Angew. Chem. Int. Ed.：一种新型分枝杆菌F-ATP合成酶抑制剂的发现

前言

近年来，我国耐药结核日益严重，严重危害健康并增加医疗负担，发现具有新结构、新机制、高效低毒的抗结核药物迫在眉睫。F1FO-ATP合成酶是结核分枝杆菌生长和生存所必需的酶，临床已经证实是一个有效的抗结核靶点。

抑制细菌呼吸作用是开发新抗菌药物的一个有效途径，结核分枝杆菌的电子传递链及ATP合成酶的组成如上图所示，其中2012年FDA批准的耐多药结核病贝达喹啉（BDQ）即为结核分枝杆菌F-ATP合成酶首个上市的抑制剂；近年来贝达喹啉临床耐药日益严重，发现具有新作用方式的F-ATP抑制剂是克服贝达喹啉耐药的有效途径。

最近研究表明结核分枝杆菌ATP合成酶中具有较人源蛋白独特的结构域—γloop，发现结合于该结构域并影响ATP合成酶活性的化合物有望实现有效性和安全性。基于此，本文作者通过同源建模的方式构建了结核γloop结构域，并通过基于受体的药效团模型构建了上图B的药效团模型（一个氢键供体、受体及三个疏水作用区域）。

基于药效团模型，虚拟筛选30000个分子，经过SP、XP、一致性评价及视觉筛选最终选择了81个化合物进行实际活性评价。发现最优的化合物GaMF1（上图A），耻垢分枝杆菌、牛分枝杆菌、结核分枝杆菌（H37Rv）MIC50分别为11、17、33uM，并对异烟肼、利福平耐药的菌株表现出较好的抑制活性。

测定化合物GaMF1对ATP合成的抑制，由上图A/B可见，该化合物能抑制ATP的合成；同时，在有琥珀酸（succinate）的情况下该化合物也表现出基本一致的活性，由此表明该化合物不会影响NADH脱氢酶的生物活性。测定菌耗氧量变化发现其对耗氧量无影响，而贝达喹啉却影响显著；同时，化合物对I166M单点突变菌株（贝达喹啉耐药）活性并无影响，表明其具有不同于贝达喹啉的作用机制。

通过核磁（NMR）检测化合物对蛋白的化学位移扰动（CSPs）确定该化合物确实如虚拟筛选一致，作用于γloop结构域，通过对接阐明其可能的作用方式，同时该化合物对于金葡和大肠杆菌具有明显的选择性（毫摩尔级无抑制活性）。

该化合物作用于γloop结构域，不同于贝达喹啉类药物作用位点，通过联合用药发现该化合物与贝达喹啉类药物存在协同作用。最后本文作者初步探究了该化合物的构效关系（SAR），发现了更优的化合物8，具有更优的ATP合成抑制活性及抗菌活性。

总结：

本文发现了一种针对分枝杆菌F-ATP合成酶γloop结构域的抑制剂GaMF1，对贝达喹啉、异烟肼、利福平耐药的菌株都保持较好的抑制活性，通过初步的结构优化已经发现具有更优活性的先导化合物，这为后续发现新型F-ATP合成酶抑制剂药物奠定了基础，但是其具体的结合模式及机制还需进一步探究。

参考文献：

[1]Adam Hotra. Discovery of a Novel Mycobacterial F-ATP Synthase Inhibitor and its Potency in Combination with Diarylquinolines. Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 2 – 12。