多功能苯并咪唑盐衍生物作为抗癌剂、抗菌剂和乙酰胆碱酯酶抑制剂：体外研究与分子对接分析

《Archives of Biochemistry and Biophysics》：Multifunctional Benzimidazolium Derivatives as Anticancer, Antibacterial, and Acetylcholinesterase Inhibitors: In Vitro and Molecular Docking Studies

　　新型苯并咪唑盐类化合物通过HR-MS、FTIR、1H/13C NMR表征，并测试其AChE抑制（化合物6c IC50=9.32 μM）、抗癌（MCF-7 IC50=1.8 μM）、抗菌（包括MRSA和MDR E. coli）及抗生物膜活性，结合分子对接验证其与AChE、MRSA相关蛋白的相互作用机制，为神经退行性疾病、癌症及耐药菌治疗提供多靶点候选药物。

　　本研究聚焦于新型苯并咪唑??衍生物的合成与生物活性评估，探索其在治疗神经退行性疾病、癌症以及多重耐药细菌感染中的潜力。苯并咪唑??盐因其结构多样性与广泛的生物活性，成为药物化学领域备受关注的化合物之一。这类化合物不仅具有抗菌特性，还显示出抗肿瘤和抗炎等多种功能，为开发多功能药物提供了新的思路。

在神经退行性疾病方面，阿尔茨海默病（Alzheimer's disease, AD）是最常见的神经退行性疾病之一，其特征是大脑中乙酰胆碱（acetylcholine, ACh）水平下降，导致认知功能障碍。乙酰胆碱酯酶（acetylcholinesterase, AChE）是分解ACh的关键酶，因此，AChE的抑制被认为是治疗AD的有效策略。目前，市场上已有多种AChE抑制剂，如加兰他敏（galantamine）、多奈哌齐（donepezil）、利斯的明（rivastigmine）和他克林（tacrine）。然而，这些药物在实际应用中存在一定的局限性，包括疗效有限以及可能的毒性问题。因此，开发新型AChE抑制剂，以提高治疗效果并减少副作用，成为当前研究的重要方向。

在癌症治疗领域，乳腺癌是女性中最常见的恶性肿瘤之一。据2024年的统计数据，预计全球将有约310,720例新发的侵袭性乳腺癌病例。尽管已有多种治疗乳腺癌的药物，但这些药物仍面临毒性大和耐药性问题的挑战。因此，寻找具有更优安全性和有效性的抗肿瘤药物，尤其是针对耐药性癌细胞的新型化合物，成为研究的重点。

此外，细菌感染仍然是全球公共卫生的重要问题之一，尤其是在抗生素滥用和不合理使用的情况下，耐药菌株的出现已成为严峻挑战。根据世界卫生组织（World Health Organization, WHO）2024年发布的优先病原体名单，包括金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）、鲍曼不动杆菌（Acinetobacter baumannii）、肺炎链球菌（Streptococcus pneumoniae）、大肠杆菌（Escherichia coli）、肺炎克雷伯菌（Klebsiella pneumoniae）和肠杆菌属（Enterobacter spp）等耐药菌株。这些耐药菌株的出现使得传统的抗生素治疗策略受到限制，因此，寻找新型抗菌药物，尤其是针对多重耐药菌株的药物，显得尤为迫切。

本研究合成了一系列新型苯并咪唑??衍生物，并通过高分辨率质谱（HR-MS）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、氢核磁共振（¹H NMR）和碳核磁共振（¹³C NMR）等技术对其结构进行了确认。进一步地，对这些化合物的AChE抑制活性、对MCF-7乳腺癌细胞的抗癌活性，以及对多种细菌（包括金黄色葡萄球菌、粪肠球菌、铜绿假单胞菌、大肠杆菌，以及耐药菌株MRSA和MDR大肠杆菌）的抗菌活性进行了实验评估。同时，还对其抗生物膜活性进行了测试。实验结果表明，所有合成的化合物均显示出一定的抗菌活性，其中化合物6c表现出最强的AChE抑制效果，其IC₅₀值为9.32 μM，显示出较高的抑制潜力。此外，化合物6c在抗癌活性方面也表现突出，其IC₅₀值为1.8 μM，显示出对MCF-7细胞的显著抑制作用。

值得注意的是，尽管化合物6c的AChE抑制活性弱于标准药物他克林（IC₅₀ ≈ 0.25 μM），但其在抗癌和抗菌方面的表现仍具有重要意义。这表明化合物6c可能是一个具有多靶点作用的候选药物，具有进一步优化和开发的潜力。同时，通过分子对接研究，进一步揭示了化合物6c与AChE及MRSA相关蛋白之间的相互作用机制，其结合能分别为–9.386 kcal/mol（4EY7）、–8.180 kcal/mol（1ZGC）和–6.301 kcal/mol（3ZG5）。这些数据不仅有助于理解化合物与靶标之间的相互作用，也为后续的药物设计提供了理论依据。

在实验方法方面，本研究采用了多种技术手段，包括化学合成、结构表征和生物活性测试。化学合成过程中，使用了多种前体化合物，如2-溴-1-(萘-2-基)乙酮、4-(2-溴乙酰基)苯腈、1-([1,1'-联苯]-4-基)-2-溴乙酮、2-溴-1-(4-氟苯基)乙酮、2-溴-1-(4-氯苯基)乙酮和2-溴-1-(4-硝基苯基)乙酮等。这些化合物通过适当的化学反应合成了目标产物，并通过HR-MS、FTIR、¹H NMR和¹³C NMR等技术进行了结构表征，确保了合成的准确性和产物的纯度。

在生物活性评估方面，采用了多种实验方法，包括AChE抑制活性测试、抗癌活性测试和抗菌活性测试。AChE抑制活性测试通过酶动力学方法进行，评估化合物对AChE的抑制能力。抗癌活性测试则使用MCF-7乳腺癌细胞模型，通过细胞活力测定（如MTT法）评估化合物的抗癌效果。抗菌活性测试包括对多种细菌的最小抑菌浓度（MIC）测定，以及对耐药菌株的测试。此外，还评估了化合物对MRSA和MDR大肠杆菌的抗生物膜活性，这对于治疗慢性感染和减少细菌在体内形成生物膜的能力具有重要意义。

本研究的创新之处在于，首次将AChE抑制、抗癌、抗菌和抗生物膜活性的评估与分子对接研究相结合，为开发具有多靶点作用的新型药物提供了全面的实验支持。这种多靶点研究策略不仅有助于理解化合物的作用机制，也为药物开发提供了新的方向。通过分子对接研究，可以预测化合物与靶标蛋白的结合方式，从而指导后续的结构优化和药物设计。

此外，本研究还强调了苯并咪唑??衍生物在药物开发中的重要性。苯并咪唑??盐的结构中包含一个四级氮原子和苯环，这使得其在生物活性方面具有独特的优势。通过调整苯环上的取代基，可以显著影响化合物的生物活性。例如，化合物6c在苯环上引入了4-苯基取代基，这可能增强了其与AChE和细菌相关蛋白的结合能力。这种结构修饰策略为设计具有更强生物活性的化合物提供了理论依据。

本研究的发现具有重要的实际应用价值。首先，化合物6c在AChE抑制和抗癌活性方面表现出色，这可能使其成为治疗阿尔茨海默病和乳腺癌的新候选药物。其次，所有合成的化合物均显示出一定的抗菌活性，尤其是对耐药菌株的抑制效果，这表明它们可能在对抗多重耐药细菌感染方面具有潜在应用。此外，抗生物膜活性的评估结果进一步表明，这些化合物可能在治疗慢性感染和减少细菌在体内形成生物膜的能力方面具有优势。

在药物开发过程中，多靶点化合物的发现具有重要意义。相比于单一靶点药物，多靶点药物能够同时作用于多个靶标，从而提高治疗效果并减少药物的副作用。这种策略不仅适用于神经退行性疾病和癌症的治疗，也适用于对抗多重耐药细菌感染。本研究中合成的苯并咪唑??衍生物，正是这种多靶点策略的典范。它们不仅具有AChE抑制活性，还表现出对多种细菌的抗菌效果，这为开发新型多功能药物提供了重要的基础。

综上所述，本研究通过合成和表征一系列新型苯并咪唑??衍生物，并对其生物活性进行了全面评估，揭示了这些化合物在治疗神经退行性疾病、癌症和多重耐药细菌感染方面的潜力。研究结果表明，化合物6c在多个生物活性测试中表现出色，具有进一步优化和开发的前景。同时，通过分子对接研究，进一步阐明了化合物与靶标蛋白之间的相互作用机制，为后续的药物设计提供了理论支持。本研究不仅拓展了苯并咪唑??衍生物的应用范围，也为开发新型多功能药物提供了重要的科学依据。