二氢吲哚-2,3-二酮衍生物抑菌活性研究进展_谭画元.pdf

二氢吲哚-2，3-二酮衍生物抑菌活性研究进展谭画元1张广龙1吉礼涛1王钦1卢奕朵1欧阳贵平1王贞超1，2，3*李洙锐1，2*(1贵州大学药学院;2贵州大学绿色农药与农业生物工程教育部重点实验室;3贵州省合成药物工程实验室贵阳550025)*联系人，王贞超E-mail:wzc4884 163com;李洙锐 E-mail:li-zhurui 163com国家自然科学基金项目(21867004，22007022)、贵州省科技计划平台项目(黔科合平台人才 20185781)和贵州省科技计划项目(黔科合基础-ZZK 2021重点 034)资助2022-07-29 收稿，2022-09-15 接受摘要二氢吲哚-2，3-二酮是一种结构简单且应用广泛的药物小分子，其衍生物的合成、结构和药理活性等备受关注。已有报道表明二氢吲哚-2，3-二酮具有抗菌、抗衰老、降血脂、抗癫痫、抗病毒等多种生物活性。本文主要围绕抑菌生物活性，对国内外关于二氢吲哚-2，3-二酮类化合物的构效关系进行分析总结，为后期该类新型抗菌化合物的设计合成提供参考。关键词二氢吲哚-2，3-二酮抑菌活性esearch Progress in Antibacterial Activity of Indoline-2，3-dione DerivativesTan Huayuan1，Zhang Guanglong1，Ji Litao1，Wang Qin1，Lu Yiduo1，Ouyang Guiping1，Wang Zhenchao1，2，3*，Li Zhurui1，2*(1School of Pharmaceutical Science，2State Key Laboratory Breeding Base of Green Pesticideand Agricultural Bioengineering/Key Laboratory of Ministry of Education，Guizhou University;3Guizhou Engineering Laboratory for Synthetic Drugs，Guiyang，550025)AbstractIndoline-2，3-dione is a small drug molecule with simple structure and wide application Thesyntheses，structures and pharmacological activities of its derivatives have attracted much attention It has beenreported that indoline-2，3-dione has various biological activities such as antibacterial，antiaging，hypolipidemic，antiepileptic and antiviral activities This paper mainly focuses on the antibacterial biological activity，and analyzesand summarizes the studies on structure-activity relationship of indoline-2，3-dione compounds at home and abroad，and provides a reference for the design and syntheses of such new antibacterial compounds in futrueKeywordsIndoline-2，3-dione，Antibacterial activity耐药细菌的出现及在全球范围内的传播已经对人类生命和生活环境构成了严重威胁，迫切需要开发新型高效的抗菌候选药物。二氢吲哚-2，3-二酮又名靛红，是一种应用广泛的天然药物小分子。它在伞形科植物当归和十字花科植物菘蓝的根、茎中大量存在1，2，也是寄生于海洋生物龙虾体内的一种菌株所产生的抗生物质，是维持龙虾生存所必需的天然海洋抗生素3，并且还较高分布于人体器官内4。二氢吲哚-2，3-二酮及其衍生物具有广泛的生物活性，如抗菌、抗衰老、降血脂、抗癫痫、抗病毒等。多种具有生物学意义的杂环结构以二氢吲哚-2，3-二酮为底物合成，且二氢吲哚-2，3-二酮廉价易得。因可在其 1，3 位及苯环上引入不同类型的基团获得高活性化合物，故该类化合物的合成和活性研究备受关注。鉴于二氢吲哚-2，3-二酮类化合物有着多种生物活性，具有很高的研究价值，本文按照各种不同的底物与二氢吲哚-2，3-二酮不同的位点反应进行分类，主要分为 N-取代吲哚酮化合物、C-3 取代吲哚酮化合物和其他取代吲哚酮化合物，并对国内外关于二氢吲哚-2，3-二酮化合物的抑菌活性研究及其构效关系进行综述。003化学通报2023 年 第 86 卷 第 3 期http:/wwwhxtborgDOI:10.14159/ki.0441-3776.2023.03.0011N-取代二氢吲哚-2，3-二酮化合物与相应的单药效团药物分子相比，具有多个药效团的杂合体药物分子往往具有高生物活性、低毒 副 作 用、抗 菌 广 谱 和 低 耐 药 性 等 优 点。Shaikh 等5 合成制备了一系列 1，2，3-三氮唑-吲哚-2，3-二酮杂合体分子 1(图式 1)。但遗憾的是，体外抗结核分枝杆菌 H37a 活性和抗真菌活性测试结果表明，它们的半数抑制浓度(IC50)在7.5629.05 mol/L 范围之内，与对照药利福平和异烟肼(IC50分别为 0.043 和 0.075 mol/L)相比，抗结核分枝杆菌活性较弱5。对其构效关系进行研究发现，没有连接子(n=0)的杂合体分子的抗结核分枝杆菌活性优于相应的次甲基(n=1)连接的杂合体分子的抗结核分枝杆菌活性，例如杂合体分子 1h、1i(IC50分别为 26.65 和 7.56mol/L)的抗结核分枝杆菌活性比 1a、1b(IC5030mol/L)的高。在 N-取代吲哚酮衍生物的合成及活性研究中发现，双吲哚-2，3-二酮杂合体分子比单吲哚-2，3-二酮分子具有的生物活性会更加广泛69。通过对双吲哚-2，3-二酮杂合体分子进行合理的设计合成，可能会获得具有较高抗结核分枝杆菌活性的杂合体分子。Hu 等10 设计合成了选用丙基链作连接子连接的双吲哚-2，3-二酮杂合体分子 2a2i 系列(图式 1)，并对它们的体外抗结核分枝杆菌 H37v和耐多药结核分枝杆菌的活性进行了测试。结果表明，所有双吲哚-2，3-二酮杂合体分子都显示出弱或者中等强度的抗结核分枝杆菌活性，最小抑菌浓度(MIC)在 25 128 g/mL 的范围10。对其构效关系研究发现，在吲哚二酮的 C-5 位置上引入氯原子，杂合体分子的抗结核活性在同系列里面是比较高的，而在相同位置上引入供电子基团，如甲基、乙基或其它烷基等，则对提高衍生物的抗结核分枝杆菌活性不利;研究还发现处于吲哚-2，3-二酮分子结构单元 C-3 位上的取代基种类对提高衍生物的抗结核分枝杆菌活性也有重要影响，抗结核分枝杆菌活性按照甲肟乙肟羰基的顺序减弱。2f 的抗结核分枝杆菌 H37v 的最小抑菌浓度为 25g/mL，2e(MIC=32g/mL)的抗耐多药结核分枝杆菌活性与对照药物利福平(MIC=32g/mL)的活性处于同一水平，这表明对双核化合物进行优化可以获得优异的抗结核分枝杆菌活性。通过引入上市药物的药效团，来提高吲哚二酮类衍生物的抗菌活性，也是备受关注的。喹啉/喹诺酮类/喹唑啉/喹唑啉酮衍生物是丝状温度敏感蛋白 Z(FtsZ)、DNA 回旋酶和拓扑异构酶 IV 的潜在抑制剂，它们是具有优异抗菌活性的潜在优势杂环骨架1114。此外，数十种基于喹啉/喹诺酮类/喹唑啉/喹唑啉酮的抗菌剂，例如诺氟沙星、环丙沙星、氧氟沙星和莫西沙星，已被用于治疗各种细菌感染15，16。因此，二氢吲哚-2，3-二酮-喹啉/喹诺酮类/喹唑啉/喹唑啉酮类化合物是新型抑制剂的潜在候选药物，以对抗药物敏感和耐药生物体。Ahmed 等17 通过活性拼接，得到二氢吲哚-2，3-二酮-环丙沙星/8-甲氧基环丙沙星/加替沙星。单从衍生物 3 和 4(图式 1)的抗菌构效关系来看，氟喹诺酮部分对抗菌活性有很大影响，相对贡献顺序为:环丙沙星加替沙星8-甲氧基环丙沙星1719。相关构效关系研究表明，在二氢吲哚-2，3-二酮部分的 C-3 位置含有烷氧基亚胺与在 C-5 位置含有甲基的衍生物可以提高活性。值得注意的是二氢吲哚-2，3-二酮-环丙沙星衍生物3a(MIC 0.038 g/mL)不低于环丙沙星和左氧氟沙星(MIC 0.03128 g/mL)对抗革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌的抑菌活性。综上，在 N-取代吲哚酮化合物中，主要是通过烷烃链连接活性基团来获得高活性抗菌化合物，例如引入三氮唑、亚甲基连接的三氮唑，以提高抗结核杆菌活性;选用丙基链作连接桥连接双吲哚-2，3-二酮杂合体分子以获得更高的生物活性;或是直接引入环丙沙星/加替沙星/8-甲氧基环丙沙星等上市药来提高抗革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌的活性。2C-3 取代二氢吲哚-2，3-二酮化合物亚胺类衍生物包括腙类、碳酰肼类、半卡巴酮类和氨基硫脲类等，具有多种生理特性和抗菌活性20，21，对临床上的革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌显示出良好的活性，是新药开发中重要的药效团。相关机理研究表明，这些衍生物可抑制 DNA GyrB22，诱导 DNA 损伤23，因此，吲哚-2，3-二酮与亚胺连接可能提供多靶点抗菌候选化合物。103http:/wwwhxtborg化学通报2023 年 第 86 卷 第 3 期图式 1N-取代二氢吲哚-2，3-二酮化合物Scheme 1N-substituted indoline-2，3-dione compoundsSalem 等24 设计合成了碳酰肼类化合物 5(MIC=3.9 83.3g/mL)(图式 2)，其与四环素(MIC=15.662.5g/mL)对金黄色葡萄球菌、枯草杆菌、大肠杆菌和铜绿假单胞菌具有相似的活性。研究表明，化合物 5a(IC50为 19.3mol/L)对金黄色葡萄球菌 DNA 旋转酶的抑制活性与环丙沙星(IC50为 26.4mol/L)相当。通过构效关系研究发现，C-5 位置的磺酰胺片段对该衍生物活性的贡 献 很 小，是 非 必 需 基 团，化 合 物 6a、6b(IC50为 30 和 50mol/L)(图式 2)显示出比青霉素(IC50为 631mol/L)更高的抗金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和铜绿假单胞菌的活性25。在吲哚部分的 N-1 位置引入哌啶-1-基甲基并不能提高抗菌活性26。所设计的化合物 7(图式 2)对部分受试的大肠杆菌、伤寒沙门氏菌、枯草杆菌、肺炎克雷伯菌、铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌和霍乱弧菌具有活性，MIC 值为 12.5100 g/mL，但弱于阳性药阿奇霉素(MIC=6.2512.5g/mL)的抑菌活性。在吲哚部分的 N-1 位置引入苄基也可以提高活性，化合物 8a、8b(MIC=16.232.3 g/mL)(图式 2)比氯霉素(MIC=193g/mL)对金黄色葡萄球菌和蜡样芽胞杆菌的作用更强。此外，噻唑/噻唑烷酮是一种含有硫原子和氮原子的五元杂环，有可能改善分子的药理学、药代动力学和物理化学特性27，28。噻唑/噻唑烷酮基团存在于超过 18 种 FDA 批准的药物和 70 多种实验药物分子结构中，证明噻唑/噻唑烷酮衍生物是药物和药物先导物的丰富来源29。几种噻唑/噻唑烷酮衍生物对药物敏感和耐药细菌都具有很好的活性30，31。Farag 等32，33 发现，含有吗啉磺酰基的二氢吲哚-2，3-二 酮-噻 唑 化 合 物 9(MIC=0.06 31.25g/mL)和噻唑啉酮化合物 10(MIC=0