靶向细菌激酶APH(2")-IVa：克服氨基糖苷类抗生素耐药性的新策略

《Communications Chemistry》：Targeting bacterial kinases as a strategy to counteract antibiotic resistance

　　本研究针对细菌激酶APH(2")-IVa介导的氨基糖苷类抗生素耐药性问题，通过基于片段筛选和结构导向设计，开发了一系列三唑类抑制剂。高级类似物展现出良好的ADME特性、对多种人类激酶的选择性、在革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌中的渗透性，以及对临床铜绿假单胞菌菌株的中等抗生素疗效。结果表明，抑制细菌激酶是恢复氨基糖苷类抗生素疗效的有效策略。

　　

抗生素耐药性正迅速成为全球最严峻的健康威胁之一，耐药微生物不断削弱现有抗生素的疗效。其中，氨基糖苷类抗生素因其对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌均有显著活性而在临床上广泛应用。然而，细菌通过产生氨基糖苷修饰酶(AMEs)来介导耐药性，其中磷酸转移酶(APHs)通过催化ATP或GTP的磷酸基团转移至氨基糖苷类抗生素的羟基上，使其失活。APHs常出现在多重耐药(MDR)表型中，且其磷酸化作用可影响多种氨基糖苷类抗生素，因此成为临床关注的靶点。

在此背景下，德国达姆施塔特工业大学、蒙彼利埃大学等机构的研究团队在《Communications Chemistry》上发表了一项突破性研究，致力于开发针对APH(2")-IVa的小分子抑制剂，以恢复氨基糖苷类抗生素的抗菌活性。研究人员从片段筛选获得的先导化合物出发，通过结构导向设计优化，最终得到一系列三唑类似物，不仅展现出良好的药代动力学特性，还在多种细菌模型中验证了其恢复抗生素疗效的潜力。

研究主要采用了基于片段的药物设计、X射线晶体学、热位移分析、酶动力学测定、ADME特性评估、细菌摄取实验和激酶选择性筛选等关键技术方法。临床菌株来源于汉密尔顿总医院。

结果

基于结构的设计与优化

研究人员通过共晶结构分析发现，先导化合物1和2均以ATP竞争性方式结合APH(2")-IVa的活性位点。在此基础上，他们系统合成了吡唑和三唑系列的衍生物，并评估其抑制活性。其中，化合物10（Ki=360 nM）和14a（Ki=1,300 nM）显示出较强的抑制效果，而吡啶-2-胺类衍生物19和22的活性显著降低，因此后续研究聚焦于三唑类类似物。

三唑类类似物的构效关系研究

通过引入不同取代基，研究人员合成了多种三唑类衍生物（14b–l），并评估其生化活性。结果表明，带有羟基（14c, Ki=458 nM）或酯基（23, Ki=425 nM）的衍生物活性显著提升，而羧酸类衍生物（14d, Ki=14,500 nM）则因电荷排斥作用导致结合能力下降。进一步的结构优化引入甲基化乙醇或丙醇单元（14b1–b4, 14c1–c6），显著提高了化合物与蛋白环区的相互作用，其中14c1（Ki=325 nM）和14c4（Ki=367 nM）等衍生物表现出更优的抑制活性。

ADME特性与激酶选择性

研究人员对系列化合物进行了ADME特性评估，发现多数三唑类衍生物在人和小鼠微粒体中稳定性良好，血浆蛋白结合率适中。此外，激酶筛选结果显示，部分化合物对BIKE、AAK1、AurA等人类激酶存在交叉反应，但其亲和力处于微摩至毫摩级别，提示后续优化需进一步提升选择性。

细菌摄取与抗生素增效作用

通过摄取实验，研究人员发现化合物14b和14c在野生型大肠杆菌、肺炎克雷伯菌和铜绿假单胞菌中均能有效进入细胞，且在缺乏外排泵的ΔtolC菌株中积累浓度更高。在革兰氏阳性菌（如粪肠球菌和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌）中，衍生物14c2–c4展现出更优的胞内渗透性。进一步通过棋盘法实验验证，化合物10、14c和14n与卡那霉素联用后，能显著延缓临床铜绿假单胞菌株C0214的生长，尽管其单独抗菌效果较弱。

结论与意义

本研究通过结构导向设计成功开发出具有良好药代特性与细菌渗透性的APH(2")-IVa抑制剂，证实了靶向细菌激酶以逆转氨基糖苷类抗生素耐药性的可行性。尽管部分化合物对人类激酶存在一定交叉反应，但其在多种临床菌株中展现出恢复抗生素疗效的潜力，为后续优化与联合用药策略提供了重要依据。该研究不仅为克服抗生素耐药性提供了新思路，也凸显了细菌激酶作为药物靶点的临床价值。