综述：酒精工业残留物的水热增值化：当前进展与未来方向

　　本综述聚焦于真菌代谢产物作为β-内酰胺酶（blaKPC-2、blaCTXM-14、blaTEM-52）抑制剂的潜力，通过计算机模拟（in silico）和分子对接分析，揭示了化合物3（2,2,4,4-四甲基-6-(3-甲基丁酰基)环己烷-1,3,5-三酮）具有强结合亲和力、优良药代动力学特性及低毒性，为抗多重耐药肺炎克雷伯菌（Klebsiella pneumoniae）提供了新型抗菌剂研发方向。

　　

摘要

多重耐药肺炎克雷伯菌（Klebsiella pneumoniae）的蔓延对公共卫生构成严重威胁，其耐药性主要源于β-内酰胺酶（如blaKPC-2、blaCTXM-14和blaTEM-52）的产生。本研究通过计算机模拟和分子对接技术，评估了三种源自真菌的代谢产物作为β-内酰胺酶抑制剂的潜力。化合物3（2,2,4,4-四甲基-6-(3-甲基丁酰基)环己烷-1,3,5-三酮）在所有测试酶中表现出最强的结合亲和力，形成多个氢键和疏水相互作用，其药代动力学特性和低毒性进一步支持其作为先导化合物的潜力。

引言

抗菌药物耐药性（AMR）是全球健康的重要挑战，尤其是多重耐药肺炎克雷伯菌引起的医院感染（如肺炎、血流感染和尿路感染）。碳青霉烯类和超广谱β-内酰胺类抗生素的耐药性主要由blaKPC-2、blaCTXM-14和blaTEM-52等基因编码的酶（如碳青霉烯酶和超广谱β-内酰胺酶（ESBLs））介导。近年来，天然产物（特别是微生物来源的化合物）成为新抗菌剂的重要来源。真菌（如极端环境中的丝状真菌）产生的次级代谢产物具有多样的生物活性。本研究选取来自乌干达Kitagata热泉的三种真菌代谢产物，通过分子对接分析其与耐药酶的相互作用，以探索其抑制机制。

方法

2.1 蛋白质晶体结构准备

目标酶（blaKPC-2、blaCTXM-14和blaTEM-52）的晶体结构从蛋白质数据库（PDB IDs: 6J8Q、8B3M、1HTZ）获取，使用UCSF Chimera软件去除非蛋白组分、添加氢原子和电荷优化。

2.2 配体选择与准备

研究化合物包括：

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  化合物1：6-异丁酰基-2,2,4,4-四甲基环己烷-1,3,5-三酮
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  化合物2：2,2,4,4-四甲基-6-(2-甲基丁酰基)环己烷-1,3,5-三酮
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  化合物3：2,2,4,4-四甲基-6-(3-甲基丁酰基)环己烷-1,3,5-三酮
  这些化合物通过GC-MS分析从真菌代谢物中提取，其性质与临床抑制剂阿维巴坦（Avibactam）进行比较。

2.3 理化性质和药代动力学表征

使用SwissADME和ADMETlab 3.0预测化合物的分子量、脂溶性（logP）、溶解度（logS）、胃肠道吸收、血脑屏障通透性和细胞色素P450酶相互作用等参数。

2.4 分子对接

采用AutoDock Vina算法（通过PyRx软件）进行分子对接，结合位点坐标设置为：

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  blaKPC-2: (126.034680, -59.745540, 126.951940)
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  blaCTXM-14: (-1.269176, -4.103706, -21.244059)
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  blaTEM-52: (26.772678, 53.622759, 192.617770)
  结合亲和力（kcal/mol）和相互作用分析通过Discovery Studio Visualizer完成。

结果

3.1 化合物的理化性质

所有化合物的分子量（252.14–314.15 g/mol）和脂溶性（logP 1.885–2.997）符合类药性规则（如Lipinski五规则）。化合物3具有最佳脂溶性和中等溶解度，提示其口服生物利用度潜力。

3.2 类药性特性

所有化合物均符合Lipinski规则、Pfizer规则和Golden Triangle规则，无规则违反，表明其适合作为口服β-内酰胺酶抑制剂进一步优化。

3.3 药代动力学特性

所有化合物显示中等到高胃肠道吸收，血脑屏障通透性可忽略，减少CNS副作用风险。化合物3的血浆蛋白结合率最高（88.2%），提示其可能具有较强的系统滞留性。代谢研究表明，所有化合物主要通过CYP3A4、CYP2C19和CYP2C9途径代谢，半衰期较短（0.322–0.437小时），表明快速清除。毒性预测显示无遗传毒性、致癌性或致突变性，但皮肤致敏性需进一步优化。

3.4 分子对接与分析

化合物3对所有三种β-内酰胺酶均显示最强结合亲和力（结合能：blaTEM-52: -7.1 kcal/mol, blaCTXM-14: -5.9 kcal/mol, blaKPC-2: -6.2 kcal/mol），与阿维巴坦相当或更优。氢键（与Ser70、Lys73、Glu166等关键残基）和疏水相互作用（与Phe72、Val104）稳定了配体在活性位点的结合。化合物1和2结合较弱，提示结构细微差异影响抑制效果。

讨论

药代动力学分析表明所有化合物具有良好类药性，化合物3的脂溶性和溶解度平衡最佳。分子对接结果强调氢键和疏水相互作用在抑制机制中的重要性，化合物3的强结合亲和力和结构互补性使其成为有前景的先导化合物。与阿维巴坦不同，这些化合物可能通过非共价相互作用（如变构抑制）发挥作用，需进一步研究验证。

结论

化合物3作为β-内酰胺酶抑制剂表现出强结合亲和力、优良药代动力学特性和低毒性，是具有潜力的新型抗菌剂候选。然而，需通过分子动力学模拟和体外酶抑制实验进一步验证其稳定性和疗效。