????? 本周《自然》雜志發(fā)表一項基因泰克發(fā)現(xiàn)廣譜革蘭氏陰性菌抗生素的工作。作者以一類叫做arylomycin的天然產(chǎn)物作為先導(dǎo)物，借助晶體結(jié)構(gòu)信息和文獻(xiàn)SAR找到一個體內(nèi)、體外對現(xiàn)在威脅的幾個革蘭氏陰性菌活性很高的類似物（G0775）。然后作者通過一系列實驗證明這個化合物通過抑制一個叫做SPase的蛋白酶起效，并觀察到首例小分子配體與蛋白胺基側(cè)鏈形成共價復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)。因為機(jī)理獨(dú)特G0775不僅對實驗室、臨床高度耐藥菌敏感，而且耐藥菌產(chǎn)生速度很慢。雖然分子量很大但這個化合物能夠較高效率穿過細(xì)菌細(xì)胞膜，過膜機(jī)理似乎是與多粘菌素類似的自身誘導(dǎo)吸收機(jī)制、而不是通過常見的水通道（porin）。
????? 革蘭氏陰性菌比陽性菌更難對付因為有雙層細(xì)胞膜，導(dǎo)致很多高活性化合物無法到達(dá)靶點(diǎn)。上一個針對陰性菌的抗生素是多粘菌素，50年來尚未新型陰性菌抗生素出現(xiàn)。多粘菌素因腎**隱患使用受到限制，只作為末線用藥。多粘菌素化學(xué)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，構(gòu)效關(guān)系研究難度大、所以鮮有新類似物報道。但是多重耐藥菌正在快速出現(xiàn)，尤其是包括銅綠、鮑曼在內(nèi)的所謂ESKAPE(六個細(xì)菌的縮寫)，急需有效藥物。SPase是個老靶點(diǎn)，但以前主要是用來尋找相對容易的陽性菌藥物。以前有報道有些arylomycin類似物可以通過陰性菌的外層膜但殺菌活性不好，一個理論是SPase存在變異。
????? 首先作者決定保留大環(huán)母核。分子骨架對藥物活性十分重要，90年代Murcko統(tǒng)計當(dāng)時50%的藥物是32個分子骨架的衍生物，最近幾個晚期臨床的抗生素都來自四環(huán)素、大環(huán)內(nèi)酯等成熟骨架。所以新分子骨架十分珍貴，這也是為什么羅氏去年投資Warp Drive Bio的genome mining技術(shù)尋找新分子骨架抗生素、今年P(guān)hil Baran利用有機(jī)化學(xué)最新進(jìn)展高效合成新骨架引起不小轟動。
????? 作者主要改造三個區(qū)域，把兩個酚羥基用堿性胺烷基覆蓋是已知SAR，所以算是拿來主義。把羧基做成氰基酰胺是根據(jù)晶體結(jié)構(gòu)的設(shè)計，原意是借用可逆共價蛋白酶抑制劑（如DPP4、組織蛋白酶K抑制劑）的設(shè)計理念用這個氰基與絲氨酸的羥基形成共價鍵。這個氰基的確貢獻(xiàn)了不少活性、但后來得到的G0775晶體結(jié)構(gòu)卻顯示這個氰基與SPase的一個胺基形成了加合物，可見理性設(shè)計有時也得依靠歪打正著。據(jù)作者稱這是第一例在晶體結(jié)構(gòu)中看到這樣的加合物，這可能是蛋白胺基與氰基的第一個加合物，但蛋白胺基與其它親電基團(tuán)的加合物文獻(xiàn)早有報道。的改動是把四肽側(cè)鏈用一個二肽取代，但作者并沒有詳細(xì)解釋設(shè)計過程，我估計是用了組合化學(xué)的盲篩。G0775比先導(dǎo)物對多數(shù)細(xì)菌的活性增加500倍以上，對高度耐藥株也活性很高。
????? 找到高活性化合物只是現(xiàn)在藥物發(fā)現(xiàn)的第一步，深入了解藥物的工作機(jī)理對開發(fā)的去風(fēng)險十分重要，現(xiàn)在機(jī)理（包括活性、脫靶活性、過膜性等）的不確定性也普遍認(rèn)為是藥物開發(fā)的風(fēng)險因素之一。作者用基因組學(xué)分析了高度耐藥的CDC0160（一株克雷白氏菌）發(fā)現(xiàn)至少10種染色體變異和25種質(zhì)粒變異，導(dǎo)致這株菌對13類抗生素耐藥，但對G0775仍然高度敏感。作者通過調(diào)節(jié)培養(yǎng)液成分增加或降低SPase水平，結(jié)果G0775活性也隨之改變。G0775也重復(fù)了SPase敲除的細(xì)菌死亡動力學(xué)，共結(jié)晶實驗顯示G0775確實與Spase形成復(fù)合物。耐藥性實驗顯示在16倍MIC濃度下耐藥率也極低，耐藥株的基因分析顯示多數(shù)是SPase結(jié)合區(qū)的變異，說明G0775是通過這個靶點(diǎn)起效。作者也研究了這個藥物的過膜機(jī)理，證明不是通過多數(shù)陰性菌抗生素使用的水通道。
????? 這個工作從結(jié)構(gòu)改造角度講并無太大創(chuàng)新，但化合物鑒定做的比較深入。G0775成藥性雖然比先導(dǎo)物有很大改善（如去掉兩個酚羥基、四肽變二肽、羧基變酰胺等）、但分子量仍高達(dá)890。文章沒有報道PK，但動物實驗要20小時內(nèi)皮下注射兩次，安全性、**數(shù)據(jù)也不完整。但是這個化合物因其廣譜體內(nèi)、體外活性為制藥界提供了一個優(yōu)質(zhì)先導(dǎo)物，為以后遠(yuǎn)望的人們提供了一個肩膀。
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