抗菌药物研究新进展Sci Transl Med: 胍基脂糖肽类抗生素可用于治疗多药耐药型革兰氏阳性菌感染

革兰氏阳性菌可引起严重感染，被认为是目前急需解决的临床问题之一。耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（Methicillin-Resistant Staphylococcus aureus，MRSA）、耐万古霉素肠球菌（Vancomycin Resistantenterococcus，VRE）等多重耐药性细菌的出现使社区和医院获得性感染日益增多，进而导致发病率和死亡率上升。为应对这一问题，新型糖肽类抗生素的开发成为研究的重点。

近日，荷兰莱顿大学的Nathaniel I. Martin研究团队在Sci Transl Med.发表了题为Semisynthetic guanidino lipoglycopeptides with potent in vitro and in vivo antibacterial activity的研究性论文，报道了一种新型的半合成万古霉素衍生物——胍基脂糖肽，对多种革兰氏阳性菌具有良好的体内外活性和较低的耐药性，且安全性良好，有望作为治疗临床多药耐药革兰氏阳性菌感染的候选药物进行进一步开发。

研究人员制备合成了包含多种脂肪族尾部的胍肽EVG6至EVG20，并采用肉汤稀释法测定其抗菌活性。结果显示，大多数化合物对革兰氏阳性菌表现出强大的抗菌效果，其活性显著优于万古霉素及其他临床使用的糖肽类抗生素。尤其是对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）、万古霉素中介金黄色葡萄球菌（VISA）以及耐万古霉素肠球菌（VRE）具有极高的抗菌活性，最有效的化合物对VISA的活性比万古霉素高出1000倍以上，对VRE的活性更是高达16000倍。此外，这些化合物对MRSA、VISA、VRSA和VRE等多种菌株的抗菌活性均优于万古霉素，并且表现出与目前临床使用的最强效糖肽类抗生素相当或更优的抗菌效果。与所有临床使用的糖肽类抗生素类似，这些化合物对革兰氏阴性菌无效。

构效关系结果表明，具有7至9个碳原子的直链脂肪族尾基的化合物（如EVG7到EVG9）对MRSA、VISA和vanB型VRE具有更强的抗菌活性；具有较长脂肪族尾基的化合物（如EVG10和EVG11）对VanA型VRSA和VRE效果更佳；当脂肪族尾基进一步延长时，化合物（如EVG12）抗菌活性明显下降；引入较短的脂肪族尾基（如EVG6）会导致化合物对万古霉素耐药菌的活性降低；具有双脂肪族尾基的化合物（如EVG14）在部分情况下比单脂肪族尾基的化合物更为有效；具有分支、不饱和、芳香、金刚烷尾基的化合物（如EVG16到EVG20）也表现出高效抗菌活性，尤其是对万古霉素耐药菌。

图1：胍基脂糖肽类化合物的结构

与临床使用的脂糖肽类抗生素不同的是，胍基脂糖肽类化合物在血清中的抗菌活性变化较小。在溶血性方面，大多数胍基脂糖肽类化合物仅在高浓度下表现出较低的溶血活性，脂肪链较短的化合物则几乎不引起溶血。

图2：胍基脂糖肽类化合物的体外抗菌活性和溶血性

对EVG7和EVG18的进一步评价发现，它们对耐药菌株VRE和MRSA具有缓慢但有效的杀菌作用。特别是EVG7，相较于临床使用的抗生素，它在较低浓度下即表现出更强的杀菌效果，其药效显著优于万古霉素。此外，EVG7在诱导耐药性方面风险较低，在高浓度下对VanA型VRE和MRSA几乎不产生耐药性。在抑制和清除金黄色葡萄球菌生物膜方面，EVG7的抗生物膜作用明显优于达巴万星和奥利万星。

图3：胍基脂糖肽类化合物的体外药效学特征

接着，研究人员探讨了胍基脂糖肽类抗生素的作用机制。结果显示，EVG7能够引起细胞壁前体的积累，并导致细胞膜严重损伤和细胞裂解。与其他抗生素相比，EVG7对膜电位的影响较小，显示出更强的细胞膜破坏能力。总的来说，EVG7通过干扰细胞壁合成和引发膜损伤来实现杀菌效果。脂质II结合研究表明，EVG7通过与细菌细胞壁前体脂质II结合来干扰细胞壁的生物合成。与万古霉素相比，EVG7显示出更高的脂质II结合亲和力，对含有d-Ala-d-Lac突变的脂质II，EVG7仍然能够与之有效结合。此外，EVG7能够诱导细胞壁应激反应，这一应激反应可以通过外源脂质II拮抗，这进一步证实了EVG7的作用机制。

图4：胍基脂糖肽类化合物干扰细菌细胞壁生物合成和膜完整性

图5：胍基脂糖肽类化合物的作用机制

在小鼠MRSA大腿感染模型中，EVG7展现出了显著的剂量依赖性杀菌效果，在最低剂量（3 mg/kg SC）下即能减少接近6 log的细菌量，明显优于万古霉素，EVG7的静脉注射效力与皮下注射相似。在在小鼠败血症存活实验中，EVG7在不同剂量下均显示出比万古霉素更好的存活率。EVG7在器官特异性感染模型中也表现出显著的抗菌效果，尤其在脾脏和肾脏中相较于万古霉素表现出更强的抑菌能力。

图6：胍基脂糖肽类化合物的体内药效

体外毒性测试结果显示，EVG7在100 μM浓度下对HepG2和HEK 293细胞无毒性作用。Ames突变试验和微核试验表明，EVG7无突变性或遗传毒性。二级药理学测试发现EVG7对中枢神经系统靶标有作用，但对hERG心脏钾通道的抑制作用较低，对心脏毒性风险影响不大。EVG7对CYP450酶的抑制作用轻微，仅对CYP2D6有轻度抑制。此外，EVG7表现出高血浆稳定性和高血浆蛋白结合率。在大鼠体内毒性研究中，EVG7在最大剂量30 mg/kg下未引起显著的体重变化或严重的肾脏损害，仅有轻微的肾小管坏死。

总体而言，本研究报告了胍基脂糖肽类抗生素的发现，胍基脂肪族基团的引入促进了化合物与细胞壁前体脂质II的结合，从而产生了更强的抗菌活性。与第二代万古霉素衍生物相比，胍基脂糖肽类抗生素对哺乳动物细胞的毒性更小，对金黄色葡萄球菌感染和败血症的治疗效果更佳，有望作为治疗临床多药耐药革兰氏阳性菌感染的候选药物进行进一步开发。（生物谷Bioon.com）

参考文献：

van Groesen E, Mons E, Kotsogianni I, et al. Semisynthetic guanidino lipoglycopeptides with potent in vitro and in vivo antibacterial activity. Sci Transl Med. 2024;16(759):eabo4736. doi:10.1126/scitranslmed.abo4736