新型卡托普利衍生的广谱金属β-内酰胺酶抑制剂：可持续Joullié-Ugi反应与连续流技术的创新应用

为解决临床亟需的金属β-内酰胺酶(MBL)抑制剂短缺问题，意大利那不勒斯费德里科二世大学团队通过可持续Joullié-Ugi多组分反应和连续流技术，设计出基于吲哚啉骨架的新型MBL抑制剂。该研究通过生化实验和分子对接证实化合物对NDM-1、VIM等5种临床相关MBL亚型具有纳摩尔级抑制活性，其中6d可协同亚胺培南使耐药菌MIC降低8倍，且完全规避ACE-1抑制副作用，为抗耐药菌药物开发提供新策略。

　　

随着"超级细菌"的全球蔓延，碳青霉烯类抗生素——这道人类对抗革兰阴性菌感染的最后防线正在崩塌。罪魁祸首是细菌携带的金属β-内酰胺酶(MBL)，这类酶能水解几乎所有β-内酰胺类抗生素，包括救命用的碳青霉烯类药物。更严峻的是，MBL基因可通过质粒在菌株间快速传播，导致NDM-1、VIM等亚型在临床菌株中广泛流行。尽管全球科学家努力数十年，至今仍未有任何MBL抑制剂获批上市，而COVID-19疫情期间抗生素的滥用更使这场"无声疫情"雪上加霜。

在这生死时速的竞赛中，降压药卡托普利意外带来曙光——其分子结构中的巯基能弱效抑制MBL。受此启发，意大利那不勒斯费德里科二世大学Margherita Brindisi团队在《Journal of Medical Mycology》发表研究，通过创新药物设计策略，将卡托普利结构嵌入吲哚啉骨架，开发出新一代广谱MBL抑制剂。研究巧妙融合可持续化学与合成生物学技术，采用Joullié-Ugi多组分反应实现"一锅法"高效构建分子骨架，并通过连续流技术将反应时间从12小时缩短至75分钟。

关键技术包括：1）基于NDM-1晶体结构的理性设计，保留锌离子结合域并增强疏水相互作用；2）建立包含5种MBL亚型（NDM-1/VIM-1/VIM-2/IMP-1/IMP-7）的酶活性检测体系；3）采用临床分离的10株MBL阳性菌株评估协同效应；4）结合圆二色谱(CD)和TDDFT计算确证绝对构型；5）通过500ns分子动力学模拟解析结合模式。

2.1 理性设计

研究团队通过分析卡托普利与NDM-1的共晶结构（PDB:4EXS），发现其D-异构体抑制活性（K_i=1.3μM）显著优于L-异构体。据此设计两个系列化合物：系列1将卡托普利脯氨酸环改造为3,3-二甲基/二乙基/螺环己基取代的吲哚啉骨架，羧基替换为酰胺以降低ACE-1抑制；系列2则嵌入硫奥芬的甘氨酰胺结构。分子对接预测新化合物可通过巯基螯合锌离子，并通过吲哚环与Trp87形成π-π堆积。

2.2 合成创新

突破性采用"中断Fischer吲哚化-Joullié-Ugi反应"的级联策略，以三苯甲基异腈或乙氧羰基甲基异腈为关键组分，实现克级规模制备。通过优化反应条件（2h碱性水解），成功避免2位手性中心差向异构化问题。CD光谱结合理论计算证实(S,S')-14b的绝对构型，为后续构效关系研究奠定基础。

2.3 生物活性

荧光底物法显示化合物6d对VIM-2抑制活性最强（K_d=80nM），较D-卡托普利提升27倍。动力学分析揭示其通过慢结合机制（k₊₂/K=1.2×10⁴ M^-1s^-1）形成稳定复合物。值得注意的是，6d对NDM-1（K_i=2.6μM）和IMP-1（K_i=3.8μM）也保持广谱抑制，且50μM浓度下对ACE-1抑制率<5%，完全规避原药副作用。在VIM-1阳性肺炎克雷伯菌（T2216）中，128μg/mL 6d可使亚胺培南MIC从4μg/mL降至2μg/mL，生长曲线显示抑菌效果延长6小时。

3. 结论与展望

该研究通过"老药新用"策略，创制出首个兼具广谱MBL抑制和革兰阴性菌穿透活性的吲哚啉类先导化合物。分子动力学模拟揭示其独特作用机制：除锌离子螯合外，吲哚环与L3环（Met67/Phe70/Trp93）的疏水口袋相互作用是广谱活性的关键。尽管当前化合物在部分菌株中渗透性仍需优化，但建立的连续流合成平台（收率提升15%）为快速衍生化提供可能。这项工作为应对WHO列为"关键优先病原体"的碳青霉烯耐药菌提供了创新解决方案，其"结构简化+功能强化"的设计思路对其它金属酶抑制剂开发具有重要借鉴意义。