利用吲哚修饰的1-苯基-1H-吡唑[3,4-b]吡啶-5-碳腈衍生物增强抗菌和抗氧化性能，进行分子对接评估及计算机辅助药物代谢动力学（ADMET）预测

《RSC Advances》：Enhanced antibacterial and antioxidant capabilities using indole-modified 1-phenyl-1 H-pyrazolo[3,4- b]pyridine-5-carbonitrile derivatives, molecular docking evaluation and in silico ADMET prediction

本研究通过一锅三组分反应合成了1-苯基-1H-吡唑并[3,4-b]吡啶-5-碳itrile系列衍生物，并评估其抗菌（对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等抑制率显著）和抗氧化活性（DPPH清除率优异）。分子对接显示化合物与KPC-2酶、DNA gyrase等靶点结合能优于环丙沙星，且符合Lipinski规则，具备口服生物利用潜力。

　　
该研究系统报道了以1-苯基-1H-吡唑[3,4-b]吡啶-5-碳itrile类化合物为靶点的一体化三组分合成体系，并首次实现了吲哚与吡唑并嘧啶骨架的协同设计。通过Knoevenagel缩合与Michael加成反应的耦合，在乙醇介质中利用三乙胺催化实现了产率高达75%-77%的系列衍生物高效合成。结构表征显示所有产物均通过IR光谱（NH特征峰3370-3380 cm?1，CN特征峰2217-2226 cm?1）、1H/13C NMR（吲哚芳环质子特征峰δ 7.27-8.32 ppm，吡唑环质子δ 8.46 s）及元素分析（误差率均小于0.5%）得到证实。

在抗菌活性方面，采用琼脂扩散法对大肠杆菌、肺炎克雷伯菌、金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌四株临床常见病原菌进行测试。数据显示，化合物（编号略）对四株菌的最小抑菌浓度（MIC）均≤1.0 mg/mL，其中对肺炎克雷伯菌的MIC达到0.5 mg/mL。值得注意的是，这些化合物在革兰氏阳性菌（S. aureus）和革兰氏阴性菌（E. coli、K. pneumoniae、P. aeruginosa）中均展现出广谱抗菌活性，抑制圈直径范围达3.5-14.2 mm。特别值得关注的是化合物（编号略）对KPC-2 carbapenemase酶的抑制常数（Ki）为0.8 mg/mL，较传统药物更显著。

抗氧化活性评估采用DPPH自由基清除法，测试显示当化合物浓度为1.0 mg/mL时，清除率可达28.3%-36.8%。通过剂量效应关系计算，IC50值范围在0.5-2.0 mg/mL之间，其中化合物（编号略）的IC50值达到0.14 mg/mL，表现出优于传统抗氧化剂BHT的活性。研究特别指出，引入酚羟基取代基可使抗氧化活性提升3.5倍以上，这与分子轨道理论中π电子离域效应增强自由基捕获能力相符。

分子对接模拟揭示出三重协同抑制机制：首先，吲哚环与酶蛋白的疏水口袋（如Asn11、Val49等残基）形成π-π堆积作用（接触距离4.0-5.5 ?）；其次，吡唑并嘧啶骨架通过静电作用与His241、Arg52等关键氨基酸的带电基团结合（结合能-7.6至-11.6 kcal/mol）；再者，硝基苯环的C-H键与Arg239等残基形成氢键网络（氢键长度1.94-3.12 ?）。值得注意的是，化合物（编号略）与DNA gyrase的对接模拟显示其N-乙酰基取代基与Glu50形成分子内氢键，这一结构特征使其在保持抗菌活性的同时显著降低对DNA损伤的潜在风险。

ADMET筛选表明该系列化合物符合Lipinski规则（分子量500-555，logP 4.07-7.89），其中化合物（编号略）的拓扑极性表面积（TPSA）为79.52 ?，既满足肠道吸收要求（＞70 ?），又保持血脑屏障穿透潜力（＜150 ?）。瑞士ADME数据库预测显示，该化合物在CYP3A4和CYP2D6酶系的抑制活性低于IC50 5 mg/mL，表明其代谢稳定性较好。但需注意，部分衍生物存在光敏性风险（通过紫外光谱检测），建议在制剂开发中采用避光包装。

毒性评估方面，采用体外细胞模型（如HepG2、Vero细胞系）显示，当浓度＞10 mg/mL时，细胞存活率下降至60%以下。值得注意的是，含甲氧基取代的化合物（编号略）在肝微粒体代谢实验中表现出较低的CYP450酶抑制活性，这与其分子结构中未引入强疏水基团有关。动物实验数据显示，长期给药（＞100 mg/kg·d）可能导致大鼠肾脏微血管病变，提示需要开发更精准的靶向递送系统。

该研究在药物设计领域取得重要突破：首先，构建了吲哚-吡唑并嘧啶杂合骨架，该结构已被FDA批准药物（如Riociguat）证实具有抗增殖活性；其次，通过引入卤代苯基团（如4-氯苯基）可使抗菌活性提升2-3倍，这可能与卤原子诱导的电子效应增强与靶酶的结合稳定性有关；再者，开发出"一锅三腿"合成工艺，将反应时间从传统三步合成法缩短至12小时，原料成本降低40%。

未来研究方向建议：1）针对KPC-2酶开发靶向前药，利用pH响应性酯键设计提高胃部吸收效率；2）优化分子拓扑结构，在保留抗菌活性的前提下降低logP值（当前最高达7.89）；3）开展临床前药效学评价，特别关注对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）的疗效。该成果为新型广谱抗生素的理性设计提供了重要参考，相关专利已提交PCT国际申请（专利号WO2023/XXXXXX）。