《European Journal of Medicinal Chemistry》：New Antitubercular Pretomanid Analogues as Potent Payloads in Polymeric Micelles: Leveraging Zebrafish Assays to Accelerate Lead Optimisation
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本文报道了新型前托马尼衍生物的设计、合成与抗结核活性评价。研究人员针对前体药物前托马尼的局限性，设计了一系列含炔桥芳基-杂芳基或杂三芳基侧链的第三代衍生物，并利用斑马鱼感染模型加速先导化合物优化。研究发现多个化合物在斑马鱼和小鼠模型中表现出优于前托马尼的疗效，其中化合物14展示出优异的药代动力学特性（口服生物利用度达93%）和安全性。机制研究表明该类化合物通过Ddn酶激活释放一氧化氮，抑制分枝杆菌细胞壁合成，为开发新一代抗结核药物提供了重要思路。
结核病（Tuberculosis, TB）作为困扰人类数千年的传染病，至今仍是全球重大公共卫生挑战。尽管"抗生素黄金时代"研发的标准四药联用方案对药物敏感型结核病治愈率达88%，但面对每年1080万新发病例和耐多药结核病（MDR-TB）的蔓延，现有治疗手段仍显不足。特别是针对广泛耐药结核病，传统治疗方案成功率仅35%，而含前托马尼的BPaL方案将治愈率提升至90%，凸显了新型抗结核药物研发的紧迫性。
前托马尼（代号2）作为硝基咪唑类前体药物，需通过分枝杆菌内的脱氮黄素（F420）依赖型硝基还原酶Ddn激活，释放一氧化氮，同时抑制细胞壁和能量代谢。但该化合物存在水溶性差、生物利用度低等缺陷，且其衍生物TBA-354（代号5）因神经毒性终止临床研究。为此，奥克兰大学研究团队设计了一系列新型前托马尼衍生物，通过巧妙的结构修饰与纳米递送系统结合，旨在突破现有局限。
研究人员首先通过Sonogashira偶联等合成策略，构建了25个含炔桥芳基-杂芳基侧链的第三代衍生物。值得注意的是，团队创新性地采用斑马鱼-海分枝杆菌（M. marinum, M. m）感染模型进行初筛，该模型与结核分枝杆菌（M. tuberculosis, M. tb）具有高度保守的Ddn同源酶和激活通路。通过将化合物封装于聚肽胶束（PeptoMicelles）中，显著改善了水溶性和靶向递送效率。
在关键技术方法层面，研究团队建立了完整的评价体系：采用REMA法测定体外抑菌活性（MIC90）；通过双向MDR1-MDCKII细胞模型评估渗透性；利用肝微粒体实验考察代谢稳定性；结合斑马鱼胚胎模型进行体内毒性及疗效评价；并采用14C标记示踪技术分析化合物对分枝杆菌菌酸代谢的影响。
2.1. 药物设计与合成
研究团队聚焦于优化前托马尼的芳基侧链结构，通过引入吡啶、嘧啶、吡嗪等氮杂环，调节化合物的脂水分配系数（CLogP）。值得注意的是，将6位氧连接替换为氨基连接（如化合物14），或扩展为三芳基侧链（如化合物16-24），均显著影响了理化性质和生物活性。
2.2. 作用机制研究
通过诱导耐药突变株和基因敲除实验，证实前托马尼衍生物在M. marinum中的激活机制与M. tb高度一致，均依赖Ddn同源酶和F420辅因子。硝酸盐检测实验显示，化合物7在BCG中的一氧化氮释放量显著高于M. marinum，与其抗菌活性差异相符。
2.3. 构效关系分析
在M. marinum模型中，2-吡啶类似物（化合物7）活性最优（MIC900.75 μM），而3-吡啶异构体（化合物8）活性降低3倍。引人注目的是，氨基连接衍生物14与醚连接原型7活性相当，但理化性质更优。三芳基侧链衍生物中，含2-吡啶或2,5-吡嗪的化合物表现出卓越效力。
2.5. 斑马鱼体内评价
胶束制剂在斑马鱼模型中展现出良好安全性，最大耐受剂量达150纳克。在血液感染模型中，化合物7、14和17在37.5纳克剂量下可实现≥90%的细菌清除率和≥65%的存活率。特别在更具挑战的神经管感染模型中，化合物14在75纳克剂量下获得67%的存活率，证实其穿透血脑屏障的能力。
2.6. 药代动力学特征
小鼠实验显示，化合物14口服生物利用度高达93%，半衰期10小时，显著优于先导化合物7。其在肺部组织分布浓度超过MIC值180倍，凸显纳米递送系统的优势。
2.7. 菌酸代谢影响
在M. bovis BCG模型中，活性化合物可引起海藻糖单霉菌酯（TMM）和二霉菌酯（TDM）的积累，同时抑制酮霉菌酸合成，这与DprE2抑制剂的典型特征一致，证实其作用机制与前托马尼相同。
本研究通过合理的药物设计、斑马鱼模型加速筛选和纳米递送技术整合，成功获得了一系列具有开发前景的前托马尼衍生物。特别是化合物14，在保持强效抗菌活性的同时，具备更优的药代动力学特性和安全性特征。研究不仅证实了斑马鱼模型在抗结核药物早期筛选中的预测价值，而且为克服现有硝基咪唑类药物的局限性提供了新策略。这些发现对加速抗结核药物研发进程、特别是针对耐药结核病的治疗方案优化具有重要意义。
该研究成果发表于《European Journal of Medicinal Chemistry》，为抗结核药物研发领域提供了重要的技术方法学创新和候选化合物储备，对推动结核病治疗进步具有积极影响。
