综述： disarmingsuperbugs:抑制ndm-1和其他临床相关金属β-内酰胺酶的新前沿

　　本综述系统梳理了针对金属β-内酰胺酶（MBL）尤其是NDM-1、VIM和IMP的抑制剂（MBLIs）研发进展。文章重点分析了各类抑制剂的构效关系（SAR）、抑制活性（IC50/Ki值）及作用机制，包括分子对接与共晶结构研究，为设计能恢复β-内酰胺抗生素（如碳青霉烯类）疗效的广谱MBLIs提供了重要参考。

　　

引言

抗生素耐药性（AMR）已成为全球健康领域的重大挑战，而金属β-内酰胺酶（MBLs）——尤其是新德里金属β-内酰胺酶（NDM）、维罗纳整合子编码金属β-内酰胺酶（VIM）和亚胺培南酶（IMP）——的出现和传播，严重削弱了β-内酰胺抗生素（包括被视为最后防线的碳青霉烯类）的疗效。本综述旨在系统总结针对这些酶，特别是NDM-1的抑制剂（MBLIs）的最新研究进展。

硼酸盐类

硼酸盐类化合物是MBLIs中的重要类别。其中，环状硼酸盐因其能模拟β-内酰胺水解过程中产生的四面体中间体，并与MBLs活性位点的锌离子强效配位，从而表现出双重抑制效果。相比之下，线性硼酸盐的抑制活性较弱。结构活性关系（SAR）研究强调，环状硼酸支架是实现有效抑制的关键。

羧酸类

含羧酸官能团的化合物在MBLIs中占据显著地位。羧基能够与MBLs催化活性所必需的锌离子配位，有效破坏酶功能。这类分子通过其羧酸部分与酶活性位点结合，展现出良好的抑制潜力。

噻唑类

2015年，Gonzalez团队报道了双噻唑烷（BTZs）作为NDM-1抑制剂的新型支架。其中，L-CS319（化合物55）是最有效的抑制剂，其IC₅₀值为23 μM，且对HeLa和HEK293细胞系在高达500 μM的浓度下无毒性作用。它能恢复美罗培南对产NDM-1细菌的活性。

磷酸盐类

Pemberton等人探索了杂芳基膦酸盐作为NDM-1的非共价抑制剂。研究表明，这些支架对NDM-1、VIM-2和KPC-2具有良好的抑制活性和细胞活性。C5和C7位的取代以及C6位无取代能显著改善对NDM-1的抑制。化合物58因在C5和C7位有特定取代而表现出强效抑制。

氨基硫脲类

2018年，Zhang等人报道了NOTA衍生物作为MBLIs。其中，二硫代氨基甲酸盐类化合物65、66和67通过纸片扩散法筛选为最佳候选，尤其是化合物65，其抗菌圈与美罗培南联用时效果显著。

硫醇类

硫醇基团是NDM-1抑制剂开发的潜在基础，其能与锌离子反应，引起底物的有效变化。Klingler等人在2015年通过筛选已临床批准的含巯基化合物，发现某些分子能有效抑制NDM-1，并恢复β-内酰胺抗生素的活性。

三唑和硫酮衍生物

2016年，Zhai团队引入了24种三唑硫代乙酰胺化合物，其中化合物88和89对NDM-1的IC₅₀值分别为0.16和0.37 μM。分子对接证实，三唑基团与活性位点的锌离子和赖氨酸残基相互作用。SAR研究表明，苯环第四位上的羟基取代对抑制活性至关重要。

酰胺和噻唑衍生物

酰胺基团或其取代版本常见于MBLI支架中，它们结构多样，能与MBL活性位点形成氢键。虽然酰胺本身不螯合锌，但它有助于定位那些能螯合的功能基团（如硫醇、硼酸或异羟肟酸）。2017年，Xiang等人鉴定出唑硫代乙酰胺是抑制B1亚类（NDM-1）和B2亚类（ImiS）MBL的有前景支架。

胺类

含胺基团的化合物能抑制MBLs，包括NDM型酶，尤其是当胺基增强结合或有助于定位活性位点螯合剂时。Worthington等人发现化合物129（一种2-氨基咪唑衍生物）是一种有效的抗生素佐剂，它能抑制产NDM-1肺炎克雷伯菌的碳青霉烯耐药性。值得注意的是，129不直接抑制NDM-1酶功能，而是通过增强细菌膜通透性来发挥作用。

喹啉衍生物

化合物132是一种新型硝基喹啉衍生物，通过破坏细菌外膜完整性和竞争性抑制NDM-1表现出双重抗菌活性。它螯合Ca²⁺离子，导致脂多糖（LPS）脱离和膜通透性增加，同时结合NDM-1的Loop10，有效阻断底物进入活性位点。酶学研究证实其对NDM-1有强抑制（K_i = 0.22 μM, IC₅₀ = 1.03 μM）。

硫酯类

依布硒衍生物已成为NDM-1的有效共价抑制剂，其中化合物133的效力最高（IC₅₀ = 0.16 μM）。它导致不可逆的时间依赖性抑制，这通过荧光标记（Ebs-R）和共聚焦显微镜测定得到证实。这些衍生物设计有硫酯官能团以增强半胱氨酸反应性，能有效恢复头孢唑林对产NDM-1大肠杆菌的活性。

磺酰基类

2024年，Wang等人鉴定出鱼腥草素钠（化合物137）及其同系物（138和139）是有效的NDM-1抑制剂，其IC₅₀值在1.1-1.5 μM之间，显著强于SNH（IC₅₀ = 14.2 μM）。SAR研究揭示，长脂肪链和醛基弹头在抑制中起关键作用，长链同系物活性更强。分子对接和可逆性测定证实其与NDM-1活性位点结合。

磺胺类

2023年，Li等人鉴定出化合物141是一种新型NDM-1抑制剂，能显著恢复美罗培南对产NDM-1大肠杆菌和肺炎克雷伯菌的活性（MIC从16 μg/mL降至0.25 μg/mL）。生化测定证实其对NDM-1强效（IC₅₀ = 1.42 μM）。SAR研究表明，141通过磺胺氧原子与NDM-1活性位点的Zn1和Zn2结合，并与Asn220、Asp124和His250形成氢键。

依布硒及其衍生物

2015年3月，Chiou等人鉴定出化合物147是NDM-1的有效共价抑制剂。它通过与酶活性位点的Cys221形成硒-硫（Se-S）共价键来抑制NDM-1，这种相互作用破坏了锌配位，降低了酶水解β-内酰胺的能力。147能以时间依赖和浓度依赖的方式显著恢复美罗培南对产NDM-1大肠杆菌的活性。

色满酮衍生物

Christopeit等人研究了3-甲酰色满酮（149）作为可逆共价抑制剂用于设计靶向NDM-1的药物。通过基于片段的筛选发现，其醛基（-CHO）能够与NDM-1活性位点的Lys224形成希夫碱，从而实现共价抑制。醛基与Lys224的相互作用是抑制的关键。

天然产物

2017年，Zeng等人研究了化合物153及其合成衍生物作为NDM-1抑制剂以对抗抗生素耐药性。153是一种来自 Aspergillus versicolor 的天然真菌产物，能有效抑制NDM-1（IC₅₀ = 7.0-10.4 μM）。SAR研究强调了天冬氨酸部分和C3羧基在酶抑制中的关键作用，而C9位的修饰影响最小。脯氨酸修饰的类似物（154和155）保留了相当的活性，化合物156也显示出良好的抑制效果。

含金属化合物

2020年，Thomas等人假设吡啶2,6-二硫羧酸（PDTC）是一种潜在的MBLI。他们对与铁、镍、钴和锌结合的PDTC进行了研究，其中化合物166表现出最佳效果，能有效恢复美罗培南的活性。

miscellaneous

Khan等人研究了从Maybridge数据库中基于Gold适应度评分和结合能筛选出的非β-内酰胺化合物。结论是氢键供体和疏水区域对于抑制NDM-1至关重要。分子对接研究显示了化合物与NDM-1活性位点的结合。

具有转化潜力的MBLIs前景

表1重点介绍了目前已进入临床或临床前开发阶段、并表现出显著活性的强效金属β-内酰胺酶抑制剂（MBLIs）。

结论与未来展望

β-内酰胺抗生素是对抗微生物感染性疾病的一线药物。然而，随着微生物通过产生能水解β-内酰胺环的β-内酰胺酶而产生耐药性，形势恶化。目前科学界解决这一 paramount 问题的最大方案是β-内酰胺酶抑制剂（BLIs）。虽然已有几种针对SBLs的抑制剂获批并用于临床，但迄今为止尚无针对MBLs的抑制剂获得批准，不过有少数已进入临床开发阶段。未来的研究需要继续致力于设计高效、广谱的MBLIs，以应对日益严峻的抗生素耐药性挑战。