研究人员通过体外药敏试验发现SCH-79797对多种革兰阳性和革兰阴性菌及耐药菌均具有很好的杀菌活性（图1 A，B，C）。在大蜡螟感染模型中，SCH-79797可在有效抗生素活性所需剂量下，以低毒性对抗鲍曼不动杆菌致死剂量的感染（图1 D）。在体外，SCH-79797在耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）连续传代中耐药进化频率极低，并未出现耐药克隆（图1 E）。

图1 SCH -79797是一种广谱杀菌抗生素，在动物模型中有效，耐药频率低。

由于SCH-79797缺少耐药突变体，作者使用了基于图像的细菌细胞学分析（bacterial cytological profiling, BCP）研究MoA，通过比较SCH-79797与37种已知MoAs的抗生素之间的细胞死亡表型，发现SCH-79797具有与其他被测试抗生素不同的MoA。为了鉴定SCH-79797的靶标，研究人员使用了热蛋白组分析，发现二氢叶酸还原酶（dihydrofolate reductase, DHFR）的热稳定性被显著改变，为SCH-79797的靶标。通过代谢组学分析以及CRISPRi基因超敏反应证实SCH-79797可抑制叶酸代谢(图4 B，C)，直接抑制DHFR的活性（图4 D）。另外研究人员发现BCP图谱显示部分细菌发生SYTOX绿染色，提示SCH-79797破坏了细胞膜的完整性。经染色的定量流式细胞仪检测细胞膜的通透性和极性（图 5 B），证实SCH-79797可以在不依赖叶酸的影响下同时破坏细胞膜的完整性(图5 C)。这些发现表明，SCH-79797除了抑制DHFR活性之外，还会破坏细胞膜完整性。为了确定这两个靶点能否共同解释SCH-79797的杀菌机制，使用BCP分析比较SCH-79797处理的细菌和同时使用甲氧苄啶（DHFR抑制剂）及nisin/多粘菌素B（干扰膜完整性）处理的细菌的细胞形态，发现二者形成的聚类相似（图6 A），确定SCH-79797是通过靶向DHFR和破坏细胞膜杀灭细菌，目前还没有其他抗生素被证明可以同时具有这两种MoAs，因此BCP分析未能与现有被测抗生素聚类。

图4 SCH -79797通过竞争性抑制二氢叶酸还原酶（DHFR）靶向叶酸代谢

图5  SCH -79797与其他二氢叶酸还原酶抑制剂不同，可同时破坏膜完整性

作者还观察到，单用SCH -79797比联合使用两种抗生素—甲氧苄啶和nisin，或多粘菌素B和达托霉素更有效（图6 B，C），表明在同一分子上结合两种不同的MoA能产生比联合抗生素治疗更强的抗菌作用。

图6  SCH -79797可能比联合叶酸代谢抑制剂和膜完整性干扰剂更有效

该研究还深入分析了SCH-79797双MoAs的化学基础。SCH-79797由一个吡咯喹纳唑二胺核心及双侧的异丙苯基和环丙基基团组成。为了分析化学基团对SCH-79797抗菌活性的作用，研究人员通过流式细胞术膜完整性定量试验及CRISPRi超敏分析评估对叶酸代谢的影响，通过DiOC2(3)和TOPRO-3染色测定对膜完整性的影响。研究人员合成了双侧无基团的SCH-79797衍生物IRS-10 (图7 A)，发现IRS-10抑制叶酸代谢，但不会破坏膜的极性和渗透性，证明吡咯喹纳唑二胺核心有助于抑制DHFR（图7 C，D）。另外研究发现异丙苯特异性靶向膜的完整性，但对叶酸代谢无影响，确定异丙苯基决定了SCH-79797的膜靶向性。这些发现支持了SCH-79797的双MoAs的结论。

根据SCH -79797的MoA，该研究合成了衍生物Irresistant -16 (IRS-16)（图7 A），该分子比SCH -79797更疏水，其杀菌能力较SCH-79797显著提高（图7 E）。IRS-16在细菌培养模型和小鼠模型中均表现出对细菌的双MoA的靶向作用。在小鼠淋病阴道感染模型中，IRS-16显著减轻了淋病奈瑟菌的阴道载量（图7 G），可以有效治疗小鼠淋球菌感染。

图 7 SCH-79797的衍生物在小鼠阴道淋病奈瑟模型中显示出更高的抗菌效力

总而言之，该研究为一种新型广谱抗生素开发提供了一种很有前途的候选药物，并强调了将多种MoAs组合成一种药物用于治疗多种细菌性病原体的潜力。

摘译｜王冰洁  余方友

审稿｜余方友 陈宏斌