新型N-甲基甘氨酰C环修饰恶唑烷酮衍生物的抗菌评价与作用机制研究

【编辑推荐】针对多药耐药菌(MDR)感染难题，郑州大学团队通过骨架跃迁策略设计合成了一系列含N-甲基甘氨酰C环的恶唑烷酮衍生物。化合物10c/10e对粪肠球菌(E. faecalis)和金黄色葡萄球菌(S. aureus)表现出2-8 μg/mL的显著抑菌活性，兼具低细胞毒性、强生物膜破坏能力和ROS/GSH稳态调控新机制，为克服Linezolid耐药提供了新思路。

　　

随着抗生素滥用导致的耐药性问题日益严峻，耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)和万古霉素耐药肠球菌(VRE)等"超级细菌"每年造成全球超万人死亡。传统抗生素如利福平和糖肽类药物面临广泛耐药，而2000年上市的恶唑烷酮类代表药物Linezolid(Zyvox^?
)虽通过独特核糖体抑制机制避免了交叉耐药，其过度使用仍导致耐药菌株涌现。这一困境促使科学家不断探索恶唑烷酮骨架的结构优化策略，特别是针对C环和C5侧链的修饰。

郑州大学研究团队近期在《Journal of Molecular Structure》发表的研究中，创新性地将替加环素(tigecycline)和达巴万星(dalbavancin)中的N-甲基甘氨酰功能团引入研究性药物ranbezolid的C环结构。通过曼尼希反应等关键技术，构建了29个新型衍生物，其中萘环取代的10c-10d和噻唑衍生物10e展现出最优抗菌活性。这些化合物不仅能有效穿透细菌生物膜，更通过破坏谷胱甘肽(GSH)/活性氧(ROS)稳态的新机制，引发氧化应激导致细菌膜损伤和核酸泄漏，对临床分离的Linezolid耐药株仍保持活性。

【关键技术方法】
研究采用核磁共振(¹
H/¹³
C NMR)和高分辨质谱(HRMS-TOF)进行结构确证，通过微量肉汤稀释法测定最小抑菌浓度(MIC)，结合MTT法评估细胞毒性。采用荧光探针DCFH-DA检测ROS水平，GSH检测试剂盒量化氧化应激指标，并通过核酸泄漏实验和扫描电镜(SEM)验证膜损伤机制。

【合成与表征】
通过3,4-二氟硝基苯与哌嗪的亲核取代反应构建关键中间体7，再经N-甲基甘氨酰化修饰获得目标化合物9a-11f。核磁数据显示哌嗪环质子峰出现在δ 3.5-4.0 ppm，而N-甲基特征单峰位于δ 2.8 ppm附近，HRMS数据误差均小于5 ppm。

【抗菌评价】
萘环衍生物10c对粪肠球菌ATCC 29212的MIC为2 μg/mL，是Linezolid的4倍；噻唑衍生物10e对临床分离MRSA的MIC达4 μg/mL。值得注意的是，这些化合物在50%血清中保持24小时稳定性，且对哺乳动物细胞的CC₅₀

128 μg/mL，治疗指数超过32。

【作用机制】
10c处理后的金黄色葡萄球菌胞内ROS水平升高3.8倍，GSH含量下降72%。透射电镜显示细菌膜出现明显皱褶和孔洞，伴随260 nm吸光度值升高证实核酸泄漏。耐药频率实验表明，10e诱导耐药突变率低于1×10^-9
，显著优于对照药物。

【结论与意义】
该研究首次将N-甲基甘氨酰模块成功应用于恶唑烷酮C环改造，不仅拓展了此类药物的结构多样性，更揭示了通过氧化应激途径增强抗菌活性的新策略。化合物10c和10e兼具低耐药倾向和生物膜穿透能力，为开发针对MDR革兰阳性菌的"耐药屏障"型抗生素提供了先导化合物。研究获得平原实验室开放课题(2023PY-OP-0103)等资助，相关专利正在布局中。