新型Fabl抑制剂Debio 1453在体内清除耐药淋球菌感染的研究

《Nature Communications》：The bactericidal FabI inhibitor Debio 1453 clears antibiotic-resistant Neisseria gonorrhoeae infection in vivo

本研究针对日益严重的淋球菌抗生素耐药性问题，开发了靶向脂肪酸合成关键酶Fabl的新型抑制剂Debio 1453。研究人员通过结构导向药物设计优化先导化合物，证实该化合物对包括头孢曲松和阿奇霉素耐药株在内的多重耐药淋球菌具有强效杀菌活性，在小鼠阴道感染模型中成功清除感染，且不易诱导耐药突变。该研究为治疗耐药淋球菌感染提供了具有全新作用机制的候选药物。

　　

淋病作为全球流行的性传播疾病，其致病菌淋病奈瑟菌（Neisseria gonorrhoeae）对抗生素的耐药性问题日益严峻。近年来，随着头孢曲松（ceftriaxone）和阿奇霉素（azithromycin）耐药株的出现，"无药可治"的淋病已成为现实的公共卫生威胁。面对这一挑战，开发具有全新作用机制的抗生素迫在眉睫。

在这项发表于《Nature Communications》的研究中，科学家们将目光投向了细菌脂肪酸合成途径中的关键酶——Fabl（enoyl-acyl carrier protein reductase）。该酶在细菌脂肪酸生物合成II型系统（FASII）中催化限速步骤，而在哺乳动物中不存在同源物，因此是理想的抗菌靶点。研究人员以已知的Fabl抑制剂afabicin（Debio 1450）的活性代谢物Debio 1452为起点，通过系统的药物化学优化，成功开发出对淋球菌Fabl（NgFabl）具有亚纳摩尔级别抑制活性的新型化合物Debio 1453。

研究团队采用了多项关键技术方法：通过结构导向药物设计基于高分辨率（1.3?）NgFabl-Debio 1453复合物晶体结构进行优化；使用世界卫生组织2024年淋球菌参考菌株 panel和100株临床分离株进行体外药效评价；利用人类宫颈癌细胞（HeLa229）评估细胞内杀菌活性；建立小鼠阴道感染模型评价体内疗效；并采用金黄色葡萄球菌中性粒细胞减少小鼠大腿感染模型进行验证。

Development of NgFabl inhibitors and the discovery of Debio 1453

研究人员通过药物化学项目合成了300多个Debio 1452类似物，系统阐明了构效关系（SAR）。核心的吡啶烯酰胺骨架和右侧酰胺构成了主要的药效团。共结晶研究揭示了该化学系列在NgFabl催化口袋中的结合模式为三元复合物，包含Fabl活性位点、NADH辅因子和抑制剂。关键的结构优化包括将右侧内酰胺扩展为二氮杂环庚酮，引入立体定义的甲基和羟基，最终获得Debio 1453（IC₅₀0.6 nM）。该化合物通过多种相互作用与酶和辅因子结合，包括T形边对面堆积、氢键和范德华力，这可能是其具有亚纳摩尔级别效力的原因。

Debio 1453 activity against N. gonorrhoeae and non-gonococcal Neisseria spp. in vitro

Debio 1453对2024年WHO淋球菌参考菌株表现出强效活性（MIC范围0.03-0.125μg/mL），包括对头孢曲松、阿奇霉素、大观霉素、四环素和/或环丙沙星耐药的菌株。对100株连续临床分离株的测试显示，Debio 1453的MIC₅₀和MIC₉₀均为0.06μg/mL（范围0.008-0.125μg/mL）。对16种非淋球菌奈瑟菌属（包括脑膜炎奈瑟菌和15种共生奈瑟菌）的测试表明，Fabl氨基酸序列与NgFabl高度同源（>99%）的菌种对Debio 1453同样敏感。

Debio 1453 in vitro time-kill kinetics

Debio 1453对抗生素敏感和广泛耐药（XDR）的淋球菌均表现出快速杀菌作用。在时间杀菌试验中，所有测试浓度（低至2倍MIC）在24小时内均可实现≥3 log₁₀的活菌数减少。平均达到杀菌活性时间相似（2倍MIC时为10小时），表明为时间依赖性杀菌。在HeLa229细胞内杀菌实验中，Debio 1453在24小时内将细菌清除至检测限以下（≥3.1 log₁₀CFU/mL减少），效果与阿奇霉素相当。

Debio 1453 selection for mutants with reduced in vitro susceptibility

Debio 1453的自发单步突变率极低。在4倍MIC时突变频率为7.06×10^-9，在8倍和16倍MIC时未检测到存活菌落。从一株MIC增加4倍（从0.06升至0.25μg/mL）的突变株中鉴定出fabl基因G771T核苷酸变化，导致L257F氨基酸替换，进一步验证了Fabl作为Debio 1453的作用靶点。

Development of phosphate prodrug Debio 1453 P for in vivo assessments

为提高水溶性，研究人员开发了磷酸酯前药Debio 1453 P，其溶解度从Debio 1453的29μg/mL提升至>100mg/mL。Caco-2细胞实验证实该前药可被肠道细胞转化为活性化合物，且表现出中等至高渗透性和良好的代谢稳定性。

Debio 1453 demonstrates low potential for toxicity in vitro

基因毒性评估显示，Debio 1453 P在Ames试验中无致突变性，Debio 1453在小鼠淋巴瘤试验中无致突变性，两者在体外微核试验中均无克隆性或非整倍体活性。在人肝细胞（HepG2）中，最高测试浓度（30μM）下未观察到细胞毒性。

Debio 1453 efficacy in N. gonorrhoeae-infected mice

在小鼠阴道感染模型中，口服Debio 1453 P后血浆中Debio 1453的游离暴露量高于对淋球菌的MIC₉₀。Debio 1453对四种淋球菌挑战株（包括头孢曲松敏感/耐药和阿奇霉素敏感/耐药株）均有效，呈现明显的剂量反应，在至少一个剂量水平上48小时内将淋球菌清除至检测限以下。头孢曲松的PK-PD分析支持该模型的临床可转化性。

Debio 1453 efficacy in surrogate Staphylococcus aureus-infected neutropenic mice

在金黄色葡萄球菌中性粒细胞减少小鼠大腿感染模型中，Debio 1453治疗在24小时实现>1 log₁₀CFU减少，48小时实现>2 log₁₀CFU减少，疗效与超治疗剂量利奈唑胺（linezolid）相当。

本研究通过亚纳摩尔级别的NgFabl抑制活性、共晶结构分析和耐药突变鉴定，充分验证了Fabl作为Debio 1453的作用靶点。Debio 1453具有多重优势：对临床相关多重耐药淋球菌（包括对最后一线治疗药物耐药的菌株）具有体内外强效杀菌活性；能够清除细胞内潜伏的细菌；不易诱导耐药突变。这些特性符合WHO和全球抗生素研发伙伴关系（GARDP）对单纯性淋病治疗的理想目标产品特征（TPP）。该研究为应对日益严峻的抗生素耐药性挑战提供了具有全新作用机制的候选药物，支持Debio 1453作为治疗淋球菌感染的有前景候选药物进入后续开发阶段。