硝基咪唑类化合物的抗菌与抗结核活性

赵正崇，卢勇 编译，徐志,2 审校

(1 武汉弗顿控股有限公司，武汉 430000 2 湖北德信辰科技有限公司，武汉 430080)

1 前言

革兰阳性菌、革兰阴性菌和分枝杆菌可引起各种感染性疾病如结核病(TB)，每年上百万人因细菌感染而丧生。显然，细菌感染严重威胁人类生命健康。抗感染化疗药物是人类对付细菌感染不可或缺的武器，然而近年来耐药菌不断涌现并在世界范围内广泛传播，已成为全球性问题。不幸的是，目前处于临床评价阶段的可用于治疗耐药菌感染的药物屈指可数。因此，亟需研发新型抗感染化疗药物。

硝基咪唑类化合物具有抗肿瘤、抗真菌、抗病毒、抗菌和抗TB等多种生物活性，且某些化合物如德拉马尼、pretomanid、甲硝唑和奥硝唑(图1)等目前已用于临床治疗各种感染性疾病或正处于临床评价阶段。显然，硝基咪唑类化合物在新药研发领域占据重要位置。

本文将着重介绍近20年来硝基咪唑类化合物在抗菌和抗TB领域的最新研究进展，并探讨构-效关系(SAR)，以期为更合理的设计此类化合物打下基础。

2 抗结核活性

结核病(TB)主要是由结核分枝杆菌(MTB)引起的一种高传染性疾病，排在致死性传染疾病的首位。仅2017年，全球就有1000万新发病例，其中包括23万儿童在内的160万人因此丧命。近年来，全球TB防控未取得重大进展，这主要归咎于耐药TB(DR-TB)包括耐多药TB(MDR-TB)、广泛耐药TB(XDR-TB)和完全耐药TB(TDR-TB)的不断涌现和新抗TB药物研发的相对滞后。因此，研发新型抗TB药物势在必行。值得一提的是，具有全新作用机制的硝基咪唑化合物德拉马尼(抑制叶酸的生物合成途径)和pretomanid(抑制细胞壁的合成和细胞呼吸)具有良好的抗药敏型和耐药型潜伏态和活动性MTB活性。目前，德拉马尼已被批准用于MDR-TB患者的治疗，而pretomanid作为不耐受MDR-TB、无应答MDR-TB和XDR-TB患者治疗方案的组成部分已获得美国食品和药品管理局(FDA)的优先评审。由此可见，硝基咪唑类化合物在抗TB的新药研发中具有举足轻重的地位。

图1 硝基咪唑、德拉马尼、pretomanid、甲硝唑和奥硝唑的化学结构

对多个系列德拉马尼和pretomanid衍生物的体内外抗药敏型和耐药型MTB研究结果表明，硝基是这类化合物具有高活性所必需的官能团，且手性碳的构型与抗MTB活性息息相关：对德拉马尼衍生物1(图2)而言，R-构型衍生物的活性优于相应的S-构型；对pretomanid衍生物2而言，S-构型衍生物的活性是R-构型的10倍。对德拉马尼衍生物1而言，与无取代化合物相比，向R1位引入甲基对活性有利；向硝基咪唑和R2之间嵌入苯氧基甲基哌啶基可提高这类化合物的体内活性；向哌啶的对位引入脂溶性的苯氧基对活性有利，而向苯氧基的对位引入三氟甲氧基可进一步提高活性。对pretomanid衍生物2而言，可用硫和氮原子代替噁嗪啉结构片段中的氧原子，但次甲基则会导致活性的降低；临近氧原子的碳可被进一步修饰，且甲基的引入对活性有利；对X位而言，氧、氮和碳优于脲、氨基甲酰基和羰基；延长侧链的碳链对活性有利；向R1位引入取代苯基对活性有利，且取代基在苯环的对位优于邻位和间位；无论向R2位引入吸电子的硝基、氯和溴还是供电子的氨基均会导致活性的大幅降低。

进一步研究显示，向对位含有三氟甲氧基的苯基的邻位引入第二个取代基(3)对活性有利，且醚和卤原子较优。化合物3a,b对MTB的最小抑制浓度(MIC)为60nmol/L，远优于对照药pretomanid(MIC:630nmol/L)。向pretomanid母核的三氟甲氧基邻位引入甲基对活性有利，如化合物4(MIC:63nmol/L)的活性是pretomanid(MIC:500nmol/L)的7.9倍，但将硝基由C-2位移至C-3位将导致活性急剧降低。用吡啶(5)取代苯环亦耐受，且三氟甲氧基是R位的最佳取代基。代表物TBA-354的体外活性是pretomanid的5～10倍，代谢稳定性优于德拉马尼，且口服生物利用度较高、消除半衰期较长。该化合物的自发耐药突变几率极低，仅为3×10-7，但与pretomanid和德拉马尼具有交叉耐药性。该化合物发生药物相互作用的几率低，体内杀菌活性呈时间和剂量依赖性，且活性不亚于德拉马尼和pretomanid。目前，TBA-354已进入临床评价阶段，有望于不久的将来为人类健康服务。

硝基咪唑-二氢吡啶杂合体6(图3)的抗分枝杆菌SAR显示，含有芳基酯基的杂合体(MIC:1～2μmol/L)活性普遍高于相应的烷基衍生物(MIC:1～＞500μmol/L)，延长芳基与酯基之间烷基链的长度将导致活性的降低，而对直链烷基衍生物而言，碳链的延长对活性有利，但含有支链烷基化合物如6d(MIC:＞500μmol/L)将导致活性的消失。代表物6e～h对MTB H37Rv的MIC为1μmol/L，与一线抗TB药物异烟肼和利福平(MIC:1μmol/L)相当。

2-硝基咪唑并嘧啶酮7(MIC:0.06～＞32μmol/L)对富氧和缺氧环境下的MTB菌株的活性普遍优于其衍生物8(MIC:0.06～＞32μmol/L)，但向R2和/或R3位引入甲基或苯基会导致活性的降低。代表物7a,b (MIC:0.06μmol/L)对富氧环境下的MTB的活性是对照药pretomanid(MIC:0.25～0.5μmol/L)的4～8倍，可作为先导物进一步研究。

图2 德拉马尼和pretomanid衍生物1～5的化学结构

绝大多数硝基咪唑-喹啉杂合体仅显示出弱抗分枝杆菌活性，但某些化合物如9(MIC:1.2～5.2μg/mL)对MTB mc26230具有中等强度的活性。SAR显示，这类杂合体的活性与烷基链的长度相关，且戊基链接的杂合体9d(MIC:1.2μg/mL)的活性最高，但其对J774细胞系的毒性(IC50:＜0.8μg/mL)也较高，不具备深入研究价值。

某些硝基咪唑-糖杂合体也具有潜在的抗分枝杆菌活性，如硝基咪唑-半乳糖杂合体10抗MTB H37Rv的MIC为1.56～12.5μg/mL。其中，杂合体10a,b(MIC:1.56μg/mL)的抗MTB H37Rv活性与一线抗TB药物乙胺丁醇相当，值得进一步研究。

唑可发挥氢键和范德华力等多种非共价键作用，进而与各个生物靶点结合，故将硝基咪唑与唑杂合可能会获得活性更高的候选物。Pretomanid-四氮唑杂合体11a～c, pretomanid-四氮唑-7-氯喹啉杂合体11d,e和pretomanid-四氮唑-6-甲氧基喹啉杂合体11f具有良好的抗MTB H37Rv活性，MIC为0.313～5μg/mL。SAR显示，6-甲氧基喹啉的引入(11f, MIC:5μg/mL)将导致活性的大幅降低。三个杂合体11b～d(MIC:0.313μg/mL)的抗MTB H37Rv活性与链霉素(MIC:0.27μg/mL)相当，而是卡那霉素(MIC:5.4μg/mL)的17.2倍。不仅如此，这三个杂合体(IC50:24.6～112.7μg/mL)对L6细胞的毒性较低，可作为先导物进一步优化。

图3 硝基咪唑杂合体6～12的化学结构

除以上所提及的硝基咪唑-唑杂合体外，其它一些杂合体如硝基咪唑-噻二唑杂合体12a,b(MIC:0.78μg/mL；利福平，MIC:0.5～1μg/mL)也显示出潜在的抗分枝杆菌活性，而剩余杂合体的活性则显著弱于对照药。

3 抗菌活性

革兰阳性菌和革兰阴性菌可引起各种疾病甚至死亡。尽管现有的抗生素对药敏型致病菌引起的感染已然有效，但耐药菌的不断涌现使得临床医生面临无药可选的窘境。更可怕的是，若任由耐药菌发展，至2050年将有上千万人因此丧命，可见研发新型抗生素的迫切性。硝基咪唑具有潜在的抗革兰阳性菌和革兰阴性菌活性，且甲硝唑和替硝唑已被用于治疗幽门螺旋杆菌引起的感染，显示出硝基咪唑类化合物在研发新型抗菌药领域的潜力。

据了解，山西拟投资380亿元，重点实施水污染防治、河流生态补水、河流源头保护、河湖水系综合整治、地下水超采治理和岩溶大泉保护及节约用水等“六大工程”，开展汾河流域生态保护与修复治理。山西今后将在汾河先行试点的基础上，进一步总结经验，逐步组建滹沱河、漳河、沁河等7个流域投资公司，形成“1+7+N”（1个省属水务企业，7个流域投资公司，N个区域公司）生态环境治理的市场化运作体系。

含有哌嗪结构单元的硝基咪唑衍生物13和14(图4)对革兰阴性菌大肠埃希菌和铜绿假单胞菌无活性，但绝大多数化合物对革兰阳性菌金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌显示出一定的活性。SAR显示，化合物14的活性普遍高于衍生物13(图3)，提示向哌嗪上引入苄基优于苯基。化合物15(MIC:≥17μg/mL)和16(MIC:3.7～＞200μg/mL)仅显示出弱到中等强度的抗菌活性，提示哌嗪基对高活性至关重要。对化合物13而言，供电子基优于吸电子基，且对位和邻位优于间位。对化合物14而言，与无取代衍生物相比，向R1和/或R2位引入卤素原子将导致活性的降低。其中，化合物13a～c(MIC:33～805ng/mL)和14a,b(MIC:3～593ng/mL)对革兰阳性菌的活性极高，代表物14a(MIC:11和3ng/mL)对金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌的活性是青霉素G(MIC:335和1024ng/mL)和氯霉素(MIC:78和178ng/mL)的＞7倍，值得深入研究。

左旋奥硝唑，奥硝唑的左旋异构体，已于2009年8月被国家食品药品监督管理总局(CFDA)批准用于治疗厌氧菌引起的感染。本品的代谢产物17a(MIC:0.25～1μg/mL)和17b(MIC:1～4μg/mL)对所测的34系列375株临床分离革兰阴性杆菌(181株)、革兰阴性球菌(11株)、革兰阳性杆菌(139株)和革兰阳性球菌(44株)具有良好的活性。其中，化合物17a的活性与左旋奥硝唑、甲硝唑、奥硝唑和dextrornidazole相当，可作为先导物进一步优化。

硝基咪唑-噻二唑杂合体18a～c(图5)在浓度为8μg/disc时对药敏型、耐药型和20株临床分离幽门螺旋杆菌的抑菌圈为20.9～50mm，活性高于甲硝唑(浓度为8μg/disc时的抑菌圈为18，11和16.3mm)。SAR显示，咪唑母核上的硝基对抗幽门螺旋杆菌活性至关重要，且R位为氨基或氯优于吡咯烷基、哌嗪基和巯基。向巯基引入其它基团如18d,e(浓度为8μg/disc时的抑菌圈为29.7～36mm)并不能显著的改善活性。杂合体18b(浓度为8μg/disc时的抑菌圈为50，48和34.2mm)对所测幽门螺旋杆菌的活性较高，且对药敏型和耐药型菌株的活性相当，提示该化合物具有治疗耐药幽门螺旋杆菌感染的潜力。

图4 硝基咪唑杂合体13～17的化学结构

硝基咪唑和噻二唑之间的连接子与抗菌活性息息相关，且以硫原子为连接子的杂合体19(MIC:4～32μg/mL)对金黄色葡萄球菌仅显示出较弱的活性，对枯草芽孢杆菌、肺炎克雷伯菌、大肠埃希菌和产气肠杆菌未显示出任何活性(MIC:＞64μg/mL)。将硫原子氧化成砜如20a,b(MIC:2～64μg/mL)可提高抗金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、枯草芽孢杆菌、肺炎克雷伯菌和大肠埃希菌活性，但二者均弱于诺氟沙星(MIC:0.13～1μg/mL)。

图5 硝基咪唑-唑/唑啉杂合体18～31的化学结构

硝基咪唑-1,3,4-噁二唑杂合体21(MIC:1.56～＞100μg/mL)和22(MIC:12.5～＞100μg/mL)的抗菌SAR研究结果表明，含有苯基的杂合体21优于相应的苄基衍生物22；芳环含有取代基的化合物活性更高，且供电子的甲基和甲氧基最优。其中，杂合体21h对革兰阳性菌(金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌)和革兰阴性菌(大肠埃希菌和铜绿假单胞菌)的MIC为1.56～3.12μg/mL，活性与卡那霉素(MIC:1.56～3.12μg/mL)相当或更优。硝基咪唑-1,3,4-噁二唑啉杂合体23(MIC:0.25～0.50μg/mL)具有良好的抗革兰阳性菌(金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌)、革兰阴性菌(大肠埃希菌和铜绿假单胞菌)和真菌(白色念珠菌)活性，其活性不亚于呋喃西林(MIC:0.25～0.50μg/mL)和氟康唑(MIC:0.25μg/mL)。SAR显示，R1和R2位的取代基对抗菌和抗真菌活性影响较小。硝基咪唑-1,3,4-噁二唑-2-硫酮杂合体24(MIC:184～2887μmol/L)具有潜在的抗金葡球菌和化脓性链球菌活性，且含有哌嗪结构片段的杂合体活性优于相应的苯基衍生物。其中，杂合体24a对金黄色葡萄球菌的MIC为184μmol/L，活性与环丙沙星(MIC:189μmol/L)相当。

硝基咪唑-噻二唑啉杂合体2 5(M I C:125～500μg/mL)和硝基咪唑-噻唑二酮杂合体26(MIC:31.25～500μg/mL)对大肠埃希菌、普通变形杆菌、产气肠杆菌、铜绿假单胞菌、鼠伤寒沙门菌、金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、白色念珠菌和红酵母显示出弱到中等强度的活性，但某些化合物对若干致病菌的活性与氯霉素(MIC:7.8～250μg/mL)相当。SAR显示，对杂合体25而言，R1和R2位的取代基对抗菌和抗真菌活性影响不大；对杂合体26而言，苯基优于呋喃和噻吩，但向苯基上无论引入吸电子基还是供电子基均对活性不利。其中，代表物26a抗表皮葡萄球菌的MIC为62.5μg/mL，活性是氯霉素(MIC:125μg/mL)的1倍。

5-硝基咪唑-2-噻唑亚胺-4-噻唑啉酮27a(MIC:0.19～0.78μg/mL)具有良好的抗革兰阳性菌(金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌和枯草芽孢杆菌)和革兰阴性菌(肺炎克雷伯菌)活性，但略弱于环丙沙星(MIC:0.006～0.19μg/mL)。向噻唑结构片段引入苯基(27b, MIC:≥50μg/mL)或取代苯基(27c, MIC:≥25μg/mL)将导致活性大幅下降，但可用5-硝基噻吩-2-基代替5-硝基咪唑，且5-硝基呋喃-2-基对活性更优。

硝基咪唑-咪唑[2,1-b]苯并噻唑杂合体28(MIC:1～＞512μg/mL)的抗金黄色葡萄球菌、耐甲氧西林金葡球菌(MRSA)、枯草芽孢杆菌、藤黄微球菌、大肠埃希菌DH52、大肠埃希菌JM109、痢疾杆菌、铜绿假单胞菌、变形杆菌和伤寒杆菌活性普遍优于其衍生物29(MIC:2～＞512μg/mL)，提示硝基所在的位置与抗菌活性息息相关。延长硝基咪唑和咪唑[2,1-b]苯并噻唑碳链长度或向R位引入乙基对活性不利。其中，以次丙基连接的杂合体28a(MIC:1～32μg/mL)的抗菌谱和抗菌活性优于对照药诺氟沙星(MIC:1～16μg/mL)和氯霉素(MIC:8～32μg/mL)，其对MRSA(MIC:2μg/mL)的活性是诺氟沙星和氯霉素(MIC:8和16μg/mL)的4和8倍。进一步研究显示，该杂合体可与促旋酶-DAN复合物通过氢键结合，进而与MRSA的DNA有效鳌合形成28a-DNA超分子复合物。

图6 硝基咪唑-噁唑烷酮杂合体32～35的化学结构

甲硝唑-三氮唑杂合体30对MRSA、大肠埃希菌、肺炎克雷伯菌、鲍曼不动杆菌和铜绿假单胞菌未显示出任何活性(MIC:＞32μg/mL)，但某些杂合体(MIC:0.25～8μg/mL)对包括耐药菌株在内的艰难梭菌和幽门螺杆菌和厌氧溶组织内阿米巴原虫和蓝氏贾第鞭毛虫显示出潜在的活性。不幸的是，这类杂合体与甲硝唑具有交叉耐药性。向R位引入疏水基团如苄基、取代苯基、吡啶和噻吩等可拓展抗厌氧菌活性谱，但极性基团如嘧啶、羧酸和甲胺基则会导致抗菌谱变窄或失活。硝基咪唑-吡唑杂合体31(MIC:3.12～＞50μg/mL)具有潜在的抗革兰阳性菌(金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌)和革兰阴性菌(大肠埃希菌和铜绿假单胞菌)活性，但弱于卡那霉素B(MIC:1.56～3.12μg/mL)。

噁唑烷酮类如利奈唑胺具有独特的抗菌作用机制，可与50S核糖体亚单位相结合，进而抑制细菌蛋白质的合成。这类药物对包括耐多药菌株在内的革兰阳性菌具有良好的活性，故将噁唑烷酮与硝基咪唑杂合可能会获得活性更高的候选物。硝基咪唑-噁唑烷酮杂合体32～34(图6，MIC:0.097～25μg/mL)对金黄色葡萄球菌ATCC 25923(耐氟喹诺酮和甲氧西林)、金黄色葡萄球菌ATCC70069(耐甲氧西林)、金黄色葡萄球菌ATCC 29213(耐甲氧西林和万古霉素)、肺炎克雷伯菌、蜡样芽孢杆菌和粪肠球菌具有良好的活性，某些化合物甚至优于利奈唑胺(MIC:0.78～3.12μg/mL)和万古霉素(MIC:0.39～6.25μg/mL)。SAR显示，硝基所在位置与活性密切相关，且4-硝基(33)＞5-硝基(32)＞2-硝基(34)。烷基连接的杂合体活性优于相应的乙酰基衍生物，且向R位引入羟基对活性不利。对杂合体32而言，短链连接子对活性有利，而对杂合体34而言，长链连接子更为有利。杂合体33a(MIC:0.39～0.78μg/mL)对所测所有菌株均显示出极高的活性，其对蜡样芽孢杆菌的活性与利奈唑胺相当，对金黄色葡萄球菌ATCC 25923、金黄色葡萄球菌ATCC70069、金黄色葡萄球菌ATCC 29213、肺炎克雷伯菌和粪肠球菌的活性是利奈唑胺的2～4倍，对金葡球菌ATCC70069和ATCC 29213的活性是万古霉素的8和2倍。此外，该杂合体对哺乳动物细胞L929未显示出任何毒性，值得进一步研究。

图7 硝基咪唑-喹诺酮杂合体36～40的化学结构

向硝基咪唑和噁唑烷酮之间引入噻二唑可极大的提高抗菌活性，如杂合体35(MIC:0.006～0.781μg/mL)对革兰阳性菌(金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、华纳葡萄球菌、缓慢葡萄球菌、木糖葡萄球菌、腐生葡萄球菌、藤黄微球菌、谷氨酸棒状杆菌、枯草芽孢杆菌、MRSA 3、MRSA 5和MRSA 17)和革兰阴性菌(肺炎克雷伯菌)的活性极高，对大多数致病菌的活性是对照药利奈唑胺(MIC:0.391～6.25μg/mL)和环丙沙星(MIC:0.003～0.781μg/mL)的2～128倍，且对正常小鼠成纤维细胞NIH/3T3(IC50:＞200μg/mL)未显示出任何毒性，值得深入研究。

喹诺酮类化合物如环丙沙星、吉米沙星和莫西沙星等具有广谱抗菌活性，是临床上应用最为广泛的抗生素之一。显然，将硝基咪唑与喹诺酮杂合也是获得新型抗菌药候选物的有效途径。依诺沙星/诺氟沙星/环丙沙星-硝基咪唑杂合体36a～c(图7，ED50:2.56～3.88mg/kg)及其甲酯/乙酯衍生物36d～i(ED50:3.50～13.2mg/kg)在大肠埃希菌感染的小鼠模型中显示出良好的体内活性，且酸36a～c优于相应的酯36d～i，提示羧基对高活性至关重要。所有含羧基杂合体36a～c的体内活性均高于相应的母药依诺沙星、诺氟沙星和环丙沙星(ED50:4.22，5.6和4.53mg/kg)，提示向氟喹诺酮引入硝基咪唑可提高活性。

2-羟基-3-(硝基咪唑)次丙基-氟喹诺酮杂合体37～39(MIC:0.03～＞32μg/mL)对表皮葡萄球菌、金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌、藤黄微球菌、大肠埃希菌、肺炎克雷伯菌、变形杆菌、铜绿假单胞菌、肠道沙门菌、甲氧西林敏感性表葡球菌(MSSE)、耐甲氧西林型表葡球菌(MRSE)、甲氧西林敏感性金葡球菌(MSSA)和MRSA具有潜在的活性。SAR研究显示，向氟喹诺酮的C-8位引入甲氧基可提高抗菌活性，且萘啶酮衍生物优于相应的喹诺酮衍生物。2-氯-4-硝基咪唑杂合体37的抗菌活性与相应的2-甲基-5-硝基咪唑衍生物38相当，提示硝基的位置对此类化合物的抗菌活性影响较小。(R)-光学异构体39的抗菌活性与消旋体38大相径庭，提示次丙基2号位羟基的手性与活性息息相关。对N-1位(R)而言，环丙基优于乙基。氟喹诺酮母核对抗菌活性有显著影响，且莫西沙星(连接子b)＞巴罗沙星(连接子d)＞加替沙星(连接子a)。其中，代表物莫西沙星杂合体39a(MIC:0.03～2μg/mL)对表皮葡萄球菌、金黄色葡萄球菌、MSSE、MRSE、MSSA和MRSA的活性与加替沙星(MIC:0.06～16μg/mL)相当或更优。而克林沙星杂合体38a(MIC:0.25～0.5μg/mL)对革兰阳性菌(金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌、藤黄微球菌和MRSA)和革兰阴性菌(变形杆菌、铜绿假单胞菌和肠道沙门菌)的活性是氯霉素、诺氟沙星、环丙沙星和克林沙星(MIC:0.5～32μg/mL)的2～128倍。进一步研究显示，该杂合体也具有良好的抗真菌(产蛋白假丝酵母、黄曲霉、白色念珠菌和假丝酵母)活性，且对产蛋白假丝酵母、黄曲霉、白色念珠菌和假丝酵母的活性(MIC:2～16μg/mL)比氟康唑高2～64倍。作用机制研究结果表明，该杂合体可通过二价铜离子(Cu2+)和铜绿假单胞菌DNA鳌合形成稳定的38a-Cu2+-DNA三元复合物，抑制DNA复制，进而诱导细菌凋亡。

噻二唑连接的硝基咪唑-左氧氟沙星/诺氟沙星/环丙沙星/依诺沙星/加替沙星杂合体40(图7)对所测绝大多数革兰阴性菌(MIC:0.25～＞64μg/mL)和所有阳性菌(MIC:0.008～4μg/mL)具有潜在的活性。其中，代表物硝基咪唑-噻二唑-环丙沙星杂合体40c(MIC:0.008～0.015μg/mL)对所测金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌和枯草芽孢杆菌等革兰阳性菌的活性极高，其对枯草芽孢杆菌的活性与环丙沙星(MIC:0.008μg/mL)相当，对金葡球菌和表葡球菌的活性是环丙沙星(MIC:0.25和0.5μg/mL)的32～64倍。

硝基咪唑-呋咱杂合体41和42(图8)对所测的14株临床分离幽门螺杆菌(包括5株耐甲硝唑分离株)和标准菌株NCTC 11637的MIC90为0.5～＞32μg/mL。总体而言，杂合体41(MIC90:1～4μg/mL)的活性优于衍生物42(MIC90:0.5～32μg/mL)，提示醚连接子优于胺连接子。杂合体42f对所测所有幽门螺杆菌具有优秀的活性，MIC为0.031～5μg/mL (平均MIC90:0.5μg/mL)，对耐甲硝唑分离株的MIC为0.25～1μg/mL(平均MIC90:1μg/mL)，活性是甲硝唑(平均MIC90:＞32μg/mL)的＞32倍。

图8 硝基咪唑-喹诺酮杂合体41～48的化学结构

硝基咪唑- 喹唑酮杂合体43(MIC :0.02～0.10μmol/L)和44(MIC:0.02～＞1.69μmol/L)具有潜在的抗菌(革兰阳性菌：金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌、藤黄微球菌和MRSA；革兰阴性菌：大肠埃希菌、变形杆菌和伤寒沙门菌)和抗真菌(产蛋白假丝酵母、黄曲霉、白色念珠菌和假丝酵母)活性。SAR显示，碳链的长度和R位的取代基对活性影响较小，但硝基必不可少。杂合体43的抗革兰阳性菌和革兰阴性菌活性不亚于诺氟沙星(MIC:0.01～0.05μmol/L)和氯霉素(MIC:0.02～0.10μmol/L)，值得进一步研究。

硝基咪唑-磺酰胺杂合体45a,b仅显示出弱到中等强度的抗革兰阳性菌(金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌、藤黄微球菌和MRSA)和阴性菌(大肠埃希菌、铜绿假单胞菌、变形杆菌和伤寒沙门菌)，且杂合体45b(MIC:16～64μg/mL)的活性优于45a(MIC:64～128μg/mL)，提示乙酰基的引入对活性有利。某些硝基咪唑-砜杂合体也具有潜在的活性，且代表物46(浓度为2.5μg/disc的抑菌圈为13.5～24.5mm)对所测所有艰难梭菌R20291、ATCC 43603、630和VPI 10463的活性优于甲硝唑(浓度为2.5μg/disc的抑菌圈为9～22mm)。

硝基咪唑-苯并呋喃酮47(MIC:＞100μg/mL)对金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、临床分离 MRSA、枯草芽孢杆菌和肺炎克雷伯菌未显示出任何活性，但大多数位置异构体48(MIC:0.2～12.5μg/mL)则对所测菌株具有良好的活性。SAR表明，与无取代杂合体相比，供电子基如甲基和甲氧基可提高活性，而吸电子基卤素和硝基则对活性不利。其中，杂合体48a,b(MIC:0.2～0.78μg/mL)的抗菌活性最高，对MRSA临床分离株、枯草芽孢杆菌和肺炎克雷伯菌的活性是阿莫西林(MIC:12.5～＞100μg/mL)的16～＞500倍。

萘酰亚胺可与DNA或酶等通过多种非共价键作用如π-π共轭、鳌合氢键、疏水作用和范德华力等结合，故这类化合物对药敏型和耐药型致病菌具有潜在的活性。硝基咪唑-萘酰亚胺杂合体49(MIC:69～1140μmol/L)和50(MIC:13～1020μmol/L)显示出弱到中等强度的抗革兰阳性菌(表皮葡萄球菌、金黄色葡萄球菌ATCC29213、金黄色葡萄球菌ATCC25923和MRSA)和阴性菌(铜绿假单胞菌、铜绿假单胞菌ATCC27853、鲍曼不动杆菌、大肠埃希菌、大肠埃希菌ATCC25922和肺炎克雷伯菌)活性，且普遍弱于克林沙星(MIC:5～88μmol/L)。杂合体50的活性优于衍生物49，提示哌嗪的引入对活性有利。代表物50e(MIC:13～210μmol/L)具有广谱抗菌活性，且对大多数菌株的活性不亚于克林沙星。值得一提的是，该杂合体(MIC:13μmol/L)对耐药鲍曼不动杆菌具有快速杀灭活性，且不会诱发耐药性，与氯霉素、诺氟沙星或克林沙星联合使用则具有协同作用。进一步研究显示，杂合体50e(图9)不仅可有效渗透耐药鲍曼不动杆菌的细胞膜，而且与耐药鲍曼不动杆菌形成50e-DNA复合物，具有治疗耐药菌感染的潜力。

图9 硝基咪唑-喹诺酮杂合体49～53的化学结构

小檗碱-硝基咪唑杂合体51(MIC:3～1021μmol/L)也具有相似的抗革兰阳性菌(表皮葡萄球菌、金黄色葡萄球菌ATCC29213、金黄色葡萄球菌ATCC25923和MRSA)和革兰阴性菌(铜绿假单胞菌、铜绿假单胞菌ATCC27853、鲍曼不动杆菌、大肠埃希菌、大肠埃希菌ATCC25922和肺炎克雷伯菌)活性，且活性与小檗碱(MIC:11～688μmol/L)和诺氟沙星(MIC:13～1603μmol/L)相当。其中，化合物51p不仅对耐药大肠埃希菌的MIC低至3μmol/L，是诺氟沙星(MIC:100μmol/L)的33倍，而且对RAW 264.7细胞系的毒性较低且产生耐药性的几率低。作用机制研究结果表明，该杂合体也可有效的渗透大肠埃希菌的细胞膜，与耐药大肠埃希菌的DNA鳌合形成51p-DNA复合物，抑制DNA复制，进而达到杀灭致病菌之功效。

绝大多数硝基咪唑-靛红杂合体52对MSSA、MRSA、大肠埃希菌、铜绿假单胞菌和耐万古霉素肠球菌(VRE)无任何活性，但化合物52a(MIC:0.0625～4μmol/L)对这些药敏型和耐药型致病菌这显示出良好的活性，提示硝基的引入可提高抗菌活性、拓展抗菌谱。硝基咪唑-吲哚杂合体53(MIC:0.41～1.61μmol/L)的抗革兰阳性菌(表皮葡萄球菌、金黄色葡萄球菌ATCC29213、金黄色葡萄球菌ATCC25923和MRSA)和阴性菌(铜绿假单胞菌、铜绿假单胞菌ATCC27853、大肠埃希菌、大肠埃希菌ATCC25922和肺炎克雷伯菌)活性不亚于诺氟沙星(MIC:0.025-1.60μmol/L)，但将羟基氧化为酮时活性大幅下降。

某些硝基咪唑-金属离子螯合物也显示出一定程度的抗菌活性，但绝大多数活性弱于对照药。尽管如此，这类研究丰富了SAR，为进一步合理设计提供了理论基础。

4 结论

每年上百万人死于由分枝杆菌、革兰阳性菌和革兰阴性菌引起的感染，故这类细菌感染给各国医疗系统造成了沉重的负担。抗生素对于细菌感染的治疗至关重要，然而细菌已对几乎所有抗生素产生了不同程度的耐药性。更为严峻的是，目前在临床评价中的对耐药菌有效的候选物屈指可数。因此，亟需开发对耐药菌有效的新型抗生素。

某些硝基咪唑衍生物如德拉马尼和pretomanid等对包括耐药菌在内的多种致病菌具有良好的活性，目前已被用于临床或正处于临床评价阶段，为临床医师提供了更多选择。本文综述了近年来硝基咪唑类化合物在抗菌和抗TB领域的最新研究进展，并探讨了SAR，为进一步研究提供理论基础。