靛紅亞胺衍生物的抗菌活性研究進(jìn)展

陳 哲，沈光海*，金 瑛

(1.延邊大學(xué)藥學(xué)院，吉林 延吉 133000；2.吉林醫(yī)藥學(xué)院藥學(xué)院，吉林 吉林 132013)

細(xì)菌和真菌引起的微生物感染占醫(yī)院感染和社區(qū)感染的大多數(shù)。由于長(zhǎng)期、廣泛不合理使用，甚至濫用抗生素，耐藥病原體快速增加，導(dǎo)致每年約70萬(wàn)人死亡，已引起越來(lái)越多的關(guān)注[1]。因此，開發(fā)具有良好活性的耐藥和藥敏新型抗菌藥物很有必要。目前，已有大量的靛紅亞胺類似物進(jìn)行了抑菌試驗(yàn)，其中一些在體內(nèi)外均有良好的抑菌效果[2-3]。

靛紅亞胺是由靛紅衍生而來(lái)的一種新型亞胺衍生物，其衍生物也具有多種藥理性質(zhì)[4]。作為一類重要的具有生物活性的雜環(huán)化合物，靛紅亞胺及其衍生物具有重要的研究?jī)r(jià)值和良好的臨床發(fā)展前景[5]。在過(guò)去的十年里，許多化學(xué)家都關(guān)注著靛紅亞胺及其衍生物的生物活性，因?yàn)樗谥委煾鞣N疾病方面具有巨大的潛力[6]。本文綜述了近十年來(lái)靛紅亞胺及其衍生物的抗菌生物學(xué)活性的最新研究進(jìn)展。

1 包含肼結(jié)構(gòu)的靛紅亞胺

肼的結(jié)構(gòu)具有廣泛的藥用價(jià)值，并且是新藥開發(fā)的重要基團(tuán)。含有肼的靛紅亞胺結(jié)構(gòu)(圖1)顯示出許多藥理活性，如抗菌活性、α-葡糖苷酶抑制活性、抗氧化活性等等。因此，近年來(lái)對(duì)靛紅亞胺酰肼化合物活性的研究引起了許多科研小組的關(guān)注[7-8]。耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(methicillin resistant Staphylococcus aureus,MRSA)和抗萬(wàn)古霉素腸球菌(vancomycin resistant Enterococcus,VRE)已造成越來(lái)越高的死亡率，成為一個(gè)很大的健康問(wèn)題。為了解決這一問(wèn)題，Zhang等對(duì)28種靛紅-甲硫脲基咪唑嗪類化合物進(jìn)行了抗金黃色葡萄球菌、枯草桿菌、糞桿菌等的能力測(cè)試。使VRE和多種MRSA分離[9]?；衔?(MIC:>100 mg/L)對(duì)革蘭陰性菌的抑菌活性均較低，但大多數(shù)化合物(MIC:0.39～6.25 mg/L)對(duì)包括VRE和多種MRSA在內(nèi)的所有革蘭陽(yáng)性菌均有良好的抑菌活性。構(gòu)效關(guān)系結(jié)果表明，靛紅亞胺C-7位單代鹵素時(shí)活性最高。

有研究篩選了亞胺酰肼結(jié)構(gòu)雜化分子化合物2，并對(duì)其進(jìn)行了抑菌試驗(yàn)，其中包括芽孢桿菌、金黃色葡萄球菌和蛋白酶[10]。所有化合物均表現(xiàn)出穩(wěn)定的活性，抑制區(qū)域范圍為11.0～22.0 mm，但效果不如諾氟沙星(抑制區(qū)域:24.0～25.3 mm)。為了進(jìn)一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)，Lian等拆除了羰基和苯環(huán)之間的氧橋，新建了7個(gè)化合物[11]。Sinduja等將氧橋改為胺橋，并在靛紅亞胺N-1位引入雙甲基[12]。對(duì)于Sinduja的研究，當(dāng)R=F時(shí)化合物4(抑制區(qū):6～18 mm)比其他化合物作用好，這相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)藥物環(huán)丙沙星(抑制區(qū):14～22 mm)。在Lian的研究中，所有的化合物都具有良好的抗菌活性。其中，當(dāng)R=Cl和R=Br時(shí)化合物3(IC50:0.03和0.05 mmol/L)對(duì)金黃色葡萄球菌的抑菌活性比青霉素(IC50:0.631 mmol/L)強(qiáng)20倍。并且當(dāng)R=F時(shí)化合物3 (IC50:0.672和0.830 mmol/L)對(duì)大腸桿菌和銅綠假單胞菌具有抗菌活性。

圖1 含肼結(jié)構(gòu)的靛紅亞胺

2 靛紅亞胺-香豆酮

靛紅亞胺-香豆酮化合物結(jié)構(gòu)如圖2?；衔?(MIC:0.25～8 mmol/L)對(duì)抗結(jié)核活性和結(jié)核分支桿菌具有良好的活性[13]。構(gòu)效關(guān)系顯示，靛紅亞胺C-5位為甲氧基抗結(jié)核活性最好，R-3位提供氫鍵也可以提高抗結(jié)核活性。

Zhang等[14]和Gao等[15]分別進(jìn)行了一系列香豆酮-靛紅亞胺6和7的體外抗分枝桿菌活性。當(dāng)R1=H、R2=NHCSNH2、R3=OMe時(shí)化合物6對(duì)臨床耐多藥結(jié)核分離株表現(xiàn)出最佳活性。構(gòu)效關(guān)系證實(shí)，靛紅亞胺與苯并呋喃的連接越短，活性越好。當(dāng)氨基硫脲被引入R-1位置時(shí)，化合物6和化合物7的活性都比R-1位置引入羥基時(shí)增強(qiáng);但當(dāng)羥基被引入到靛紅亞胺的N-3位置時(shí)，其毒理學(xué)特征會(huì)增加。相比之下,在化合物6的R-3位置引入F可降低活性，而化合物7則相反，靛紅亞胺和R-3或C-3位被F取代或靛紅亞胺和苯并呋喃之間的碳鏈變長(zhǎng)也會(huì)導(dǎo)致更高的細(xì)胞毒性。

圖2 靛紅亞胺-香豆酮

3 靛紅亞胺聚合物

研究表明，一些靛紅亞胺類聚合物表現(xiàn)出優(yōu)異的抗分枝桿菌性能[16]。構(gòu)效關(guān)系分析表明，靛紅亞胺C-3和C-5位的取代基以及靛紅亞胺之間的連接劑對(duì)其抗結(jié)核活性有顯著影響。

如圖3所示，構(gòu)效關(guān)系表明，靛紅亞胺之間的連接起了重要作用，單取代的靛紅衍生物比雙取代和未取代的衍生物更有活性。當(dāng)R1=F、R2=NOMe、R4=NNHCSNH2時(shí)雙靛紅亞胺8(MIC:25和16 mg/L)對(duì)結(jié)核分枝桿菌H37Rv和MDR-TB最有效。所有丁基連接的7-氟靛紅亞胺化合物9(MIC:1～64 mg/L)具有廣譜抗結(jié)核活性，對(duì)VERO細(xì)胞也表現(xiàn)出低細(xì)胞毒性(CC50:128～1024 mg/L)，構(gòu)效關(guān)系顯示，C-3位連接-NOH可增加的細(xì)胞毒性[17]。與此同時(shí)，當(dāng)R1=NOMe、R2=NOH時(shí)化合物9(IC50:58 mg/L)與加替沙星(IC50:5 mg/L)對(duì)結(jié)合分支桿菌DNA的活性相同。

由于靛紅亞胺之間的連接劑在發(fā)揮生物活性方面起著非常重要的作用，所以優(yōu)化連接劑是有必要的。四甘醇栓系雙核二異素亞胺衍生物10[18],其中,當(dāng)R1=F、R2=OMe、R3=F、R4=NNHCONH2時(shí)，化合物10(MIC分別為16、16 mg/L)對(duì)結(jié)核分枝桿菌H37Rv和MDR-TB表現(xiàn)出最強(qiáng)的抑制活性。結(jié)果顯示靛紅亞胺C-3位和C-5位對(duì)抗結(jié)核活性均有影響。對(duì)于C-5位置，吸電子基團(tuán)比供電子基團(tuán)表現(xiàn)更好。

圖3 靛紅亞胺聚合物

4 靛紅亞胺-氟喹諾酮

氟喹諾酮類藥物抗菌譜廣，生物利用度高，是臨床上最常見(jiàn)的抗生素之一。但有調(diào)查顯示，氟喹諾酮類藥物如環(huán)丙沙星、左氧氟沙星、加替沙星等存在嚴(yán)重的交叉耐藥，極大地限制了其臨床應(yīng)用。因此，尋找新一代氟喹諾酮類藥物尤其重要。部分氟喹諾酮-靛紅亞胺具有優(yōu)異的抗分枝桿菌和抗菌作用[19-20]。因此，對(duì)加替沙星-靛紅亞胺活性的研究很有必要。

如圖4所示，1H-1,2,3-三唑-加替沙星和靛紅亞胺雜交菌株11對(duì)抗結(jié)核分枝桿菌H37 Rv和MDR-TB均有較好的抗藥能力[21]。構(gòu)效關(guān)系結(jié)果表明，靛紅亞胺N-3和C-5位置均影響化合物1H-1,2,3-三唑-加替沙星靛紅亞胺抗結(jié)核能力。在C-5位點(diǎn)引入吸電子基團(tuán)-F、-Cl、-NO2，可提高抗結(jié)核分枝桿菌H37 Rv和MDR-TB的抗藥活性。2019年，Ding等引進(jìn)了1H-1,2,3-三唑-加替沙星之間的羰基化合物12[22]，但是抗結(jié)核活性降低了。

Xu等檢測(cè)了8種異丙沙星亞胺N-3和C-5位取代的化合物1H-1,2,3-三唑-8-甲氧基環(huán)丙沙星-靛紅亞胺13和14的抗結(jié)核能力。與對(duì)照藥環(huán)丙沙星和8-甲氧基環(huán)丙沙星相比，部分雜交種對(duì)抗結(jié)核分枝桿菌H37 Rv和MDR-TB有顯著改善[23]。在靛紅C-5位的鹵素，比如-F或-Cl，能顯著提高抗結(jié)核分枝桿菌H37 Rv和MDR-TB能力。

1H-1,2,3-三唑靛紅亞胺之間的連接長(zhǎng)度起著重要作用。Hu等研究表明，1H-1,2,3-三唑靛紅亞胺之間的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，影響越弱[24]。對(duì)于化合物14,當(dāng)R1=OCH3、R2=Br時(shí)化合物14(MIC:0.1 mg/L)比RIF(MIC:0.39 mg/L)對(duì)抗結(jié)核分枝桿菌H37Rv表現(xiàn)出更強(qiáng)的活性，并可與MXFX進(jìn)行比較。

圖4 靛紅亞胺-氟喹諾酮

5 靛紅亞胺手性衍生物

近年來(lái)，分子手性與生物活性關(guān)系的研究在藥物化學(xué)中具有重要的意義。因此，手性可以被認(rèn)為是新藥設(shè)計(jì)、發(fā)現(xiàn)和開發(fā)的重要主題之一。在藥效學(xué)和藥代動(dòng)力學(xué)事件中，藥物對(duì)映體通常表現(xiàn)出不同的行為和不同程度的毒性。在大多數(shù)情況下，這些差異使具有單一對(duì)映體的治療藥物具有明顯的優(yōu)勢(shì)。近年來(lái)，由靛紅亞胺衍生的手性分子有廣泛的生物和藥理活性報(bào)道，已成為研究熱點(diǎn)。靛紅亞胺手性衍生物結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖5。

Borad等對(duì)2-(4-取代苯基)-1,10b雙氫螺旋菌[苯并吡唑羅(1,5-c)(1,3)惡嗪-5′-吲哚啉]-2′-1化合物15的手性Schiff堿基進(jìn)行了抗菌劑活性測(cè)定[25]。所有化合物對(duì)大腸桿菌、銅綠假單胞菌、金黃色葡萄球菌和化膿桿菌屬均表現(xiàn)出中等至良好的抑菌活性，對(duì)白念珠菌、黑曲霉和白念珠菌均表現(xiàn)出中等的抑菌活性。

構(gòu)效關(guān)系表明，當(dāng)R-3和R-4都被溴取代時(shí)，苯環(huán)上存在吸電子的對(duì)硝基官能團(tuán)，因而具有較高的活性。因此，在所有被測(cè)化合物中，當(dāng)R1=NO2、R2=H、R3=Br、R4=Br時(shí)化合物16(MIC:6.25 mg/L)具有良好的抗菌活性和抗真菌活性，與對(duì)照藥阿莫西林、慶大霉素和鏈霉素具有相同的活性。

圖5 靛紅亞胺手性衍生物

6 小 結(jié)

近年來(lái)，已經(jīng)開發(fā)了許多靛紅亞胺衍生物來(lái)測(cè)試它們的抗菌性能。構(gòu)效關(guān)系表明，靛紅亞胺的N-1、C-3、C-5、C-7位可以修飾，N-1位可以引入各種抗菌(酰肼結(jié)構(gòu))的藥效團(tuán)。對(duì)于C-3位，肼化合物和螺環(huán)是最常見(jiàn)的，但其他藥效團(tuán)(如吡咯)也是可以的。對(duì)于N-1位置，可以結(jié)合各種抗菌(氟康唑化合物)的藥效團(tuán)。對(duì)于苯環(huán)上C-5和C-7位的取代基，通常會(huì)引入供電子或吸電子基團(tuán)，這有利于控制電子效應(yīng)、親油性和理化性質(zhì)。

構(gòu)效關(guān)系表明手性與其生物活性的相關(guān)性已成為藥物化學(xué)的研究熱點(diǎn)之一，手性現(xiàn)在可以被認(rèn)為是新藥設(shè)計(jì)中最重要的主題之一，在藥效學(xué)或藥代動(dòng)力學(xué)事件中，藥物的對(duì)映體通常表現(xiàn)出不同的行為和不同程度的毒性。因此，單一對(duì)映異構(gòu)體的藥物無(wú)疑具有優(yōu)勢(shì)。在藥物開發(fā)的早期階段，獲得和分析單一對(duì)映體的方法的發(fā)展變得至關(guān)重要。此外，對(duì)映體進(jìn)行生物活性和藥理活性的評(píng)價(jià)將是靛紅亞胺手性衍生物的研究熱點(diǎn)之一。