​​​​​       本周《自然》杂志发表一项基因泰克发现广谱革兰氏阴性菌抗生素的工作。作者以一类叫做arylomycin的天然产物作为先导物，借助晶体结构信息和文献SAR找到一个体内、体外对现在威胁的几个革兰氏阴性菌活性很高的类似物（G0775）。然后作者通过一系列实验证明这个化合物通过抑制一个叫做SPase的蛋白酶起效，并观察到首例小分子配体与蛋白胺基侧链形成共价复合物的晶体结构。因为机理独特G0775不仅对实验室、临床高度耐药菌敏感，而且耐药菌产生速度很慢。虽然分子量很大但这个化合物能够较高效率穿过细菌细胞膜，过膜机理似乎是与多粘菌素类似的自身诱导吸收机制、而不是通过常见的水通道（porin）。

​​​​​       革兰氏阴性菌比阳性菌更难对付因为有双层细胞膜，导致很多高活性化合物无法到达靶点。上一个针对阴性菌的抗生素是多粘菌素，50年来尚未新型阴性菌抗生素出现。多粘菌素因肾**隐患使用受到限制，只作为末线用药。多粘菌素化学结构非常复杂，构效关系研究难度大、所以鲜有新类似物报道。但是多重耐药菌正在快速出现，尤其是包括铜绿、鲍曼在内的所谓ESKAPE(六个细菌的缩写)，急需有效药物。SPase是个老靶点，但以前主要是用来寻找相对容易的阳性菌药物。以前有报道有些arylomycin类似物可以通过阴性菌的外层膜但杀菌活性不好，一个理论是SPase存在变异。

​​​​​       首先作者决定保留大环母核。分子骨架对药物活性十分重要，90年代Murcko统计当时50%的药物是32个分子骨架的衍生物，最近几个晚期临床的抗生素都来自四环素、大环内酯等成熟骨架。所以新分子骨架十分珍贵，这也是为什么罗氏去年投资Warp Drive Bio的genome mining技术寻找新分子骨架抗生素、今年Phil Baran利用有机化学最新进展高效合成新骨架引起不小轰动。

​​​​​       作者主要改造三个区域，把两个酚羟基用碱性胺烷基覆盖是已知SAR，所以算是拿来主义。把羧基做成氰基酰胺是根据晶体结构的设计，原意是借用可逆共价蛋白酶抑制剂（如DPP4、组织蛋白酶K抑制剂）的设计理念用这个氰基与丝氨酸的羟基形成共价键。这个氰基的确贡献了不少活性、但后来得到的G0775晶体结构却显示这个氰基与SPase的一个胺基形成了加合物，可见理性设计有时也得依靠歪打正着。据作者称这是第一例在晶体结构中看到这样的加合物，这可能是蛋白胺基与氰基的第一个加合物，但蛋白胺基与其它亲电基团的加合物文献早有报道。的改动是把四肽侧链用一个二肽取代，但作者并没有详细解释设计过程，我估计是用了组合化学的盲筛。G0775比先导物对多数细菌的活性增加500倍以上，对高度耐药株也活性很高。

​​​​​       找到高活性化合物只是现在药物发现的第一步，深入了解药物的工作机理对开发的去风险十分重要，现在机理（包括活性、脱靶活性、过膜性等）的不确定性也普遍认为是药物开发的风险因素之一。作者用基因组学分析了高度耐药的CDC0160（一株克雷白氏菌）发现至少10种染色体变异和25种质粒变异，导致这株菌对13类抗生素耐药，但对G0775仍然高度敏感。作者通过调节培养液成分增加或降低SPase水平，结果G0775活性也随之改变。G0775也重复了SPase敲除的细菌死亡动力学，共结晶实验显示G0775确实与Spase形成复合物。耐药性实验显示在16倍MIC浓度下耐药率也极低，耐药株的基因分析显示多数是SPase结合区的变异，说明G0775是通过这个靶点起效。作者也研究了这个药物的过膜机理，证明不是通过多数阴性菌抗生素使用的水通道。

​​​​​       这个工作从结构改造角度讲并无太大创新，但化合物鉴定做的比较深入。G0775成药性虽然比先导物有很大改善（如去掉两个酚羟基、四肽变二肽、羧基变酰胺等）、但分子量仍高达890。文章没有报道PK，但动物实验要20小时内皮下注射两次，安全性、**数据也不完整。但是这个化合物因其广谱体内、体外活性为制药界提供了一个优质先导物，为以后远望的人们提供了一个肩膀。