设计并合成单-和/或双-(糖基化1,2,3-三唑)-苯并咪唑杂化物，作为具有强抗结核活性的Dual InhA/MurB抑制剂

《Journal of Molecular Structure》：Design and synthesis of mono- and/or bis-(glycosylated 1,2,3-triazole)-benzimidazole hybrids as Dual InhA/ MurB Inhibitors with Potent Antimycobacterial Activity

　　

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  研究人员合成了新型糖基化苯并咪唑–三唑杂化物。
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  这些杂化物被用于检测其对结核分枝杆菌H37Rv的活性。
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  化合物13a和14c展现出较强的抗结核菌活性。
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  化合物13a能够有效抑制InhA和MurB两种酶的活性。
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  对接研究为观察到的双重抑制作用提供了理论支持。

引言

由结核分枝杆菌引起的结核病依然是全球范围内的重大健康问题。根据最新统计数据，尤其是发展中国家，每年因结核病死亡的病例数超过一百万例，尽管已有多种化疗方案可用[1]。耐药性极强的结核病菌株的出现，大大降低了第一线和第二线治疗手段的效果，这凸显出开发新型抗结核药物的迫切需求[2]。因此，亟需研发新的抗结核药物，以提高患者的用药依从性、缩短治疗时间，并克服细菌的耐药性[[2], [3], [4], [5]]。结核分枝杆菌的烯酰酰基载体蛋白还原酶（即InhA）是开发新型抗结核药物的最有希望的靶点之一[[6], [7], [8], [9], [10]]。InhA是脂肪酸延长途径中的关键酶，该途径对于合成分枝酸至关重要，而分枝酸则是细菌细胞壁的重要组成部分。异烟肼作为一线抗结核药物，其最初的作用靶点就是InhA[11]。不幸的是，由于InhA或负责激活异烟肼的KatG酶发生突变，导致出现了对异烟肼的耐药性，这使得异烟肼的治疗效果大打折扣，科学家们不得不寻找能够抑制InhA活性的新化合物[[12], [13], [14], [15], [16]]。此外，MurB也是细菌肽聚糖生物合成途径中的关键酶，它能催化烯醇丙酮基-UDP-N-乙酰葡萄糖胺转化为UDP-N-乙酰胞壁酸，这一过程对细胞壁的形成极为重要，因此MurB也被视为新型抗菌药物的潜在靶点[17]。苯并咪唑结构在构建各种重要化合物中有着广泛的应用[9,10,18]，许多基于苯并咪唑的化合物在药物化学研究中发挥着重要作用，比如具有抗病毒和抗HIV活性[19]。由于含有杂原子以及富电子的芳香环结构，基于苯并咪唑的化合物也具备显著的抗菌作用[[20], [21], [22], [23], [24], [25]]。不过，多项研究都强调了苯并咪唑结构在结核病治疗中的重要性（见图1）[26,27]。另一方面，含有1,2,3-三唑结构的化合物也因其良好的药理特性和结构多样性而受到关注，有研究指出，与多种杂环结构结合的1,2,3-三唑具有潜在的抗结核功效[9,23,[28], [29], [30], [31], [32], [33], [34], [35], [36], [37], [38], [39], [40]]。1,2,3-三唑通过作用于细胞壁合成、DNA复制和能量代谢等关键生物学过程，展现出出色的抗结核活性。它们能够与酶的活性位点形成稳定的氢键和π-π堆积相互作用，从而提升结合亲和力和特异性。此外，将1,2,3-三唑结构引入杂化分子后，还能产生协同效应，进一步提升抗结核效果。正是这些特点，使得以三唑为基团的衍生物成为当前结核病药物研发领域的热门选择。苯并咪唑A、D和E的抗结核活性分别为6.25、3.25和0.32微克/毫升。另外，也有研究证实，通过1,2,3-三唑结构将糖类与杂环化合物连接起来的不同杂化物具有显著的生物活性[41,42]。糖类喹啉衍生物B和糖类香豆素衍生物C能够抑制结核分枝杆菌的InhA酶以及大肠杆菌的DNA旋转酶B，其抑制浓度分别为0.8和3.2微摩尔，这表明它们具有较好的抗结核潜力[43,44]，见图1。

分子杂化技术是一种用于设计新型杂环化合物的最新方法，它在多种治疗药物的发现中展现出了巨大的应用潜力[8,[45], [46], [47]]。通常情况下，将两种或多种具有药理活性的结构单元结合在一起，就能得到具有独特治疗作用的杂化物[48]。在本次研究中，我们的目标是通过1,2,3-三唑结构将苯并咪唑单元与一个或两个糖类单元连接起来，构建出两种新的糖类-苯并咪唑骨架，期望为此类结核病的治疗提供新的解决方案，见图1。

所设计的糖类-苯并咪唑-1,2,3-三唑杂化物的分子结构，是通过选取那些能与参与细胞壁合成的酶良好结合的片段组合而成的，旨在直接针对结核分枝杆菌的关键代谢途径。苯并咪唑环已被证明具有抗结核活性，它能够嵌入InhA的疏水口袋中，干扰分枝酸合成的烯酰-ACP还原步骤。某些苯并咪唑衍生物还能干扰与肽聚糖相关的酶的活性，从而有助于削弱结核菌的细胞膜结构。1,2,3-三唑则是稳定性高且带极性的连接剂，它能与酶的催化残基形成强大的氢键和π-π相互作用；已有几种基于三唑的抑制剂被证明可以直接与InhA和MurB结合，从而提升抑制效率，同时无需依赖异烟肼所必需的KatG激活作用。而糖类单元则可以提高分子的溶解度，还能模拟结核菌细胞壁中的天然碳水化合物底物，它们的存在有助于提高酶或转运蛋白对分子的识别能力，进而提升在水溶液中的溶解度以及靶点识别效率。通过整合这三种具有药理活性的结构元素，该杂化物被设计为通过双重机制发挥抗结核作用：一方面直接抑制InhA，阻断分枝酸的合成；另一方面干扰MurB的活性，阻碍肽聚糖的形成；这两个靶点相互配合，可有效控制结核感染。

章节摘要

含糖基团の苯并咪唑-1,2,3-三唑杂化物的点击合成方法

本研究采用了分子杂化技术，作为一种高效的方法来制备含有单乙酰化或双乙酰化糖基团以及其去保护衍生物的苯并咪唑-1,2,3-三唑杂化物，相关过程如图1和图2所示。这种合成方法是通过铜离子催化的点击反应实现的，反应的起始物质分别是含有苯并咪唑结构的单炔基或双炔基侧链，以及带有叠氮基团的化合物

结论

本研究成功合成了一系列含有不同乙酰化程度糖基团的新型苯并咪唑–1,2,3-三唑杂化物，并将其作为潜在的多靶点抗结核药物进行了测试。其中多种化合物表现出较强的抗结核活性、良好的安全性，同时还具备同时抑制InhA和MurB酶活性的能力，其中化合物13a、14c、6a和12a表现最为出色。其中13a的综合表现最佳，它不仅

实验部分

所有化学品和溶剂均为试剂级，除非另有说明，否则均直接使用，无需进一步纯化。2-巯基苯并咪唑和溴丙炔购自Sigma-Aldrich公司，溴苄购自Fluka公司，碘甲烷购自BDH公司，α-D-葡萄糖、α-D-半乳糖和α-D-葡萄糖胺则购自Sigma-Aldrich公司。熔点测定是在电热装置上进行的，未进行校正。研究过程中还使用了布鲁克公司的400兆赫兹光谱仪

作者贡献

M.A.S.、M.R.A.和A.A.负责化合物的合成、实验方法的优化以及光谱学分析工作。A.M.、H.E.A.和S.H.负责生物数据分析、论文相关章节的撰写，同时还提供了部分资金支持。M.A.S.负责调整实验方法、撰写论文、对内容进行审阅和编辑，同时还负责筹集研究经费。A.A.和M.R.A.负责生物化学数据的评估与分析。A.M.、S.H.、H.E.A.以及M.M.K.共同完成了初稿的撰写，参与了分子建模部分的 work，还

利益冲突声明

所有作者声明不存在任何可能影响本研究结果的利益冲突。

数据可用性声明

本研究的相关数据可应要求提供。

CRediT作者贡献说明

Moataz A. Soliman：负责撰写论文初稿、确定研究方法、整理数据以及构思研究思路。Elsayed H. Eltamany：负责开展实验研究、整理数据以及构思研究思路。Ahmed T.A. Boraei：负责撰写论文初稿、管理项目进度、确定研究方法、开展实验研究以及构思研究思路。Arafa Musa：负责撰写论文初稿、处理数据可视化工作、开展实验研究以及筹集研究经费。Ateyatallah Aljuhani：负责对研究工作进行监督、协调研究资源以及开展实验研究。Mohamed M. Khalifa：负责撰写论文初稿、处理数据可视化工作，

利益冲突声明

所有作者声明不存在任何已知的、可能会影响本研究结果的财务利益关系或个人关系。

致谢

本研究得到了朱夫大学研究生院及科学研究处的资助，资助编号为DGSSR-2025-01-01515。

Moataz A. Soliman|Elsayed H. Eltamany|Ahmed T.A. Boraei|Arafa Musa|Ateyatallah Aljuhani|Mohamed M. Khalifa|Shaimaa Hussein|Hany E.A. Ahmed|Mohamed R. Aouad