新型双(亚苄基)-6-甲基-2-硫代尿嘧啶衍生物：设计、合成及分子对接作为抗多重耐药病原菌的潜在抗菌剂

《RSC Advances》：Novel bis(benzylidene)-6-methyl-2-thiouracil derivatives: design, synthesis, and molecular docking as potential antimicrobial agents against multidrug-resistant pathogenic bacteriaOpen Access

　　

基于嘧啶的杂环化合物因其广泛的生物活性而成为药物化学中的关键骨架。本研究在乙酸和盐酸中回流条件下，将6-甲基-2-硫代尿嘧啶与多种芳香醛进行缩合，合成了一系列新型双(亚苄基)-6-甲基-2-硫代尿嘧啶衍生物(2a–e)。采用红外光谱(IR)、核磁共振氢谱(¹H NMR)、核磁共振碳谱(¹³C NMR)、质谱和元素分析对产物进行表征。通过琼脂孔扩散法和微量稀释法评估了其对致病真菌白色念珠菌(Candida albicans)以及多重耐药(MDR)革兰氏阳性菌(蜡样芽孢杆菌Bacillus cereus、金黄色葡萄球菌Staphylococcus aureus)和革兰氏阴性菌(大肠杆菌Escherichia coli、幽门螺杆菌Helicobacter pylori)的抗菌活性。在所有衍生物中，化合物2e表现出最强的抗菌活性，在若干受试病原体中超过庆大霉素。分子对接和分子动力学(MD)模拟，辅以有利的范德华力和静电相互作用，证实了化合物2e在β-酮脂酰-ACP合酶III的催化区域内具有稳健且稳定的结合。根据一项计算机模拟ADMET研究，所合成的化合物表现出良好的类药性、令人满意的溶解性和极低的预期毒性。这些结果表明，化合物2e和其他双(亚苄基)-硫代尿嘧啶衍生物是开发针对耐药性疾病的新型抗菌药物的可行候选药物。

嘧啶类杂环化合物是药物化学中的重要骨架，广泛存在于核酸、辅酶等生理活性分子中。6-甲基-2-硫代尿嘧啶具有2-硫代、4-酮基和6-甲基等多个可修饰位点，可通过结构修饰构建多种生物活性分子。其结构中含有的硫、氮杂原子赋予其清除活性氧(ROS)、螯合金属离子等能力，因而具有抗氧化潜力。与此同时，全球范围内多重耐药(MDR)细菌感染的持续蔓延使得开发新型抗菌骨架迫在眉睫。研究人员基于双(亚苄基)连接两个嘧啶杂环可延长π共轭、增强刚性并提升与生物靶标结合能力的思路，合理设计并合成了一系列对称的5,5′-双(亚苄基)-6-甲基-2-硫代尿嘧啶衍生物，旨在获得兼具抗菌和抗氧化活性的候选药物，为抗MDR病原菌提供新的分子平台。该研究工作发表在《RSC Advances》。

研究人员通过6-甲基-2-硫代尿嘧啶与不同取代苯甲醛在乙酸/盐酸中的缩合反应，成功合成目标化合物2a–e（产率20%–60%），并利用IR、¹H NMR、¹³C NMR、质谱和元素分析进行全面结构表征。抗菌活性采用琼脂孔扩散法和微量肉汤稀释法测定，受试菌株包括白色念珠菌、蜡样芽孢杆菌(ATCC 6629)、金黄色葡萄球菌(ATCC 6538)、大肠杆菌(ATCC 25922)和幽门螺杆菌(ATCC 43526)。抗氧化活性采用DPPH自由基清除法。分子对接使用AutoDock Vina，分子动力学(MD)模拟使用AMBER 18，结合自由能计算采用MM/GBSA法，ADMET性质通过SwissADME和pkCSM在线工具预测。

**化学合成**：成功合成了5个双(亚苄基)-6-甲基-2-硫代尿嘧啶衍生物。取代基的电子效应显著影响产率，硝基取代的2d产率最高（60%），氯取代的2c产率最低（20%）。IR和NMR光谱数据证实了目标结构，PASS在线预测显示这些化合物具有潜在精神活性（如抗癫痫、抗焦虑等）。

**生物学评价**：琼脂孔扩散法结果显示，化合物2e对所有测试菌株表现出最强的抑制活性，对大肠杆菌和幽门螺杆菌的抑菌圈均为20 mm，超过庆大霉素（分别为12 mm和17 mm）；对蜡样芽孢杆菌的抑菌圈为21 mm，也优于庆大霉素（16 mm）。2a–2d活性中等，抑菌圈为11–16 mm。抗真菌方面，2e对白色念珠菌的抑菌圈为14 mm，低于庆大霉素的16 mm，但在合成的衍生物中最强。

**MIC结果**：微量稀释法测定显示，2e对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的MIC值均为12.5 mg mL^?1，对幽门螺杆菌和蜡样芽孢杆菌的MIC值为17.5 mg mL^?1，均低于2a和2d。总体活性顺序为2e > 2a > 2d。庆大霉素的MIC值（0.06–0.125 mg mL^?1）远低于衍生物，但2e具有广谱且相对稳定的抗微生物活性。

**与庆大霉素比较**：通过计算MIC倍数差异，化合物2e对大肠杆菌、幽门螺杆菌、蜡样芽孢杆菌的MIC分别为庆大霉素的133倍、140倍和140倍。尽管庆大霉素效力更高，但2e对细菌和真菌均表现出稳定活性，表明其可作为优化的先导结构。

**抗氧化活性**：DPPH自由基清除实验显示，2e具有最高的自由基清除活性（93.33%±1.14），2c为90.23%，2d为87.94%，2b为76.29%，2a最低（51.67%）。取代基的供电子或吸电子性质显著影响抗氧化效率，双(亚苄基)骨架与硫代尿嘧啶核心的协同作用促进了自由基的电子离域。

**分子建模**：分子对接结果显示，2e与β-酮脂酰-ACP合酶III（FabH）的结合能为?9.2 kcal mol^?1，为所有化合物中最强。MD模拟（30 ns）中，复合物的平均RMSD为1.20±0.17 ?，低于Apo体系的1.53±0.31 ?；RMSF和回转半径(Rg)也显示复合物更稳定。MM/GBSA计算的结合自由能为?27.19±0.78 kcal mol^?1，其中范德华能(?35.77 kcal mol^?1)为主要贡献，静电力(?12.59 kcal mol^?1)也起到重要作用。残基能量分解表明，Arg151(?2.86 kcal mol^?1)、Trp32(?2.00 kcal mol^?1)、Met207(?1.65 kcal mol^?1)等为关键残基。配体-残基相互作用网络分析显示，Met207、Asn247、Arg151与2e形成稳定氢键，Ile155和Ile156参与Pi-烷基作用，Trp32形成Pi-硫和Pi-烷基作用。对接分数与MIC值对大肠杆菌(R²=0.94)、幽门螺杆菌(R²=0.88)和蜡样芽孢杆菌(R²=0.91)呈强相关，支持FabH为潜在作用靶点。

**ADMET研究**：所有化合物均符合Lipinski和Veber规则，具有良好类药性。溶解度预测中，2e的log S值最高（?5.25），表明其水溶性最佳；脂溶性方面，2c的consensus log P最高（2.1），2e最低（1.3）。细胞色素P450酶抑制预测显示，2d和2e仅抑制CYP3A4，抑制作用较少。毒性预测表明，2a无AMES毒性，2c所有预测项均为阴性；但2b、2d、2e显示AMES毒性风险，2b、2d、2e有肝毒性风险，所有化合物均无皮肤致敏性，仅2a对hERG II有抑制风险。研究人员指出，计算机ADME预测仅作为初步筛选工具，需通过体外和体内实验进一步验证。

**总结讨论**：研究表明，双(亚苄基)-6-甲基-2-硫代尿嘧啶骨架是有前景的抗菌和抗氧化分子平台，间位硝基取代(2e)对优化FabH靶点结合至关重要。实验与计算结果的强相关性验证了合理设计策略的有效性。

**研究结论**：本研究合理设计并合成了一系列新型双(亚苄基)-6-甲基-2-硫代尿嘧啶衍生物。抗菌筛选显示，化合物2e对多种革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌具有最强且广谱的抑制活性，多项指标优于庆大霉素。分子对接和MD模拟证实2e主要通过范德华力和静电相互作用稳定结合于β-酮脂酰-ACP合酶III的活性位点。所有衍生物均表现出可接受的类药性和安全性预测，提示其具有口服生物利用度潜力。综上，化合物2e是开发针对多重耐药菌的新型抗菌药物的有希望的先导化合物，但预测的药代动力学性质仍需实验验证。