靛红亚胺衍生物的抗菌活性研究进展

陈 哲，沈光海*，金 瑛

(1.延边大学药学院，吉林 延吉 133000；2.吉林医药学院药学院，吉林 吉林 132013)

细菌和真菌引起的微生物感染占医院感染和社区感染的大多数。由于长期、广泛不合理使用，甚至滥用抗生素，耐药病原体快速增加，导致每年约70万人死亡，已引起越来越多的关注[1]。因此，开发具有良好活性的耐药和药敏新型抗菌药物很有必要。目前，已有大量的靛红亚胺类似物进行了抑菌试验，其中一些在体内外均有良好的抑菌效果[2-3]。

靛红亚胺是由靛红衍生而来的一种新型亚胺衍生物，其衍生物也具有多种药理性质[4]。作为一类重要的具有生物活性的杂环化合物，靛红亚胺及其衍生物具有重要的研究价值和良好的临床发展前景[5]。在过去的十年里，许多化学家都关注着靛红亚胺及其衍生物的生物活性，因为它在治疗各种疾病方面具有巨大的潜力[6]。本文综述了近十年来靛红亚胺及其衍生物的抗菌生物学活性的最新研究进展。

1 包含肼结构的靛红亚胺

肼的结构具有广泛的药用价值，并且是新药开发的重要基团。含有肼的靛红亚胺结构(图1)显示出许多药理活性，如抗菌活性、α-葡糖苷酶抑制活性、抗氧化活性等等。因此，近年来对靛红亚胺酰肼化合物活性的研究引起了许多科研小组的关注[7-8]。耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(methicillin resistant Staphylococcus aureus,MRSA)和抗万古霉素肠球菌(vancomycin resistant Enterococcus,VRE)已造成越来越高的死亡率，成为一个很大的健康问题。为了解决这一问题，Zhang等对28种靛红-甲硫脲基咪唑嗪类化合物进行了抗金黄色葡萄球菌、枯草杆菌、粪杆菌等的能力测试。使VRE和多种MRSA分离[9]。化合物1(MIC:>100 mg/L)对革兰阴性菌的抑菌活性均较低，但大多数化合物(MIC:0.39～6.25 mg/L)对包括VRE和多种MRSA在内的所有革兰阳性菌均有良好的抑菌活性。构效关系结果表明，靛红亚胺C-7位单代卤素时活性最高。

有研究筛选了亚胺酰肼结构杂化分子化合物2，并对其进行了抑菌试验，其中包括芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌和蛋白酶[10]。所有化合物均表现出稳定的活性，抑制区域范围为11.0～22.0 mm，但效果不如诺氟沙星(抑制区域:24.0～25.3 mm)。为了进一步优化结构，Lian等拆除了羰基和苯环之间的氧桥，新建了7个化合物[11]。Sinduja等将氧桥改为胺桥，并在靛红亚胺N-1位引入双甲基[12]。对于Sinduja的研究，当R=F时化合物4(抑制区:6～18 mm)比其他化合物作用好，这相当于标准药物环丙沙星(抑制区:14～22 mm)。在Lian的研究中，所有的化合物都具有良好的抗菌活性。其中，当R=Cl和R=Br时化合物3(IC50:0.03和0.05 mmol/L)对金黄色葡萄球菌的抑菌活性比青霉素(IC50:0.631 mmol/L)强20倍。并且当R=F时化合物3 (IC50:0.672和0.830 mmol/L)对大肠杆菌和铜绿假单胞菌具有抗菌活性。

图1 含肼结构的靛红亚胺

2 靛红亚胺-香豆酮

靛红亚胺-香豆酮化合物结构如图2。化合物5(MIC:0.25～8 mmol/L)对抗结核活性和结核分支杆菌具有良好的活性[13]。构效关系显示，靛红亚胺C-5位为甲氧基抗结核活性最好，R-3位提供氢键也可以提高抗结核活性。

Zhang等[14]和Gao等[15]分别进行了一系列香豆酮-靛红亚胺6和7的体外抗分枝杆菌活性。当R1=H、R2=NHCSNH2、R3=OMe时化合物6对临床耐多药结核分离株表现出最佳活性。构效关系证实，靛红亚胺与苯并呋喃的连接越短，活性越好。当氨基硫脲被引入R-1位置时，化合物6和化合物7的活性都比R-1位置引入羟基时增强;但当羟基被引入到靛红亚胺的N-3位置时，其毒理学特征会增加。相比之下,在化合物6的R-3位置引入F可降低活性，而化合物7则相反，靛红亚胺和R-3或C-3位被F取代或靛红亚胺和苯并呋喃之间的碳链变长也会导致更高的细胞毒性。

图2 靛红亚胺-香豆酮

3 靛红亚胺聚合物

研究表明，一些靛红亚胺类聚合物表现出优异的抗分枝杆菌性能[16]。构效关系分析表明，靛红亚胺C-3和C-5位的取代基以及靛红亚胺之间的连接剂对其抗结核活性有显著影响。

如图3所示，构效关系表明，靛红亚胺之间的连接起了重要作用，单取代的靛红衍生物比双取代和未取代的衍生物更有活性。当R1=F、R2=NOMe、R4=NNHCSNH2时双靛红亚胺8(MIC:25和16 mg/L)对结核分枝杆菌H37Rv和MDR-TB最有效。所有丁基连接的7-氟靛红亚胺化合物9(MIC:1～64 mg/L)具有广谱抗结核活性，对VERO细胞也表现出低细胞毒性(CC50:128～1024 mg/L)，构效关系显示，C-3位连接-NOH可增加的细胞毒性[17]。与此同时，当R1=NOMe、R2=NOH时化合物9(IC50:58 mg/L)与加替沙星(IC50:5 mg/L)对结合分支杆菌DNA的活性相同。

由于靛红亚胺之间的连接剂在发挥生物活性方面起着非常重要的作用，所以优化连接剂是有必要的。四甘醇栓系双核二异素亚胺衍生物10[18],其中,当R1=F、R2=OMe、R3=F、R4=NNHCONH2时，化合物10(MIC分别为16、16 mg/L)对结核分枝杆菌H37Rv和MDR-TB表现出最强的抑制活性。结果显示靛红亚胺C-3位和C-5位对抗结核活性均有影响。对于C-5位置，吸电子基团比供电子基团表现更好。

图3 靛红亚胺聚合物

4 靛红亚胺-氟喹诺酮

氟喹诺酮类药物抗菌谱广，生物利用度高，是临床上最常见的抗生素之一。但有调查显示，氟喹诺酮类药物如环丙沙星、左氧氟沙星、加替沙星等存在严重的交叉耐药，极大地限制了其临床应用。因此，寻找新一代氟喹诺酮类药物尤其重要。部分氟喹诺酮-靛红亚胺具有优异的抗分枝杆菌和抗菌作用[19-20]。因此，对加替沙星-靛红亚胺活性的研究很有必要。

如图4所示，1H-1,2,3-三唑-加替沙星和靛红亚胺杂交菌株11对抗结核分枝杆菌H37 Rv和MDR-TB均有较好的抗药能力[21]。构效关系结果表明，靛红亚胺N-3和C-5位置均影响化合物1H-1,2,3-三唑-加替沙星靛红亚胺抗结核能力。在C-5位点引入吸电子基团-F、-Cl、-NO2，可提高抗结核分枝杆菌H37 Rv和MDR-TB的抗药活性。2019年，Ding等引进了1H-1,2,3-三唑-加替沙星之间的羰基化合物12[22]，但是抗结核活性降低了。

Xu等检测了8种异丙沙星亚胺N-3和C-5位取代的化合物1H-1,2,3-三唑-8-甲氧基环丙沙星-靛红亚胺13和14的抗结核能力。与对照药环丙沙星和8-甲氧基环丙沙星相比，部分杂交种对抗结核分枝杆菌H37 Rv和MDR-TB有显著改善[23]。在靛红C-5位的卤素，比如-F或-Cl，能显著提高抗结核分枝杆菌H37 Rv和MDR-TB能力。

1H-1,2,3-三唑靛红亚胺之间的连接长度起着重要作用。Hu等研究表明，1H-1,2,3-三唑靛红亚胺之间的长度越长，影响越弱[24]。对于化合物14,当R1=OCH3、R2=Br时化合物14(MIC:0.1 mg/L)比RIF(MIC:0.39 mg/L)对抗结核分枝杆菌H37Rv表现出更强的活性，并可与MXFX进行比较。

图4 靛红亚胺-氟喹诺酮

5 靛红亚胺手性衍生物

近年来，分子手性与生物活性关系的研究在药物化学中具有重要的意义。因此，手性可以被认为是新药设计、发现和开发的重要主题之一。在药效学和药代动力学事件中，药物对映体通常表现出不同的行为和不同程度的毒性。在大多数情况下，这些差异使具有单一对映体的治疗药物具有明显的优势。近年来，由靛红亚胺衍生的手性分子有广泛的生物和药理活性报道，已成为研究热点。靛红亚胺手性衍生物结构见图5。

Borad等对2-(4-取代苯基)-1,10b双氢螺旋菌[苯并吡唑罗(1,5-c)(1,3)恶嗪-5′-吲哚啉]-2′-1化合物15的手性Schiff碱基进行了抗菌剂活性测定[25]。所有化合物对大肠杆菌、铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌和化脓杆菌属均表现出中等至良好的抑菌活性，对白念珠菌、黑曲霉和白念珠菌均表现出中等的抑菌活性。

构效关系表明，当R-3和R-4都被溴取代时，苯环上存在吸电子的对硝基官能团，因而具有较高的活性。因此，在所有被测化合物中，当R1=NO2、R2=H、R3=Br、R4=Br时化合物16(MIC:6.25 mg/L)具有良好的抗菌活性和抗真菌活性，与对照药阿莫西林、庆大霉素和链霉素具有相同的活性。

图5 靛红亚胺手性衍生物

6 小 结

近年来，已经开发了许多靛红亚胺衍生物来测试它们的抗菌性能。构效关系表明，靛红亚胺的N-1、C-3、C-5、C-7位可以修饰，N-1位可以引入各种抗菌(酰肼结构)的药效团。对于C-3位，肼化合物和螺环是最常见的，但其他药效团(如吡咯)也是可以的。对于N-1位置，可以结合各种抗菌(氟康唑化合物)的药效团。对于苯环上C-5和C-7位的取代基，通常会引入供电子或吸电子基团，这有利于控制电子效应、亲油性和理化性质。

构效关系表明手性与其生物活性的相关性已成为药物化学的研究热点之一，手性现在可以被认为是新药设计中最重要的主题之一，在药效学或药代动力学事件中，药物的对映体通常表现出不同的行为和不同程度的毒性。因此，单一对映异构体的药物无疑具有优势。在药物开发的早期阶段，获得和分析单一对映体的方法的发展变得至关重要。此外，对映体进行生物活性和药理活性的评价将是靛红亚胺手性衍生物的研究热点之一。