郭 琦 郭澤莉 吳文玉 孫 寧

1 中山大學(xué)中山眼科中心，眼科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東省眼科視覺科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(廣州 510060)

2 廣州市第一人民醫(yī)院/華南理工大學(xué)附屬第二醫(yī)院(廣州 510180)

細(xì)菌的耐藥性問題被認(rèn)為是當(dāng)今所面臨的最大科學(xué)挑戰(zhàn)之一。例如耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(methicillin-resistant Staphylococcus aureus,MRSA)、多重耐藥金黃色葡萄球菌、耐萬古霉素腸球菌和多粘菌素耐藥大腸桿菌等新型耐藥菌的出現(xiàn)，嚴(yán)重降低了臨床上常用的抗菌藥物的療效，曾經(jīng)被普遍用來治療常見的腸道與尿道感染、肺炎、新生兒感染以及淋病的抗菌藥物，因?yàn)榧?xì)菌對(duì)抗生素產(chǎn)生的超強(qiáng)抵抗力，已經(jīng)逐步失去抑制耐藥菌生長繁殖的能力，進(jìn)而導(dǎo)致耐藥菌感染患者的死亡率逐年增加，威脅人類的健康。另一個(gè)令人擔(dān)憂的問題是新型抗生素的研發(fā)相對(duì)滯后。美國食品藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)上市的新抗生素藥物近年來一直在減少, 從1962年起到現(xiàn)在, 只有3個(gè)新型抗生素藥物(利奈唑胺、達(dá)托霉素和Retapamulin) 獲批[1]。預(yù)計(jì)到2050年，全球因抗生素耐藥性感染而死亡的人數(shù)估計(jì)將從2014年的70 萬上升至1 000萬，由此累計(jì)的醫(yī)療和生產(chǎn)力成本將達(dá)到100萬億美元[2]。鑒于耐藥細(xì)菌對(duì)人類健康的威脅和臨床用藥選擇范圍的相對(duì)縮小，研發(fā)新作用機(jī)制和新化學(xué)結(jié)構(gòu)的新一代抗菌藥物，有效地殺死耐藥細(xì)菌是解決這一全球性危機(jī)的重要舉措。

近幾年來，細(xì)菌的細(xì)胞分裂發(fā)生機(jī)制成為科研單位和藥物企業(yè)研發(fā)新型抗生素的新方向。在目前已明確有效的靶點(diǎn)中，細(xì)胞分裂溫度敏感突變體Z(filamenting temperature-sensitive mutant Z, FtsZ)是最具開發(fā)潛力和研究最為深入詳細(xì)的作用靶點(diǎn)之一[3]。有關(guān)FtsZ蛋白的結(jié)構(gòu)與功能研究揭示，它存在于絕大多數(shù)細(xì)菌中，具有高度的保守性，是介導(dǎo)細(xì)菌細(xì)胞分裂的關(guān)鍵蛋白。當(dāng)其生物活性受到抑制時(shí)，細(xì)菌的細(xì)胞分裂將受到影響，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)菌的生長繁殖被抑制。2008 年，英國Prolysis制藥公司在Science上發(fā)表了能有效抑制MRSA生長繁殖的FtsZ蛋白抑制劑PC190723[4]。2012年，Merck制藥公司在ScienceTranslationalMedicine雜志上詳細(xì)闡述了該化合物的作用機(jī)制，并揭示了其與甲氧苯青霉素聯(lián)合對(duì)抗MRSA的協(xié)同作用。目前，基于這一化合物的衍生物仍在進(jìn)行前期的臨床研究，有望開發(fā)成為新的抗菌藥物。隨著FtsZ蛋白在細(xì)菌分裂中的功能和作用機(jī)制的深入研究，越來越多生物醫(yī)藥研究者和藥物開發(fā)公司，開始針對(duì)FtsZ蛋白著力開發(fā)新一代的抗菌藥物。

1 FtsZ蛋白的結(jié)構(gòu)和功能

FtsZ蛋白是細(xì)菌分裂增殖過程所必需的功能性蛋白，它存在于絕大部分原核生物中[5]。FtsZ蛋白的分子量約為40.3 kDa，許多FtsZ蛋白的高分辨的X單晶衍射晶體結(jié)構(gòu)揭示了其具有兩個(gè)結(jié)構(gòu)域組成的保守結(jié)構(gòu)(圖1)[5]。N 端為核苷結(jié)合區(qū)(GTP結(jié)合位點(diǎn))，而C端包含一個(gè)柔性很強(qiáng)的環(huán)(T7 loop)，這兩個(gè)結(jié)構(gòu)域由結(jié)構(gòu)中央的H7 螺旋分隔開，由H5螺旋連接，形成小分子結(jié)合口袋(主要氨基酸有G193、G196、N263)。研究表明，F(xiàn)tsZ 以頭接尾的模式聚合，一個(gè)單體的T7環(huán)會(huì)插入另一個(gè)單體的GTP結(jié)合位點(diǎn)，此時(shí)催化殘基得以靠近γ-磷酸，從而催化GTP的水解[6]。

圖1 FtsZ蛋白結(jié)構(gòu)示意圖

FtsZ蛋白的結(jié)構(gòu)和功能角色與真核細(xì)胞的微管蛋白類似，具有一定的同源性，但是，微管蛋白的C端結(jié)構(gòu)域更大。通過比較FtsZ蛋白與α-和β-微管蛋白的二維晶體結(jié)構(gòu)，可以看出FtsZ蛋白和β-微管蛋白的GTP結(jié)合位點(diǎn)和C端在結(jié)構(gòu)上有很強(qiáng)的相似性，所以FtsZ蛋白也被認(rèn)為是微管蛋白的類似物。但兩者在蛋白質(zhì)氨基酸序列上只有7%的相似性，在核苷酸結(jié)合方式上也有很大不同。此外，微管蛋白是由α和β異二聚體組成，具有明顯的極性，而FtsZ蛋白聚合物只由一個(gè)個(gè)FtsZ單體構(gòu)成[3]。這些結(jié)構(gòu)上的差異，為開發(fā)靶向FtsZ蛋白卻又對(duì)微管蛋白無影響的藥物提供了有效的條件。

細(xì)菌細(xì)胞的分裂是一個(gè)由多蛋白參與調(diào)控的復(fù)雜生物學(xué)過程，F(xiàn)tsZ蛋白在這一過程中起著至關(guān)重要的作用。在細(xì)菌啟動(dòng)細(xì)胞分裂時(shí)，F(xiàn)tsZ蛋白是第一個(gè)遷移到分裂位點(diǎn)的蛋白，通過GTP供能條件下首尾相接形成單條直鏈原絲蛋白，然后直鏈原絲蛋白平行相接形成FtsZ蛋白束，最后在細(xì)胞中部圍繞細(xì)胞形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)者稱這一過程為FtsZ蛋白的動(dòng)態(tài)聚合，稱這個(gè)環(huán)狀結(jié)構(gòu)為Z環(huán)。Z環(huán)形成后，會(huì)進(jìn)一步招募其他細(xì)胞分裂蛋白(FtsA、ZipA、ZapA等)，通過蛋白-蛋白直接或間接作用形成細(xì)胞間隔膜。在FtsZ蛋白水解GTP提供的能量驅(qū)動(dòng)下，Z環(huán)不斷向內(nèi)收縮，母體細(xì)胞進(jìn)而一分為二成為兩個(gè)子細(xì)胞(圖2)[3,7]。這些發(fā)現(xiàn)為進(jìn)一步研究FtsZ蛋白動(dòng)態(tài)聚合的詳細(xì)機(jī)制和基于蛋白結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計(jì)提供了可能。FtsZ 蛋白的動(dòng)態(tài)聚合對(duì)Z 環(huán)的形成起著至關(guān)重要的調(diào)控作用。當(dāng)FtsZ 蛋白的動(dòng)態(tài)聚合或GTP 水解活性受到抑制時(shí)，Z 環(huán)將無法形成或無法保留其完整功能，即使細(xì)菌的DNA 復(fù)制和蛋白質(zhì)合成等功能均運(yùn)轉(zhuǎn)正常，但細(xì)菌在此狀態(tài)下只能形成狹長絲狀(桿狀細(xì)菌)或肥大球狀(球狀細(xì)菌)的形態(tài)，無法進(jìn)行增殖分裂，從而導(dǎo)致細(xì)菌的死亡[3]。

圖2 細(xì)菌分裂增殖示意圖

2 FtsZ蛋白抑制劑

隨著對(duì)FtsZ蛋白的研究不斷深入，醫(yī)藥研究者對(duì)其生物學(xué)功能的認(rèn)識(shí)不斷加深，開發(fā)靶向FtsZ蛋白的抗菌先導(dǎo)化合物也越來越受到研究者們的重視。目前，已有一些國內(nèi)外研究團(tuán)隊(duì)在開展FtsZ蛋白抑制劑的研究，從現(xiàn)有的研究報(bào)道可以看出，當(dāng)前FtsZ蛋白抑制劑主要包括天然產(chǎn)物及其衍生物和合成類抑制劑。

2.1 天然產(chǎn)物及其衍生物

2.1.1 黃連素及其衍生物 黃連素(圖3)是一種常見的天然生物堿， 2008年，Dasgupta團(tuán)隊(duì)的研究發(fā)現(xiàn)黃連素可能是通過抑制FtsZ蛋白的GTP酶活性(IC50=16 μmol)和動(dòng)態(tài)聚合(IC50=10 μmol)，起到抑制細(xì)菌生長的活性。分子模擬研究表明，黃連素的結(jié)合部位與大腸桿菌FtsZ蛋白中的GTP結(jié)合口袋相重疊[8]。Sun等人[9]通過基于FtsZ蛋白結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，合成了一些9-苯氧基烷基黃連素的衍生物，分子對(duì)接的結(jié)果顯示，這些衍生物的結(jié)合位點(diǎn)位于金黃色葡萄球菌FtsZ蛋白的C-末端結(jié)構(gòu)域間隙。這類化合物具有較強(qiáng)的抗革蘭氏陽性菌的活性，對(duì)MRSA和VRE的最低抑菌濃度(minimum inhibitory concentration,MIC)值分別為2～8 μg/mL和4～16 μg/mL。此外，這些化合物對(duì)革蘭氏陰性桿菌也表現(xiàn)出中等的抗菌活性，如大腸桿菌，其MIC值為32～128 μg/mL。在這些衍生物中，化合物2(圖3)具有最強(qiáng)的抗菌活性，對(duì)MRSA和VRE的MIC值分別為2和4 μg/mL。此外，它還能抑制FtsZ蛋白的聚合和GTP酶的水解活性(IC50=38 μg/mL)。透射電子顯微鏡圖像顯示，該化合物能顯著減小FtsZ聚合物的尺寸和厚度。

圖3 部分天然產(chǎn)物及其衍生物來源的FtsZ抑制劑化學(xué)結(jié)構(gòu)

2.1.2 肉桂醛及其衍生物 肉桂醛(圖3)是一種從肉桂樹皮中提取的天然芳香化合物。它能夠抑制大腸桿菌FtsZ蛋白的GTP酶活性和動(dòng)態(tài)聚合聚合，IC50值分別為5.81 μmol和6.86 μmol。分子模擬結(jié)果和STD-核磁共振的檢測結(jié)果表明，肉桂醛結(jié)合在FtsZ蛋白的C-末端區(qū)域T7環(huán)周圍的結(jié)合口袋中[10]。基于這個(gè)結(jié)果，Ma和他的同事合成了一系列肉桂醛衍生物，并測試了它們對(duì)革蘭氏陽性和陰性細(xì)菌的抗菌活性。其中部分化合物能夠抑制金黃色葡萄球菌ATCC25923的細(xì)胞分裂，作用濃度為0.25～4 μg/mL。其中含有2-甲基苯并咪唑和2，4-二氯苯基基團(tuán)的化合物具有最強(qiáng)的活性 (化合物4)。生物活性測試的結(jié)果表明，這些化合物能夠劑量依賴地抑制金黃色葡萄球菌FtsZ的聚合和GTP酶活性[11]。

2.1.3 Chrysophaentins Chrysophaentins A-H是Bewley等人從海洋大黃藻中分離得到的新的抗菌天然產(chǎn)物。這類化合物對(duì)幾種革蘭氏陽性細(xì)菌株都有很強(qiáng)的抗菌作用。其中，Chrysophaentins A(圖3)對(duì)多種耐藥菌均顯示出很強(qiáng)的抗菌活性。例如，該化合物對(duì)MRSA和肺炎鏈球菌的MIC值分別為1.5 μg/mL和2.9 μg/mL。此外，它對(duì)大腸桿菌FtsZ蛋白的GTP酶有抑制作用，其IC50值為6.7 μg/mL，并能抑制FtsZ的動(dòng)態(tài)聚合。進(jìn)一步的GTPγS競爭性STD-核磁共振實(shí)驗(yàn)證明，該化合物能競爭性地結(jié)合在FtsZ蛋白的GTP結(jié)合位點(diǎn)[12]?；谶@些結(jié)果，Bewley等人[13]合成改造了這類化合物，在GTP酶活性測定中，新化合物6對(duì)金黃色葡萄球菌FtsZ和大腸桿菌FtsZ的GTP酶活性均有抑制作用，IC50值分別為(38±9) μmol和(37±7)μmol。熒光靶向性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，化合物6的結(jié)合位點(diǎn)也是FtsZ蛋白的核苷酸結(jié)合位點(diǎn)。

2.1.4 Viriditoxin Viriditoxin(圖3)來源于綠垂曲霉。它能有效抑制大腸桿菌FtsZ蛋白的GTP酶活性和動(dòng)態(tài)聚合，IC50值分別為7.0 μg/mL和8.2 μg/mL。對(duì)細(xì)菌形態(tài)的測定結(jié)果表明，該化合物能引起枯草桿菌的延長。此外，該化合物對(duì)許多耐藥革蘭氏陽性病原菌，如金黃色葡萄球菌(MIC值為4～8 μg/mL)、糞腸球菌和屎腸球菌(MIC值為2～16 μg/mL)均顯示出較強(qiáng)的抗菌作用。此外，在細(xì)菌細(xì)胞中誘導(dǎo)FtsZ蛋白的高表達(dá)可以引起該化合物MIC值的升高，這表明在細(xì)菌菌株中，Viriditoxin具有靶向FtsZ的體內(nèi)靶向性[14]。

除了以上所述的天然產(chǎn)物類抑制劑，還有姜黃素(圖3)、秋水仙堿、白藜蘆醇、紫杉烷及其衍生物等，這些天然產(chǎn)物都能夠作用于FtsZ 蛋白，對(duì)FtsZ 抑制劑的研究工作有一定的指導(dǎo)意義[3]。

2.2 合成類FtsZ蛋白抑制劑

2.2.1 苯甲酰胺類衍生物 3-甲氧基苯甲酰胺(3-mercaptobutanoic acid，3-MBA)(圖4)因?yàn)槟茱@著抑制枯草芽孢桿菌的細(xì)菌分裂而被發(fā)現(xiàn)能在細(xì)菌體內(nèi)靶向FtsZ蛋白[15]。鑒于3-MBA的低分子質(zhì)量、良好的水溶性等優(yōu)點(diǎn)，Czaplewski等人在500多個(gè)3-MBA衍生物的分子庫中發(fā)現(xiàn)了化合物PC190723(10)。PC190723對(duì)枯草芽孢桿菌、MRSA、多藥耐藥金黃色葡萄球菌等革蘭氏陽性菌均有很強(qiáng)的抗菌活性。MIC值低至1 μg/mL。PC190723對(duì)金黃色葡萄球菌FtsZ蛋白的GTP酶活性具有劑量依賴性抑制作用，IC50值為55 ng/mL。細(xì)胞形態(tài)研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)PC190723處理的桿狀枯草芽孢桿菌的長度顯著變長，而球形金黃色葡萄球菌的體積顯著增大。表明細(xì)菌的細(xì)胞分裂受到明顯的抑制。此外，研究還發(fā)現(xiàn)PC190723能干擾枯草芽孢桿菌細(xì)胞內(nèi)Z環(huán)的形成。分子對(duì)接研究表明，PC190723結(jié)合在C末端和H7螺旋之間的結(jié)構(gòu)域間隙上[4]。Andreu等人[16]發(fā)現(xiàn)，PC190723通過誘導(dǎo)和穩(wěn)定FtsZ聚合物形成直束和條帶，抑制了枯草芽孢桿菌FtsZ蛋白的GTP酶活性。Lumb等人通過FtsZ蛋白與PC190723的共晶體分析發(fā)現(xiàn)，PC190723結(jié)合在FtsZ蛋白的C末端結(jié)構(gòu)域，并能穩(wěn)定FtsZ的聚合形態(tài)，這一發(fā)現(xiàn)也驗(yàn)證Andreu等人的結(jié)論[17]。在后續(xù)的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，PC190723的藥代動(dòng)力學(xué)特征不甚理想，限制了它的進(jìn)一步應(yīng)用。Kate等人[18]在該化合物的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改造出具有更好的代謝穩(wěn)定性、藥代動(dòng)力學(xué)特性和抗菌功效的類似物TXA436、TXA707 和TXA709 (圖4)。目前TXA709 正處于臨床試驗(yàn)階段，已經(jīng)完成了首次人體Ⅰ期臨床試驗(yàn)，并在2016 年9月被美國食品和藥物管理局指定為合格傳染病產(chǎn)品；后續(xù)將加入額外的I 期人類安全臨床試驗(yàn)，與臨床抗生素聯(lián)用進(jìn)行耐甲氧西林金黃色葡萄球菌感染的治療。

圖4 部分苯甲酰胺類FtsZ抑制劑化學(xué)結(jié)構(gòu)

2.2.2 芳烴二醇-雙沒食子酸衍生物 Ruiz-Avila等人通過小分子與枯草芽孢桿菌FtsZ蛋白 GTP結(jié)合位點(diǎn)的分子對(duì)接方法，從化合物庫中篩選出一系列與GTP競爭的FtsZ蛋白小分子抑制劑，并通過與MANT-GTP的競爭性實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證這些小分子的靶向性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，UCM05(14)、UCM44(15)和UCM53(16)對(duì)細(xì)菌生長有明顯的抑制作用，MIC值分別為100 μmol、25 μmol和13 μmol。此外，這三種化合物都能有效地誘導(dǎo)枯草芽孢桿菌細(xì)胞伸長并干擾Z環(huán)的形成[19]。根據(jù)這些化合物的結(jié)構(gòu)，他們?cè)O(shè)計(jì)合成了一些小分子抑制劑，并評(píng)價(jià)了它們對(duì)細(xì)菌和FtsZ的抑制活性。最有效的化合物17(圖5)顯示出與FtsZ蛋白極強(qiáng)的結(jié)合親和力(Kd=0.5 μmol)和對(duì)MRSA的抗菌活性(MIC值為7 μmol)。大多數(shù)芳烴二醇在100 μmol時(shí)對(duì)微管蛋白聚合幾乎沒有抑制作用，表明對(duì)該類化合物對(duì)FtsZ蛋白具有很高的選擇性[20]。

圖5 芳烴二醇-雙沒食子酸衍生物和嘧啶-奎寧類衍生物及其類似物的化學(xué)結(jié)構(gòu)

2.2.3 嘧啶-奎寧類衍生物及其類似物 為了識(shí)別針對(duì)FtsZ的GTP結(jié)合位點(diǎn)的命中化合物，Wong等人[21]基于FtsZ蛋白的結(jié)構(gòu)和功能特征，利用計(jì)算機(jī)藥物輔助篩選軟件，對(duì)20 000多種化合物進(jìn)行了基于結(jié)構(gòu)的虛擬篩選，并對(duì)篩選出的10個(gè)化合物進(jìn)行了體外GTP酶抑制作用和對(duì)病原菌的抑菌活性測試。其中，化合物18(圖5)對(duì)FtsZ蛋白(IC50=317 μmol)表現(xiàn)出中等的GTP酶抑制活性，對(duì)金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的MIC值分別為449 μmol和897 μmol，其余9個(gè)化合物均無活性。在該化合物的基礎(chǔ)上，他們擴(kuò)大對(duì)結(jié)構(gòu)類似物的篩選，成功發(fā)現(xiàn)了化合物19，其在生物學(xué)試驗(yàn)中顯示出顯著的活性改善。該化合物的GTP酶抑制活性(IC50=37.5 μmol)和對(duì)金黃色葡萄球菌(MIC=24.6 μmol)和大腸埃希菌(MIC=49.6 μmol)的抗菌活性均比27提高10倍以上[21]。此外，該化合物能夠選擇性地抑制FtsZ蛋白的活性，而不影響微管蛋白?？咕鷮?shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，該化合物能夠恢復(fù)MRSA(ATCCBAA- 41)對(duì)β-內(nèi)酰胺類抗生素的敏感性[22]。以該化合物為模版，Wong等人成功地合成了99個(gè)胺基連接的2，4，6-三取代嘧啶衍生物，并研究了它們的生物活性。對(duì)金黃色葡萄球菌的藥敏試驗(yàn)結(jié)果表明，這些化合物具有較強(qiáng)的抗葡萄球菌活性(MIC值為3～8 μg/mL)?；衔?4av_amine16(20)的STD-核磁共振、光散射和GTP酶活性實(shí)驗(yàn)表明，它通過抑制FtsZ的聚合和GTP酶活性起到抑制細(xì)菌分裂的作用。此外，枯草芽孢桿菌Z環(huán)和延長的細(xì)菌表型都揭示了該分子在細(xì)菌體內(nèi)的FtsZ靶向特性。此外，14av_amine16不易引起金黃色葡萄球菌耐藥株的產(chǎn)生，且對(duì)大額螟蟲幼蟲幾乎沒有毒副作用[23]。

2.2.4 喹啉衍生物 之前的研究表明，在血根堿中加入疏水取代基能夠顯著提高抗菌活性。LaVoie等人[24]進(jìn)一步簡化了血根堿的化學(xué)骨架，設(shè)計(jì)合成出一系列3-苯基異喹啉衍生物，用于抗菌活性評(píng)價(jià)。結(jié)果表明， 3′-位取代基的親脂性與抗菌效果有關(guān)?；衔?1(圖6)對(duì)耐甲氧西林金黃色葡萄球菌和沙門氏菌的MIC值分別為1 μg/mL和4 μg/mL。熒光滴定法的結(jié)果表明，該類化合物能與FtsZ蛋白相互作用，它們的離解常數(shù)范圍為1～10 μM。此外，這些化合物對(duì)哺乳動(dòng)物微管蛋白幾乎沒有影響，對(duì)哺乳動(dòng)物細(xì)胞的毒性也很小。在上述喹啉類化合物研究的基礎(chǔ)上，Sun等人對(duì)喹啉衍生物進(jìn)行了研究。研究了N-甲基苯并吲哚并[3,2-b]喹啉和N-甲基苯并呋喃并[3,2-b]喹啉衍生物以及噻唑橙-喹啉衍生物22(圖6)[25- 26]的抗菌活性。結(jié)果表明，這些化合物對(duì)MRSA和VRE等細(xì)菌具有較強(qiáng)的抗菌活性。生物化學(xué)研究結(jié)果表明，這些化合物通過抑制FtsZ蛋白的GTP酶活性，破壞了FtsZ蛋白的動(dòng)態(tài)組裝和Z環(huán)的形成，起到抑制細(xì)菌分裂的作用[25- 26]。

圖6 部分合成類FtsZ抑制劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)

2.2.5 其他結(jié)構(gòu)類型的FtsZ蛋白抑制劑 除了上述的合成類FtsZ 蛋白抑制劑，研究人員還發(fā)現(xiàn)OTBA、A189、zantrins(圖6) 系列等合成類小分子能通過影響FtsZ蛋白起到抗菌效果[3]。OTBA是在81 個(gè)化合物中篩選出來的結(jié)構(gòu)，它可以促進(jìn)FtsZ 原絲組裝，同時(shí)抑制其GTP 酶活性。氨基呋喃類的A189是通過無核細(xì)胞藍(lán)色測定鑒定出來的，該實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛴心康男缘貙ふ乙种艶tsZ 的GTP 酶活性的抑制劑，后續(xù)的研究表明A189 能抑制FtsZ 蛋白聚合，并且對(duì)金黃色葡萄球菌和大腸桿菌有較好的抑制作用。另外zantrin Z3通過抑制FtsZ 蛋白的GTP 酶活性和穩(wěn)定FtsZ 原絲組裝，進(jìn)而使細(xì)菌細(xì)胞絲狀化。

2.3 多肽類FtsZ蛋白抑制劑

在多細(xì)胞生物體中發(fā)現(xiàn)的一種由37個(gè)氨基酸殘基組成的抗菌肽CRAMP，具有一定的抗菌活性，且能夠誘導(dǎo)細(xì)菌細(xì)胞伸長，表明它可以抑制細(xì)菌胞質(zhì)分裂。Ray等人[27]在此基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)截短的CRAMP多肽片段(GEKLKKIGQKIKNFFQKL，16- 33)具有不錯(cuò)的抗菌活性和FtsZ抑制作用。該多肽在20 μmol和50 μmol濃度下均能完全抑制枯草芽孢桿菌和大腸桿菌的生長。FtsZ的光散射實(shí)驗(yàn)表明，該多肽對(duì)FtsZ的聚合有劑量依賴性的抑制作用，并且不影響微管蛋白聚合。此外，該肽還降低FtsZ蛋白的GTP水解活性，抑制枯草芽孢桿菌的細(xì)胞分裂和Z-環(huán)的形成，導(dǎo)致細(xì)菌細(xì)胞伸長。Pieraccini等人[28]使用計(jì)算丙氨酸掃描技術(shù)(CAS)，識(shí)別FtsZ亞基之間蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用界面上的熱點(diǎn)，設(shè)計(jì)合成了與FtsZ亞序列相對(duì)應(yīng)的八肽，該八肽能干擾FtsZ蛋白自組裝。隨后，他們通過兩種不同的環(huán)化方案對(duì)該多肽進(jìn)行修飾，以限制其螺旋幾何形狀。這些環(huán)肽在FtsZ動(dòng)態(tài)聚合的初始階段具有顯著的抑制作用。

3 結(jié)論與展望

目前的研究結(jié)果表明，F(xiàn)tsZ 蛋白是一個(gè)極具發(fā)展?jié)摿Φ目咕幬镄掳悬c(diǎn)。主要表現(xiàn)在：(1)FtsZ蛋白是細(xì)菌生長繁殖的關(guān)鍵性蛋白。它在細(xì)菌細(xì)胞分裂和生長繁殖中必不可少，在調(diào)控細(xì)菌分裂增殖過程中起核心作用[3]。(2)FtsZ蛋白具有高度的保守性和相似性。絕大部分細(xì)菌中都發(fā)現(xiàn)含有FtsZ蛋白，包括各種耐藥菌和肺結(jié)核桿菌等臨床致病菌。在所有細(xì)菌分裂蛋白中，F(xiàn)tsZ蛋白的保守性和相似性最高，不易產(chǎn)生變異。因此，F(xiàn)tsZ蛋白抑制劑具有廣譜抗菌活性，并且不易產(chǎn)生細(xì)菌耐藥性[3]。(3)FtsZ蛋白只在細(xì)菌中特異性存在，雖然FtsZ 蛋白與人類的微管蛋白有類似的GTP 水解活性，但是兩者的蛋白質(zhì)氨基酸序列只有不到20%的相似度，在生物學(xué)結(jié)構(gòu)和功能活性等方面存在很大的區(qū)別[3]。從已報(bào)道抑制劑情況可知，我們可以根據(jù)FtsZ蛋白的結(jié)構(gòu)和生物學(xué)特性，設(shè)計(jì)靶向FtsZ蛋白的抑制劑，通過干擾FtsZ蛋白的動(dòng)態(tài)聚合和GTP水解活性，高效專一地抑制細(xì)菌細(xì)胞的分裂，進(jìn)而達(dá)到抑菌或滅菌的效果。

目前，雖然在FtsZ蛋白抑制劑上取得了一定的研究進(jìn)展，但尚未有靶向FtsZ蛋白的抗菌藥物進(jìn)入二期臨床試驗(yàn)。其原因可能是這些抑制劑雖然具有較好的體外抗菌活性，但仍存在毒副作用或體內(nèi)分布代謝效果不理想等問題。另一方面，對(duì)FtsZ蛋白抑制劑的作用機(jī)制研究不夠深入，也阻礙了靶向FtsZ蛋白的抗菌分子的結(jié)構(gòu)改造和進(jìn)一步開發(fā)。目前，大部分已知的抑制劑都只針對(duì)FtsZ蛋白進(jìn)行了簡單的機(jī)制探討，鮮有在細(xì)菌體內(nèi)深入探討其作用機(jī)制，也沒有深入研究化合物與FtsZ蛋白的具體結(jié)合模式。因此，仍需在不斷擴(kuò)大FtsZ蛋白抑制劑分子庫的同時(shí)，深入探討其作用機(jī)制，給臨床上發(fā)現(xiàn)體內(nèi)效果良好的靶向FtsZ蛋白的先導(dǎo)化合物提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。