JDB-1-200，一种对产KPC（Klebsiella pneumoniae carbapenemase，肺炎克雷伯菌碳青霉烯酶）肠杆菌目具有单药体外活性的非典型修饰碳青霉烯类

《ACS Infectious Diseases》：JDB-1-200, an Atypically Modified Carbapenem with Standalone In Vitro Activity against KPC-Producing Enterobacterales

　　

碳青霉烯类耐药肠杆菌目（Carbapenem-resistant Enterobacterales，CRE），包括大肠埃希菌（Escherichia coli）和肺炎克雷伯菌（Klebsiella pneumoniae），是日益常见的病原体。CRE中的耐药常与肺炎克雷伯菌（KPC）碳青霉烯酶产生有关。研究人员报道一种结构修饰的美罗培南（meropenem，MEM）衍生物JDB-1-200（即8-表-美罗培南，其C8羟基立体化学反转），相对于美罗培南对产KPC的CRE显示增强活性。JDB-1-200单药对多种临床相关肠杆菌目，包括产KPC的肺炎克雷伯菌和弗劳地柠檬酸杆菌（Citrobacter freundii），显示更优活性（MIC为0.5至1 mg/L，而美罗培南＞8 mg/L）。JDB-1-200与去酰基化缺陷型E166Q KPC-2突变体的复合物晶体学分析，以及与8R-羟基美罗培南类似复合物的比较表明，改善源于JDB的8S-羟基作为氢键供体作用于水解用水，减慢酰基-酶水解；在CTX-M-15:JDB-1-200复合物中也观察到类似相互作用。KPC-2和CTX-M-15的动力学抑制数据显示，JDB-1-200可单独使用或与β-内酰胺酶抑制剂（β-lactamase inhibitor，BLI）联用，用于CRE治疗。

论文解读：《ACS Infectious Diseases》发表的非典型碳青霉烯类JDB-1-200研究

研究背景方面，碳青霉烯类耐药肠杆菌目（CRE）已成为紧迫公共卫生威胁。肠杆菌目对β-内酰胺类抗生素的耐药主要由β-内酰胺酶介导，其中A类丝氨酸酶如TEM、SHV、KPC-2、KPC-3以及超广谱β-内酰胺酶（ESBL）CTX-M-15最为常见。A类丝氨酸β-内酰胺酶通过催化丝氨酸70亲核攻击β-内酰胺羰基碳形成共价酰基-酶复合物（酰化），再由水解水攻击释放抗生素（去酰化）。KPC碳青霉烯酶底物谱极广，可水解包括碳青霉烯在内的多类β-内酰胺；CTX-M-15虽高效水解青霉素、头孢菌素和氨曲南，但不能高效转化碳青霉烯，而是形成长寿命酰基-酶。现有对策多为β-内酰胺/β-内酰胺酶抑制剂（BL/BLI）组合，但β-内酰胺酶已对经典母核产生高亲和力，导致BLI耐药菌株增多。商用碳青霉烯自20世纪优化以来均保留C8为R构型；研究人员因此希望修饰碳青霉烯母核非C2位点，使其仍能结合必需青霉素结合蛋白（PBP）而逃避碳青霉烯酶识别。

主要关键技术方法上，研究人员以早阶段单环合成中间体通过氧化/还原控制C8羟基立体化学，制备8-表-美罗培南JDB-1-200；采用肉汤稀释法对革兰阳性、革兰阴性及厌氧菌panel以及16株特征化肠杆菌目（含CDC来源菌株）测定MIC；以硝基头孢菌素水解初速度测定CTX-M-15与KPC-2的IC₅₀；通过KPC-2、E166Q突变体及CTX-M-15晶体浸泡收集高分辨率衍射数据，解析酰基-酶复合物结构。

研究结果部分，Microbiological Evaluation of JDB-1-200显示，研究人员通过对革兰阳性、革兰阴性需氧菌及厌氧菌MIC评估发现，JDB-1-200对葡萄球菌和肠球菌MIC约高于美罗培南4倍，对链球菌仍具临床活性但弱于美罗培南；对产KPC肺炎克雷伯菌和弗劳地柠檬酸杆菌MIC改善超过8倍，对铜绿假单胞菌活性下降2至8倍，对艰难梭菌和脆弱拟杆菌活性低于美罗培南。

JDB-1-200 Inhibition Kinetics with KPC-2 and CTX-M-15显示，研究人员通过全水解曲线与IC₅₀测定发现，JDB-1-200在20 nM KPC-2下3000秒稳定不被水解，在2.5 μM KPC-2下才见水解；CTX-M-15即使2.5 μM也不易水解JDB-1-200；JDB-1-200对KPC-2和CTX-M-15的IC₅₀分别为210 nM和215 nM，说明其高效抑制两类A类丝氨酸β-内酰胺酶。

Structural Characterization of JDB-1-200 and Meropenem with KPC-2 and CTX-M-15 Class A β-Lactamases显示，研究人员通过1.15至1.25 ?分辨率晶体结构发现，JDB-1-200与KPC-2^E166Q以Δ1-(2R)构象、与CTX-M-15以Δ2构象共价结合于S70；8S-羟基更靠近假定去酰基化位置水（DW），距离由美罗培南复合物中4.7 ?缩短至2.9 ?，并改变N132、Q166、N170侧链氢键网络，使去酰基化水更易被8S-羟基氢键“固定”，从而降低酰基-酶水解速率。

讨论与结论部分，研究人员总结：商用碳青霉烯均保留8R羟基，8S表异构体在20世纪因革兰阳性活性较弱未被开发；JDB-1-200对革兰阳性较弱，抗铜绿假单胞菌减弱，但对产KPC肠杆菌目明显增强。KPC-2不轻易水解JDB-1-200，说明KPC-2偏好8R-碳青霉烯；JDB-1-200对KPC-2与CTX-M-15的纳摩尔级IC₅₀表明优势来自酰基-酶去酰化极慢，而非酰化受阻。对产SME的沙雷菌仍高MIC，但加阿维巴坦可显著改善，说明JDB-1-200仍结合必需转肽酶靶点。结论为：C8立体化学反转使8S-碳青霉烯通过改变去酰基化水氢键网络抵抗KPC水解，JDB-1-200可作为单药或联用BLI治疗产KPC CRE的候选分子；该修饰策略为逃离碳青霉烯酶识别、保留PBP亲和力的新碳青霉烯设计提供依据。