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本文系统综述了G-四链体(G4)作为新型抗菌靶点的最新进展。文章指出，针对细菌、寄生虫（及初步证据中的真菌）基因组中非典型核酸结构G4的小分子配体，展现了抑制病原体生长或毒力的潜力。然而，当前研究大多停留在G4形成的生物物理可行性（Tier 1）或表型相关性（Tier 2）层面，能明确证明配体在细胞内直接结合并导致微生物死亡的因果验证（Tier 3）证据仍然匮乏，尤其是在细菌和真菌领域。未来，获取病原体特异性G4结构信息、设计选择性结合环/沟槽的配体，并与化学生物学工具结合，是推动该领域向临床转化、应对日益严峻的抗生素耐药性问题的关键。
随着抗生素耐药性的不断升级，以及针对许多寄生虫感染（包括被忽视的热带病）的治疗选择匮乏，开发新的抗菌策略迫在眉睫。其中，G-四链体作为一种新兴的靶点，正受到越来越多的关注。G-四链体是由富含鸟嘌呤的序列通过Hoogsteen氢键形成的非典型核酸结构，其基本模块是由四个鸟嘌呤构成的G-四分体。除了在真核生物基因组中具有重要作用外，G4结构在微生物的DNA和RNA中也越来越多地被发现，它们通常位于基因的调控区域，能够调节转录、复制、翻译和基因组稳定性，这些特征共同使其成为有吸引力的药物靶点。
G4在微生物基因组中的分布与功能作用
G4形成基序在微生物中的分布并不均匀。在细菌中，它们聚集在启动子、调控元件和毒力岛上，在转录控制和生物膜维持中发挥保守作用；在真菌中，它们出现在启动子、非翻译区以及（亚）端粒区域，影响转录、翻译、复制和重组；在寄生虫中，它们则出现在抗原变异和免疫逃逸的基因座中。不同物种间G4的架构也存在差异，例如人类基因组富含3-四分体基序（56%），而大肠杆菌则以2-四分体G4为主（68.1%），结核分枝杆菌中也观察到类似模式。G4的密度也不同：人类平均每10 kb约有1.2个推定G4，而革兰氏阳性菌（如金黄色葡萄球菌、粪肠球菌和蜡样芽胞杆菌）为每10 kb 1-5个，革兰氏阴性菌（如大肠杆菌、铜绿假单胞菌和肺炎克雷伯菌）则高达每10 kb >300个。
在功能上，小分子稳定细菌G4可调节毒素-抗毒素系统、毒力基因和复制起点，使细胞对抗氧化和抗生素压力更敏感。G4在启动子和5‘-非翻译区充当位置开关，改变RNA聚合酶的结合或延伸，并施加位置依赖性的转录效应。在酵母中，DNA:RNA杂交G4在转录起始或终止位点积累，在压力下调节RNA聚合酶II的暂停和基因组稳定性。在寄生虫中，非端粒G4可暂时阻滞聚合酶，促进重组和多样性；在恶性疟原虫中，PfRecQ解旋酶可解析G4结构以维持基因组完整性。此外，G4与毒力和适应性的联系日益显现：细菌启动子G4动态调节毒素和黏附素；真菌病原体利用细胞壁重塑和代谢基因上游的启动子G4来调整侵袭和免疫逃逸程序；疟原虫的亚端粒G4簇协调var基因重组和转录，驱动抗原变异。环境压力（如氧化爆发、营养限制或抗生素）会改变G4的平衡并重编程转录网络。这些发现共同将微生物G4定位为基因组维持和适应性调控的双重参与者，使其成为引人注目的抗菌靶点。
具有抗感染活性的小分子G4配体
在解释推定的G4配体的抗菌活性时，机制归因仍然是一个核心注意事项。许多在体外能稳定G4的骨架也可能结合双链DNA-RNA、干扰细胞膜、改变氧化还原平衡或结合无关蛋白。因此，除非有直接靶点结合和序列/结构特异性对照的支持，否则抗菌表型应被描述为“与G4作用一致”而非“G4作用证实”。近年来，具有抗细菌、寄生虫和（较少见的）真菌活性的G4配体种类有所扩展。这些配体大多涉及平面芳香骨架，允许其堆叠在G-四分体上，以及带正电的取代基，用于结合沟槽和磷酸骨架。
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抗菌G4配体：许多G4配体已在多种细菌中测试，但大多数效力有限。例如，2025年一项针对金黄色葡萄球菌的已知G4配体筛选显示，仅N-甲基-中卟啉IX（NMM）具有明确活性（最小抑菌浓度MIC为5 μM）。BRACO-19对结核分枝杆菌、淋病奈瑟菌和鲍曼不动杆菌的活性也较微弱。相比之下，一些G4配体系列已接近抗生素水平的效力。例如，萘-双-酰肼衍生物在0.5 μM浓度下抑制幽门螺杆菌。寡苯乙烯基苯对芽孢杆菌目（如金黄色葡萄球菌、蜡样芽胞杆菌、耻垢分枝杆菌和杰氏棒杆菌）的MIC为0.15–1 μM，对鲍曼不动杆菌和大肠杆菌也有效。
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抗寄生虫G4配体：多种G4靶向配体化学类型显示出强大的抗寄生虫活性以及相较于标准疗法的显著选择性指数。在布氏锥虫中，经典G4配体如吡啶他汀（PDS）、BRACO-19、AQ1和Pt-TTPY显示出低微摩尔范围内的半数抑制浓度（IC50）。在恶性疟原虫中，端粒他汀和TMPyP4被认为通过稳定端粒G4来隔离端粒酶底物而发挥作用。然而，相关端粒G4的直接细胞内结合并未得到普遍证实，替代或额外的靶点可能也起作用。
萘二酰亚胺（NDI）是研究最广泛、活性最强的系列之一。早期糖基化NDI对动基体目寄生虫具有亚微摩尔效力。近期，一个二价NDI系列和核心扩展的NDI显示出更高的效力，其中吩噁嗪扩展的NDI对布氏锥虫的活性达到亚皮摩尔级别。然而，仅凭效力并不能确立G4介导的机制。NDI是平面的多芳香骨架，可以广泛结合核酸（包括以取代依赖的方式结合双链DNA），可能干扰复制和基因组完整性，从而导致细胞毒性表型。
其他高活性化学类型还包括：苯并菲啶啉支架、苯基-喹啉/异喹啉/喹唑啉衍生物、偶氮苯、寡苯乙烯基苯、刚性芪和二噻吩基乙烯。这些配体在多种寄生虫模型中显示出纳摩尔至低微摩尔的IC50值，部分甚至优于标准参照药物。
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抗真菌G4配体：关于推定的G4配体在真菌中具有抗菌活性的证据仍然有限，且主要来自计算机预测。尽管多药耐药真菌（包括耳念珠菌和烟曲霉）的临床影响日益增加，但大多数真菌研究至今仍是预测性的，实验文献仍局限于少数配体-表型报告，且缺乏细胞内G4结合的机制验证。PhenDC3和PDS可抑制烟曲霉和念珠菌属，MIC值可低至0.78 μM（PhenDC3）和6.25 μM（PDS）。萘醌-三唑杂合体也显示抗热带念珠菌和白念珠菌的活性。与细菌和寄生虫的证据基础相比，真菌G4靶向的证据目前更为有限。
当前的挑战、局限性与未来展望
早期的生物信息学研究已在毒力和持家基因的启动子及非翻译区定位了数千个富含鸟嘌呤的基序，表明稳定这些结构的小分子可能开创一类新的抗菌药物。然而，初步的实验工作揭示了意想不到的复杂性，而结构信息是微生物G4靶向药物发现的关键瓶颈。目前仅有限数量的微生物G4结构（来自恶性疟原虫和淋病奈瑟菌）得到了实验解析，高分辨率的配体-G4共结构尤为稀缺。这限制了合理的配体设计，因为G4的拓扑结构和环状架构强烈影响配体的结合模式、亲和力和选择性。
结构信息的缺乏对于宿主-病原体选择性尤为关键，因为在没有微生物配体-G4结合模式信息的情况下，很难设计出优先识别微生物G4拓扑结构而非丰富的人类基因组G4的化合物。配体与原核和人类G4的结合亲和力相似，引发了宿主脱靶的担忧。生物相关性是另一个障碍。大多数相互作用数据来自体外实验，且主要在寄生虫和细菌中进行。对于真菌，研究数量仍然有限，支持性证据主要反映了早期观察结果。虽然特定的G4稳定活性可以在培养中抑制细菌生长，但直到最近才有研究报告了在动物模型中真正的抗菌疗效。然而，仅凭生长抑制并不能确立G4介导的机制。更强的因果推断通常需要：证明在相关基因座存在细胞内G4形成；显示配体在体内的占据/结合；以及对G4基序（或G4解旋因子）进行遗传破坏，能在不影响整体适应性的情况下减弱配体反应。
展望未来，微生物选择性的G4靶向是 plausible 的，但这将取决于病原体与哺乳动物细胞在结构或功能上的特异性差异，而非G4中通用结合位点的不同。最近解析的恶性疟原虫var启动子长环G4和独特的微生物rG4基序的高分辨率实例，揭示了适合进行拓扑结构和沟槽聚焦设计的环/沟槽架构。设计用于结合环/沟槽或四链体-双链体连接处（而非通用的末端堆叠剂）的G4配体，为实现优先的微生物G4结合提供了更可靠的途径。化学生物学（如细胞通透性、选择性G4探针和活细胞成像）的平行进展，对于确定生理折叠的靶点至关重要，而G4相关蛋白（如解旋酶或转录因子）则提供了潜在的、更具特异性的干预节点。
从抗菌素耐药性的角度来看，微生物G4靶向可能以两种非互斥的方式做出贡献：作为一种与常规蛋白靶点正交的、新的抗菌作用模式，可能减少交叉耐药性；通过结合位于耐药相关通路（如药物外排和压力适应回路）内或调控这些通路的PQS/G4基序。例如，G4在肺炎链球菌的pmrA（与主动外排相关表型相关）等基因内的稳定作用，已被用于降低外排基因表达，并在多药耐药菌株中证明活性，支持了G4配体“抗耐药性”轴的合理机制。最后，联合策略也很有前景：据报道，将G4稳定剂与常规抗生素联合使用，可通过共同阻碍复制叉进程和削弱细胞壁合成，使耐药金黄色葡萄球菌增敏。临床转化将需要更精细的配体或探针，以及严谨的临床前验证（检查药代动力学、毒性和感染模型疗效），以便将G4确立为下一代抗菌疗法的一部分。
