新型氨基醇喹啉类甲氟喹类似物的合成、表征及体外评价：靶向鸟分枝杆菌复合群（MAC）感染的潜在抗分枝杆菌候选物

《ChemMedChem》：Synthesis, Characterization, and In Vitro Evaluation of New Amino-Alcohol Quinolines as Promising Antimycobacterial Agents

　　

非结核分枝杆菌（NTM）主要是鸟分枝杆菌复合群（MAC），是引起肺部感染的新兴病原体。因此，金标准治疗的有效性因MAC固有和获得性耐药的出现而受损。在此背景下，本研究开发了17个作为甲氟喹（MQ）类似物的氨基醇喹啉。针对这些喹啉类化合物的理化性质、细胞毒性和活性与其结构关系的研究，突出了三氟甲基和哌嗪部分的重要作用。因此，(R)-4c被确定为最有前景的抗MAC化合物，具有最高的选择性指数（SI）值5.8。采用棋盘法（checkerboard assays）与标准抗生素（克拉霉素（CLR）、利福平（RIF）和乙胺丁醇（EMB））进行双药组合测试，证明其与金标准治疗中的每种抗生素均呈相加作用。这些结果证实了氨基醇喹啉作为当前抗NTM药物替代物的潜力。

研究背景：肺部分枝杆菌感染每年影响数百万人，除结核分枝杆菌外，非结核分枝杆菌（nontuberculous mycobacteria，NTM）在部分地区日益突出，其中鸟分枝杆菌复合群（Mycobacterium avium complex，MAC）是大多数肺部感染的原因。MAC感染金标准治疗包括大环内酯类（CLR或阿奇霉素）、利福霉素类（RIF或利福布汀）和EMB，但疗效估计仅52%–66%，受MAC细胞壁厚且通透性差、大环内酯类耐药出现、疗程长及不良反应多等限制。当前策略包括优化CLR/RIF/EMB三联、替换部分抗生素（如以氯法齐明（CFZ）替换RIF）、开发阿米卡星脂质体或CFZ吸入制剂、开发新机制药物（如epetraborole）以及抗结核药物再利用。甲氟喹（mefloquine，MQ）作为抗疟药再利用，对多数NTM包括MAC大环内酯敏感和耐药株的MIC为4–16 μg/mL，因亲脂性（clogP=3.5）和长半衰期可在胞内蓄积，体内对MAC有杀菌作用，与EMB和莫西沙星（MOX）联用增强；其机制尚未完全阐明。MQ对映体在体内外行为不同，(+)-erythro-MQ在小鼠MAC感染中更有效，(-)-MQ与神经精神副作用相关。研究人员前期报道C4–C9脂肪链MQ类似物，MIC多为2–8 μg/mL，链长和绝对构型不影响活性。基于此，研究人员引入三氟甲基和哌嗪基序，设计对映体纯的新一代氨基醇喹啉，以寻找抗MAC活性更高、毒性更低的候选物。

研究开展与结论：研究人员不对称合成了17个氨基醇喹啉，评价其理化/药代性质、体外抗NTM活性、细胞毒性及与金标准抗生素的双药组合。结果表明，两个三氟甲基和哌嗪部分取代的氨基醇喹啉对NTM活性最强且对HepG2细胞毒性最低；(R)-4c具有最高SI值5.8，与CLR、EMB、RIF均呈相加作用。研究支持氨基醇喹啉作为抗NTM候选物，并提示需继续药效团调控以提高SI。

关键技术方法（≤250字）：研究人员采用不对称合成制备17个氨基醇喹啉，关键包括Sharpless不对称二羟基化、环氧化和亲核取代等步骤；用Schr?dinger软件进行计算机模拟、Sirius T3 Pion测定pKa/logP/logD等理化性质；体外测定MIC评价抗NTM活性，以MTT法在人肝癌细胞系（HepG2）测定CC₅₀评估细胞毒性；采用棋盘法评价双药组合的FICI。临床分离株来源于Amiens-Picardie大学医院患者痰标本：M. avium（76岁）、M. xenopi（60岁COPD）、M. abscessus sp. bolletii（7岁囊性纤维化，CLR耐药）、M. abscessus sp. massiliense（26岁囊性纤维化，大环内酯敏感）。

研究结果：
2.1 化学（Chemistry）：通过氨基部分与喹啉环氧化物偶联合成(S/R)-1–4a–f；4-羟基-8-(三氟甲基)喹啉经四步合成。最终化合物经五步或七步合成，总收率1%–31%，ee 84%–97%，但1和3a,b分别部分或完全消旋。该部分通过不对称合成研究得出目标氨基醇喹啉可获得对映体纯产物（除个别化合物外）的结论。
2.2 成药性预测（Drug-Likeness Prediction）：计算机模拟和实验测定显示，多数化合物符合HBA、HBD和MW阈值（4e的MW除外）；4a–f的实验logP常高于5（4a、4f除外），但生理pH下logD多低于4（4d除外）。喹啉氮在2和4a–f中因C2位CF₃吸电子而基本非碱性；哌嗪类具两个碱性中心，第一个在pH 7.4主要质子化，第二个约pKa 3而多未质子化。多数化合物溶解度在推荐范围，4f例外；4a–f水溶性低于1–3。结论为CF₃增加脂溶性、哌嗪改善水溶性，二者结合获得较佳亲脂/亲水平衡，有利于口服吸收。
2.3 体外抗分枝杆菌活性与细胞毒性（In Vitro Antimycobacterial Activity and Cytotoxicity）：大多数氨基醇喹啉对慢生长和快生长NTM有活性；1对所有菌株无活性（MIC>128 μg/mL），3a,b对M. abscessus R/S无活性，4f对M. avium和M. abscessus无活性。活性化合物对M. kansasii常最有效（MIC≤2–8 μg/mL）；对慢生长NTM常不如CLR/RIF/EMB，对快生长菌与参考药物相当；多数对慢生长NTM与MQ外消旋体及对映体相当，对快生长菌更强。对映体间活性一般无差异，例外包括4c对M. xenopi及4d/4e对M. marinum和/或M. avium。SAR提示：立体化学不明显影响活性；一个CF₃尤其C2位或两个CF₃对活性必需；哌嗪-烷基有利；长烷基链（己基、庚基）优于短链（丁基、戊基）。HepG2 MTT法显示1–3的CC₅₀≤11.0 μg/mL，接近MQ而较CLR/RIF/EMB毒性高>5.8倍；4a–f的CC₅₀=12.5–46.0 μg/mL，低于MQ且呈中等毒性，与多数参考抗生素相似。双CF₃及哌嗪+双CF₃降低毒性；(R)-对映体较(S)-对映体毒性低1.2–3.7倍。SI以(R)-4c最高（5.8），被选入棋盘法。对临床分离株，R-4a和R-4c–f的活性谱与参考株相似，尤其对CLR耐药的M. abscessus sp. bolletii显示研究价值，但尚需评价更多临床株尤其大环内酯耐药株。
2.4 棋盘法（Checkerboard Assays）：对M. avium ATCC700898测试EMB/CLR、EMB/(R)-4c、CLR/(R)-4c、RIF/(R)-4c，FICI为1或1.5，提示相加作用，无拮抗。结论为(R)-4c可与金标准三联中每种抗生素联合以限制耐药，并可能替代强酶诱导剂RIF。

讨论总结：讨论围绕构效/构毒关系、亲脂-亲水平衡及联合治疗展开：双CF₃和哌嗪基序同时提高抗NTM活性并降低细胞毒性，长烷基链有利活性，立体化学对活性影响有限但(R)-对映体毒性较低；(R)-4c因最高SI成为先导，且与CLR、EMB、RIF呈相加作用，支持其作为联合治疗候选物；临床分离株结果支持进一步评价，尤其需关注大环内酯耐药株。

研究结论翻译：本研究报道了17个氨基醇喹啉的不对称合成，这些化合物基于MQ结构和研究人员前期研究设计，旨在鉴定新的抗分枝杆菌候选物。氨基醇喹啉经五步或七步合成，总收率1%–31%，ee 84%–97%，但1和3a,b分别以部分和完全消旋形式获得。同时测定了计算机模拟和实验PC/PK性质。结果表明，三氟甲基取代基和哌嗪部分分别增加氨基醇喹啉的脂溶性和水溶性；因此，这两个基序在喹啉核心上的组合形成最佳亲脂/亲水平衡，促进良好的表观膜通透性和口服生物利用度。所有氨基醇喹啉均针对M. avium参考株及其他慢生长和快生长NTM种进行评价。五个选定的N-烷基哌嗪氨基醇喹啉对临床分离株显示相似结果，证实了这些氨基醇喹啉的研究价值；对其他临床菌株尤其大环内酯耐药菌株尚需进一步评价。结果显示，同时被两个三氟甲基和哌嗪部分取代的氨基醇喹啉对NTM株活性最强，且对HepG2细胞系细胞毒性最低，证实这两个基序对开发新抗NTM候选物的重要性。一般而言，立体化学不影响抗分枝杆菌活性，但轻微影响细胞毒性，因为(R)-对映体细胞毒性较低。最有前景的化合物(R)-4c与CLR、EMB和RIF联合对M. avium显示相加作用。这些发现支持氨基醇喹啉作为抗NTM药物的潜力，并强调继续药效团调控以提高其SI的重要性。