噻吩功能化银(I)和金(I) N-杂环卡宾复合物的合成及其对氨苄青霉素耐药金黄色葡萄球菌的抗菌活性研究

　　为解决抗菌药物耐药性（AMR）这一全球健康威胁，研究人员开展了噻吩功能化Ag(I)和Au(I) N-杂环卡宾（NHC）复合物的合成与抗菌活性研究。结果表明，新型Au(I)-NHC复合物（尤其是2b）对氨苄青霉素耐药金黄色葡萄球菌（MIC低至32μg/mL）具有显著抑制效果，且与氨苄青霉素联用后抗菌活性提升8倍。该研究通过膜破坏、ATP耗竭及β-内酰胺酶抑制等多机制作用，为开发新型抗菌药物提供了重要策略。

　　

抗菌药物耐药性（Antimicrobial Resistance, AMR）已成为全球公共卫生领域的重大挑战，尤其是耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（Methicillin-Resistant Staphylococcus aureus, MRSA）等耐药菌株的蔓延，使得传统抗生素疗效急剧下降。若不采取有效措施，预计到2050年，AMR每年可能导致1000万人死亡，甚至超过癌症相关死亡率。在这一背景下，开发具有新型作用机制的抗菌药物迫在眉睫。金属基化合物，尤其是银（Ag）和金（Au）的配合物，因其独特的抗菌特性而重新受到关注。其中，N-杂环卡宾（N-Heterocyclic Carbene, NHC）配体与金属形成的复合物表现出良好的稳定性和生物活性，成为对抗耐药菌的有力候选。

近年来，Ag(I)和Au(I)的NHC复合物在抗菌领域展现出显著潜力。例如，Ag(I)-他唑巴坦框架对革兰氏阴性和阳性菌均具有增强的活性，而Au(I)-NHC复合物对铜绿假单胞菌等耐药菌表现出强杀菌效果。噻吩基团作为重要的药效团，具有抗菌、抗炎和抗肿瘤等多重生物活性，其引入进一步提升了金属配合物的药用潜力。本研究通过合成噻吩功能化的Ag(I)和Au(I)-NHC复合物，评估其对氨苄青霉素耐药金黄色葡萄球菌的抗菌活性，并深入探讨其作用机制，以期为耐药菌感染的治疗提供新策略。

本研究由印度Utkal大学化学系Joydev Dinda团队主导，合作单位包括印度国家科学教育与研究学院、密苏里大学、阿萨姆大学和印度理工学院卡拉格普尔分校。论文发表于《Scientific Reports》（2025年，第15卷，34137）。

为开展本研究，作者主要应用了以下关键技术方法：

1. 1.
   通过Schiff碱环化反应合成噻吩功能化咪唑鎓盐前体配体，并进一步与Ag₂O或Au(SMe₂)Cl反应制备Ag(I)和Au(I)-NHC复合物；
2. 2.
   利用单晶X射线衍射（SCXRD）、核磁共振（¹H NMR、¹³C NMR）和元素分析对复合物进行结构表征；
3. 3.
   采用微量稀释法测定最小抑菌浓度（MIC），并通过结晶紫染色法评估生物膜清除能力；
4. 4.
   借助ATP释放测定、扫描电子显微镜（SEM）观察膜破坏效应，并通过分子对接分析β-内酰胺酶抑制机制。

Synthesis

研究人员成功合成了四种新型NHC复合物：Ag(I)-NHC（1a和2a）和Au(I)-NHC（1b和2b）。前体配体1.HPF₆和2.HPF₆通过Schiff碱与多聚甲醛的环化反应制备，再分别与Ag₂O或Au(SMe₂)Cl反应得到目标复合物。SCXRD分析显示，1a和2a中的Ag(I)中心呈略微扭曲的线性几何构型，Ag-C_carbene键长在2.087–2.101 ?之间，而1b中的Au(I)中心同样呈线性配位，Au-C键长为2.017–2.018 ?。光谱数据（如¹³C NMR中卡宾碳信号移至172–175 ppm）进一步证实了金属-卡宾键的形成。

Antibacterial activity

所有NHC复合物均对氨苄青霉素耐药金黄色葡萄球菌表现出抗菌活性，MIC值介于32–256 μg/mL。其中，Au(I)-NHC复合物活性显著优于Ag(I)类似物，复合物2b的MIC最低（32 μg/mL）。当与氨苄青霉素联用时，1b和2b的MIC分别降至8 μg/mL和4 μg/mL，活性提升8倍，表明强烈的协同效应。

Au-NHC(2b) efficiently eradicates the biofilm of ampicillin-resistant S. aureus

复合物2b在单独作用时可清除约25%的生物膜，而与氨苄青霉素（10 μg/mL）联用后，生物膜清除率高达95%，凸显其强大的抗生物膜潜力。

Au-NHC complexes kill ampicillin-resistant S. aureus by disruption of membrane and ATP pool

机制研究表明，Au-NHC复合物通过破坏细菌细胞膜和耗竭细胞内ATP库发挥杀菌作用。ATP释放测定显示，经2b（32 μg/mL）处理1小时后，细胞内ATP水平下降80%。SEM图像进一步证实了细胞膜破裂、形态扭曲及菌体数量减少。

Au-NHC complexes are inhibiting β-lactamase

分子对接分析揭示，复合物2b与金黄色葡萄球菌β-内酰胺酶（PDB: 3BLM）的活性位点残基（如Ser70、Tyr105、Asn132、Gln237和Ile239）结合，结合自由能为-124.76 kcal/mol，表明其通过抑制β-内酰胺酶恢复氨苄青霉素的敏感性。

本研究成功设计并合成了新型噻吩功能化Ag(I)和Au(I)-NHC复合物，其中Au(I)复合物（尤其是2b）对氨苄青霉素耐药金黄色葡萄球菌表现出卓越的抗菌活性。其作用机制涉及多重途径：破坏细胞膜完整性、耗竭ATP库、抑制β-内酰胺酶活性以及高效清除生物膜。与氨苄青霉素的协同效应进一步增强了其抗菌效能，为克服现有抗生素耐药性提供了新思路。

这些发现不仅深化了对金属-NHC复合物抗菌机制的理解，也为开发下一代抗菌药物奠定了坚实基础。未来研究可进一步探索这类复合物的体内药效学和毒性，推动其向临床应用转化。