评估[1,2,4]三唑并[4,3-a]喹喔啉衍生物及其与左氧氟沙星联用的抗菌活性

《Scientific Reports》：Assessment of antimicrobial activity of [1,2,4]triazolo[4, 3-a]quinoxaline derivatives individually and in combination with levofloxacin

为解决日益严峻的细菌耐药性问题，研究人员针对[1,2,4]三唑并[4,3-a]喹喔啉衍生物进行了设计合成与抗菌活性评估。研究筛选出化合物5b、5d、5h，证明其与左氧氟沙星(LEV)联用可产生显著协同效应，有效破坏细菌结构，为开发新型联合疗法提供了新思路。

　　

在当今全球公共卫生领域，抗生素耐药性（Antimicrobial Resistance, AMR）如同一场无声的战役，威胁着现代医学的根基。常见的致病菌，如金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）和铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa），正以前所未有的速度演化出对抗现有药物的能力，使得许多曾经可控的感染再次变得致命。耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（Methicillin-resistant Staphylococcus aureus, MRSA）便是其中最令人头疼的“超级细菌”之一。面对这一挑战，单纯开发全新的抗生素分子不仅耗资巨大、周期漫长，且细菌很快又会产生新的耐药机制。因此，科学家们将目光投向了“旧药新用”的策略——即探索现有抗生素与新型化合物联合使用的可能性，通过协同作用（Synergistic Effect）来增强疗效、降低所需剂量，并可能克服已有的耐药性。这为对抗不断升级的细菌威胁开辟了一条充满希望的新战线。

在这一背景下，一项发表于《Scientific Reports》的研究应运而生。研究人员瞄准了一类具有潜在生物活性的杂环化合物——[1,2,4]三唑并[4,3-a]喹喔啉（[1,2,4]triazolo[4,3-a]quinoxaline）衍生物。他们设想，若能设计合成出该系列的新型衍生物，并评估其单独使用以及与常用氟喹诺酮类抗生素左氧氟沙星（Levofloxacin, LEV）联合使用的抗菌效果，或许能为解决耐药菌感染找到一把新的“组合钥匙”。这项研究不仅旨在发现新的抗菌候选分子，更致力于验证联合疗法在现实抗菌斗争中的实用价值。

为开展此项研究，作者团队主要运用了以下几项关键技术方法：首先，通过有机合成方法设计并制备了一系列4-氨基三唑并喹喔啉衍生物。其次，利用核磁共振氢谱（¹H-NMR）、核磁共振碳谱（¹³C-NMR）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和质谱（MS）等光谱学技术确认了所有合成化合物的化学结构。接着，通过体外抗菌实验评估了这些化合物对多种革兰氏阳性菌（如金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌）和革兰氏阴性菌（如大肠杆菌、铜绿假单胞菌）以及白色念珠菌的抑制活性。然后，采用MTT（噻唑蓝）实验和溶血实验筛选出低细胞毒性的化合物。对于优选出的化合物，通过棋盘格法测定其与左氧氟沙星联用的分抑浓度指数（Fractional Inhibitory Concentration Index, FICI），以量化协同效果。最后，使用场发射扫描电子显微镜（Field-Emission Scanning Electron Microscopy, FE-SEM）直观观察了联合用药对细菌细胞形态结构的破坏情况。

研究结果

化合物的设计与合成确认

研究成功设计并合成了一系列4-氨基[1,2,4]三唑并[4,3-a]喹喔啉衍生物。所有目标化合物的化学结构均通过¹H-NMR、¹³C-NMR、FT-IR和MS分析得到了确证，为后续的生物学评价奠定了物质基础。

体外抗菌活性评估

生物实验结果显示，在合成的系列衍生物中，化合物5b、5d和5h对测试菌株表现出中度的抗菌活性，这些菌株包括金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）、表皮葡萄球菌（Staphylococcus epidermidis）、大肠杆菌（Escherichia coli）、铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）和白色念珠菌（Candida albicans）。尽管其单独使用的活性弱于某些标准药物，但它们展现了作为抗菌剂进一步开发的潜力。

细胞毒性筛选与协同效应研究

基于MTT实验和溶血实验的结果，研究人员筛选出了细胞毒性较低的化合物。随后，他们重点研究了这些低毒化合物与左氧氟沙星（LEV）联合使用的效果。研究发现，联合疗法在降低左氧氟沙星所需剂量方面效果显著。对于金黄色葡萄球菌和表皮葡萄球菌，化合物5d和5h与左氧氟沙星联用显示出强烈的协同作用。更令人瞩目的是，对于耐药菌株，化合物5d与左氧氟沙星联用能有效对抗耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）的分离株，而化合物5b与左氧氟沙星联用则对耐药的铜绿假单胞菌分离株有效。所有这些协同组合的分抑浓度指数（FICI）均≤0.5，这在理论上被定义为协同作用。

细菌形态学损伤的直接证据

为了从形态学上证实协同效应的作用机制，研究采用了场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）进行观察。显微镜图像清晰显示，在暴露于化合物5b、5d、5h与左氧氟沙星的联合疗法后，金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌和铜绿假单胞菌的细胞结构遭到了完全破坏。这为联合用药能有效杀灭细菌提供了直观的视觉证据。

结论与讨论

本研究的结论清晰而有力：首先，成功合成的新型4-氨基[1,2,4]三唑并[4,3-a]喹喔啉衍生物（特别是5b、5d、5h）本身具备可观的抗菌活性。其次，也是更重要的发现是，这些化合物与临床上广泛使用的抗生素左氧氟沙星联用，能产生显著的协同抗菌效应。这种协同作用不仅体现在对标准菌株的抑制上，更在对MRSA和耐药铜绿假单胞菌等“硬骨头”的攻克中得到了验证。其协同指数（FICI≤0.5）达到了公认的强协同标准。场发射扫描电镜观察到的细菌细胞完全破损的图像，从物理层面证实了该联合疗法致命的杀菌效果，而非简单的抑菌。

这项研究的意义重大。在理论层面，它为基于[1,2,4]三唑并[4,3-a]喹喔啉这一母核结构进行药物设计提供了新的活性数据和支持。在应用层面，它有力地论证了“抗生素+增效剂”联合治疗策略的可行性。面对日益严峻的抗生素耐药危机，开发全新的抗生素分子异常艰难，而利用新型化合物增强现有抗生素的效力、降低其使用剂量、并克服细菌耐药性，无疑是一条更具成本效益和现实意义的捷径。本研究筛选出的化合物5b、5d、5h与左氧氟沙星的组合，为治疗由金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌及铜绿假单胞菌等引起的感染性疾病，提供了一种极具潜力的新型联合疗法方案。当然，作者也谨慎指出，这一新型协同疗法要真正应用于临床，还需经过未来更深入的体内药效学、药代动力学及安全性评估。但毋庸置疑，这项研究为对抗耐药菌的军火库中，增添了一类有希望的新武器。