含哌嗪 / 哌啶片段的新型氨磺酰异羟肟酸作为强效脲酶抑制剂：合成、生物活性评价、动力学及分子对接研究

脲酶（Urease）作为某些病原体的毒力因子，会引发多种疾病。研究人员设计、合成一系列含哌嗪 / 哌啶片段的氨磺酰异羟肟酸并评估其作为脲酶抑制剂的效果。结果显示这些化合物抑制活性强，有望开发为新药。

　　在人体健康的复杂版图中，微生物与疾病的关系一直是科研人员重点关注的领域。脲酶（Urease，EC 3.5.1.5）作为一种镍依赖性金属酶，广泛存在于细菌、真菌、藻类和植物等众多生物体中，在全球生物氮循环里扮演着重要角色。然而，对于人类健康而言，脲酶却有着 “黑暗的一面”。它是某些病原体的毒力因子，当这些病原体入侵人体后，脲酶能催化尿素水解，快速释放出氨气（NH₃）和二氧化碳（CO₂） 。氨气呈强碱性，会对人体组织造成损伤，使得病原体在人体内存活、感染持续，进而引发一系列疾病，像胃溃疡、胃癌、肾盂肾炎和肾结石等。

目前，针对脲酶相关疾病的治疗面临诸多挑战。虽然在过去几十年里，科研人员已经发现了众多脲酶抑制剂，包括羟肟酸、磷酰胺酯、（硫）脲类似物、金属配合物和天然产物等，但临床应用的却非常有限。其中，乙酰氧肟酸（AHA）是美国食品药品监督管理局批准用于治疗泌尿系统感染的药物，也是目前唯一临床使用的脲酶抑制剂，然而它的抑制效果还有提升空间。因此，开发更高效、更安全的脲酶抑制剂迫在眉睫。

为了解决这一难题，来自吉首大学等研究机构的科研人员开展了一项深入研究。他们设计并合成了一系列含哌嗪 / 哌啶片段的氨磺酰异羟肟酸，将其作为新型脲酶抑制剂进行研究。该研究成果发表在《Bioorganic 》上，为脲酶抑制剂的研发开辟了新方向。

在这项研究中，研究人员运用了多种关键技术方法。在化合物合成方面，通过多步有机合成反应制备目标化合物。利用核磁共振（NMR）技术，包括¹H 和¹³C NMR，对化合物结构进行精确表征；采用电喷雾电离质谱（ESI-MS）确定化合物的分子量。在生物活性评价阶段，使用体外酶活性测定实验，评估合成化合物对脲酶的抑制效果，确定其半抑制浓度（IC₅₀）。

下面来看具体的研究结果：

• 化合物合成：科研人员根据特定的合成路线，成功合成了两个系列的羟肟酸。以 N1-Boc 保护的哌嗪为起始原料，经溴乙酸乙酯烷基化反应得到中间体 a，再在三氟乙酸作用下去保护形成乙基 2-(哌嗪 - 1 - 基) 乙酸酯 b。随后，使用氧化锌（ZnO）作为酸受体，使化合物 a 和 b 与芳基磺酰氯发生 N - 磺酰化反应，得到化合物 c1 - c16 和 c17 - c33，这些化合物进一步反应最终得到目标产物 d1 - d33。
• 生物活性评价：对合成的所有化合物（d1 - d16 和 d17 - d33）进行脲酶抑制活性测试，结果令人惊喜。这些化合物的 IC₅₀值在 0.29 - 20.3 μM 之间，均比临床使用的抑制剂 AHA（IC₅₀ = 23.4 ± 1.6 μM）活性更强。其中，活性最强的抑制剂 d4，其抑制效果是 AHA 的 80 多倍。此外，有 15 种化合物对幽门螺杆菌脲酶表现出卓越的抑制活性（IC₅₀ < 1 μM）。
• 抑制机制研究：研究证明这些新型脲酶抑制剂以混合机制可逆地抑制脲酶。这意味着它们能通过多种方式与脲酶相互作用，干扰脲酶的正常催化功能。
• 细胞毒性和药物特性评估：在细胞毒性方面，这些化合物在 250 μg/mL 的浓度下，对哺乳动物细胞几乎没有细胞毒性，安全性较高。同时，它们还展现出良好的水溶性和类药性质，这为后续开发成药物提供了有利条件。

研究结论表明，新合成的一系列氨磺酰异羟肟酸 d1 - d33 是高效的脲酶抑制剂。它们不仅抑制活性优于现有临床药物 AHA，而且具有低细胞毒性、良好水溶性和类药性质等优点，为开发新型抗脲酶相关疾病药物提供了极具潜力的先导化合物。这一研究成果意义重大，为未来脲酶抑制剂的研究和药物开发指明了方向，有望推动抗胃溃疡、胃癌、肾盂肾炎和肾结石等疾病药物的研发进程，为人类健康带来新的希望。后续研究可以在此基础上，进一步优化化合物结构，深入探究其作用机制，开展体内实验，加速新型药物的开发和应用。