《Bioorganic Chemistry》：Targeting methicillin-susceptible and -resistant
Staphylococcus aureus: Design, synthesis, and antibacterial profiling of novel beddomeilactone amides
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植物次级代谢产物抗多重耐药金黄色葡萄球菌研究：以D. binectariferum来源的beddomeilactone酰胺衍生物为例，通过结构修饰和抗菌活性筛选，发现化合物3g对敏感及耐药菌株（MIC值5.7-6.3 μg/mL）具有显著杀菌和抑菌活性，其协同作用与膜通透性机制相关，并伴随细菌形态学改变。
Tashi Palmo|Chetan Paul Singh|Vishwani Jamwal|Diksha Kumari|Aliya Tabassum|Kuljit Singh|Yogesh P. Bharitkar
传染病科，CSIR-印度综合医学研究所，贾穆180001，印度
摘要
抗菌素耐药性（AMR）对全球健康构成了重大威胁，每年导致数百万人死亡。天然产物因其结构多样性、进化优化和独特的作用机制而成为抗菌药物开发的宝贵来源。在本研究中，我们探讨了来自Dysoxylum binectariferum的环芳烷三萜类化合物对抗金黄色葡萄球菌和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）相关感染的潜力。通过对23种半合成beddomeilactone酰胺在50 μg/mL浓度下的初步筛选，发现了两种对金黄色葡萄球菌有效的分子（3g和3s）。进一步的剂量依赖性肉汤稀释实验表明，3g分子是最有效的化合物，其对金黄色葡萄球菌和MRSA的最低抑菌浓度（MIC）分别为5.7 μg/mL和6.3 μg/mL，这表明哌嗪结构部分在增强抗菌活性中起着关键作用。3g分子不仅表现出杀菌作用，还对金黄色葡萄球菌和MRSA具有抑菌效果，并具有协同作用。此外，扫描电子显微镜（SEM）分析证实3g分子可引起细菌细胞形态显著变化。通过对其作用机制的深入研究，发现3g分子通过靶向细胞膜引发多种细胞反应并加速细胞死亡过程。总体而言，强大的抗菌效果、协同作用以及对其作用机制的深入理解使得3g成为开发新型抗葡萄球菌感染药物的有希望的植物来源。
引言
抗菌素耐药性（AMR）已成为最紧迫的全球健康挑战之一，导致高死亡率、治疗失败和巨大的经济损失[1]。据估计，2021年由细菌耐药性引起的死亡人数为471万，预计到2050年这一数字将增至每年1000万，超过癌症相关死亡人数[2],[3]。尽管采取了各种预防措施，耐药性仍在以惊人的速度增长。其中最危险的病原体之一是金黄色葡萄球菌，这种革兰氏阳性细菌作为皮肤共生菌存在于约20%的全球人口中，但当它突破皮肤屏障时就会变得具有传染性[4],[5]。这些感染从轻微的皮肤问题（如疖子、蜂窝织炎、脓疱病、烫伤后皮肤综合征）到严重的危及生命的疾病（如肺炎、中毒性休克综合征、骨髓炎、心内膜炎和菌血症）都有[6],[7]。值得注意的是，金黄色葡萄球菌引起的菌血症死亡人数超过了艾滋病、结核病和病毒性肝炎的总和[8]。多年来，金黄色葡萄球菌表现出极强的适应性，几乎对所有传统抗生素都产生了耐药性。青霉素的耐药性在其上市后一年内就出现了，随后是红霉素、四环素和链霉素等其他抗生素的耐药性[9],[10]。耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）于20世纪60年代末在医院中出现，并在90年代扩散到社区[11],[12]。如今，MRSA占所有金黄色葡萄球菌相关感染的20-80%，世界卫生组织报告称MRSA感染患者的死亡率比非MRSA病例高64%[13],[14]。这些耐药菌株使我们面临未来可能没有有效治疗方法的困境，因此迫切需要开发新的治疗方法来保护全球公共卫生。
天然产物在药物治疗领域做出了重大贡献，尤其是在癌症和传染病领域[15],[16],[17]。天然产物因其多样化和复杂的结构而成为药物模拟先导物的宝贵来源[18]。其中，Dysoxylum属（楝科）在传统医学中有着悠久的历史，用于治疗出血、抽搐、肢体僵硬和儿童面部畸形等症状[19],[20]。Dysoxylum属的一个著名物种是D. binectariferum，也被称为Cup-Calyx White Cedar。这种木材植物富含多种次级代谢物，如生物碱、香豆素、类固醇和黄酮[21],[22],[23]。此外，D. binectariferum是环芳烷三萜类化合物的丰富来源，这类天然化合物分布广泛[24]。近年来，从该属中鉴定出几种新型化合物，因其潜在的降脂、抗炎和抗病毒作用而受到关注[25],[26],[27]。鉴于这些三萜类化合物的生物学潜力，我们首次报道了从D. binectariferum中分离出13种新的环芳烷三萜类化合物[25]。Beddomeilactone因其植物中的丰富含量而成为半合成改造的理想选择，并且可以通过添加各种功能基团（如内酯、酸基团、α-β不饱和羰基、酰胺和碳-碳双键）进行多种合成修饰。
已知酰胺基团可以增强抗菌活性。基于此，在本研究中，我们在beddomeilactone结构中引入了酰胺基团以提升其抗菌性能和水溶性。我们使用ESI-MS、HRMS、1D NMR：1H NMR、13C NMR、DEPT 90和DEPT 135技术合成了23种半合成的beddomeilactone酰胺，并对其对金黄色葡萄球菌和MRSA的抗菌活性进行了研究，结果发现3g分子是针对野生型及耐药株（MRSA）最有效的抗葡萄球菌剂（见图1）。进一步的下游研究，包括时间杀灭动力学、药物组合和详细的作用机制分析，证实了3g分子的抗菌潜力。此外，还通过显微镜观察了3g处理后细菌细胞的形态变化。总之，本研究强调了beddomeilactone衍生物作为对抗敏感和耐药金黄色葡萄球菌的抗菌剂的作用。
研究方法
一般方法
Beddomeilactone（1）是根据我们之前报道的方法从D. binectariferum叶片的氯仿提取物中分离得到的[28]。所有反应均在室温下使用烘干过的玻璃器皿进行。所有化学试剂均购自TCI、Merck和Aldrich公司。柱层析使用粒径为100至200目的硅胶。NMR光谱使用BRUKER 400 MHz光谱仪记录，1H的操作频率为400 MHz
beddomeilactone酰胺衍生物的设计与合成
在本研究中，我们从D. binectariferum叶片的氯仿提取物中分离出beddomeilactone，并对其进行结构修饰。使用20 L渗滤器依次用氯仿（CHCl?）和甲醇（CH?OH）提取5公斤的叶片粉末。氯仿和甲醇提取物在旋转蒸发器下减压浓缩以获得粗提物。氯仿提取物得到383克，甲醇提取物得到427克。
讨论
抗菌素耐药性（AMR）是一个严重的全球健康问题，高度致命的ESKAPE病原体是主要原因，这威胁到了治疗效果并限制了药物选择[72],[73],[74]。这种日益严重的耐药性正将我们推向一个无药可用的未来。为了填补这一药物空白，研究人员不断探索新的替代治疗方案[75],[76]。在这种情况下，基于天然产物的生物活性分子受到了全球关注
研究局限与未来目标
本研究强调了beddomeilactone酰胺（3g）对金黄色葡萄球菌和MRSA的优异抗菌潜力。该化合物表现出较低的最低抑菌浓度（MIC）以及显著的协同作用和抗生物膜潜力。此外，作用机制研究表明3g分子主要通过破坏细胞膜引发次级细胞反应从而导致细菌死亡。研究还进一步扩展到了安全性评估方面
结论
地球是宝贵草药和药用植物的宝库，D. binectariferum就是其中之一，它含有多种生物活性三萜类化合物。本研究证实了从D. binectariferum中提取的beddomeilactone酰胺是一类有前景的新型抗葡萄球菌剂。在半合成衍生物中，3g化合物表现出杀菌和抑菌双重作用
作者贡献声明
Tashi Palmo：撰写原始稿件、方法设计、数据分析。Chetan Paul Singh：撰写原始稿件、方法设计、数据分析。Vishwani Jamwal：方法设计、数据分析。Diksha Kumari：方法设计、数据分析。Aliya Tabassum：方法设计、数据分析。Kuljit Singh：撰写与编辑、原始稿件撰写、验证、项目管理、实验设计、数据分析、概念构思。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
Tashi Palmo（UGC-SRF）、Vishwani Jamwal（UGC-SRF）和Diksha Kumari（UGC-SRF）非常感谢新德里大学拨款委员会（UGC）提供的奖学金支持。Chetan Paul Singh感谢新德里科学和工业研究委员会（CSIR）在Aroma Mission Phase-III（HCP-007）项目下提供的奖学金。Kuljit Singh感谢新德里科学和工业研究委员会（CSIR）提供的研发种子基金（RDSF）支持。
