新型结核分枝杆菌细胞色素bc1:aa3抑制剂JNJ-2901的结构机制研究与抗耐药结核疗效验证

《npj Drug Discovery》：Structural and mechanistic study of a novel inhibitor analogue of M. tuberculosis cytochrome bc1:aa3

编辑推荐：针对日益严峻的耐药结核病治疗挑战，研究人员通过结构生物学与药理学方法，发现新型Q203类似物JNJ-2901能特异性抑制结核分枝杆菌细胞色素bc1:aa3复合物（cytochrome bc），在亚纳摩尔浓度下有效抑制18种临床耐药菌株，小鼠模型显示4-log细菌负荷降低。该研究通过冷冻电镜解析3.1?复合物结构，揭示其与Qp位点结合模式，为开发克服耐药性的新一代结核药物提供重要依据。

　　结核病仍是全球重大公共卫生威胁，2022年导致1060万人患病和130万人死亡，其中耐药结核病（MDR/XDR-TB）治疗周期长达18-20个月且疗效不佳。尽管含贝达喹啉（bedaquiline）的新方案（BPaL/BPaLM）取得进展，但耐药突变频发迫使科研人员寻找新靶点。结核分枝杆菌电子传递链中的细胞色素bc₁:aa₃复合物（cytochrome bc）因其在能量代谢中的核心作用成为理想靶标，先导化合物Q203已进入II期临床试验，但亟需开发更优效的"best-in-class"抑制剂。

为应对这一挑战，来自荷兰莱顿大学医学中心等机构的研究团队开发了新型Q203类似物JNJ-2901。该化合物对18种临床耐药菌株的MIC≤0.5μg/L（≤1 nM），在缺乏细胞色素bd氧化酶的H37Rv-△cydAB菌株中MIC₅₀为2.5±0.1 nM。小鼠急慢性感染模型显示，10 mg/kg剂量可使肺部细菌负荷分别降低3.6-log和4.0-log，疗效与25 mg/kg贝达喹啉相当。通过构建与结核分枝杆菌活性位点完全相同的耻垢分枝杆菌嵌合体（cytochrome bc^Mtb-like），研究证实JNJ-2901对纯化酶的IC₅₀为17.4 nM，与Q203（22.4 nM）相当。

关键技术方法包括：1）构建含结核分枝杆菌Qp位点五突变（F156Y/I182M/M189L/D309E/I312A）的耻垢分枝杆菌嵌合体；2）临床分离株药敏试验（18株MDR-TB）；3）冷冻电镜解析3.1? JNJ-2901-复合物结构；4）耐药突变筛选（100×MIC压力培养4周）；5）Clark电极法测定氧耗抑制率。

结构生物学研究揭示，JNJ-2901结合于QcrB亚基的Qp位点（menaquinol oxidation site），形成主要由疏水作用主导的相互作用网络，其结合模式与Q203、TB47高度相似。关键结合残基包括QcrB-Phe156/Ile182/Met189/Asp309/Ile312（均突变为结核分枝杆菌对应残基）及QcrA-Leu349。耐药研究发现三个关键突变位点：QcrB^A312V和QcrB^M337V导致IC₅₀提升700倍以上（23.8μM和12.9μM），QcrA^L349W产生5倍耐药性（98 nM），这些突变均位于抑制剂结合口袋内。

该研究首次系统阐明了JNJ-2901的结构作用机制与耐药规律，其重要意义体现在三方面：首先，亚纳摩尔级活性为开发更高效的临床候选药物奠定基础；其次，嵌合体蛋白制备策略解决了结核分枝杆菌蛋白表达难题；最后，鉴定的耐药突变株可作为筛选广谱抑制剂的工具。鉴于麻风分枝杆菌和溃疡分枝杆菌等病原体缺乏细胞色素bd，JNJ-2901或可拓展至这些被忽视热带病的治疗。研究团队在平行研究中证实，JNJ-2901与BPaL方案具有协同效应，可能成为氟喹诺酮耐药结核的替代选择。该成果发表于《npj Drug Discovery》，为抗击耐药结核提供了新的武器。