针对鲍曼不动杆菌（Acinetobacter baumannii）脂蛋白转运系统的阿鲍辛衍生物的结构-活性关系（SAR）研究

《European Journal of Medicinal Chemistry》：Structure-Activity Relationship (SAR) Studies of Abaucin Derivatives Targeting the Lipoprotein Transport System in Acinetobacter baumannii

　　

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  初步的Abaucin药代动力学（SAR）研究已经完成。
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  与Abaucin相比，化合物28在抑制LolF/D蛋白和抗菌活性方面表现出显著提升。
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  化合物28与膜通透剂PMB联合使用在小鼠败血症模型中显示出显著疗效。
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  化合物28的安全性优于Abaucin。

引言

鲍曼不动杆菌（尤其是碳青霉烯类耐药的A. baumannii，简称CRAB）是一种主要的医院获得性革兰氏阴性病原体[1]。此外，它可以通过质粒和整合子等移动遗传元件高效获取并保留外源性抗生素抗性基因[2],[3]，从而导致多重耐药性的频繁出现。更重要的是，A. baumannii能够在环境中长期存活，并具有出色的耐干燥能力[4],[5]，这促进了其在医疗环境中的持续存在和传播[6]。

目前，世界卫生组织（WHO）已将CRAB列为关键优先级的抗生素耐药性病原体，使其成为全球抗生素研发的重点之一[7]。欧洲公共卫生机构也对此表示担忧。2024年，欧洲疾病预防控制中心（ECDC）在欧盟/欧洲经济区各国启动了一项基因组监测计划，以监测CRAB在医院中的发生情况、分布及其耐药性特征，强调了其对患者安全和感染控制的日益严重威胁[8]。

尽管在治疗A. baumannii感染方面最近取得了一些进展，但有效的治疗选择仍然非常有限。新批准的药物大多基于对现有广谱抗生素结构的改造。同时，针对病原体的窄谱抗生素的开发越来越受到关注，因为这类药物可以选择性消除致病菌，同时最小化对共生微生物群的干扰，并降低非目标细菌的抗性选择压力。然而，基于全新化学结构、分子靶点或作用机制的针对A. baumannii的窄谱抗生素仍然极为罕见[9],[10]。

由于广谱抗生素的广泛使用进一步促进了耐药菌株的富集和耐药基因的传播[11],[12],[13],[14],[15]，因此具有病原体选择性的窄谱抗生素可能为长期控制抗菌耐药性提供更有效的策略[16],[17]。2023年，美国食品药品监督管理局（FDA）批准了Sulbactam/durlobactam组合药，后者随后被纳入2024年的IDSA指南，作为CRAB感染的首选治疗方案之一[18]。这一药物组合的问世标志着A. baumannii感染的精准治疗新时代的开始。

在这种情况下，James J. Collins及其同事在2023年报告了Abaucin，这是一种选择性作用于A. baumannii的窄谱抗生素，该抗生素是通过基于深度学习的筛选策略发现的[19],[20],[21]。具体来说，使用了信息传递神经网络（MPNN）来筛选药物再利用数据库，并排除了已知抗生素和相关活性化合物的结构特征。这一过程最终筛选出了RS-102895，这是一种特征明确的CCR2趋化因子受体拮抗剂[22],[23],[24],[25]，后来被命名为Abaucin。作为针对A. baumannii的精准靶向抗生素（最低抑菌浓度=2 μg/mL），Abaucin对肠杆菌科、铜绿假单胞菌或金黄色葡萄球菌没有抑制作用，对人类肠道和皮肤共生微生物群的影响也很小，仅对双歧杆菌表现出轻微的作用。

机制研究表明，Abaucin的抗菌活性与其干扰A. baumannii中的LolF/D复合物形成有关，这可能破坏了脂蛋白运输系统（图1）。通过对Abaucin耐药突变体的全基因组测序分析，发现编码LolF的基因（Y394F和A362T）发生了突变，以及一个上游基因中的G到A的突变，这些遗传证据支持了所提出的分子靶点。

外膜是细菌生存的关键通透性屏障，其结构完整性依赖于脂蛋白和其他膜相关成分[26]。脂蛋白是关键的结构元素，对正常的外膜功能至关重要。因此，抑制脂蛋白的转运代表了一种具有广泛研究潜力的抗菌策略[27],[28]。A. baumannii的脂蛋白转运系统由四种蛋白质组成：LolA、LolB、LolD和LolF。内膜转运复合体由LolF构成，这是一种与ATP结合蛋白LolD协同工作的融合蛋白，而LolA和LolB则分别在胞质和外膜中起作用[31]。它属于ABC（ATP结合盒）转运蛋白家族，特别是ABC3超家族[29],[30],[31]。其主要功能是从内膜的外层提取脂蛋白并转移到胞质中的伴侣蛋白LolA，以便进一步运输。

尽管Abaucin具有良好的选择性和抗菌潜力，但在体外和体内的效果仍然不够理想，其药物性质尚不足以支撑进一步的开发。因此，需要进行系统的药代动力学（SAR）研究，以确定Abaucin的关键药效团特征并指导后续的结构优化。

章节片段

总体分子设计策略

Abaucin的骨架被分为三个部分：螺旋环状核心骨架、连接链和末端苯环。首先研究了通过改变环系统对螺旋环状核心进行骨架跳跃的效果。然后特别关注了连接链长度和疏水性的影响，以及不同取代基对末端苯环的SAR（图2）。

SAR研究

在本研究中，共合成了30种Abaucin的结构衍生物。

结论

本研究设计并合成了多种Abaucin衍生物以进行SAR研究。结果表明，螺旋环状骨架、连接链长度和芳香取代基起着关键作用。体外生物活性评估显示，化合物28对LolF/D复合物具有显著的抑制作用，并且对A. baumannii的抑菌效果最强（最低抑菌浓度=0.5 μg/mL）。此外，它还表现出快速且完全的杀菌活性。

材料与方法

所有使用的溶剂和试剂均为商业购买的产品，除非另有说明，否则无需进一步纯化。所有反应都使用GF254硅胶板上的薄层色谱（TLC）进行监测，并用紫外光或碘蒸气可视化。产物通过200–300目硅胶柱的快速色谱法进行纯化。核磁共振（NMR；¹H和¹³C）光谱分析使用Bruker公司（位于美国Billerica）的Avance III光谱仪进行。

CRediT作者贡献声明

李彦燕：监督、资金获取、概念构思。夏杰：方法论、实验研究。苏佳琪：方法论、实验研究。何佳仪：写作——审阅与编辑、写作——初稿、方法论、实验研究、概念构思。张文轩：写作——审阅与编辑、项目管理、资金获取、概念构思。吴松：监督、资金获取。张杰：方法论、实验研究。韩俊生：方法论、实验研究。唐竹芸：

伦理声明

本研究遵循ARRIVE（动物研究：体内实验报告）指南进行。本研究得到了中国医学科学院药物研究所和北京协和医学院的批准。

写作过程中使用生成式AI和AI辅助技术的声明

在准备本论文期间，作者使用ChatGPT（OpenAI）辅助语法检查和语言编辑。使用该工具后，作者仔细审阅并修改了手稿，并对出版内容负全部责任。

作者声明他们没有已知的可能会影响本文报告工作的财务利益或个人关系。

本工作得到了CAMS医学科学创新基金（2021-I2M-1-030，中国北京）的支持。作者感谢南方科技大学Cryo-EM中心的帮助。李彦燕是南方科技大学生物电子显微镜研究所的研究员，并得到了国家关键研发计划（2024YFA0919900）、国家自然科学基金（32322004和U22A20338）以及广东省创新计划的支持。

Jiayi He|Rui Teng|Zhuyun Tang|Zunsheng Han|Jie Zhang|Jiaqi Su|Jie Xia|Yanyan Li|Song Wu|Wenxuan Zhang