靛紅亞胺衍生物的抗菌活性研究進展

陳 哲，沈光海*，金 瑛

(1.延邊大學藥學院，吉林 延吉 133000；2.吉林醫藥學院藥學院，吉林 吉林 132013)

細菌和真菌引起的微生物感染占醫院感染和社區感染的大多數。由于長期、廣泛不合理使用，甚至濫用抗生素，耐藥病原體快速增加，導致每年約70萬人死亡，已引起越來越多的關注[1]。因此，開發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行了抑菌試驗，其中一些在體內外均有良好的抑菌效果[2-3]。

靛紅亞胺是由靛紅衍生而來的一種新型亞胺衍生物，其衍生物也具有多種藥理性質[4]。作為一類重要的具有生物活性的雜環化合物，靛紅亞胺及其衍生物具有重要的研究價值和良好的臨床發展前景[5]。在過去的十年里，許多化學家都關注著靛紅亞胺及其衍生物的生物活性，因為它在治療各種疾病方面具有巨大的潛力[6]。本文綜述了近十年來靛紅亞胺及其衍生物的抗菌生物學活性的最新研究進展。

1 包含肼結構的靛紅亞胺

肼的結構具有廣泛的藥用價值，并且是新藥開發的重要基團。含有肼的靛紅亞胺結構(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，近年來對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注[7-8]。耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(methicillin resistant Staphylococcus aureus,MRSA)和抗萬古霉素腸球菌(vancomycin resistant Enterococcus,VRE)已造成越來越高的死亡率，成為一個很大的健康問題。為了解決這一問題，Zhang等對28種靛紅-甲硫脲基咪唑嗪類化合物進行了抗金黃色葡萄球菌、枯草桿菌、糞桿菌等的能力測試。使VRE和多種MRSA分離[9]?；衔?(MIC:>100 mg/L)對革蘭陰性菌的抑菌活性均較低，但大多數化合物(MIC:0.39～6.25 mg/L)對包括VRE和多種MRSA在內的所有革蘭陽性菌均有良好的抑菌活性。構效關系結果表明，靛紅亞胺C-7位單代鹵素時活性最高。

有研究篩選了亞胺酰肼結構雜化分子化合物2，并對其進行了抑菌試驗，其中包括芽孢桿菌、金黃色葡萄球菌和蛋白酶[10]。所有化合物均表現出穩定的活性，抑制區域范圍為11.0～22.0 mm，但效果不如諾氟沙星(抑制區域:24.0～25.3 mm)。為了進一步優化結構，Lian等拆除了羰基和苯環之間的氧橋，新建了7個化合物[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]。對于Sinduja的研究，當R=F時化合物4(抑制區:6～18 mm)比其他化合物作用好，這相當于標準藥物環丙沙星(抑制區: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R=Cl和R=Br時化合物3(IC50:0.03和0.05 mmol/L)對金黃色葡萄球菌的抑菌活性比青霉素(IC50:0.631 mmol/L)強20倍。并且當R=F時化合物3 (IC50:0.672和0.830 mmol/L)對大腸桿菌和銅綠假單胞菌具有抗菌活性。

圖1 含肼結構的靛紅亞胺

2 靛紅亞胺-香豆酮

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

Zhang等[14]和Gao等[15]分別進行了一系列香豆酮-靛紅亞胺6和7的體外抗分枝桿菌活性。當R1=H、R2=NHCSNH2、R3=OMe時化合物6對臨床耐多藥結核分離株表現出最佳活性。構效關系證實，靛紅亞胺與苯并呋喃的連接越短，活性越好。當氨基硫脲被引入R-1位置時，化合物6和化合物7的活性都比R-1位置引入羥基時增強;但當羥基被引入到靛紅亞胺的N-3位置時，其毒理學特征會增加。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也會導致更高的細胞毒性。

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出優異的抗分枝桿菌性能[16]。構效關系分析表明，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其抗結核活性有顯著影響。

如圖3所示，構效關系表明，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R1=F、R2=NOMe、R4=NNHCSNH2時雙靛紅亞胺8(MIC:25和16 mg/L)對結核分枝桿菌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)具有廣譜抗結核活性，對VERO細胞也表現出低細胞毒性(CC50:128～1024 mg/L)，構效關系顯示，C-3位連接-NOH可增加的細胞毒性[17]。與此同時，當R1=NOMe、R2=NOH時化合物9(IC50:58 mg/L)與加替沙星(IC50:5 mg/L)對結合分支桿菌DNA的活性相同。

由于靛紅亞胺之間的連接劑在發揮生物活性方面起著非常重要的作用，所以優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R1=F、R2=OMe、R3=F、R4=NNHCONH2時，化合物10(MIC分別為16、16 mg/L)對結核分枝桿菌H37Rv和MDR-TB表現出最強的抑制活性。結果顯示靛紅亞胺C-3位和C-5位對抗結核活性均有影響。對于C-5位置，吸電子基團比供電子基團表現更好。

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，是臨床上最常見的抗生素之一。但有調查顯示，氟喹諾酮類藥物如環丙沙星、左氧氟沙星、加替沙星等存在嚴重的交叉耐藥，極大地限制了其臨床應用。因此，尋找新一代氟喹諾酮類藥物尤其重要。部分氟喹諾酮-靛紅亞胺具有優異的抗分枝桿菌和抗菌作用[19-20]。因此，對加替沙星-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對抗結核分枝桿菌H37 Rv和MDR-TB均有較好的抗藥能力[21]。構效關系結果表明，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核能力。在C-5位點引入吸電子基團-F、-Cl、-NO2，可提高抗結核分枝桿菌H37 Rv和MDR-TB的抗藥活性。2019年，Ding等引進了1H-1,2,3-三唑-加替沙星之間的羰基化合物12[22]，但是抗結核活性降低了。

Xu等檢測了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-甲氧基環丙沙星-靛紅亞胺13和14的抗結核能力。與對照藥環丙沙星和8-甲氧基環丙沙星相比，部分雜交種對抗結核分枝桿菌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度越長，影響越弱[24]。對于化合物14,當R1=OCH3、R2=Br時化合物14(MIC:0.1 mg/L)比RIF(MIC:0.39 mg/L)對抗結核分枝桿菌H37Rv表現出更強的活性，并可與MXFX進行比較。

圖4 靛紅亞胺-氟喹諾酮

5 靛紅亞胺手性衍生物

近年來，分子手性與生物活性關系的研究在藥物化學中具有重要的意義。因此，手性可以被認為是新藥設計、發現和開發的重要主題之一。在藥效學和藥代動力學事件中，藥物對映體通常表現出不同的行為和不同程度的毒性。在大多數情況下，這些差異使具有單一對映體的治療藥物具有明顯的優勢。近年來，由靛紅亞胺衍生的手性分子有廣泛的生物和藥理活性報道，已成為研究熱點。靛紅亞胺手性衍生物結構見圖5。

Borad等對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堿基進行了抗菌劑活性測定[25]。所有化合物對大腸桿菌、銅綠假單胞菌、金黃色葡萄球菌和化膿桿菌屬均表現出中等至良好的抑菌活性，對白念珠菌、黑曲霉和白念珠菌均表現出中等的抑菌活性。

構效關系表明，當R-3和R-4都被溴取代時，苯環上存在吸電子的對硝基官能團，因而具有較高的活性。因此，在所有被測化合物中，當R1=NO2、R2=H、R3=Br、R4=Br時化合物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

近年來，已經開發了許多靛紅亞胺衍生物來測試它們的抗菌性能。構效關系表明，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(酰肼結構)的藥效團。對于C-3位，肼化合物和螺環是最常見的，但其他藥效團(如吡咯)也是可以的。對于N-1位置，可以結合各種抗菌(氟康唑化合物)的藥效團。對于苯環上C-5和C-7位的取代基，通常會引入供電子或吸電子基團，這有利于控制電子效應、親油性和理化性質。

構效關系表明手性與其生物活性的相關性已成為藥物化學的研究熱點之一，手性現在可以被認為是新藥設計中最重要的主題之一，在藥效學或藥代動力學事件中，藥物的對映體通常表現出不同的行為和不同程度的毒性。因此，單一對映異構體的藥物無疑具有優勢。在藥物開發的早期階段，獲得和分析單一對映體的方法的發展變得至關重要。此外，對映體進行生物活性和藥理活性的評價將是靛紅亞胺手性衍生物的研究熱點之一。