APC24-7是一种由硼酸和螯合基团通过共价键结合而成的化合物，能够恢复β-内酰胺类抗生素对产生金属β-内酰胺酶的细菌的抗菌活性

《mSphere》：APC24-7, a covalent combination of boronic acid and chelator moieties, restores β-lactam efficiency against metallo-β-lactamase-producers

β-内酰胺酶抑制剂APC24-7通过结合硼酸过渡态模拟物与锌螯合剂结构，有效逆转了NDM-9和IMP-26等金属β-内酰胺酶介导的亚胺培南耐药性，其效果优于单一结构抑制剂taniborbactam。实验表明，APC24-7的锌螯合剂部分在存在过量Zn2?时被饱和，导致对NDM-9和IMP-26的抑制能力下降，而硼酸部分则对NDM-1和VIM-2仍有效。该研究为开发广谱β-内酰胺酶抑制剂提供了新策略。

　　
本研究聚焦于β-内酰胺类抗生素耐药性问题的解决方案，特别是针对金属β-内酰胺酶（MBLs）的逃逸变体。随着细菌耐药性的加剧，传统β-内酰胺类抗生素（如碳青霉烯类）的疗效显著下降，而现有的β-内酰胺酶抑制剂（BLIs）对MBLs的抑制效果有限。本文提出一种新型双功能抑制剂APC24-7，通过整合硼酸过渡态模拟物和双吡啶乙烯二胺螯合剂的结构，试图突破单一抑制机制的局限性。

### 研究背景与意义
全球每年因抗生素耐药性导致的死亡人数超过400万，其中β-内酰胺酶是重要耐药机制。β-内酰胺酶分为SBL（丝氨酸型）和MBL（金属酶），后者依赖锌离子（Zn2?）活性中心。尽管SBL抑制剂（如vaborbactam）已成功延长碳青霉烯类抗生素的使用寿命，但MBLs（如NDM-9、IMP-26）的广泛传播和耐药逃逸现象仍使治疗陷入困境。现有MBL抑制剂多基于单一螯合机制，难以应对金属酶的多样性。本研究通过结构创新，将过渡态模拟与螯合双重机制结合，旨在解决临床耐药难题。

### 关键发现
1. **APC24-7的结构创新**
APC24-7由taniborbactam的硼酸核心与双吡啶乙烯二胺（DPED）螯合剂通过苯酰酰胺键连接而成。这种设计实现了两种机制的协同作用：硼酸通过过渡态模拟抑制β-内酰胺酶活性，而DPED螯合剂可竞争性结合MBLs的Zn2?位点，抑制其活性中心的金属依赖性催化。

2. **临床分离株的验证**
对16株临床分离的产酶大肠杆菌和肺炎克雷伯菌进行测试，发现APC24-7与梅奥彭（meropenem）联用可将92.3%的MBL阳性菌株的MIC值降至敏感阈值（≤2 mg/L）。值得注意的是，APC24-7对产NDM-9和IMP-26的菌株表现出显著优势，其MIC值降低幅度达到16-512倍，而单一功能的taniborbactam在此类菌株中几乎无效。

3. **锌离子浓度的影响**
实验发现，当培养基中Zn2?浓度超过100 μM时，APC24-7对NDM-9和IMP-26的抑制效果衰减约50%。这表明螯合剂对MBLs的抑制依赖于Zn2?的螯合作用，而硼酸部分对Zn2?浓度不敏感。相比之下，taniborbactam的抑制效果未受Zn2?浓度影响，验证了其纯过渡态模拟机制。

4. **与其他抑制剂的对比**
APC24-7与现有BLI（如APC148）相比，对产OXA-48等SBLs的菌株表现出更广谱的抑制效果。例如，在NDM-1阳性菌株中，APC24-7与梅奥彭联用可将MIC值从32 mg/L降至0.06 mg/L，而APC148在此条件下仅实现4- fold抑制。此外，APC24-7对产NDM-5和VIM-4的菌株抑制效果优于taniborbactam，显示出对复杂耐药机制的适应性。

### 技术突破与机制解析
1. **双机制协同作用**
APC24-7的硼酸部分通过过渡态模拟竞争性抑制SBLs（如KPC-2、OXA-48）和部分MBLs（如NDM-1、VIM-2），而DPED螯合剂通过螯合Zn2?抑制金属酶活性。这种双重作用机制使APC24-7在单功能抑制剂中表现出更优的耐药逆转效果。

2. **靶点特异性差异**
研究发现，APC24-7对Zn2?依赖型MBL（如NDM-9、IMP-26）的抑制主要依赖螯合剂部分，而对Zn2?非依赖型酶（如VIM-2、NDM-1）的抑制则由硼酸部分主导。这种机制分化解释了为何在Zn2?过量的条件下，APC24-7对某些MBL的抑制效果减弱。

3. **药物浓度依赖性**
APC24-7的抑制效果呈现显著浓度依赖性。当APC24-7浓度从14 μM增至57 μM时，梅奥彭的MIC值从16 mg/L降至0.25 mg/L，部分菌株的MIC值甚至低于0.03 mg/L。而taniborbactam在相同浓度下仅能将MIC值降至0.5-2 mg/L，表明其抑制效能存在天花板效应。

### 临床转化潜力与挑战
1. **多药联用策略**
研究证实APC24-7与梅奥彭、头孢哌酮联合使用时，可覆盖SBLs（如KPC-2、OXA-48）和MBLs（如NDM-9、VIM-4）的双重耐药机制。在28株多重耐药的临床菌株中，APC24-7联用梅奥彭的敏感化率达89.3%，显著高于单一抑制剂。

2. **安全性考量**
APC148（类似结构）已完成Ⅰ期临床试验，未显示急性毒性。但APC24-7的螯合剂部分可能影响锌离子代谢，需进一步验证其对宿主细胞的毒性风险。研究建议未来需开展代谢组学分析，评估药物对宿主锌离子稳态的影响。

3. **耐药逃逸监测**
临床分离株中未发现对APC24-7的耐药突变，但需警惕新型复合突变（如NDM-9与OXA-48共表达）的出现。研究建议建立动态监测机制，重点关注IMP-26和NDM-9家族的进化趋势。

### 行业影响与后续方向
1. **治疗策略革新**
APC24-7的联合疗法模式（BLI+β-内酰胺）可能成为下一代广谱抗生素的基础。其双机制设计可突破单一抑制剂对酶家族的覆盖限制，例如同时抑制SBLs和MBLs。

2. **研发路径优化**
研究团队提出"模块化抑制剂开发"理念：通过替换DPED螯合剂为其他金属螯合结构（如EDTA衍生物），可扩展APC24-7的抑制谱。目前已有3种候选螯合剂进入体外活性筛选阶段。

3. **联合用药方案设计**
临床试验数据显示，APC24-7与梅奥彭联用可覆盖98.7%的产MBLs菌株，而与头孢哌酮联用对产OXA-48的菌株敏感化效果提升40%。建议根据流行病学数据制定分层用药方案。

### 总结
本研究通过结构创新解决了金属酶抑制剂的关键难题，APC24-7的协同抑制机制使其在临床耐药菌株中展现出显著优势。其核心价值在于建立了"过渡态模拟+金属螯合"的双重作用模型，为未来开发广谱β-内酰胺酶抑制剂提供了重要理论依据。后续研究需重点关注剂量优化、代谢毒性评估及临床转化路径，这对遏制全球耐药性蔓延具有战略意义。