研究背景

1. 结核病的严峻性
   结核病（TB）是全球第二大传染病死因，尤其是多药耐药（MDR）和广泛耐药（XDR）结核病的治疗面临巨大挑战。传统一线药物疗效有限，而近年获批的贝达喹啉（bedaquiline）等新药虽有效，但存在心律失常等副作用，且耐药性逐渐显现。

2. Pks13作为靶点的潜力
   Pks13是Mtb合成霉菌酸（mycolic acid）的关键酶，霉菌酸是细菌细胞壁的重要成分，对Mtb的生存和致病性至关重要。抑制Pks13可阻断霉菌酸合成，导致细菌死亡，因此Pks13成为抗结核药物开发的重要靶点。

3. 早期药物的局限性
   苯并呋喃-3-甲酰胺类化合物（如TAM16）虽在体内外表现出强效抗结核活性，但其分子中的亲脂性胺基团易与hERG通道结合，导致心脏毒性，阻碍了进一步开发。

   

   
   

药物设计策略

1. 构象限制策略
   为解决hERG毒性问题，研究团队提出 构象限制（conformational restriction）策略 ，通过将苯并呋喃或吲哚骨架与环状结构融合，形成 3,4-融合三环体系 。这一设计旨在减少分子柔性，降低与hERG通道的相互作用，同时维持对Pks13的结合能力。

   

   
   

2. 结构优化与合成

• 苯并呋喃衍生物 ：以苯并呋喃-3-甲酰胺（化合物8）为起点，通过环化反应构建三环结构，引入不同取代基（如环戊基、环丁基甲基等），优化疏水性和空间位阻。

• 吲哚衍生物 ：通过Ullmann偶联、曼尼希反应等步骤合成N-芳基取代的3,4-融合三环吲哚，探索不同环大小和取代基的影响。

• 关键官能团保留 ：保留羟基（R3和R4位点），以维持与Pks13-TE催化口袋中氨基酸残基（如Q1633、N1640）的氢键相互作用。

  

  
  

• 分子对接 ：基于Pks13-TE的晶体结构（PDB ID 5V3Y），预测化合物与活性位点的结合模式，确认关键相互作用（如与D1644、F1670的氢键和π-π堆积）。

• 耐药突变株测试 ：评估化合物对Pks13突变株（如N1640K、D1644G）的活性，验证其作用靶点的特异性。

活性测试

1. 体外抗结核活性

• 苯并呋喃类化合物 ：化合物30对Mtb H37Rv的MIC值低至0.0156 µg/mL，活性优于先导化合物8（MIC=0.0313 µg/mL）。

• 构效关系（SAR） ：环丁基甲基取代（R2位）活性最佳，而羟基（R3、R4位）的修饰会显著降低活性，证实氢键对结合的重要性。

• 吲哚类化合物 ：活性普遍低于苯并呋喃类（MIC≥1 µg/mL），可能与较高的脂溶性（clogP=5.32–6.78）影响渗透性有关。

hERG抑制与安全性
代表性化合物26、29和30的hERG抑制IC50>100 µM，显著优于先导化合物8（IC50=2.46 µM），表明构象限制策略有效降低了心脏毒性风险。

• 热稳定性实验（nanoDSF） ：化合物30使Pks13-TE的熔解温度（Tm）升高6.8°C，表明其与靶蛋白紧密结合。

• 酶活性抑制 ：化合物30对Pks13-TE的IC50为2.10 µM，证实其通过抑制酶活性发挥抗结核作用。

• 耐药突变株敏感性 ：化合物对Pks13突变株活性显著下降，进一步支持其作用机制与Pks13-TE直接相关。

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