新型喹唑啉酮杂环化合物作为潜在抗菌剂的开发及其对DNA旋转酶B/拓扑异构酶IV的抑制机制研究

为解决抗生素耐药性这一全球性难题，研究人员通过分子杂交技术设计合成14种新型4-氧代喹唑啉杂环化合物（3-11a,b），系统评估其抗菌谱及对大肠杆菌DNA旋转酶B（GyrB）/拓扑异构酶IV的抑制作用。其中1,8-萘啶衍生物9展现出广谱抗菌活性（MIC 3.30-30.23 μM）和双重酶抑制能力（GyrB IC50 =2.29 μM），分子对接揭示其与靶酶结合模式，计算机模拟证实药物代谢特性，为抗耐药菌药物开发提供新思路。

　　

抗生素耐药性已成为21世纪全球公共卫生领域的重大威胁。自弗莱明发现青霉素以来，抗生素虽拯救了无数生命，但过度使用导致耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）、耐碳青霉烯肠杆菌（CRE）等"超级细菌"不断涌现。世界卫生组织警告：若不采取行动，2050年耐药菌感染可能导致每年1000万人死亡。在这一背景下，靶向细菌特有DNA拓扑异构酶的抑制剂成为研究热点，其中喹唑啉酮类化合物因其独特的杂环结构和广谱抗菌活性备受关注。

由Princess Nourah bint Abdulrahman University的Aisha A. Alsfouk团队在《Journal of Molecular Structure》发表的研究，创新性地将4(3H)-喹唑啉酮核心与吡啶、1,8-萘啶及嘧啶环系统杂交，开发出14种新型杂环化合物。研究采用核磁共振（¹
H/¹³
C NMR）、质谱等技术表征结构，通过微量肉汤稀释法测定最小抑菌浓度（MIC），使用酶联免疫吸附法检测DNA旋转酶B（GyrB）和拓扑异构酶IV抑制活性，结合分子对接和动力学模拟预测药物代谢特性。

化学合成部分显示，以3-甲基-2-硫代-2,3-二氢喹唑啉-4(1H)-酮为起始原料，经多步反应构建目标分子。关键中间体1与不同胺类缩合获得最终产物，所有化合物经元素分析和光谱验证。

抗菌活性研究表明，1,8-萘啶衍生物9对金黄色葡萄球菌（MIC=3.30 μM）和大肠杆菌（MIC=5.12 μM）均表现出强效抑制，其抗菌谱覆盖6种测试菌株。吡啶衍生物6a-c对真菌白色念珠菌的MIC为18.45-30.23 μM，而嘧啶衍生物11a-b对细菌更具选择性（MIC 7.75-24.30 μM）。

酶抑制实验揭示化合物9能同时抑制GyrB（IC₅₀
=2.29±0.15 μM）和拓扑异构酶IV（IC₅₀
=10.27±0.52 μM），其活性优于对照药新生霉素（Novobiocin）。值得注意的是，6b/c对GyrB抑制活性（IC₅₀
=3.40-4.59 μM）与新生霉素相当，但对拓扑异构酶IV抑制较弱，提示其作用机制存在差异。

计算生物学部分通过分子对接阐明，活性分子通过氢键与GyrB的ASP73、THR165等关键残基结合，其结合能（-9.2至-11.3 kcal/mol）与实验数据高度吻合。ADMET预测显示多数化合物符合Lipinski五规则，其中9的口服生物利用度评分达0.85。

该研究通过巧妙的分子杂交策略，成功开发出具有双重酶抑制功能的喹唑啉酮衍生物。化合物9的广谱抗菌活性和独特作用机制，为克服现有喹诺酮类药物耐药性提供新选择。特别值得关注的是其对GyrB亚基的纳摩尔级抑制能力，这一发现为开发靶向ATP结合位点的新型抗菌剂奠定基础。分子动力学模拟证实该系列化合物具有良好代谢稳定性，其结构-活性关系为后续优化提供明确方向。随着耐药菌株的持续进化，这类能同时靶向DNA超螺旋化和解旋过程的多功能抑制剂，或将成为下一代抗菌药物的重要候选。