基于硼的木犀草素共轭物的优化简易合成方法：作为多功能治疗候选物质，具有AChE抑制作用、抗氧化性能和抗菌活性；通过对接实验验证了对MRSA生物膜的破坏效果，并进行了基因表达研究

《Polyhedron》：Optimized facile synthesis of boron-based luteolin conjugates as multifunctional therapeutic candidates: AChE inhibition, antioxidant with antibacterial activities, MRSA biofilm disruption supported by docking, and gene expression studies

　　摘要：含硼的三角平面和四方化合物由于其独特的分子结构和电子特性，在各种生物过程中发挥着重要作用。本研究合成了多种三角平面（LB1–4）和四方（LBN1–4）硼-木犀草素 conjugate 化合物，并对其进行了结构表征，作为潜在的治疗药物。随后，对这些硼化合物进行了 AChE 抑制作用、对碳青霉烯类抗性菌株鲍曼不动杆菌（A. baumannii）、大肠杆菌（E. coli）和肺炎克雷伯菌（K. pneumoniae）以及耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）的抗菌活性研究，评估了其对 MRSA 生物膜的分解效果，并进行了分子对接和基因表达分析。通过 NMR（1H, 13C, 11B）谱、19F NMR（针对 LB1 和 LBN1）、FT-IR 斯谱、UV–Vis 斯谱、荧光谱、LC-MS/MS 谱、元素分析和熔点分析等技术对生物活性三角平面/四方硼-木犀草素 conjugate 化合物的结构进行了表征。在合成的化合物中，(LB4) 对碳青霉烯类抗性菌株表现出显著的抗菌活性，其 MIC 值分别为 A. baumannii、E. coli 和 K. pneumoniae 的 32、256 和 32 μg/mL，而对 MRSA 的活性更强（MIC = 4 μg/mL）。(LB1) 具有最强的抗氧化活性，其 IC?? 值为 8.07 ± 0.354 μg/mL。在 AChE 抑制方面，(LBN3) 表现出最高的效力，其 IC?? 值为 46.189 ± 0.348 μg/mL。此外，(LB4) 能有效抑制 MRSA 生物膜的形成，在 1 × MIC 浓度下实现了 54.9 ± 0.7% 的生物膜抑制率。基因表达分析显示，(LB4) 显著下调了 mepA、sarA、icaA 和 dtlB 的表达。分子对接研究表明，(LB4) 与 2X3F 蛋白目标具有良好的结合亲和力，对接得分为 -7.053 kcal/mol。

引言：近年来，含硼化合物（BCCs）在有机化学和药物化学中发挥了重要作用。含硼的生物活性化合物通常具有三角平面或四方几何结构，由于其路易斯酸特性、电子缺乏性、对二醇的亲和力以及多样的生物性质，被广泛用于药物设计和作为生物活性剂的候选物。特别是在 2003 年硼替佐米（Velcade?）获得 FDA 批准用于治疗多发性骨髓瘤后，含硼化合物的重要性得到了进一步凸显。硼替佐米是一种二肽硼酸类药物。此外，一些关于硼毒性的研究结果被证明是不成立的。随后，四种具有不同化学结构的含硼药物（Tavaborole（Kerydin?）、Ixazomib（Ninlaro?）、Crisaborole（Eucrisa?）和 Vaborbactam（Vabomere?）获得 FDA 批准，进一步增加了制药行业对含硼化合物的兴趣。此外，诸如硼中子俘获疗法（BNCT）等先进治疗方法在癌症治疗中的应用也显示了含硼化合物在药物化学中的重要性。随后的体外和体内临床试验成功结果表明，具有三角平面或四方几何结构的含硼化合物在抗菌、抗皮肤癣菌、抗癌、抗结核、抗真菌、抗寄生虫和抗炎方面具有广泛的研究价值。目前，关于含硼化合物作为药物候选物的作用机制仍在进行中。本研究旨在通过优化的合成条件，探索硼基木犀草素 conjugates 中各种硼酸和木犀草素分子之间的协同作用。通过关联多种光谱数据集，希望识别出在未来酶抑制剂、抗氧化/抗癌活性、MRSA 生物膜分解及基因表达研究中的潜在应用候选物。

抗菌素耐药性（AMR）已成为一个重大的全球公共卫生问题，严重影响了抗生素的治疗效果。这导致住院时间延长、抗菌治疗成本增加，并给全球医疗系统带来了经济负担。世界卫生组织（WHO）将碳青霉烯类耐性肠杆菌（CRE）、碳青霉烯类耐性鲍曼不动杆菌（CRAB）、碳青霉烯类耐性铜绿假单胞菌（CRPA）、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）和耐万古霉素肠球菌（VRE）列为优先病原体，因为它们有效的治疗选择有限，并且能够迅速获得耐药基因（特别是编码 β-内酰胺酶的基因）。MRSA 是医院和社区获得性感染的主要致病菌之一，可引起从皮肤和软组织感染到严重威胁生命的侵袭性疾病等多种临床表现。2022 年发布的全球抗菌素耐药性和使用监测系统（GLASS）报告显示，全球 MRSA 耐药率平均为 34.7%。细菌耐药性的主要机制包括抗菌剂的酶促降解（例如 β-内酰胺酶的产生）、靶标结构的变化（如青霉素结合蛋白或拓扑异构酶的突变）、外排泵的过表达、孔蛋白的结构变化以及保护细菌免受抗菌剂暴露的生物膜形成。在 MRSA 中，耐药性的主要机制是获得位于葡萄球菌 cassette 染色体 mec（SCCmec）上的 mecA 基因。mecA 编码的青霉素结合蛋白 2a（PBP2a）对 β-内酰胺类抗生素的亲和力较低，大大降低了这类药物的效果。外排泵是膜相关转运蛋白，可以减少抗生素和其他外源物质的细胞内积累，从而减轻其毒性。最初敏感的细菌在接触抗菌剂后可能会上调外排泵基因，促进药物排出，从而导致耐药性的发展。在 MRSA 中，多重耐药性由多个基因编码的外排泵介导。其中，mepA 基因编码一种负责排出多种抗菌剂的染色体编码外排泵。外排泵的表达水平也会影响生物膜的形成。生物膜由微生物细胞聚集形成，是导致抗菌素耐药性和耐药性的关键因素之一。ica 位点包含 icaR 和 icaADBC 基因，这些基因调节多糖细胞间粘附素（PIA）的合成，在生物膜形成中起关键作用。特别是 icaA 基因被认为是生物膜发展的关键决定因素。此外，SarA 等全局调节因子调节 ica 基因的表达，从而控制 PIA 的合成和生物膜的形成。dltABCD 操纵子通过不同的效应机制通过 D-阿兰酰化作用增加细菌细胞壁的净正电荷。有效控制 AMR 需要深入了解其流行病学特征和分子机制，并开发创新的治疗和预防策略。由于研究和开发过程的漫长和昂贵，新抗生素的发现和临床应用进展有限。在这种情况下，植物来源的抗菌化合物因其广谱活性、较低的副作用和较低的耐药性潜力而受到越来越多的关注。木犀草素是一种天然存在的黄酮类化合物，广泛分布于各种蔬菜、药用植物、香料和水果中。大量研究表明它具有多种药理活性，包括抗氧化、抗肿瘤、抗菌、抗炎、抗过敏、抗糖尿病和神经保护作用。实验证据表明，木犀草素可以通过抑制脂多糖（LPS）诱导的细胞增殖、炎症细胞因子的释放和内质网（ER）应激来显著减轻认知功能障碍和神经损伤。这些发现表明，木犀草素可能作为与神经炎症相关的神经退行性疾病的治疗药物。阿尔茨海默病（AD）是一种进行性神经退行性疾病，其特征是痴呆，在工业化国家中的发病率随着人口老龄化而增加。乙酰胆碱水平的下降被认为是 AD 病理的关键因素，因为乙酰胆碱是胆碱能系统的主要神经递质，在学习和记忆中起着关键作用。乙酰胆碱酯酶（AChE）活性的增加会降低突触中的乙酰胆碱水平，从而导致认知障碍；因此，抑制 AChE 被认为是增强胆碱能传递和控制神经退行性疾病的基本治疗策略。

本研究旨在将木犀草素与含硼化合物结合，评估所得 conjugates 对碳青霉烯类耐性菌株（包括 A. baumannii、E. coli 和 K. pneumoniae）以及耐甲氧西林 MRSA 的 AChE 抑制和抗氧化/抗菌活性。此外，还研究了这些化合物对 MRSA 的抗生物膜潜力。通过针对 mepA、sarA、icaA 和 dtlB 的分子对接和基因表达分析进一步验证了潜在的分子机制。使用蛋白质靶标 1MWT、2Y2M、1JIJ、2X3F、3VSL、3ZG5 和 4EY7 进行了对接研究，以阐明化合物的结合相互作用和潜在的作用机制。

**化学试剂和仪器**：用于合成目标含硼化合物的起始化学品从 Merck、Across 或 Sigma-Aldrich 等商业供应商处采购，纯度较高，直接使用无需进一步化学处理。用于合成目标（LB1–4）和（LBN1–4）硼-木犀草素化合物的溶剂也是商业纯度，无需事先纯化。使用 Dean-Stark 装置在无水甲苯中，按 1:1 比例将木犀草素与荧光苯硼酸（LB1）、4-氯苯硼酸（LB3）和 4-溴苯硼酸（LB4）回流反应，分别获得了 90–85% 的产率。如 Scheme 2 所示，含有配位键的四方硼-木犀草素化合物（LBN1–4）也成功合成。

**结论**：总之，本研究证明了合成的（LB1–4）和（LBN1–4）硼-木犀草素化合物是一类具有多功能的生物活性化合物。成功的合成和全面的结构表征证实了这些化合物具有明确的以硼为中心的几何结构。生物学评估显示，结构-活性关系强烈依赖于硼的配位环境。

**作者贡献声明**：?zge ?ztürk ?imentepe：写作 – 审阅与编辑、方法论、研究；Eyyup Yasar：方法论、研究；Adem Necip：方法论、研究；Mehmet Cimentepe：写作 – 原初草稿、方法论、研究；Ak?n Yi?in：方法论、研究；Metin Yildirim：写作 – 审阅与编辑、写作 – 原初草稿、资源、方法论、研究；Ahmet Kilic：写作 – 审阅与编辑、写作 – 原初草稿、监督、资源、方法论、研究。

**利益冲突声明**：作者声明没有已知的可能影响本文工作的竞争财务利益或个人关系。

**致谢**：无。

**资金支持**：无资金来源。

**AI 辅助工具披露**：作者声明仅使用 ChatGPT（版本 5.2，OpenAI）进行语言编辑、语法校正和手稿的风格改进。AI 工具未参与研究设计、数据采集、数据分析、数据解释或科学内容的生成。所有科学结论、解释和责任完全由作者承担。

**作者信息**：?zge ?ztürk ?imentepe|Eyyup Yasar|Adem Necip|Mehmet Cimentepe|Ak?n Yi?in|Metin Yildirim|Ahmet Kilic
土耳其哈兰大学药学院药理学系，Sanliurfa，TR-63200