Mohamed A. Omar | Ahmed Temirak | Mohamed Abdelraof | Mohamed N. El-Bayaa | Asmaa L. Alanzy | Asmaa Saleh | Aladdin M. Srour
埃及吉萨Dokki国家研究中心，制药与药物工业研究所，天然与微生物产物化学部门，邮编12622
摘要
通过将取代的邻苯二胺与新鲜制备的烷基磺酸醛-亚硫酸盐加合物进行缩合，合理设计并合成了一系列新的苯并咪唑-2-取代苯烷磺酸盐衍生物（3a-r ）。所有化合物均针对革兰氏阳性菌（粪肠球菌 和金黄色葡萄球菌 ）、革兰氏阴性菌（鲍曼不动杆菌 和斯图亚特普罗维登西亚菌 ）以及真菌菌株白色念珠菌 进行了抗菌活性评估。大多数衍生物表现出中等至弱的抗菌活性。相比之下，化合物3c 和3i 对白色念珠菌 表现出显著的抗真菌作用，其最小抑菌浓度（MIC）分别为8.2 ± 1.84 μg/mL和9.8 ± 1.92 μg/mL，优于参考药物两性霉素B（MIC = 11.8 ± 0.41 μg/mL）。机制研究表明，处理后的真菌细胞内活性氧（ROS）显著积累。补充麦角甾醇的实验表明，抗真菌活性主要通过麦角甾醇结合导致膜破坏实现，而非抑制细胞壁生物合成。分子对接研究显示3c 和3i 化合物与CYP51活性位点的结合具有良好亲和力，分子动力学模拟进一步验证了在接近生理条件下的稳定配体-蛋白质复合物。
总体而言，这些发现表明基于苯并咪唑的磺酸盐杂化物是具有前景的抗真菌候选物质，其抗真菌作用机制涉及ROS生成和针对麦角甾醇的膜靶向。
引言
抗菌素耐药性对全球公共卫生构成了持续且日益严重的挑战，大大降低了许多传统抗菌和抗真菌治疗的效果，增加了对新生物活性化合物的需求。随着多重耐药菌株的快速传播，侵袭性和机会性真菌感染在临床上的重要性日益增加[1],[2],[3],[4],[5],[6]。包括革兰氏阳性和阴性细菌以及致病真菌在内的微生物病原体导致了从轻微和局部感染到严重、全身性甚至可能致命的疾病。这些感染尤其影响免疫系统受损者、重症患者以及长期住院或接受侵入性医疗程序的患者[7],[8],[9]。耐药细菌和真菌种类的增加，加上现有抗菌剂的疗效有限和安全性问题，凸显了开发具有增强疗效和抗耐药能力的新广谱抗菌化合物的迫切必要性[10],[11],[12]。
在此背景下，苯并咪唑作为一种极具价值和多功能性的药物化学骨架，已成为设计和开发多种治疗药物的基石[13],[14],[15],[16]。其结构与嘌呤核碱基的相似性使得苯并咪唑基团能够有效地与多种生物靶标相互作用，这解释了这类化合物广泛的生物活性[17],[18]。含有苯并咪唑的分子已被广泛研究并成功开发为抗菌、抗真菌、抗病毒和抗癌剂[19],[20],[21],[22],[23],[24],[25],[26]。此外，苯并咪唑核心的易于化学修饰特性使其特别适合于新生物活性分子的合理设计[27],[28],[29]。最近的研究表明，苯并咪唑衍生物对真菌和细菌病原体均具有显著的抗菌效果[30],[31],[32],[33]。氯米达唑（首个上市的局部抗真菌药物）、诺科达唑、苯菌灵和 Carbendazim是临床使用的基于苯并咪唑的抗真菌药物的代表性例子，见图1[34],[35],[36],[37]。鉴于真菌感染带来的巨大临床负担以及现有抗真菌疗法的局限性，基于苯并咪唑的化合物在抗真菌药物开发中具有巨大潜力，尤其是在对抗对现有抗真菌疗法敏感度降低的白色念珠菌 菌株方面。这些效果与多种机制相关，如破坏真菌微管组装、干扰DNA和蛋白质合成、损害线粒体功能以及破坏细胞壁完整性[38],[39],[40],[41],[42],[43]。磺酸盐衍生物在生物医学研究中得到广泛应用，并表现出重要的药理作用。它们独特的物理化学特性增强了与脂质环境的相互作用，促进了高效的跨膜渗透和与生物靶标的结合[44],[45],[46],[47],[48],[49],[50],[51],[52]。
鉴于苯并咪唑衍生物已知的抗真菌活性及其干扰甾醇生物合成的能力，我们设计了一系列新的苯并咪唑-磺酸盐杂化物。引入5-硝基取代基以调节电子性质并增强氧化应激诱导，同时引入烷基磺酸基团以提高极性并促进膜相互作用。鉴于苯并咪唑骨架与类似唑类的CYP51抑制剂的结构相关性，这些杂化物被认为通过针对麦角甾醇的膜靶向机制发挥抗真菌作用。
因此，我们报告了新型苯并咪唑基磺酸盐衍生物的设计和合成及其对多种微生物病原体的评估。生物结果通过结构-活性关系进行分析，以提供机制见解并指导更有效的抗白色念珠菌 药物的开发。
化学
通过将各种邻苯二胺（1a-c ）作为有前景的前体，与新鲜制备的烷基磺酸醛-亚硫酸盐加合物（2a-f ）反应，设计并合成了一系列新的苯并咪唑-2-取代芳基烷磺酸盐衍生物（3a-r ），见示意图1[53]。反应产物被收集、纯化，并通过红外光谱、1 H和13 C核磁共振、质谱以及元素分析等多种光谱技术确定了其化学结构。
对合成的苯并咪唑-磺酸盐衍生物的SAR分析显示了抗真菌活性的明显趋势。苯并咪唑环上的5-硝基取代基（如化合物3c 和3i ）显著增强了对抗白色念珠菌 的活性，这可能是由于增加了促进ROS生成的电子吸引效应。烷基磺酸基团有助于膜相互作用和靶标结合，较长的链略微调节了空间效应和亲脂性。
本研究成功设计并合成了一系列新的苯并咪唑-2-取代苯烷磺酸盐衍生物，并对其抗菌活性进行了评估。化合物3c 和3i 对白色念珠菌 表现出强抗真菌活性，优于参考药物两性霉素B。通过机制研究阐明了双重抗真菌机制，表明其活性主要通过增强细胞内ROS生成和破坏真菌细胞膜来实现。
3a-r 衍生物的合成步骤如下：将邻苯二胺（1 mmol）和磺酸醛-亚硫酸盐加合物（1.2 mmol）在DMF中回流2小时。冷却后，将混合物加入冰水中，通过过滤分离沉淀物，并从乙醇中结晶，从而获得所需系列的3a-r 衍生物，产率适中。
Mohamed A. Omar： 撰写原始草稿、可视化处理、验证、资源准备、方法学设计、实验实施、数据管理。Ahmed Temirak： 撰写原始草稿、验证、软件应用、方法学设计、数据分析。Mohamed Abdelraof： 撰写原始草稿、可视化处理、验证、方法学设计、数据分析。Mohamed N. El-Bayaa： 验证、资源协调、项目管理、资金争取、数据分析。Asmaa L. Alanzy： 数据验证。
作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。
作者感谢埃及开罗的国家研究中心（项目编号13010139）以及沙特阿拉伯利雅得的Princess Nourah bint Abdulrahman大学（项目编号PNURSP2026R141）的研究人员支持。
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