金属-内酰胺酶的药物治疗研究进展

金属-内酰胺酶的药物治疗研究进展

1抗菌抗感染药物氨基丙烯酸抗生素是目前临床应用广泛、剂量高的抗凝剂。自1940年青霉素首次应用于临床以来,该类抗生素在控制与治疗细菌感染性疾病方面发挥着重要作用2金属螯合剂为复合剂临床使用的丝氨酸β-内酰胺酶抑制剂(如克拉维酸,舒巴坦和三唑巴坦等)对MBLs均无抑制作用,已报道的对MBLs有抑制作用的金属螯合剂如EDTA、邻二氮杂菲、吡啶二羧酸等,因不符合成药条件也没有很大临床意义,所以医务人员不得不面对的困境是——尚未有任何MBLs抑制剂被批准用于临床,“超级细菌”感染者几乎面临无药可救的境地。众多研究者们不断摸索开发针对MBLs的抑制剂,以期能够挽救抗生素耐药危机,其中主旋律之一便是寻找NDM-1抑制剂。2.1katopri及其衍生物卡托普利(Captopril,图1)是一个治疗各种类型高血压老药,研究者发现D-卡托普利对NDM-1有良好的抑制作用,IC2.2基/基-羧酸化合物类除了卡托普利及上述衍生物外,不少研究者还设计合成了类似的含有巯基、羧基官能团的衍生物作为MBLs抑制剂,其中也不乏针对NDM-1的化合物,例如Gonzalez等典型的含有巯基、羧基官能团的化合物多为一些氨基酸类,Ma等2.32羧酸作为MBLs抑制剂,琥珀酸衍生物2.4肺癌聚合酶抑制剂绕丹宁(Rhodanine)类具有抗微生物、抗癌以及DNA和RNA聚合酶抑制活性同样是氮杂环结构,Brem等设计合成的同系列二芳基三唑、噁二唑结构的类似物对NDM-1等金属酶也有良好的抑制活性2.5硼酸根环状硼酸盐是近期出现的新型MBLs抑制剂2.6天然产物2014年King等另外,从青霉菌属3nda-1抑制剂筛选模型传统的基于蛋白酶活性测定的体外筛选是采用分子生物学手段如PCR、基因重组等以获得天然高活性NDM-1酶蛋白,从而构建高通量抑制剂筛选模型,通过研究酶动力学来寻找金属酶的抑制剂。而目前已发展出更多新型的筛选方法,不仅提高了不同类型抑制剂的筛选效率,还辅助研究者们设计了更多新结构的MBLs抑制剂。3.1流量筛选上文所提到的NDM-1酶抑制剂曲霉明A(AMA)3.2基于活性化合物的计算机药物设计在进行实际的生物蛋白活性筛选之前,利用分子对接、药效团模拟随着研究者对NDM-1结构研究的不断深入,Wang等除在化合物库里筛选活性结构外,计算机辅助药物设计的内容其实还包括将活性化合物与蛋白结构进行分子对接,验证化合物的作用或确定其作用位点,如研究人员将筛选所得活性较好的的金属酶抑制剂,与酶蛋白分子结构通过分子对接软件进行模拟对接,依据对接能量最低的构象,来分析化合物与酶的作用模式,推测其可能的催化、抑制机理3.3is私家车fbdd的发展基于片段的药物发现(fragment-baseddrugdiscovery,FBDD)至今已有20余年的发展历程,是将化学合成、结构生物学、构效关系、活性筛选等整合在一起的综合性药物筛选技术,利用小分子化合物与靶蛋白的结合特征指导先导化合物的合成3.4基于nmr技术的筛选NMR技术是最近开发的用于帮助筛选MBL抑制剂的新方法,该方法很可能在未来几年继续有新的进展。Rydzik等Li等Ma等4天然产物的降血药制剂或基于ndaNDM-1给公共医疗卫生领域带来的威胁与日俱增,寻找其有效的抑制剂无疑是在与时间赛跑。虽然现已发现的具有良好抑制活性的化合物不少,但仍需匹配一些要求,包括广谱抑制活性,与抗生素有良好的协同作用,此外,还需要考虑成药性等问题,比如合成难度、药代动力学性质、毒性以及半衰期等,针对NDM-1等金属酶的抑制剂开发,最重要的一点是要对人体自身的金属酶如ACE(血管紧张素转化酶)和哺乳动物乙二醛酶(负责对有害的2-羰基醛解毒)无害。如King等发现天然产物曲霉明A(AMA),对NDM-1具有较好的抑制活性,且表现为广谱抑制剂,但对人ACE具有一定抑制作用,难以直接作为候选药物。但毫无疑问天然产物是药物开发的宝库,从中可发现潜在的NDM抑制剂,并为天然产物与抗生素联合用药提供指导,是当前寻找有效抑制剂的一个方向。虽然从天然产物中可获得药物的灵感,但经典的随机筛选法效率较低,计算机辅助药物设计方法及NMR技术等也被应用于NDM抑制剂的筛选,这些技术需要更深入地了解金属酶及其突变体的结构特征,分析化合物与金属蛋白酶的相互作用,如关键氨基酸残基、与Zn离子作用方式等。例如目前研究者们青睐的NMR光谱技术,不仅能通过同位素标记监测金属酶在与底物识别、作用时的构象变化,从而鉴定候选化合物与酶的作用方式,还可以等实时监测细胞内抗生素的含量,直观反映化合物对酶活性的影响。这一技术的应用势必帮助越来越多的研究者发现更多的活性化合物。此外,了解金属酶的结构特征还应包括其存在的特征及周围的环境特征。Gonzalez等不仅局限于NDM-1,各类金属酶介导的细菌耐药性正不断威胁着感染性疾病的治疗,对人类的生命健康造成严重损害,研发抑制活性高、毒性低、成药