《European Journal of Medicinal Chemistry》：Silencing
las and
rhl Quorum Sensing Systems in MDR
Pseudomonas aeruginosa: Design, Synthesis, Biological Evaluation and Molecular Modeling of Novel Quinolin-2-one Derivatives
编辑推荐：
•新型喹啉-2-酮衍生物显示出抗菌和群体感应（QS）抗毒力活性。•先导化合物6g对多重耐药铜绿假单胞菌P1的MIC为1.25 μg/mL。•6g将生物膜生物量减少92.3%，QS基因表达降低76–95%。•6g功能性抑制LasR信号传导，IC50为0.62 ± 0.05 μM。•
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新型喹啉-2-酮衍生物显示出抗菌和群体感应（QS）抗毒力活性。
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先导化合物6g对多重耐药铜绿假单胞菌P1的MIC为1.25 μg/mL。
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6g将生物膜生物量减少92.3%，QS基因表达降低76–95%。
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6g功能性抑制LasR信号传导，IC50为0.62 ± 0.05 μM。
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时间杀菌数据区分了亚MIC抗毒力效应与杀菌作用。
引言
抗菌药物耐药性（AMR）已成为全球公共卫生面临的最重大威胁之一1, 2。全球估计表明，2019年AMR直接导致超过120万人死亡[3]。此外，预计2025年至2050年的累计死亡人数将超过3900万归因死亡和1.69亿相关死亡[4]。这一危机在临床环境中尤为突出，ESKAPE病原体，即粪肠球菌、金黄色葡萄球菌、肺炎克雷伯菌、鲍曼不动杆菌、铜绿假单胞菌和肠杆菌属，已进化出复杂的生存策略，包括生物膜形成，这显著降低了对常规抗菌治疗的敏感性[5]。这些挑战激发了对抗毒力策略的日益关注，这些策略针对细菌致病性和通讯，而非仅依赖生长抑制。
在ESKAPE病原体中，多重耐药铜绿假单胞菌因其显著的适应性和多种抗菌耐药机制而特别令人关注6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17。其临床相关性包括严重的医院获得性和慢性感染，尤其在易感患者中7, 10, 11, 12, 13, 14, 15。值得注意的是，世界卫生组织（WHO）将碳青霉烯类耐药铜绿假单胞菌列为高优先级病原体，强调迫切需要开发新型治疗药物以应对这一特定威胁[16]。铜绿假单胞菌的治疗管理常因其强大的耐药途径而受损。除内在和获得性耐药机制[18]外，生物膜形成显著促进持久性和降低抗菌敏感性19, 20。群体感应（QS）系统是一种促进细胞间通讯并以群体密度依赖方式调节基因表达的机制[21]，在控制铜绿假单胞菌的生物膜发育和毒力因子产生中发挥关键作用[22]。QS网络包含三个相互关联的途径：las系统、rhl系统和假单胞菌喹诺酮信号（PQS）系统[23]。lasI/lasR系统调节弹性蛋白酶、外毒素、溶血素和蛋白酶LasB的产生，而rhlI/rhlR系统主要控制鼠李糖脂和绿脓菌素的合成[24]。Las、Rhl和PQS系统共同形成一个相互关联且环境依赖的调控网络，协调毒力和生物膜相关表型[25]。Las和Rhl系统由可扩散的N-酰基高丝氨酸内酯（AHL）信号介导（图1），由LuxI型酶如LasI和RhlI合成，而PQS系统由喹诺酮型信号分子调控[26]。随着细菌群体密度增加，AHL在细胞外环境中积累，达到阈值浓度后，与其同源的LuxR型转录调控因子（LasR和RhlR）结合，导致参与毒力、生物膜形成和致病性的QS调控基因激活[27]。结构上，天然酰基高丝氨酸内酯（AHLs）由高丝氨酸内酯环通过酰胺键连接可变酰基侧链组成[28]。然而，其治疗用途受限于内酯环的化学和代谢不稳定性，易被细菌内酯酶酶解29, 30。因此，能够参与QS相关途径的非内酯杂环骨架作为化学更稳定的抗毒力候选物引起了关注。
在过去十年中，喹诺酮衍生物，特别是带有喹啉-2-酮骨架的衍生物，因其结构多样性和广泛的治疗活性而备受关注，包括抗氧化[31]、抗癌[32]、抗HBV[33]、抗棘阿米巴[34]和抗结核[35]活性。在传染病领域，多种喹啉-2-酮衍生物已被合成并文献报道为有效抗菌剂[36]。引入1,3,4-噁二唑核心常增强广谱抗菌活性37, 38, 39。举例说明这一策略，Desai 等人（2011）[40]报道了一种喹啉衍生物（化合物I），其整合了1,3,4-噁二唑环连接至被4-氯苯基取代的2-氮杂环丁酮部分，对铜绿假单胞菌表现出显著活性，最小抑菌浓度（MIC）为62.5 μg/mL（图2）。此外，Liu 等人（2012）[41]鉴定出化合物II为有前景的抗菌剂，对革兰氏阴性大肠杆菌具有显著活性，MIC为8 μg/mL（图2）。结构上，该衍生物以3,4-二氢喹啉-2-酮核心通过酰胺桥连接至甲基二乙氨基部分。柔性N-酰基连接体和极性脂肪胺的存在被认为有助于其对革兰氏阴性菌株的增强抗菌活性。为结构优化提供进一步见解，Abdel-Wahab 等人（2017）[42]报道了吡唑基-三唑杂合物具有显著抗菌特性。其最具活性的衍生物，化合物III，不含喹啉-2-酮核心，但对铜绿假单胞菌达到50 μg/mL的MIC（图2），归因于5-甲基-1,2,3-三唑基吡唑系统的存在。这一发现强调，引入庞大、延伸的杂芳香骨架可能是增强细菌靶点内疏水口袋互补性的可行策略。最近，Perkovi? 等人（2023）[43]鉴定出一种喹啉-噁二唑杂合物，化合物IV，作为有效的抗毒力先导物，在铜绿假单胞菌临床分离株中使绿脓菌素产量减少超过70%（图2）。值得注意的是，上述衍生物通过以亚抑菌浓度（100 μM）减毒群体感应途径显示出高选择性，远低于其MIC（1600 μM）。此外，Elbastawesy 等人（2023）[44]报道了化合物V（图2）作为有效的抗菌剂，对大肠杆菌和MRSA分别表现出MIC值0.018 μg/mL和0.75 μg/mL。腙连接体的引入被认为在分子杂交中发挥关键作用，有助于其增强的抗菌活性45, 46。将喹诺酮核心与杂环部分如吡唑（化合物VI）和1,2,3-三唑（化合物VII）偶联，已被报道可增强抗菌效力并拓宽活性谱，突出其作为应对抗生素耐药性的先导物的潜力47, 48。最近，Xu 等人（2025）[49]开发了一种新型喹啉-2-酮杂合物（化合物VIII），带有5-甲基吡啶修饰的噻二唑侧链。为评估其治疗范围，该化合物针对多种不同MRSA菌株进行了评估，一致显示卓越效力，MIC值范围从0.02到0.04 μg/mL。总的来说，这些研究强调了喹啉/喹啉酮骨架、连接体和杂环的结构耐受性和治疗价值，为合理整合到多组分抗毒力骨架提供了坚实基础。
章节片段
设计原理
开发QS抑制剂，在不损害细菌生存力的前提下干扰细胞间通讯途径，能够抑制细菌致病性，而不施加驱动耐药性的选择压力[50]。在铜绿假单胞菌复杂的QS层级中，分子干预的主要靶点包括AHL生物合成、LasR和RhlR配体-受体相互作用的竞争性阻断，以及las和rhl转录的下调。
化学
目标喹啉-2-酮衍生物（6a-g, 8a-d 和 11a-e）的合成在合成方案1和2中概述。在方案1中，合成路线从通过靛红与丙二酸在乙酸中缩合制备2-氧代-1,2-二氢喹啉-4-羧酸（3）开始67, 68。然后将化合物3通过Fischer酯化转化为相应的乙酯（4），随后进行肼解得到关键酰肼中间体（5），其作为
结论
本研究开发了一系列15种新型喹啉-2-酮基衍生物，作为天然AHL信号分子的化学稳定生物电子等排类似物，并评估了它们对多重耐药铜绿假单胞菌的抗菌和QS相关抗毒力活性。在合成的衍生物中，化合物6g显示出最有利的整体生物学特性，结合了强效抗菌活性（MIC = 1.25 μg/mL）和显著的生物膜形成抑制，在72小时达到92.30%，在
研究局限与未来展望
尽管本研究整合了化学合成、表型抗菌和抗生物膜评估、转录分析、功能性LasR评估和分子建模，但应承认一些局限性：
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生物测定使用代表性的多重耐药、强生物膜形成铜绿假单胞菌临床分离株进行；因此，针对更广泛的遗传多样性临床分离株的验证将增强发现的普遍性。
- 2.
化学
所有化学品和溶剂均购自商业供应商，包括Sigma-Aldrich（德国）、Alfa Aesar（德国）和Apollo Scientific（英国），使用前未进一步纯化。反应进程通过铝背衬硅胶60 F254板（Merck）上的分析薄层色谱（TLC）监测，在254 nm紫外照射下显色。熔点使用Stuart Scientific SMP1熔点仪在开口毛细管中测定
CRediT作者贡献声明
Nermin Samir: 写作 – 审阅与编辑、验证、监督、项目管理、概念化。 Mohamed S. Turkey: 写作 – 初稿、方法学、调查、概念化。 Mai I. Shahin: 写作 – 审阅与编辑、验证、监督、资源、方法学、概念化。 Mahmoud Alaaeldin Khattab: 写作 – 初稿、可视化、方法学、调查。 Ahmed B. M. Mehany: 方法学、资源。 Azza T. Taher: 写作 – 审阅与编辑、
利益冲突声明
? 作者声明，他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本论文中报告的工作。
Mahmoud Alaaeldin Khattab|Mai I. Shahin|Mohamed S. Turkey|Ahmed B.M. Mehany|Nermin Samir|Azza T. Taher
