撰文 | 阿童木

結(jié)核病（tuberculosis,TB）至今仍是全球最致命的傳染病之一。2023年，全球新增約1080萬(wàn)例TB活動(dòng)性病例，死亡人數(shù)達(dá)125萬(wàn)，使TB繼續(xù)穩(wěn)居全球傳染病致死率首位【1】。盡管貝達(dá)喹啉和普托曼尼等新藥的引入提升了部分耐藥型TB的治愈率，但多藥耐藥（MDR-TB）和廣泛耐藥（XDR-TB）問(wèn)題日益嚴(yán)重，且現(xiàn)有療法療程冗長(zhǎng)、毒副作用顯著，嚴(yán)重影響患者依從性和治療效果。因此，開(kāi)發(fā)療程更短且耐受性更好的新型抗結(jié)核藥物仍是TB治療的重要挑戰(zhàn)。

靶向 結(jié)核分枝桿菌 （

Mycobacterium tuberculosis

理論上，抑制PurF可削弱結(jié)核分枝桿菌的增殖和生存。然而，目前尚未有研究系統(tǒng)性驗(yàn)證PurF在結(jié)核分枝桿菌中作為藥物靶點(diǎn)的可行性，其結(jié)構(gòu)特征、功能機(jī)制及抑制效果仍知之甚少。因此，深入解析PurF在結(jié)核分枝桿菌中的生物學(xué)作用，并探索其作為藥物靶點(diǎn)的可行性，或?qū)殚_(kāi)發(fā)新一代抗結(jié)核藥物提供突破性思路。

近日，比利時(shí)楊森制藥 Anil Koul 和 Dirk A. Lamprecht 等在

Nature

Targeting de novo purine biosynthesis for tuberculosis treatment

為尋找抑制結(jié)核分枝桿菌生長(zhǎng)的新化合物，作者首先設(shè)計(jì)了基于表型的全細(xì)胞篩選并結(jié)合體外級(jí)聯(lián)篩選手段，從4924種對(duì)分枝桿菌具有活性的化合物中識(shí)別出低風(fēng)險(xiǎn)和良好合成可行性的一系列化合物，最終鑒定出以JNJ-7310為代表的吡咯烷并嘧啶系列化合物。通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，去除激酶抑制劑特征，合成的 JNJ-6640對(duì)映體表現(xiàn)出極強(qiáng)的體外抗結(jié)核分枝桿菌活性 ，且對(duì)臨床耐藥菌株無(wú)明顯交叉耐藥性，提示其具有新穎的作用機(jī)制。

通過(guò)耐藥突變篩選與全基因組測(cè)序，作者確認(rèn) JNJ-6640的作用靶點(diǎn)為purF基因編碼的PurF蛋白 ，且這些耐藥突變?cè)谂R床分離株中并未發(fā)現(xiàn)。分子模擬預(yù)測(cè) JNJ-6640結(jié)合于PurF的活性口袋附近，與其形成關(guān)鍵氫鍵和疏水相互作用，解釋了其高親和性 。同位素標(biāo)記實(shí)驗(yàn)表明，JNJ-6640顯著抑制嘌呤從頭合成，導(dǎo)致谷氨酰胺積累，而對(duì)嘌呤挽救通路影響有限。CRISPRi敲低實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步確認(rèn)PurF為細(xì)菌存活所必需，并揭示其敲低株對(duì)JNJ-6640的敏感性提升8倍。

盡管次黃嘌呤可部分拯救PurF抑制，但肺組織中相關(guān)核堿基濃度（0.01–11.79 μM）遠(yuǎn)低于拯救所需濃度，證實(shí) JNJ-6640具備體內(nèi)活性 。純化的MtPurF蛋白在酶學(xué)實(shí)驗(yàn)中顯示強(qiáng)催化活性，JNJ-6640對(duì)其具有納摩爾級(jí)抑制效果（IC50 = 1 nM），而對(duì)人源同源酶PPAT的抑制活性極低（IC50 = 14 μM），顯示超過(guò)10,000倍的選擇性。在93種癌細(xì)胞系中，JNJ-6640幾乎不影響增殖（IC50 > 100 μM），表明 MtPurF的明確靶點(diǎn)結(jié)合能力和高選擇性，顯示出在哺乳動(dòng)物中較大的治療窗口 。

借助微流控裝置與單細(xì)胞成像，研究進(jìn)一步揭示JNJ-6640在0.6 μM濃度下可在6–10小時(shí)內(nèi)顯著抑制 結(jié)核分枝桿菌 生長(zhǎng)，約半數(shù)細(xì)胞發(fā)生裂解，即使藥物移除后亦無(wú)生長(zhǎng)恢復(fù)。DNA復(fù)制標(biāo)記實(shí)驗(yàn)顯示， JNJ-6640可消除復(fù)制體標(biāo)記焦點(diǎn)，持續(xù)引發(fā)細(xì)胞裂解，具有持久殺菌效應(yīng) 。在低氧“泡沫巨噬細(xì)胞”模型中，JNJ-6640對(duì)非復(fù)制狀態(tài)的結(jié)核分枝桿菌仍表現(xiàn)出良好殺菌活性，優(yōu)于多數(shù)現(xiàn)有抗結(jié)核藥物，顯示 JNJ-6640在低氧條件下的高效殺菌活性 。

在體內(nèi)驗(yàn)證方面，作者開(kāi)發(fā)了JNJ-6640的長(zhǎng)效注射劑（LAI），在小鼠中實(shí)現(xiàn)了為期4周的持續(xù)暴露且無(wú)明顯毒性。在小鼠急性感染模型中，兩次 注射JNJ-6640可使肺內(nèi)CFU顯著減少 ；在慢性感染模型中，連續(xù)8周給藥亦有效降低細(xì)菌負(fù)荷。更為重要的是，JNJ-6640可與貝達(dá)喹啉和普托曼尼聯(lián)合使用，可替代毒副作用較大的利奈唑胺，實(shí)現(xiàn)體內(nèi)外類似的殺菌效果。DiaMOND分析顯示，JNJ-6640與貝達(dá)喹啉和普托曼尼之間的協(xié)同作用優(yōu)于與莫西沙星的組合，體現(xiàn)了嘌呤合成抑制劑在TB聯(lián)合治療中的巨大潛力。

綜上所述， 本研究篩選到靶向PurF的小分子抑制劑 JNJ-6640 ，其能夠高效抑制結(jié)核分枝桿菌的DNA復(fù)制，對(duì)結(jié)核分枝桿菌具有納摩爾級(jí)殺菌活性。 JNJ-6640 兼具極強(qiáng)的選擇性、體內(nèi)活性和良好的安全性，有望納入未來(lái)耐藥性結(jié)核病治療方案，展示出嘌呤從頭合成抑制劑在抗結(jié)核藥物開(kāi)發(fā)中的廣闊前景 。

https://doi.org/10.1038/s41586-025-09177-7

制版人： 十一

參考文獻(xiàn)

1. TB alliance. Get the facts. TB Alliance https://www.tballiance.org/why-new-tb-drugs/global-pandemic (2023).

2. Bald, D., Villellas, C., Lu, P. & Koul, A. Targeting energy metabolism in Mycobacterium tuberculosis, a new paradigm in antimycobacterial drug discovery.mBio8, e00272-17 (2017).

3. Zhang, Y., Morar, M. & Ealick, S. E. Structural biology of the purine biosynthetic pathway.Cell. Mol. Life Sci.65, 3699–3724 (2008).

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