一种从honokiol中提取的阳离子两亲化合物通过破坏细菌膜磷脂的稳态来对抗耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌（MRSA）

《Bioorganic Chemistry》：A honokiol-derived cationic amphiphilic compound combats methicillin-resistant Staphylococcus aureus by disrupting membrane phospholipid homeostasis

　　

摘要

耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌（MRSA）仍然是一个主要威胁，因为治疗选择有限且抗菌素耐药性不断增加。在这项研究中，开发并评估了一种新的从霍诺酮衍生出的两亲性化合物5D的抗MRSA活性。5D对临床MRSA分离株表现出强烈的活性（MIC = 0.5–1 μg/mL），并在MRSA N315的早期和后期生长阶段迅速杀死了细菌。它还能够破坏已形成的生物膜，在血浆暴露后仍保持活性，并且显示出较低的耐药性发展倾向。机制分析表明5D会损害细菌形态，破坏膜电位，增加膜通透性，并导致细胞内DNA和蛋白质泄漏。非靶向代谢组学分析显示5D显著扰动了甘油磷脂代谢，而磷脂补充和等温滴定量热法表明其与磷脂酰甘油有优先相互作用。在Galleria mellonella感染模型中，5D将7天的存活率提高到了大约33%，并将细菌负荷减少了0.7–1.2 log₁₀ CFU/mL。在小鼠脓毒症模型中，5D将存活率提高到了83.3–100%，并显著减少了器官中的细菌负荷。这些发现表明5D是一种有前景的霍诺酮衍生物抗MRSA候选化合物，其主要作用机制是破坏膜完整性和磷脂稳态。

引言

金黄色葡萄球菌（S. aureus）是一种重要的动物源性病原体，可导致多种侵袭性感染，包括皮肤和软组织感染、肺炎、血流感染和脓毒症[1]，[2]。由于其强大的环境适应性、多样的毒力因子以及对多种抗菌剂的耐药性，S. aureus一直是食品安全和公共卫生领域非常关注的病原体[3]，[4]。特别是耐甲氧西林的S. aureus（MRSA）这一多重耐药菌株，给临床治疗带来了重大挑战[5]。MRSA常与侵袭性感染和与生物膜相关的持久性相关，这会降低抗生素敏感性，并导致复发或难以治疗的感染[6]，[7]。此外，MRSA在人类、动物、食品和食品相关环境中越来越多的被发现，表明它在临床医学、食品安全和公共卫生之间的交界处具有更广泛的相关性[8]。因此，迫切需要开发对MRSA具有强大活性和独特作用机制的新抗菌剂。

植物来源的天然化合物在药物发现中发挥了关键作用，因为它们具有丰富的结构多样性和广泛的生物活性[9]，[10]。霍诺酮是一种从木兰属植物中分离出的联苯醚类新木脂素，由于其广泛的生物效应（如抗炎、抗氧化和抗菌特性）而受到了广泛关注[11]，[12]。然而，由于其水溶性差、抗菌效力不足、抗菌谱有限以及药物特性不够理想，直接将霍诺酮作为抗菌剂使用受到限制[13]。抗菌肽模拟物提供了一种有前景的策略来克服这些限制。通过整合阳离子和两亲性结构特征，抗菌肽模拟物可以与带负电荷的细菌膜相互作用并发挥强大的抗菌活性[14]，[15]。与天然抗菌肽相比，这些模拟物还提供了更好的化学稳定性和更大的结构可调性[16]。因此，将霍诺酮与阳离子抗菌肽模拟片段进行分子杂化可能提高其水溶性、抗菌效力和膜靶向能力，为开发新型抗MRSA剂提供可行策略。

利用上述策略，我们成功合成了一系列霍诺酮/木兰醇两亲体，并鉴定出一种在体外和体内均表现出强大抗MRSA活性的衍生物5i。然而，之前的结构-活性关系（SARs）研究尚不完整，因为我们忽略了中间烷基连接器长度为2以及在模拟肽亲水头含有5个碳原子的衍生物[17]。为了解决这个问题，在本研究中，我们进一步合成了一种新的从霍诺酮衍生的两亲性化合物5D，通过使用二溴乙烷将霍诺酮与含有-戊胺的阳离子抗菌肽模拟物连接起来。随后，我们系统地研究了其对S. aureus（尤其是MRSA）的抗菌和抗生物膜活性，并进一步评估了其生物安全性、耐药性诱导潜力及体内保护效果。然后通过非靶向代谢组学和膜靶向测定结合机制研究来阐明其抗菌作用。总体而言，这项工作将5D确定为一种有前景的抗MRSA候选化合物，并为开发基于霍诺酮的抗菌剂以应对MRSA相关的临床和食品安全挑战提供了可行策略。

部分摘录

最小抑菌浓度（MIC）和最小杀菌浓度（MBC）的评估

MIC使用肉汤稀释法（CLSI M07-A9）进行测量。测试panel包括S. aureus、E. coli和十种临床MRSA分离株。细菌培养至1.0 × 10⁸ CFU/mL，使用前稀释1:1000。在96孔板中加入两倍浓度的化合物，并与细菌悬液等体积混合。16–20小时后，将无可见生长的最低浓度确定为MIC。随后，从无可见生长的孔中取样

5D对MRSA表现出强烈的抗菌活性

基于先前确定的强效化合物5i [17]，并为了进一步完善SARs，我们合成了新的霍诺酮两亲体5D（图1A），通过使用二溴乙烷将霍诺酮与含有-戊胺的阳离子抗菌肽模拟物连接起来（图S1）。如表1所示，霍诺酮对测试菌株表现出中等的抗菌活性，MIC为8–16 μg/mL。相比之下，5D显示出了明显增强的抗菌效果，MIC

讨论

MRSA仍然是一个主要的抗菌素耐药性病原体，与生物膜相关的耐受性和多重耐药性继续削弱传统抗生素的有效性[26]，[27]。因此，开发具有不同作用机制的新抗MRSA剂仍然是对抗耐药S. aureus感染的关键策略[28]。天然产物及其衍生物为抗菌发现提供了有价值的框架，但许多需要结构优化以改善

结论

总之，本研究发现5D是一种从霍诺酮衍生的阳离子两亲性抗MRSA候选化合物，具有强大的抗菌活性、抗生物膜活性和体内保护效果。5D主要通过与细菌膜磷脂相互作用，破坏膜完整性和扰乱甘油磷脂稳态来发挥作用。这些发现扩大了霍诺酮衍生物的抗菌应用范围，并支持将阳离子两亲性修饰作为开发

CRediT作者贡献声明

Muchen Zhang：撰写——原始草稿，研究，形式分析，概念化。Yan Wang：方法学，研究，形式分析，概念化。Jing Pan：研究。Shengnan Xu：方法学。Shangshang Qin：监督，方法学，研究。Yanjiang Shao：监督，资源，项目管理。Yong Guo：撰写——审阅与编辑，监督，项目管理，资金筹集。

伦理批准

所有动物实验均获得了郑州大学[许可证编号 SYXK (Yu) 2022-0001]和华南大学[许可证编号 SYXK (X) 2022-0008]的动物保护与利用委员会的批准。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本工作得到了国家自然科学基金（82574282）、河南省自然科学基金（242300421194）、国家自然科学基金（32503102）、河南省杰出青年科学基金（242300421078）以及国家兽医公共卫生安全重点实验室基金（2026SKLVPHS06）的支持。

动物实验

本研究遵循ARRIVE（动物研究：体内实验报告）指南进行。

本研究得到了郑州大学和华南大学的批准。

Muchen Zhang|Yan Wang|Jing Pan|Shengnan Xu|Shangshang Qin|Yanjiang Shao|Yong Guo中国河南省郑州市郑州大学药学院，450001