尿素酶是一种依赖镍的金属酶，可催化尿素水解为氨和二氧化碳，在多种生物体的氮代谢过程中起着关键作用。尽管具有这些代谢功能，但由于其与幽门螺杆菌相关疾病以及尿素肥料引起的氮损失之间的关联，尿素酶在临床上也显得尤为重要[1]。由于尿素酶在农业氮损失和幽门螺杆菌相关疾病中的作用，其抑制作用在环境和治疗应用中受到了越来越多的关注[2]。尿素酶的催化作用依赖于两个带双电荷的镍离子（Ni2+），这些镍离子位于活性位点并与配体结合[3]、[4]。这两个镍离子通过激活一个桥接的氢氧根离子来发挥催化作用，该氢氧根离子对尿素中的羰基碳进行亲核攻击，从而将其水解为氨和氨基甲酸。这种协同机制增强了底物的结合，并稳定了催化反应过程中的过渡态[4]。正因如此，尿素酶极易被能够结合到金属中心的小分子所抑制。尿素肥料在农业中广泛使用，但在土壤中会被尿素酶迅速水解，导致氨的释放、氮利用效率降低以及氮损失和温室气体排放等环境问题[5]、[6]。在临床上，尿素酶是幽门螺杆菌和奇异变形杆菌（Proteus mirabilis）等病原体的重要毒力因子，会加重感染程度[7]、[8]。因此，抑制尿素酶对于保持农业生产力及对抗病原体至关重要[9]、[10]、[11]。尿素酶抑制剂已被广泛应用于工业和生物医学领域[12]、[13]、[14]。经常研究的抑制剂类别包括羟胺酸（hydroxamic acids）、磷酰胺（phosphoramidates）、咪唑衍生物（imidazole derivatives），尤其是基于硫脲的化合物[15]。然而，许多抑制剂存在高毒性或与生物系统兼容性低等缺点[16]、[17]。这激发了人们对杂环骨架作为尿素酶抑制剂的兴趣。含有杂原子的环状结构能够与酶活性位点上的金属离子形成配位键[18]、[19]。特别是五元小环作为抑制剂效果优异，因为它们具有丰富的功能多样性[20]、[21]、[22]。最新研究强调了尿素酶抑制剂领域的不断拓展，以及结构导向设计策略在抑制剂开发中的重要性[1]、[23]。此外，含有嘧啶骨架的杂环腙（hydrazone）和硫代半卡巴肼（thiosemicarbazide）衍生物通过分子对接分析显示出良好的生物活性[24]。
文献表明，2-硫代海丹酸（2-thiohydantoin）、海丹酸（hydantoin）和罗达宁（rhodanine）衍生物对尿素酶具有很强的抑制作用[25]、[26]、[27]、[28]。类似的近期研究还报道了基于分子对接分析的杂环衍生物的合成和生物活性评估，突显了它们作为生物活性骨架的潜力[29]。这些结构的共同特点是它们都能通过羰基或硫羰基与镍离子结合。此外，这些基团上的电子分布是决定抑制剂与酶相互作用强度的关键因素之一。因此，评估杂环骨架作为尿素酶抑制剂的作用是一个重要的研究领域，有助于阐明结构与活性之间的关系[30]。
在抑制剂筛选中，通常优先选择杰克豆尿素酶（Canavalia ensiformis），因为它可以商业化纯化且具有明确的结构特征[31]、[32]。本研究选择了五种基于硫脲的五元杂环化合物（2,4-噻唑烷二酮、罗达宁、海丹酸、2-硫代海丹酸和肌酐）。这些化合物各自具有不同的官能团，因此与尿素酶活性位点的结合能力也不同。例如，2-硫代海丹酸结构中的C=S基团可能与镍离子形成强配位，而天然代谢物如肌酐的配位能力较弱[33]。本研究的另一个关键点是使用硫脲作为标准抑制剂[34]，因为在尿素酶研究中硫脲长期以来一直被公认为参考化合物。因此，通过将测试化合物与硫脲直接比较来确定其活性，从而提高了结果的可靠性。然而，尽管对尿素酶抑制剂进行了大量研究，但对结构相似的杂环骨架的系统性比较仍然有限。本研究的主要目的是评估所选硫脲衍生物的体外尿素酶抑制潜力。通过比较结构相关的骨架，本研究旨在提供关于含硫尿素酶抑制剂的结构-活性见解，并为下一代尿素酶抑制剂的设计提供理论依据。
