1,2,3-三氮唑雜合體的抗菌活性

李覓 編譯

(華爍科技股份有限公司, 武漢 430074)

1 前言

眾所周知，絕大多數(shù)細(xì)菌對(duì)人體無害甚至有益，但少數(shù)細(xì)菌可引發(fā)嚴(yán)重疾病甚至死亡。革蘭陽性菌(如金黃色葡萄球菌和肺炎鏈球菌)和革蘭陰性菌(如大腸埃希菌和銅綠假單胞菌)是臨床上常見的致病菌，嚴(yán)重威脅人類生命健康?？股厥菍?duì)付細(xì)菌感染的有效武器，但耐藥菌的不斷涌現(xiàn)和在世界范圍內(nèi)的廣泛傳播使得致病菌對(duì)抗生素的敏感性不斷下降。據(jù)報(bào)道，每年死于耐藥菌相關(guān)性疾病的患者高達(dá)70萬。倘若這一趨勢(shì)不能有效控制，到本世紀(jì)中葉死亡人數(shù)可能暴增至1000萬。顯然，耐藥菌對(duì)各國(guó)醫(yī)療系統(tǒng)造成了沉重的負(fù)擔(dān)。為扭轉(zhuǎn)這一現(xiàn)狀，亟需研發(fā)對(duì)藥敏型和耐藥型致病菌均有效的新型抗生素。

1,2,3-三氮唑(圖1)可形成多種非共價(jià)鍵作用，是藥物分子中的常見官能團(tuán)。1,2,3-三氮唑衍生物具有抗結(jié)核、抗真菌、抗腫瘤和抗菌等多種生物活性，在藥物化學(xué)領(lǐng)域占據(jù)重要位置。雜合體具有克服耐藥性、拓展抗菌譜、降低毒性和增強(qiáng)療效等潛在作用，且多個(gè)雜合體如Ro 23-9424和TD-1792已處于臨床研究階段，故雜合體引起了藥物化學(xué)家的極大關(guān)注。顯然，將1,2,3-三氮唑與其它具有抗菌活性的藥效團(tuán)雜合可能會(huì)獲得對(duì)藥敏型和耐藥型致病菌均有活性的候選物。

本文將重點(diǎn)介紹包括1,2,3-三氮唑-唑、1,2,3-三氮唑-查耳酮、1,2,3-三氮唑-香豆素、1,2,3-三氮唑-β-內(nèi)酰胺、1,2,3-三氮唑-多肽和1,2,3-三氮唑-糖雜合體在抗菌領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展，并探討了構(gòu)-效關(guān)系(SAR)以期指導(dǎo)科學(xué)家更合理的設(shè)計(jì)此類化合物。

2 1,2,3-三氮唑-唑雜合體

唑?yàn)槲逶s芳香環(huán)，廣泛存在于自然界及藥物分子中。唑類化合物具有包括抗菌活性在內(nèi)的多種生物活性，故將其與1,2,3-三氮唑雜合可能會(huì)獲得抗菌活性更高的候選物。

2.1 1,2,3-三氮唑-咪唑雜合體

據(jù)統(tǒng)計(jì)，60 %～70 %的院內(nèi)金黃色葡萄球菌感染由耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(MRSA)引起。不幸的是，MRSA對(duì)包括β-內(nèi)酰胺類、甘氨酰環(huán)素、氟喹諾酮類和噁唑烷酮類抗生素產(chǎn)生耐藥性的速度極快，故研發(fā)對(duì)MRSA具有良好療效的抗生素迫在眉睫。甲硝唑可用于治療包括MRSA在內(nèi)的各種細(xì)菌感染，而1,2,3-三氮唑?qū)RSA也具有潛在的療效，故1,2,3-三氮唑-甲硝唑雜合體可能對(duì)MRSA具有更高的活性?；诖?，Negi等研究了35個(gè)1,2,3-三氮唑-甲硝唑雜合體1～3(圖2)對(duì)30株MRSA的體外活性，發(fā)現(xiàn)所合成的所有雜合體在濃度為64 μg/mL時(shí)對(duì)至少1株MRSA顯示出抑制活性，且10個(gè)化合物在濃度為8 μg/mL依然具有良好活性，而對(duì)照藥苯唑西林在此濃度并未顯示出任何活性。不僅如此，所有雜合體在濃度為50 μmol/Lol/L時(shí)對(duì)THP-1細(xì)胞系未顯示出任何毒性，安全性良好。SAR研究結(jié)果表明，醚連接的雜合體1的活性優(yōu)于相應(yīng)的胺基連接衍生物2。總體而言，苯環(huán)上含有鹵素原子的雜合體活性優(yōu)于相應(yīng)的甲基、異丙基、叔丁基、醛基和硝基衍生物。其中，2,4-二氯雜合體對(duì)1l在濃度為4 μg/mL時(shí)對(duì)所測(cè)的9株MRSA具有優(yōu)秀的活性。值得一提的是，該雜合體與苯唑西林具有協(xié)同作用，二者的混合物(1:1)對(duì)所測(cè)的30株MRSA均顯示出強(qiáng)大的抑制作用，最小抑制濃度(MIC)為1～8 μg/mL，是雜合體1l與苯唑西林的≥4倍，極具進(jìn)一步開發(fā)前景。

圖1 1H-1,2,3-三氮唑及其互變異構(gòu)體的化學(xué)結(jié)構(gòu)

1,2,3-三氮唑-咪唑并[2,1-b]苯并噻唑雜合體4和5 (MIC: 1～128 μg/mL)對(duì)MSAR、金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌、藤黃微球菌、大腸埃希菌、痢疾桿菌、銅綠假單胞菌、沙門桿菌和變形桿菌具有潛在的活性，但絕大多數(shù)弱于對(duì)照藥氯新霉素(MIC:8～32 μg/mL)和諾氟沙星(MIC: 1～16 μg/mL)。代表物4q (MIC: 1～16 μg/mL)不僅對(duì)所測(cè)所有革蘭陽性菌和陰性菌的活性不亞于氯新霉素，對(duì)所測(cè)多種真菌的活性(MIC: 2～64 μg/mL)亦不次于氟康唑(MIC: 1～256 μg/mL)，值得深入研究。

1,2,3-三氮唑-苯并咪唑雜合體6和7對(duì)臨床分離MRSA、甲氧西林敏感性金黃色葡萄球菌(MSSA)和耐萬古霉素屎腸球菌(VRE)及包括產(chǎn)超廣譜β-內(nèi)酰胺酶(ESBL)大腸埃希菌、肺炎克雷伯菌和銅綠假單胞菌在內(nèi)的多種致病菌具有良好的活性，MIC＜256 μg/mL。SAR顯示，與無取代的雜合體6a～e (MIC: 16～256 μg/mL)相比，向脒結(jié)構(gòu)單元引入異丙基所得的雜合體6f～j(MIC: 8～128 μg/mL)顯示出更高的活性，而將脒環(huán)化所得的雜合體7 (MIC: 8～256 μg/mL)則對(duì)活性不利。

2.2 1,2,3-三氮唑-吡唑雜合體

吡唑是多種抗生素如磺胺苯吡唑的藥效團(tuán)，將其與1,2,3-三氮唑雜合也是開發(fā)新型抗菌藥的有效策略。對(duì)1,2,3-三氮唑-吡唑雜合體8 (MIC: 2～512 μg/mL，圖3)的體外抗革蘭陽性菌(金黃色葡萄球菌和蠟樣芽孢桿菌)和革蘭陰性菌(大腸埃希菌和銅綠假單胞菌)活性研究結(jié)果顯示，這類化合物具有潛在的活性。與無取代的雜合體8a (MIC: 8～32 μg/mL)相比，含有供電子基如甲基、甲氧基和羥基、吸電子基氟、溴及2-噻吩和1-萘基的雜合體(MIC: 16～512 μg/mL)的活性較低，但在苯環(huán)對(duì)位含有氯和硝基的雜合體8e (MIC: 4～16 μg/mL)和8g (MIC: 2～8 μg/mL)則顯示出較高的活性。其中，雜合體8g的抗菌活性可與一線抗菌藥環(huán)丙沙星(MIC:2～4 μg/mL)相媲美，具有進(jìn)一步研究的潛力。

圖2 1,2,3-三氮唑-咪唑雜合體1～7的化學(xué)結(jié)構(gòu)

1,2,3-三氮唑-吡唑雜合體9 (MIC: 5.5～25 μg/mL)對(duì)大腸埃希菌、肺炎克雷伯菌、金黃色葡萄球菌和釀膿鏈球菌具有良好的活性。SAR研究結(jié)果顯示，向R1位引入甲氧基(9e, MIC: 6.5～10.5 μg/mL)和羧基(9f,MIC: 5.5～9.5 μg/mL)對(duì)活性有利，但氯、溴和甲基對(duì)活性不利。向R2位引入供電子的甲基和吸電子的氯均會(huì)導(dǎo)致活性的降低，提示該位點(diǎn)不適合修飾。代表物9f的抗菌活性與一線抗菌藥環(huán)丙沙星(MIC: 5.5～9.5 μg/mL)相當(dāng)，可作為先導(dǎo)物進(jìn)一步研究。

2.3 1,2,3-三氮唑-噁(二)唑/噻唑雜合體

對(duì)1,2,3-三氮唑-噁二唑雜合體10(圖4)的抗菌SAR研究結(jié)果表明，與相應(yīng)的醇衍生物10a～c (MIC: 4～8 μg/mL)相比，酯10d～f (MIC: 31.25～62.5 μg/mL)和醚10g，h (MIC: 31.25～125 μg/mL)的抗菌活性有所降低，且活性順序?yàn)榇迹觉ィ久眩珟缀跛须s合體的抗菌活性均弱于環(huán)丙沙星(MIC: ≥5 μg/mL)。1,2,3-三氮唑-噁唑雜合體11 (在濃度為1 mg/mL的抑菌圈:2.5～3.0 mmol/L)對(duì)枯草芽孢桿菌、金黃色葡萄球菌、銅綠假單胞菌和大腸埃希菌具有中等強(qiáng)度的活性，但弱于對(duì)照藥氧氟沙星和諾氟沙星。

除雜合體12a，b (MIC: 4.5～20.2 μg/mL)之外的其它1,2,3-三氮唑-噻唑雜合體12對(duì)熒光假單胞菌、大腸埃希菌、枯草芽孢桿菌和金黃色葡萄球菌的活性均較弱，MIC＞30 μg/mL。而苯并噻唑連接的1,2,3-三氮唑-硅醚13的抗菌活性在毫摩爾級(jí)，仍需進(jìn)一步優(yōu)化。

2.4 1,2,3-三氮唑-三氮唑雜合體

Aouad 等評(píng)價(jià)了一系列1,2,3-三氮唑-1,2,4-三氮唑雜合體14的抗菌和抗真菌活性，發(fā)現(xiàn)這類雜合體對(duì)所測(cè)的所有致病菌均具有潛在的活性，MIC為1～128 μg/mL，某些化合物的抗菌和抗真菌活性與環(huán)丙沙星(MIC: 1～8 μg/mL)和氟康唑(MIC: 1和4 μg/mL)相當(dāng)或更優(yōu)。SAR顯示，R位為胺基的雜合體14e～g (MIC:1～64 μg/mL)活性優(yōu)于相應(yīng)的苯基衍生物14a～d (MIC:2～128 μg/mL)。連接子的長(zhǎng)度與活性息息相關(guān)，且長(zhǎng)鏈連接子優(yōu)于短鏈連接子。代表物14g (MIC: 1～16 μg/mL)的抗菌和抗真菌活性可與環(huán)丙沙星和氟康唑相媲美，值得進(jìn)一步研究。

圖3 1,2,3-三氮唑-吡唑雜合體8和9的化學(xué)結(jié)構(gòu)

圖4 1,2,3-三氮唑-噁(二)唑/噻唑雜合體10～13的化學(xué)結(jié)構(gòu)

N-2位連有取代苯基的1,2,3-三氮唑二聚體15 (在濃度為5 mg/mL的抑菌圈: 8.3～25.2 mmol/L，圖5)也具有潛在的抗菌和抗真菌活性。其中，二聚體15b(在濃度為5 mg/mL的抗菌和抗真菌抑菌圈分別為20.4～25.2 mmol/L和16.9～23.2 mmol/L)的抗菌活性與阿莫西林(在濃度為5 mg/mL時(shí)對(duì)枯草芽孢桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌圈分別為23.8和32.4 mmol/L)和慶大霉素(在濃度為5 mg/mL時(shí)大腸埃希菌和銅綠假單胞菌的抑菌圈分別為17.3和19.9 mmol/L)相當(dāng)，抗真菌活性與兩性霉素B (在濃度為5 mg/mL時(shí)的抑菌圈分別為19.7～28.7 mmol/L)相當(dāng)，值得進(jìn)一步開發(fā)。

研究顯示，用醚連接子代替酰胺連接子可增強(qiáng)抗菌活性，如1,2,3-三氮唑二聚體16 (MIC:0.0199～0.4176 μmol/Lol/L)對(duì)枯草芽孢桿菌、金黃色葡萄球菌、銅綠假單胞菌和大腸埃希菌等均具有極高的活性。與無取代的化合物 16a (MIC:0.0928～0.3714 μmol/Lol/L)相比，苯基上連有硝基的二聚體16c (MIC: 0.0199～0.0398 μmol/L)的活性更高，但含有甲氧基的16b (MIC: 0.1671～0.4176 μmol/L)則活性有所降低，提示吸電子基對(duì)活性有利。進(jìn)一步研究顯示，這類二聚體可通過抑制II型拓?fù)洚悩?gòu)酶即DNA促旋酶B亞基發(fā)揮功效。代表物16c的抗枯草芽孢桿菌、金黃色葡萄球菌、銅綠假單胞菌和大腸埃希菌活性是環(huán)丙沙星(MIC: 0.0377～0.1509 μmol/L)的2～5倍，值得深入開發(fā)。

1,2,3-三氮唑-三氮唑雜合體17～23也具有潛在的抗菌活性，如雜合體22a的MIC為3.12～12.5 μmol/L，但絕大多數(shù)雜合體活性遠(yuǎn)遜于對(duì)照藥。

3 1,2,3-三氮唑-查耳酮雜合體

對(duì)1,2,3-三氮唑-查耳酮雜合體24和25(圖6)的抗菌和抗真菌研究結(jié)果表明，這類雜合體具有極高的抗菌和抗真菌活性，MIC低至3.0～37 nmol/L。SAR顯示，與無取代衍生物相比，向苯環(huán)引入吸電子基和供電子基均可提高抗菌和抗真菌活性，且溴和甲氧基對(duì)活性最優(yōu)。雜合體24b (抗菌和抗真菌的MIC分別為3.4 nmol/L和3.4～6.8 nmol/L)的抗菌活性和抗真菌活性分別優(yōu)于環(huán)丙沙星(MIC: 4.7 nmol/L)和氟康唑(MIC: 5.1～10.2 nmol/L)值得進(jìn)一步研究。

圖5 1,2,3-三氮唑-三氮唑雜合體14～23的化學(xué)結(jié)構(gòu)

1,2,3-三氮唑-查耳酮雜合體26和27 (MIC:6.25～50 μg/mL)也具有潛在的抗菌活性，但遠(yuǎn)弱于對(duì)照藥。與相應(yīng)的單1,2,3-三氮唑雜合體28和29 (MIC:6.25～＞100 μg/mL)相比，第二個(gè)1,2,3-三氮唑結(jié)構(gòu)片段的引入(30, MIC: 6.25～＞100 μg/mL)并不能改善這類化合物的活性。

4 1,2,3-三氮唑-香豆素雜合體

1,2,3-三氮唑-香豆素雜合體31～33 (MIC: 0.2～100 μg/mL，圖7)具有潛在的抗大腸埃希菌、枯草芽孢桿菌、表皮葡萄球菌、銅綠假單胞菌、白色念珠菌和黑曲霉活性，其中代表物31f (MIC: 0.4, 1.6和1.6 μg/mL)的抗大腸埃希菌、表皮葡萄球菌和黑曲霉活性優(yōu)于鏈霉素(MIC: 2 μg/mL)和氟康唑(MIC: 8 μg/mL)，具有進(jìn)一步研究的潛力。

1,2,3-三氮唑-香豆素雜合體34和35抗金黃色葡萄球菌、藤黃微球菌、蠟樣芽孢桿菌、大腸埃希菌、熒光假單胞菌和貪食黃桿菌的MIC為2～128 μg/mL，活性弱于卡那霉素(MIC: 2 μg/mL)和氯霉素(MIC: 2 μg/mL)，但某些化合物如35a (MIC: 2～8 μg/mL)的活性與阿莫西林(MIC: 2～16 μg/mL)相當(dāng)或更優(yōu)。有趣的是，幾乎所有雜合體(MIC: 2～32 μg/mL)的抗真菌活性均與咪康唑 (MIC: 16 μg/mL)相當(dāng)或更優(yōu)。SAR顯示，向苯環(huán)上引入硝基可增強(qiáng)抗菌活性。雜合體34的抗菌活性與衍生物35相當(dāng)，提示連接方式對(duì)活性影響較小。

5 1,2,3-三氮唑-β-內(nèi)酰胺雜合體

2-氮雜環(huán)丁酮是β-內(nèi)酰胺類抗生素的常見結(jié)構(gòu)單元，將其與1,2,3-三氮唑雜合可能能夠克服金屬β-內(nèi)酰胺酶導(dǎo)致的耐藥性。

圖6 1,2,3-三氮唑-查耳酮雜合體24～30的化學(xué)結(jié)構(gòu)

圖7 1,2,3-三氮唑-香豆素雜合體31～35的化學(xué)結(jié)構(gòu)

對(duì)1,2,3-三氮唑-β-內(nèi)酰胺雜合體36(圖8)的體外抗β-內(nèi)酰胺酶表達(dá)的大腸埃希菌株活性研究結(jié)果表明，這類雜合體對(duì)所測(cè)的所有菌株均顯示出良好的活性，MIC為≤0.06～32 μg/mL。SAR研究結(jié)果表明，向R1和R2位引入環(huán)丙基比引入環(huán)丁基或甲基有利?；钚宰罡叩碾s合體36h (MIC: ≤0.06～1 μg/mL)對(duì)所測(cè)的另外88株腸桿菌科細(xì)菌的平均MIC為4 μg/mL，活性是對(duì)照藥氨曲南(MIC: 32 μg/mL)和美羅培南(MIC:＞64 μg/mL)的≥8倍，可作為先導(dǎo)物進(jìn)一步優(yōu)化。

6 1,2,3-三氮唑-多肽雜合體

Das等評(píng)價(jià)了一系列多肽雜合體37和38(圖9)的抗菌活性，發(fā)現(xiàn)這類雜合體對(duì)金黃色葡萄球菌和枯草芽孢桿菌具有較高的活性，MIC為1.56～12.5 μg/mL，但對(duì)KB細(xì)胞的毒性較高(半抑制濃度/IC50: 2.9～18 μg/mL)。SAR顯示，不含1,2,3-三氮唑的雜合體38b(MIC: 12.5 μg/mL)與含有1,2,3-三氮唑的雜合體37b(MIC: 12.5 μg/mL)的抗菌活性相當(dāng)，提示1,2,3-三氮唑并非這類化合物具有高活性所必需的的基團(tuán)。

圖8 1,2,3-三氮唑-β-內(nèi)酰胺雜合體36的化學(xué)結(jié)構(gòu)

1,2,3-三氮唑-多肽雜合體39 (MIC: 1.6～＞200 μg/mL)對(duì)大腸埃希菌、糞腸球菌和金黃色葡萄球菌也具有潛在的活性，但對(duì)哺乳動(dòng)物細(xì)胞的毒性也較高，仍需進(jìn)一步修飾。

7 1,2,3-三氮唑-糖雜合體

大多數(shù)1,2,3-三氮唑-糖雜合體對(duì)所測(cè)革蘭陽性菌和陰性菌僅顯示出弱到中等強(qiáng)度的活性，而某些雜合體則與對(duì)照藥具有相當(dāng)?shù)目咕钚?，?,2,3-三氮唑-糖雜合體40c (MIC: 1.56～6.25 μg/mL，圖10)的抗枯草芽孢桿菌、大腸埃希菌、金黃色葡萄球菌、藤黃微球菌、普通變形桿菌和鼠傷寒沙門菌活性不亞于阿莫西林(MIC: 1.56～12.5 μg/mL)。雜合體41a,b(MIC: 8～16 μg/mL)多包括MRSA臨床分離株、誘導(dǎo)耐藥型金黃色葡萄球菌和固有耐藥型金黃色葡萄球菌在內(nèi)的多種敏感型和耐藥型金黃色葡萄球菌還具有良好的活性，對(duì)絕大多數(shù)所測(cè)MRSA臨床分離株和固有耐藥型金黃色葡萄球菌的活性遠(yuǎn)高于對(duì)照藥螺旋霉素(MIC: ＞256 μg/mL)，具有治療耐藥金黃色葡萄球菌感染的潛力。

1,2,3-三氮唑-氨基糖苷雜合體42 (MIC: 1～≥2,000 μg/mL)的抗菌活性與新霉素 (MIC: 1～≥2,000 μg/mL)相當(dāng)，而1,2,3-三氮唑連接的環(huán)丙沙星-氨基糖苷雜合體43 (MIC: 0.38～48 μg/mL)的活性這優(yōu)于新霉素，提示環(huán)丙沙星的引入對(duì)活性有利。不僅如此，雜合體43還具有克服氨基糖苷類抗生素耐藥機(jī)制的潛力，值得深入研究。

1,2,3-三氮唑連接的環(huán)丙沙星-卡那霉素A雜合體44 (MIC: 0.09～36 μg/mL)對(duì)包括耐藥菌在內(nèi)的革蘭陽性菌和陰性菌具有良好的活性。盡管這類雜合體的抗革蘭陰性菌活性弱于環(huán)丙沙星(MIC: 0.003～1 μg/mL)，但優(yōu)于卡那霉素A (MIC: 1.5～＞384 μg/mL)。進(jìn)一步研究顯示，大腸埃希菌和枯草芽孢桿菌對(duì)這類雜合體產(chǎn)生耐藥性的速度極為緩慢，故這類雜合體具有進(jìn)一步研究?jī)r(jià)值。

圖9 1,2,3-三氮唑-多肽雜合體37～39的化學(xué)結(jié)構(gòu)

圖10 1,2,3-三氮唑-糖雜合體40～44的化學(xué)結(jié)構(gòu)

8 其它1,2,3-三氮唑雜合體

1,2,3-三氮唑-呋喃/噻吩雜合體也具有一定的抗菌活性，如雜合體S02030 (45，圖11) 可抑制包括肺炎鏈球菌KPC-2和SHV-1在內(nèi)的多種絲氨酸β-內(nèi)酰胺酶，具有潛在的抗菌活性。

絕大多數(shù)1,2,3-三氮唑-吲哚/靛紅雜合體的抗菌活性和MIC ≥100 μg/mL，但雜合體66a,b (MIC:1.56～6.25 μg/mL)的活性與氯霉素和慶大霉素(MIC:1.56～3.125 μg/mL) 相當(dāng)。

除以上雜合體外，其它1,2,3-三氮唑雜合體也顯示出一定的抗菌活性，但均弱于對(duì)照藥，需進(jìn)一步優(yōu)化。

9 結(jié)束語

抗生素是治療細(xì)菌感染的最常用武器，但是隨著抗生素的長(zhǎng)時(shí)間廣泛使用，細(xì)菌已對(duì)抗生素產(chǎn)生了耐藥性。因此，亟需開發(fā)新型抗生素。雜合體分子具有克服耐藥性、拓展抗菌譜和減少毒副作用的潛力，引起了藥物化學(xué)家的極大關(guān)注。1,2,3-三氮唑衍生物具有良好的抗菌活性，將 1,2,3-三氮唑與其它具有抗菌活性的藥效團(tuán)雜合是獲得具有新作用機(jī)制的抗菌藥候選物的有效途徑。

圖11 1,2,3-三氮唑雜合體45和46的化學(xué)結(jié)構(gòu)

本文綜述了進(jìn)20年來 1,2,3-三氮唑-唑、1,2,3-三氮唑-查耳酮、1,2,3-三氮唑-香豆素、1,2,3-三氮唑-β-內(nèi)酰胺、1,2,3-三氮唑-多肽和1,2,3-三氮唑-糖雜合體在抗菌領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展，并探討了構(gòu)-效關(guān)系(SAR)以期指導(dǎo)藥物化學(xué)家更合理的設(shè)計(jì)此類化合物。