《Bioorganic Chemistry》：Novel isatin-chalcone molecular hybrids endowed with potent antistaphylococcal properties:
In vitro and mechanistic insights
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耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）的isatin-连结查尔酮类化合物具有显著抗菌活性，低MIC值且安全性高，与万古霉素和利福平联用增效，破坏生物膜及细胞膜，干扰生物能代谢，证实其治疗耐药性金黄色葡萄球菌的潜力。
Vishwani Jamwal|Tashi Palmo|Meenakshi Sharma|Sanjeev K. Patel|N.S.H.N. Moorthy|C. Karthikeyan|Kuljit Singh
传染病部门，CSIR-印度综合医学研究所，贾穆姆 180001，印度
摘要
抗菌素耐药性（AMR）是全球范围内一个严重的生命威胁。细菌采用多种策略来克服抗生素的杀菌作用。持续性感染通常与不良的治疗结果相关，给医疗系统带来了巨大的负担。这一日益严重的问题需要有效的替代治疗方法来应对这一威胁。本研究展示了异黄酮衍生物作为对抗甲氧西林敏感性和耐药性金黄色葡萄球菌的有效抗菌剂。鉴定出的化合物1c、1d和1j表现出显著的抗菌活性，具有较低的最低抑菌浓度（MIC）和较高的安全性。此外，时间杀灭动力学实验表明它们具有时间依赖性的杀菌作用。这些化合物与万古霉素和利福平联合使用时表现出协同效应。进一步的体外实验在RAW 264.7细胞系中显示了有效的细胞内杀菌潜力，这突显了这些化合物在治疗细胞内感染方面的治疗潜力。机制研究揭示了它们的抗生物膜特性，表明它们在治疗与生物膜相关的感染方面具有疗效。显微镜观察显示，这些化合物处理后细菌的形态发生了变化。这些结果通过膜完整性和膜通透性实验得到了进一步验证，证实了它们对膜的靶向作用。此外，研究发现这些化合物能够干扰病原体的生物能量代谢，这一点通过ATP定量测定得到了证实。总体而言，我们的研究表明异黄酮衍生物是治疗金黄色葡萄球菌相关感染的有效选择。
引言
抗菌素耐药性（AMR）已成为全球公共卫生的一个持续且决定性的威胁[1]。世界卫生组织（WHO）和美国疾病控制与预防中心（CDC）已将AMR病原体列为对公共卫生构成严重威胁的超级细菌[2],[3]。根据现有的监测报告，估计AMR导致了超过200万例细菌感染，美国每年的死亡率为29,000例，造成的经济负担超过47亿美元[4],[5]。为了加速药物发现进程，WHO将ESKAPE组（粪肠球菌、金黄色葡萄球菌、肺炎克雷伯菌、鲍曼不动杆菌和肠杆菌属）列为优先病原体[6],[7]。
金黄色葡萄球菌是一种极其多变且毒力强的革兰氏阳性细菌，常见于社区和医疗环境中。研究表明，大约20%的人口是金黄色葡萄球菌的携带者，但没有任何明显的临床症状[8],[9]。金黄色葡萄球菌具有快速进化并对所有可用化学类型产生耐药性的能力。各种抗生素的释放改变了细菌的代谢途径，使得不同治疗药物失效[10],[11]。这种对多种抗生素的耐药性使得金黄色葡萄球菌成为难以治疗的病原体。目前，耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌（MRSA）被认为是一个令人担忧的病原体，因为它在全球范围内可导致高发病率和死亡率[12],[13]。随着抗菌素耐药性的增加和治疗选择有限，研究人员需要加快针对金黄色葡萄球菌和MRSA的药物发现和开发进程。
属于杂环类的化学物质是一类具有广泛药理和生物活性的有机分子。异黄酮是一种具有生物活性的杂环结构[14]。它具有多种生物特性，如抗癌、抗病毒、抗血管生成、抗增殖、抗炎和抗菌作用[15],[16]。通过将异黄酮分子与各种生物活性药效团结合，可以增强其抗菌性能。近年来，天然衍生的查尔酮因其药理活性而受到临床关注。通过对其芳香环进行各种化学修饰，查尔酮展示了抗菌、抗氧化、抗肿瘤和抗炎等药理特性[17],[18]。最新研究将查尔酮视为开发广谱抗菌治疗剂的理想药效团[19],[20],[21]。因此，考虑到查尔酮和异黄酮分子的优异药理和抗菌潜力，我们研究了我们团队先前合成的异黄酮衍生物对金黄色葡萄球菌及MRSA菌株的抗菌效果。
在本研究中，对合成衍生物进行的初步抗菌敏感性测试显示，有七种衍生物对金黄色葡萄球菌和MRSA病原体表现出显著的抗菌活性。进一步的细胞毒性评估表明，1c、1d和1j是生物安全的分子。此外，还进行了体外抗菌研究，如时间杀灭动力学、联合用药方法和体外实验，以验证这些分子的抗菌潜力。同时，还进行了机制研究，包括抗生物膜活性、细胞完整性测定、细胞通透性研究以及ATP定量测定，揭示了这些化合物的可能作用机制。这些实验结果表明，这些异黄酮-查尔酮杂化分子可以作为对抗金黄色葡萄球菌和MRSA相关感染的优秀抗菌分子框架。
化学物质、试剂、细菌菌株、培养基和抗生素
本研究使用了从Thermo Fisher Scientific（美国）和Tarson（印度）购买的玻璃器和塑料器皿。二甲基亚砜（DMSO）和其他溶剂从Sigma-Aldrich（印度）购买。本研究中使用的抗生素从Sigma-Aldrich（印度）和Hi-Media（印度）购买。Resazurin染料从Hi-Media（印度）购买。用于研究的细菌菌株金黄色葡萄球菌（ATCC 29213）和MRSA（ATCC 15187）来自该机构。
化学
十种3-(2-氧代-2-芳基乙叉)吲哚-2-酮（1a-1j）是使用我们实验室之前建立的一锅合成方法合成的（方案1）[22]。该方法包括依次向含有异黄酮和苯乙酮（Ap1至Ap10）的反应混合物中加入二甲胺和浓盐酸，从而获得了高产率的标题化合物[22]。合成衍生物的化学结构见图1，光谱特征数据见...
讨论
WHO最近更新了病原体优先名单，其中金黄色葡萄球菌（耐甲氧西林）被列为高优先级病原体[60]。这些优先病原体迫切需要新的化疗药物来对抗其致命影响[61],[62]。金黄色葡萄球菌是ESKAPE组中臭名昭著且具有耐药性的细菌之一。金黄色葡萄球菌的耐药性不断增加，已经使现有的治疗选择变得无效
结论与未来方向
抗菌素耐药性（AMR）是全球范围内日益严重的公共卫生挑战。耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌是AMR的主要驱动因素。耐药性金黄色葡萄球菌菌株的不断增长凸显了开发新型治疗药物的迫切需求。本研究揭示了异黄酮衍生物对金黄色葡萄球菌和MRSA的治疗潜力。研究中鉴定出的有效化合物表现出显著的抗菌活性和高安全性。
CRediT作者贡献声明
Vishwani Jamwal：撰写——原始草案、方法学、数据分析。Tashi Palmo：方法学、数据分析。Meenakshi Sharma：方法学、数据分析。Sanjeev K. Patel：数据分析、方法学。N.S.H.N. Moorthy：验证、研究、数据分析。C. Karthikeyan：撰写——审稿与编辑、验证、数据分析、概念化。Kuljit Singh：撰写——审稿与编辑、撰写——
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
Vishwani Jamwal（UGC-SRF）、Tashi Palmo（UGC-SRF）和Meenakshi Sharma（UGC-JRF）非常感谢新德里的大学拨款委员会（UGC）提供的奖学金支持。同时，我们也感谢CSIR-IIIM贾穆姆中心的技术支持。
