真菌源代谢物作为β-内酰胺酶抑制剂的计算机筛选与分子对接研究：应对肺炎克雷伯菌多重耐药的新策略

　　本研究针对多重耐药肺炎克雷伯菌（Klebsiella pneumoniae）产生的β-内酰胺酶（如blaKPC-2、blaCTXM-14和blaTEM-52）导致的抗生素耐药问题，通过计算机辅助药物设计手段，筛选出来自乌干达Kitagata热泉真菌代谢物的三种化合物。研究发现化合物3（2,2,4,4-Tetramethyl-6-(3-methylbutanoyl) cyclohexane-1,3,5-trione）对三种β-内酰胺酶均表现出强结合亲和力，其药代动力学特性、毒理学预测及分子对接结果均优于或相当于临床抑制剂Avibactam，为开发新型β-内酰胺酶抑制剂提供了重要先导化合物。

　　

随着抗生素的广泛使用甚至滥用，多重耐药菌的蔓延已成为全球公共卫生领域的重大挑战。其中，肺炎克雷伯菌（Klebsiella pneumoniae）因其能够产生多种β-内酰胺酶（β-lactamases），例如碳青霉烯酶（carbapenemases）和超广谱β-内酰胺酶（ESBLs），导致包括碳青霉烯类在内的多种β-内酰胺类抗生素失效，严重限制临床治疗选择，亟需开发新型抑制剂来应对这一耐药性危机。

近年来，天然产物尤其是微生物次生代谢产物成为药物研发的重要来源。极端环境（如热泉）中的真菌往往能产生结构独特、活性显著的化合物。本研究聚焦于乌干达Kitagata热泉中的丝状真菌代谢物，选取了三种环己烷三酮衍生物，通过计算机模拟手段评估它们抑制β-内酰胺酶的潜力。

该研究发表于《In Silico Research in Biomedicine》，主要采用以下几种关键技术方法：首先从蛋白质数据库（PDB）获取blaKPC-2、blaCTXM-14和blaTEM-52的晶体结构，使用Chimera软件进行结构预处理；其次，借助SwissADME和ADMETlab 3.0平台对三种真菌代谢物（化合物1–3）及对照药物Avibactam进行物理化学性质、药代动力学和毒理学参数预测；最后运用AutoDock Vina分子对接程序模拟化合物与酶活性中心的结合模式，并通过Discovery Studio Visualizer分析相互作用细节。

研究结果如下：

3.1. 化合物的物理化学性质：

三种化合物的分子量在252.14–314.15 g/mol之间，均符合类药五规则（Lipinski’s Rule of Five）。其中化合物3的脂溶性（logP＝2.997）和溶解度等参数表现最佳，提示其具备较好的口服生物利用度潜力。

3.2. 类药性质：

所有化合物均未违反类药规则，无PAINS（泛干扰化合物）结构警报，表明它们适合作为候选药物进行进一步开发。

3.3. 药代动力学性质：

所有化合物表现出中等到高胃肠道吸收特性，但血脑屏障穿透性较低，降低了潜在的中枢神经副作用风险。化合物3的血浆蛋白结合率高达88.2%，提示其在体内可能具有较长的半衰期。代谢方面，这些化合物主要经由CYP3A4、CYP2C19和CYP2C9酶系代谢，药物间相互作用风险较低。排泄参数显示所有化合物清除较快，半衰期介于0.322–0.437小时。

3.4. 分子对接与对接分析：

对接结果显示，化合物3对三种β-内酰胺酶均表现出最强的结合亲和力，其与blaKPC-2的结合能达-6.2 kcal·mol?1，与临床常用抑制剂Avibactam相当甚至更优。进一步分析表明，化合物3通过与Ser70、Lys73、Glu166等关键催化残基形成氢键，并与Phe72、Val104发生疏水相互作用，从而稳定结合于酶活性中心，可能有效阻遏β-内酰胺类抗生素的水解。

讨论部分指出，化合物3不仅在对接模型中表现优异，其药代动力学特征和较低的毒性风险（如无遗传毒性、致癌性预测）也支持其作为先导化合物的潜力。与Avibactam不同，该类真菌代谢物可能通过非共价、变构机制抑制β-内酰胺酶，这为新型抑制剂设计提供了新思路。然而，该研究仍属于计算机模拟阶段，后续需通过分子动力学模拟及体外酶活实验验证其实际抑制效果与稳定性。

总之，这项研究通过系统的计算机辅助药物设计策略，从极端微生物代谢物中筛选出具有潜在β-内酰胺酶抑制活性的先导化合物，为应对多重耐药革兰阴性菌感染提供了新的候选分子，也彰显了天然产物在抗耐药菌药物研发中的重要作用。