通过影响其DNA超螺旋状态和生物膜形成，从而削弱其对抗抗生素的应激反应能力。

为了进一步验证CHADs的抗菌机制，我们进行了多种实验，包括核磁共振（NMR）和分子动力学（MD）模拟。实验结果表明，CHADs能够与HU蛋白的特定区域结合，干扰其与DNA的相互作用。这种结合不仅影响DNA的结构和功能，还可能通过破坏细菌的DNA调控网络，影响其基因表达模式，从而削弱其适应环境的能力。通过对比不同浓度的CHADs与抗生素的协同效应，我们发现它们能够显著降低某些抗生素的最小抑菌浓度（MIC），表明其在组合治疗中具有潜在的增效作用。

CHADs的结构和功能特点使其成为一种具有前景的新型抗生素。它们不仅能够有效抑制细菌的生长，还能够破坏其生物膜结构和DNA超螺旋状态，从而对抗耐药性。此外，CHADs表现出较低的耐药频率（FoR），这可能与其同时作用于细菌的多个关键机制有关。通过体外和体内实验的结合，我们发现CHADs不仅具有良好的抗菌活性，还能有效治疗与生物膜相关的慢性感染。

进一步的研究还表明，CHADs的抗菌作用与它们的分子结构密切相关。其中，CHADs的CHI（肉桂酸羟胺酸）基团可能是其抗菌活性的核心部分。在实验中，我们发现去除该基团的化合物（如Vorinostat）在抗菌方面表现不佳，这进一步支持了CHI基团在抗菌作用中的重要性。此外，通过分子动力学模拟，我们还发现CHADs能够与HU蛋白形成稳定的结合，这种结合不仅影响其DNA结合能力，还可能通过改变其结构和功能，影响细菌的正常生理活动。

为了评估CHADs的临床应用潜力，我们还探讨了它们在不同细菌中的抗菌效果。例如，在对金黄色葡萄球菌（S. aureus）和铜绿假单胞菌（P. aeruginosa）的体外实验中，CHADs表现出不同的抗菌效果，这可能与其对不同细菌的DNA调控机制有关。同时，我们还发现，CHADs在某些情况下能够增强其他抗生素的抗菌效果，形成协同作用，这为其在临床治疗中的应用提供了新的思路。

在生物膜相关实验中，我们发现CHADs不仅能够抑制生物膜的形成，还能破坏已形成的生物膜结构。通过扫描电子显微镜（SEM）和晶体紫染色实验，我们观察到R4Cl在生物膜形成过程中表现出显著的抑制作用，并且在破坏生物膜方面效果良好。这表明，CHADs可能在治疗与生物膜相关的慢性感染方面具有重要价值。

此外，我们还通过生物信息学方法对CHADs的抗菌机制进行了深入分析。研究发现，CHADs能够通过干扰HU的DNA结合能力，影响细菌的基因表达调控，从而削弱其对抗抗生素的应激反应能力。这种作用可能与细菌的耐药性形成机制有关，即通过改变DNA结构和生物膜形成，细菌能够更好地适应环境压力。因此，CHADs可能通过破坏这些适应机制，提高抗菌效果。

在安全性方面，我们通过动物实验评估了CHADs的潜在毒性。实验结果表明，Belinostat和R4Cl在小鼠模型中表现出较低的毒性，能够安全地应用于体内治疗。而Panobinostat由于毒性较高，仅适用于口服给药。此外，CHADs在皮肤感染模型中也显示出良好的治疗效果，能够显著减少感染部位的细菌数量，并改善组织结构，这表明它们在实际临床应用中具有较高的可行性。

综上所述，CHADs是一种具有广阔前景的新型抗生素候选物。它们不仅能够有效抑制细菌的生长，还能通过破坏生物膜结构和DNA超螺旋状态，提高对抗耐药菌株的治疗效果。同时，CHADs表现出较低的耐药频率和良好的安全性，这使得它们在临床应用中具有显著优势。未来的研究将重点放在进一步优化其结构、评估其在不同病原体中的抗菌效果，以及探索其在组合治疗中的应用潜力。这些研究将为对抗抗生素耐药性提供新的策略，并为开发新型抗生素奠定基础。