新型胆汁酸-姜黄素偶联物的合成与表征：作为强效抗菌和抗生物膜药物的分子对接研究及机制探索

　　本研究针对抗生素耐药性全球危机，通过将姜黄素与胆酸/脱氧胆酸酯化合成新型偶联物3a/3b。实验表明偶联物对革兰阳性/阴性菌均具显著抑制活性（IC50低至4.48μg/mL），抗生物膜效果达90%以上。分子对接显示其与细菌外膜蛋白(4RHB)、细胞分裂蛋白FtsZ(6LL6)等靶点具有高亲和力（结合能-8.12kcal/mol），证实其通过多靶点机制破坏膜完整性、抑制细胞分裂与DNA复制。该研究为开发下一代抗菌药物提供了创新策略。

　　

抗生素耐药性已成为全球十大公共卫生威胁之一，多重耐药菌株的快速增长使传统抗生素逐渐失效，迫切需要开发新型治疗策略。天然产物尤其是植物源化合物在抗感染治疗中始终扮演重要角色，其中姜黄素作为姜黄的主要生物活性成分，具有广谱抗菌、抗炎和抗氧化特性。然而，其临床应用受限于低水溶性、快速代谢和较差的生物利用度。胆汁酸作为两亲性分子，不仅能破坏细菌膜结构，还可作为渗透增强剂提高药物吸收效率。将姜黄素的生物活性与胆汁酸的膜调节特性相结合，可能产生协同增效的抗菌效果。

本研究采用碳二亚胺介导的缩合反应，以胆酸和脱氧胆酸分别与姜黄素酯化合成两种新型胆汁酸-姜黄素偶联物（3a和3b）。通过FT-IR、¹H NMR、¹³C NMR、HPLC和质谱进行结构表征，确认偶联物成功合成。体外抗菌实验采用肉汤微稀释法测定半数抑制浓度（IC₅₀），抗生物膜活性通过结晶紫染色定量评估。分子对接研究使用AutoDock Vina分析偶联物与细菌靶蛋白（DNA促旋酶1KZN、外膜蛋白4RHB、细胞分裂蛋白FtsZ 6LL6）的结合模式。所有实验均设三次生物学重复，数据以均值±标准误表示，采用单因素方差分析和Tukey多重比较进行统计检验。

化学合成与表征

通过EDCI（1-乙基-3-(3-二甲氨基丙基)碳二亚胺）介导的缩合反应，以三乙胺为碱、DMAP（4-二甲氨基吡啶）为催化剂，成功合成目标偶联物3a和3b，产率达70-78%。¹H NMR显示姜黄素芳香环、烯烃和甾体质子特征峰，¹³C NMR中192.77ppm和192.33ppm处的羰基碳信号证实姜黄素二酮结构保留，172.32ppm处的酯羰基碳表明胆汁酸与姜黄素成功偶联。FT-IR光谱在1700-1750cm^-1显示酯和酮羰基伸缩振动，1200-1300cm^-1为酯和酚的C-O伸缩振动，3300-3500cm^-1存在羟基特征峰。HPLC分析显示偶联物纯度超过99%。

体外抗菌活性

偶联物对革兰阳性菌（乳酸乳球菌NZ900、巨大芽孢杆菌QMB1551）和革兰阴性菌（恶臭假单胞菌ATCC25922、粘质沙雷菌NCTC10211）均表现出显著抑制活性。偶联物3a对恶臭假单胞菌的IC₅₀为4.48±0.2μg/mL，较姜黄素（46.09±2.6μg/mL）活性提高10.3倍；对巨大芽孢杆菌的IC₅₀为7.02±0.4μg/mL，较姜黄素（76.02±5.2μg/mL）提高10.8倍。偶联物3b抗菌活性略低于3a，但对粘质沙雷菌显示出特异性抑制优势（IC₅₀ 11.09±0.8μg/mL）。所有偶联物活性均优于氨苄青霉素对照。

定量抗生物膜分析

偶联物3a在80μg/mL浓度下对乳酸乳球菌和巨大芽孢杆菌的生物膜生物量减少近90%。对乳酸乳球菌的生物膜形成抑制IC₅₀为24.8±1.3μg/mL，对恶臭假单胞菌为28.3±0.4μg/mL。偶联物3b的抗生物膜活性较弱，对粘质沙雷菌和恶臭假单胞菌的IC₅₀分别为54.1±0.8μg/mL和61.7±1.9μg/mL。姜黄素单独使用时抗生物膜效果有限（IC₅₀>70μg/mL），而氨苄青霉素在测试浓度范围内未能实现50%抑制。

分子对接分析

分子对接显示偶联物3a与细菌细胞分裂蛋白FtsZ(6LL6)结合能为-8.12kcal/mol，显著高于姜黄素（-6.49kcal/mol）；与外膜蛋白(4RHB)结合能为-7.11kcal/mol（姜黄素仅为-2.99kcal/mol）。偶联物3a与FtsZ活性位点氨基酸残基（精氨酸Arg:31、苯丙氨酸Phe:182、赖氨酸Lys:51等）形成烷基-π烷基作用和常规氢键；与外膜蛋白的赖氨酸Lys:79、苏氨酸Thr:103、天冬氨酸Asp:42等残基相互作用。偶联物3b与DNA促旋酶(1KZN)通过π-阳离子/阴离子作用与组氨酸His:38和谷氨酸Glu:183结合。

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配体效率分析

偶联物3a对所有三种细菌靶蛋白均表现出优异的配体效率（LE）：对6LL6为-0.150kcal/mol/HA（重原子），对4RHB为-0.132kcal/mol/HA，对1KZN为-0.128kcal/mol/HA。尽管分子量较高（742.95g/mol），但3a保持了良好的结合效率-尺寸比，表明其具有优化的药代动力学特性。姜黄素虽然分子量小，但对4RHB的配体效率仅为-0.111kcal/mol/HA，显示靶点依赖性结合差异。

作用机制探讨

偶联物通过多靶点机制发挥抗菌作用：①破坏细菌外膜完整性：胆汁酸组分增强膜渗透性，导致渗透失衡和细胞裂解；②抑制细胞分裂：靶向FtsZ蛋白GTP结合位点，抑制Z环形成和胞质分裂；③干扰DNA复制：与DNA促旋酶ATPase结构域结合，阻止DNA超螺旋化和转录过程。这种多靶点协同作用有效降低了耐药性发展风险。

本研究成功合成了两种新型胆汁酸-姜黄素偶联物，证实其具有显著增强的抗菌和抗生物膜活性。偶联物3a（脱氧胆酸-姜黄素）表现尤为突出，对革兰阳性和阴性菌均呈现纳摩尔级抑制活性，并能有效渗透生物膜基质。分子机制研究表明其通过多靶点作用破坏膜完整性、抑制细胞分裂和DNA复制过程。胆汁酸的引入显著改善了姜黄素的药代动力学特性，提高了膜亲和力和生物利用度。该研究为开发针对耐药菌感染的新型抗菌药物提供了有前景的先导化合物，代表了一种克服抗生素耐药性的创新策略。研究成果发表于《Scientific Reports》，为天然产物结构优化和抗菌药物设计提供了重要参考。