5,6-融合杂环胆酸衍生物作为艰难梭菌（Clostridioides difficile）孢子萌发的抑制剂

《Bioorganic & Medicinal Chemistry》：5,6-Fused heterocycle cholate derivatives as spore germination inhibitors of Clostridioides difficile

【字体：大中小】 时间：2026年02月03日 来源：Bioorganic & Medicinal Chemistry 3

编辑推荐：

　　艰难梭菌孢子发芽抑制剂的代谢稳定性优化及疗效评估，发现5,6-杂环取代胆酸衍生物（如6a、6b）可有效抑制孢子发芽并预防感染，且在动物模型中表现出良好稳定性和低毒性。

Shiv K. Sharma | Jacqueline R. Phan | Efren Heredia | Ernesto Abel-Santos | Steven M. Firestine

药物科学系，尤金·阿普尔鲍姆药学院与健康科学学院，韦恩州立大学，259 Mack Avenue，底特律，MI 48201，美国

摘要

艰难梭菌是一种厌氧细菌，是大多数与抗生素相关的腹泻病例的致病菌。艰难梭菌感染（CDI）始于摄入一种环境稳定的孢子，当胆盐、离子和氨基酸的浓度和组成适宜时，这些孢子会在胃肠道内萌发。我们发现胆盐类似物N-苯基胆烷-24-酰胺（1）可以抑制孢子萌发，并在动物感染模型中预防CDI。不幸的是，尽管1在经过抗生素处理的动物肠道中稳定存在，但它会被正常的胃肠道微生物群迅速降解，释放出胆酸和苯胺。这种不稳定性使其无法作为CDI的预防剂使用。为了制备更稳定的胆盐类似物，我们通过将其还原为胺或转化为5,6-融合杂环结构来去除酰胺基团。研究发现，将酰胺还原为胺会导致活性显著下降，但将其环化为苯并咪唑（6a）、苯并噻唑（6b）或苯并噁唑（6c）后，可以获得具有良好IC₅₀值的抗萌发剂。将甾烷基团改为酮脱氧胆酸和脱氧胆酸后，只有苯并咪唑系列化合物仍具有活性。用6a和6b处理的小鼠在每天300 mg/kg的剂量下7天内未出现毒性迹象。在CDI小鼠模型中，6b（而非6a）在连续三天给药后能够预防CDI。对6b的检测表明，它在健康小鼠的粪便中可稳定存在96小时，这验证了用生物等效体替换酰胺基团可以提高化合物稳定性的假设。

引言

艰难梭菌是一种能形成孢子的厌氧细菌，可感染胃肠道，导致严重的发病率和死亡率。最新数据显示，艰难梭菌感染（CDI）在美国影响了近224,000名患者。^1 CDI通常用万古霉素或菲达莫星等抗生素治疗。然而，抗生素的使用也被证明会降低对艰难梭菌的抵抗力，从而增加未来再感染的风险。事实上，大约20%的患者会出现CDI复发，需要持续使用抗生素治疗。^2 因此，迫切需要寻找CDI的替代治疗方法和预防措施。

艰难梭菌通过环境稳定的孢子在患者之间传播。^3 具有健康肠道微生物群的患者即使摄入了孢子，通常也能免于感染CDI。然而，如果肠道微生物群因抗生素而改变，对艰难梭菌的抵抗力就会减弱。^4,^5 艰难梭菌的定植始于孢子在肠道内萌发为营养细胞。孢子萌发受胆盐、氨基酸和离子的调控。^6,^7,^8,^9 胆盐的组成和浓度取决于肠道代谢组，因此肠道微生物群的变化会导致胆盐池的变化。

先前的研究表明，天然存在的胆盐胆酸（CA）和牛磺胆酸是孢子萌发的诱导剂。^10,^11,^12 肠道微生物群中的细菌会将牛磺胆酸脱结合，生成胆酸，后者进一步脱氢生成脱氧胆酸。因此，在健康的肠道微生物群中，牛磺胆酸和胆酸的水平较低，不利于艰难梭菌孢子的萌发。当肠道微生物群被抗生素破坏时，依赖微生物的胆盐代谢会发生变化，导致牛磺胆酸水平升高，从而形成有利于孢子萌发的环境。

鉴于胆盐与孢子萌发之间的关联，我们和其他研究者探讨了胆盐类似物作为潜在的孢子萌发抑制剂的可能性。^13,^14,^15,^16,^17,^18 我们的研究主要集中在胆烷-24-酰胺上，尽管我们也发现酮脱氧胆酸和脱氧胆酸衍生物也具有抗萌发活性。^15 我们详细研究了CaPa（1）和CamSA（2）作为艰难梭菌孢子抗萌发剂的作用（见图1）。此外，我们最近发现CaIn（3）是目前报道的最强效的孢子萌发抑制剂，其IC₅₀值处于亚微摩尔级别。^13 不幸的是，尽管CamSA和CaPA在疾病模型中能预防CDI，但CaIn在体内没有活性。^13,^14,^16

我们迄今为止合成的所有化合物都含有代谢不稳定的酰胺基团。实际上，我们已经证明CamSA和CaPA在抗生素处理过的小鼠粪便中是稳定的；然而，在健康动物的粪便中它们会迅速代谢，表明代谢过程由肠道微生物群介导。^14 活性化合物的水解不仅会降低其浓度，还会生成胆酸（一种萌发诱导剂）和潜在有毒的苯胺类似物。由于这些化合物将用于预防CDI或其复发，因此它们的稳定性在健康肠道微生物群中至关重要。这需要消除代谢不稳定的酰胺基团。在本文中，我们报道了不含酰胺基团的CaPA衍生物。研究表明，5,6-融合杂环结构的CaPA衍生物是强效的萌发抑制剂，并在CDI小鼠模型中表现出预防作用。

化合物设计

尽管酰胺在许多临床药物中普遍存在，但它们在酶作用下不稳定，可能导致治疗剂迅速代谢。^19 为了提高化合物的代谢稳定性，我们研究了多种酰胺生物等效体。^19 我们最初研究了含有N-甲基和反向酰胺生物等效体的CaPA类似物；然而，这些修饰大大降低了抗萌发活性（数据未显示）。因此，我们采用了两种方法（见图2）。

结论

我们的结果表明，不可水解的杂环胆盐类似物具有抗萌发和预防CDI的作用，这验证了我们可以用杂环结构替代酰胺基团的假设。此外，通过用相同的杂环结构替换胆酸、酮脱氧胆酸和脱氧胆酸，我们将更好地理解甾烷羟基在靶向艰难梭菌孢子中的作用。

有趣的是，尽管化合物6a和6b具有相似的结构...

一般说明

胆酸、酮脱氧胆酸和脱氧胆酸购自MP Biomedical和Chem-impex Internationals。1,2-苯二胺、2-氨基硫酚和2-氨基酚购自Sigma-Aldrich或Matrix Scientific。用于柱层析的硅胶购自Sorbent Technologies, Inc。所有其他试剂和溶剂均购自Sigma-Aldrich、Acros Organics、TCI Chemicals或Chem-Impex International，使用前无需进一步纯化。

作者贡献声明

Shiv K. Sharma：验证、监督、方法学设计、实验研究、数据分析。 Jacqueline R. Phan：方法学设计、数据分析、数据管理。 Efren Heredia：方法学设计、实验研究、数据分析、数据管理。 Ernesto Abel-Santos：写作与编辑、初稿撰写、验证、项目管理、资金申请、数据分析、概念构思。 Steven M. Firestine：写作与编辑。