冀磊，謝建平

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謝建平 研究員，西南大學生命科學學院現(xiàn)代生物醫(yī)藥研究所副所長，博導，中國微生物學理事/基礎微生物/分子微生物與生物工程專委會副主任、中國微生物學會教學工作委員會委員、《遺傳》副主編、《生物工程學報》、《藥學學報》、《微生物學報》、《中國抗生素雜志》和編委，享受國務院政府特殊津貼專家 (2010)，教育部新世紀優(yōu)秀人才計劃入選者 (2011)，重慶市縉云英才入選者。主要圍繞結核病持續(xù)開展研究，先后主持國家傳染病科技重大專項和國家自然科學基金等20余項，近5年以通訊作者發(fā)表SCI論文80余篇。

結核病新抗生素靶標和抑制劑研發(fā)

冀磊1，謝建平2

1 杭州醫(yī)學院 基礎醫(yī)學部，浙江 杭州 310053 2 西南大學 生命科學學院 現(xiàn)代生物醫(yī)藥研究所 三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境與生物資源省部共建國家重點實驗室培育基地，重慶 400715

冀磊, 謝建平. 結核病新抗生素靶標和抑制劑研發(fā). 生物工程學報, 2018, 34(8): 1326–1337.Ji L, Xie JP. Progress in role of novel anti-tuberculosis drug targets and their inhibitors. Chin J Biotech, 2018, 34(8): 1326–1337.

隨著結核病耐藥現(xiàn)象越來越嚴重，迫切需要開發(fā)新型抗結核藥物，而大部分的藥物開發(fā)主要依賴于新型的抗生素靶標的發(fā)現(xiàn)。文中綜述了2016年以來新出現(xiàn)的具有開發(fā)為抗結核藥物潛力的新化合物，并重點闡述了這些新化合物所針對的抗生素靶標，將有助于針對這些靶標進一步開發(fā)新型抗結核藥物。

抑制劑，抗生素靶標，結核病

結核病 (Tuberculosis, TB) 是嚴重的全球性公共衛(wèi)生問題之一，世界衛(wèi)生組織最新統(tǒng)計顯示其危害被嚴重低估了，目前其致死人口已超越艾滋病，成為全球最為嚴重的傳染病[1]。2016年，全球結核病患者超過1 000萬，其與艾滋病的共感染人口占10%[1]。耐多藥TB (Multidrug-resistant tuberculosis, MDR-TB) 和廣泛耐藥TB (Extensively drug-resistant tuberculosis, XDR-TB) 患者數(shù)量逐年上升，僅2016年，便新增49萬MDR-TB患者[1]，成為結核病防控工作的三大挑戰(zhàn)之一，遏制耐藥TB工作迫在眉睫[2]。

在度過了漫長的沒有新型抗結核藥物的50年后，通過科研工作者的不懈努力，終于迎來了兩種新型抗結核藥物貝達喹啉 (Bedaquiline) 和迪拉馬尼 (Delamanid)[3]的面世，但這對于目前結核病的嚴峻形勢還是遠遠不夠，急切需要研究新的藥物靶標，開發(fā)新型的抗結核藥物。最近有一些新型的抗結核藥物靶標和藥物處于不同的研究階段，這為抗結核工作帶來了新的希望。

1 抗結核新靶標研究進展

1998年結核分枝桿菌 (, Mtb) H37Rv全基因組測序的完成，促進了Mtb致病機理的研究，推動了抗結核新靶標的發(fā)現(xiàn)[4]。

藥物靶標的發(fā)現(xiàn)主要是通過遺傳方法和功能基因組學方法來實現(xiàn)的。在過去一段時間，多個研究機構通過上述方法，構建了多種新穎的化合物篩選模型；同時利用計算機輔助設計、活性化合物結構改造等手段建立新型化合物庫，最終將篩選模型與化合物庫有機結合，篩選出十多個新的抑制劑。它們在抗結核藥物的開發(fā)方面給人們提供了更多的選擇。

2 結核病新抗生素靶標及其抑制劑

2.1 細胞分裂蛋白Wag31

細胞分裂蛋白Wag31 (或稱為抗原84, Ag84)，其在革蘭氏陽性菌中的同系物也稱為DivIVA[5]。Wag31是Mtb生長中的必需蛋白，該蛋白功能的缺失會導致菌體的死亡[6]。目前的研究認為它沒有催化活性，定位于細菌兩端，在菌體的生長繁殖中發(fā)揮重要的作用[7]，是協(xié)調菌體細胞延伸的骨架蛋白，與細胞的分裂密切相關[8]。Wag31蛋白高度保守的N-端有1個脂質結合區(qū) (Lipid binding domain, LBD)，該基因在枯草芽孢桿菌中的同源基因主要負責極性膜定位[9]。在絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶 (Ser/Thr protein kinases, STPKs) PknA和PknB的共同催化下，Wag31蛋白73位蘇氨酸被磷酸化，從而激活Wag31蛋白功能[10]。Wag31蛋白功能的異常，會導致菌體形態(tài)改變，產生不對稱的膨脹，最終使菌體一端變圓[7]。該蛋白編碼基因在Mtb中編號為Rv2145c，共783 bp，編碼260個氨基酸，其中第73位為蘇氨酸。

Singh等[8]在其研究中發(fā)現(xiàn)了3種有抑制Mtb生長效果的化合物：AminoPYrimidine-Sulfonamide (APYS1)、APYS2和APYS3 (圖1)。在鏈霉素突變株18b注射的小鼠模型中[11]，發(fā)現(xiàn)3種化合物對于非復制期的Mtb沒有任何殺菌作用，而在Mtb的復制期可以有效抑制其生長，提示這3種化合物可能作用于細胞生長中的關鍵步驟。同時還發(fā)現(xiàn)，在RAW巨噬細胞中加入濃度為20 mmol/L的APYS1或在成纖維細胞中加入濃度為100 mmol/L的APYS1，APYS1均未表現(xiàn)出抗Mtb H37Rv活性。其中最有潛力開發(fā)為抗結核藥物的APYS1，其最小殺菌濃度 (Minimum bactericidal concentration, MBC)為0.6 μmol/L，最小抑菌濃度 (Minimal inhibitory concentration, MIC) 為0.3–0.6 μmol/L。

圖1 通過表型篩選出的抗結核化合物APYS1、APYS2和APYS3

盡管APYS1的抑菌效果十分明顯，但其作用機制還未得到揭示。Singh等[8]發(fā)現(xiàn)APYS1在基因發(fā)生突變的Mtb中喪失了抗菌活性，推測其作用位點為Wag31蛋白。但其后續(xù)實驗發(fā)現(xiàn)該化合物并未直接與Wag31相互作用，推測其進入胞內后，結合一種目前還未知的蛋白形成蛋白復合物，該蛋白復合物與Wag31相互作用后導致菌體死亡。但該化合物是否通過該機制發(fā)揮作用，還有待實驗進一步驗證。

2.2 GlmU雙功能酶

GlmU蛋白為雙功能的酶類，同時具有乙酰轉移酶和尿苷酰轉移酶兩種酶的活性。其C-端發(fā)揮乙酰轉移酶活性，催化葡萄糖胺-1-磷酸(Glucosamine-1-phosphate, GlcN-1-P) 和乙酰輔酶A合成N-乙酰葡萄糖胺-1-磷酸 (N-acetyl-glucosamine- 1-phosphate, GlcNAc-1-P) 和輔酶A，而其N-端發(fā)揮尿苷酰轉移酶功能，進一步催化GlcNAc-1-P和UTP合成UDP-N-乙酰氨基葡糖 (UDP-N-acetyl- glucosamine, UDP-GlcNAc)[12-13]。在微生物和哺乳動物中均普遍存在尿苷酰轉移酶活性，但Mtb乙酰轉移酶活性僅存在于微生物中[14]，所以針對該酶的抑制劑可以作為潛在的抗結核藥物來研究。通過兩步催化獲得的UDP-GlcNAc是合成肽聚糖和脂多糖的底物，而后兩者是Mtb細胞壁的主要成分[14-15]。該酶功能的缺失將會直接影響Mtb的生存。該蛋白編碼基因在Mtb中編號為Rv1018c，共1 488 bp，編碼495個氨基酸。

Mehra等[16]利用計算機輔助設計手段，從容量為20 000的化合物庫中，篩選出了15個針對GlmU蛋白抑制率超過40%的化合物 (表1)。而其中化合物5810599的抑制率高達82.5%，通過劑量依賴性實驗評估出該化合物的半抑制濃度 (Half maximal inhibitory concentration, IC50) 為 (9.018± 0.04) μmol/L。具有開發(fā)為以GlmU蛋白為靶標新型抗結核藥物的潛力。

表1 體外實驗中用100 μmol/L藥物處理菌體后抑制率大于40%的化合物

2.3 MmpL3轉運蛋白

分枝桿菌膜蛋白 (Mycobacterial membrane protein large, MmpL) 家族成員是一種多底物外排泵，屬于跨膜轉運蛋白抗性/結節(jié)/細胞分裂 (Resistance-nodulation-cell division, RND) 透明質酸酶超家族[17]。底物的跨膜轉運受到跨膜質子電化學梯度的質子動力勢 (Proton motive force, PMF) 驅動。MmpL蛋白不僅介導底物的跨膜運輸，其在結核和非結核分枝桿菌的藥物外排中也發(fā)揮舉足輕重的作用，可將胞質中的抗生素排到胞外，從而導致菌體的耐藥。Mtb中共存在13個MmpL蛋白，只有MmpL3蛋白的缺失會導致其無法在體外生存[18]。MmpL3蛋白主要負責海藻糖單霉菌酸酯 (Trehalose monomycolate, TMM) 向外轉運[19]，同時介導亞鐵血紅素的胞內轉運[20-21]。

該蛋白編碼基因在Mtb中編號為Rv0206c，共2 835 bp，編碼944個氨基酸。處于臨床前研究的二芳基吡咯衍生物BM212，可以有效抑制Mtb生長，其MIC=0.7–1.5 μg/mL[22]，其通過抑制MmpL轉運分枝菌酸進一步影響Mtb細胞壁的合成[23]。Ramesh等[24]在其研究中合成了BM212的結構類似物 (圖2)，該化合物主要針對的也是MmpL蛋白，其MIC=0.031 μg/mL，活性比BM212高 25倍，具有很好的抑菌效果。

圖2 化合物18a

2.4 Mtb蛋白酪氨酸磷酸酶 (Protein tyrosine phosphatase, Mptp)

各種蛋白酪氨酸磷酸酶 (Protein tyrosine phosphatases, PTPs) 共同構成一個大的信號酶類家族，其與蛋白酪氨酸激酶家族 (Protein tyrosine kinases, PTKs) 共同調節(jié)細胞水平的蛋白酪氨酸磷酸化[25-26]。PTPs和PTKs中任何一個酶功能的缺失，都會導致蛋白酪氨酸磷酸化的異常，進一步導致人類罹患癌癥、糖尿病或免疫功能障礙等疾病[27]。有些病原微生物的感染也可以導致PTPs和PTKs的功能異常。Mtb中MPtpA和MPtpB對于其在巨噬細胞和各種動物感染模型中的存活也發(fā)揮舉足輕重的作用[28-33]。盡管Mtb本身缺乏內源性蛋白酪氨酸磷酸化作用，但MPtpA和MPtpB可通過與巨噬細胞的相互作用，調節(jié)菌體與巨噬細胞間的平衡，保證菌體在巨噬細胞中的生存。MPtpA可將其底物液泡蛋白質排序蛋白33b (Vacuolar protein sorting protein 33b, VPS33B) 去磷酸化，阻止吞噬溶酶體發(fā)揮作用，從而導致膜泡中巨噬細胞液泡型ATP酶 (Vacuolar-H+-ATPase, V-ATPase) 的清除[34-35]。一旦進入巨噬細胞，MPtpB隨即活化Akt信號肽，同時阻止ERK1/2和p38的活化，直接導致巨噬細胞的凋亡和信號分子的釋放。一旦將MPtpA和MPtpB功能缺失，Mtb在干擾素γ (Interferon-γ, IFN-γ) 誘導的巨噬細胞中的存活率和豚鼠結核慢性感染模型中的載量均會發(fā)生顯著下降[28,36]。MPtp功能缺失的Mtb感染豚鼠模型后可以使其對野生型Mtb的抵抗力增強[33]，提示我們針對MPtp的抑制劑可以作為新型的抗結核藥物。該酶可調控細胞增殖, 在信號轉導途徑中發(fā)揮調控因子的作用。

MPtpA蛋白編碼基因在Mtb中編號為Rv2234，共492 bp，編碼163個氨基酸。而MPtpB蛋白編碼基因在Mtb中編號為Rv0153c，共831 bp，編碼176個氨基酸。

陳冬妮等[37]從海洋真菌的代謝產物中分離出多種卷線孢菌素的衍生物 (圖3)，通過建立以MPtpB為靶點的篩選模型，從卷線孢菌素的衍生物庫中篩選出了化合物25，該化合物的IC50為 (64.6±9.1) μmol/L，遠低于卷線孢菌素 (IC50為 (327.6±60.4)μmol/L)，具有開發(fā)為新型抗結核藥物的潛在價值。

圖3 卷線孢菌素衍生物

2.5 磷酸-N-乙酰胞壁酸-五肽轉位酶 (Phospho- N-acetylmuramoyl-pentapeptide-transferase, MraY)

肽聚糖是細菌細胞壁的主要組成成分，其生物合成中的任何關鍵步驟受到影響，均可以導致菌體的死亡，所以這些關鍵步驟的酶類均可以作為藥物靶標進行研究。大腸桿菌中肽聚糖的合成過程已經研究得較為明確[38-40]，Mtb中也存在類似的肽聚糖合成途徑，但是與大腸桿菌存在某些差別：1) 胞壁酸中除了N-乙?；?(N-acetyl, NAc) 基團外，增加了N-羥乙?；?(N-glycolyl, NGlyc)；2) 肽聚糖多肽部分的羧酸類被酰胺化；3) 更多的甘氨酸或絲氨酸殘基[41-43]，而Mtb中的胞壁酸絕大部分均發(fā)生了N-羥乙酰化[41]。

磷酸-N-乙酰胞壁酸-五肽轉位酶普遍存在于原核生物中，在胞壁酸合成中發(fā)揮重要的作用，Mtb中也稱為轉位酶Ⅰ(TranslocaseⅠ, MurX)。分枝桿菌屬以異戊二烯基磷酸鹽為原料，在MurX作用下，催化UDP-MurNGlyc-pentapeptide和UDP- MurNAc-pentapeptide合成相應的脂質Ⅰ[44-45]。脂質Ⅰ是處于第1位的膜錨定肽前體，在細胞壁合成中發(fā)揮重要的作用。該酶的作用受到抑制會直接影響菌體的生存。

該蛋白編碼基因在Mtb中編號為Rv2156c，共1 080 bp，編碼359個氨基酸。

三山霉素是我國貴州地區(qū)分離的鏈霉菌sp. SS的代謝產物，屬于尿苷肽類抗生素，其可以通過抑制MurX的催化活性，發(fā)揮抗結核作用[46]。Shi等[46]通過基因工程方法，將鏈霉菌sp. SS中的基因缺失掉，獲得了6種三山霉素的衍生物 (圖4)，其中MX-4和MX-6針對Mtb H37Rv的MIC為8 μg/mL，具有開發(fā)為新型抗結核藥物的潛力。

圖4 尿苷肽類抗生素三山霉素

2.6 多異戊二烯基磷酸-GlcNAc-1-磷酸酯轉移酶 (Polyprenyl phosphate-GlcNAc-1-phosphate transferase, WecA)

Mtb的細胞壁對于其在巨噬細胞內的生長是至關重要的[47-48]，比較對數(shù)生長期和非復制期Mtb基因的表達情況發(fā)現(xiàn)，非復制期時與細胞壁合成和組裝相關的基因 (糖轉移酶、脂質阿拉伯甘露聚糖合成酶、分枝菌酸合成酶及其他細胞壁組裝相關酶類) 表達明顯上調[48-49]。因此，Mtb細胞壁合成中的關鍵酶類——分枝阿拉伯半乳聚糖合成酶的功能如果受到抑制，可以使處于非復制期的Mtb對現(xiàn)在所使用的抗結核藥物變得敏感，從而殺死巨噬細胞內的Mtb。WecA是聚戊烯基磷酸酯N-乙酰己糖胺-1-磷酸酯轉移酶，在Mtb中催化異戊二烯基-GlcNAc-焦磷酸酯 (Decaprenyl-GlcNAc-pyrophosphate, decaprenyl- P-P-GlcNAc) 的合成。WecA可以催化UDP- GlcNAc的Phospho-GlcNAc部分錨定到異戊二烯基磷酸鹽 (Decaprenylphosphate) 上，從而起始分枝阿拉伯半乳聚糖的合成。之前的研究發(fā)現(xiàn)，該酶的功能受到抑制，會明顯降低Mtb的生存能力[50]。因此，WecA是一個很好的藥物靶標。該蛋白編碼基因在Mtb中編號為Rv1302，共1 215 bp，編碼404個氨基酸。

Mitachi等[51]構建了以WecA為靶標的高通量篩選模型，同時利用化學方法合成了抗結核核苷類抗生素Capuramycin的結構類似物UT-01320 (圖5)。UT-01320在WecA篩選模型中表現(xiàn)出很強的抑制WecA酶的活性。在體外實驗中，UT-01320在很低的濃度下，不僅能殺死處于復制期的Mtb (MIC=1.5 μg/mL)，還可以殺死處于靜止期的Mtb (MIC=2.58 μg/mL)。此外巨噬細胞內的Mtb也會被其消滅。其濃度為0.02 μg/mL時，針對Mtb的抑制率為42%；其濃度為2 μg/mL和20 μg/mL時抑制率可達到100%，其IC50為 (9.14±0.035 4) μg/mL。

圖5 UT-01320結構式

2.7 莽草酸激酶 (Shikimatekinase, AroK)

莽草酸激酶在ATP作為協(xié)同底物的情況下，可以將莽草酸轉化為莽草酸-3-磷酸酯[52]。它屬于核苷單磷酸 (Nucleoside monophosphate, NMP) 激酶家族成員，擁有3個發(fā)揮獨立功能結構域：核心、頂蓋和核苷單磷酸結合域[53]。核心區(qū)域由5條平行的β-折疊和1個核酸結合環(huán) (P-loop) 構成，用于結合核苷酸；頂蓋區(qū)域用于封蓋活性中心，以調節(jié)與ATP的結合；核苷單磷酸結合區(qū)域則用于結合莽草酸[54-57]。

莽草酸途徑在細菌、藻類、植物和寄生蟲中普遍存在，而哺乳動物中缺乏該途徑。該途徑的最終代謝產物分枝酸是初級代謝產物預苯酸、鄰氨基苯甲酸酯和氨基脫氧分枝酸的前體，而這3種初級代謝產物又可以用于進一步合成芳香氨基酸類、分枝菌素、泛醌、對氨苯甲酸、萘醌類等等與Mtb生長密切相關的化合物[58]。該途徑的缺失會直接導致Mtb的死亡[59]，故針對該途徑的抑制劑可以作為潛在的抗結核藥物進行開發(fā)。

該蛋白編碼基因在Mtb中編號為Rv2539c，共531 bp，編碼176個氨基酸。

Rajput等[60]以AroK為靶標構建了高通量的藥物篩選模型，通過篩選容量為1 000個化合物的抗結核化合物庫，篩選出兩個極具潛力的化合物5631296 (圖6) 和5491210 (圖7)。5631296針對Mtb H37Rv的MIC=4 μg/mL，MBC=4 μg/mL，IC50為 (5.10±0.6) μmol/L，而5491210針對Mtb H37Rv的MIC=8 μg/mL，MBC=32 μg/mL，IC50為 (8.58±0.9) μmol/L，而對于MDR來講，其MIC= 1 μg/mL。這對治療MDR是一個十分振奮人心的發(fā)現(xiàn)。

圖6 化合物5631296結構式

圖7 化合物5491210結構式

3 展望

結核病雖然是一種可以防控和治療的疾病，但是隨著耐藥性結核菌的大量出現(xiàn)以及結核病與其他疾病的合并感染，目前仍然沒有得到很好的控制，還有進一步蔓延的趨勢，形勢依然嚴峻。世界衛(wèi)生組織、世界各國的政府和研究機構對結核病研究的大量投入，為抗結核新藥的開發(fā)帶來了新的希望。新的抗生素靶標及其抑制劑不斷涌現(xiàn)，除了前文提到的有明確作用位點的抑制劑外，還有一些能明顯抑制Mtb生長，但作用位點未知的化合物，比如呋咱氮氧化物 (Furoxan) 衍生物[61]和兩性分子氧雜蒽酮 (Xanthones)[62]。這一類作用機制或作用位點未知的化合物，依然有開發(fā)為抗結核藥物的潛力，隨著這類化合物作用機理的進一步研究，相信會涌現(xiàn)出更多的抗生素新靶標。原本用于治療精神類疾病所用的藥物甲硫噠嗪 (Thioridazine)[63]，發(fā)現(xiàn)其也有抗結核的作用，這也為抗結核藥物的開發(fā)提供了新的思路。隨著蛋白質組學、功能基因組學在Mtb致病、耐藥和持留方面研究中的廣泛應用，相信定會在尋找高效靶點、建立高效藥物篩選平臺方面取得更大的突破。

[1] Global tuberculosis report 2017 [EB/OL]. [2017-12-01]. http://www.who.int/tb/publications/global_report/en/.

[2] Zhang Q, Wu ZY, Zhang ZR, et al. Efficacy and effect of free treatment on multidrug-resistant tuberculosis. Exp Ther Med, 2016, 11(3): 777–782.

[3] Gualano G, Capone S, Matteelli A, et al. New antituberculosis drugs: from clinical trial to programmatic use. Infect Dis Rep, 2016, 8(2): 6569.

[4] Cole ST, Brosch R, Parkhill J, et al. Deciphering the biology offrom the complete genome sequence. Nature, 1998, 393(6685): 537–544.

[5] Fl?rdh K. Essential role of DivIVA in polar growth and morphogenesis inA3(2). Mol Microbiol, 2003, 49(6): 1523–1536.

[6] Sassetti CM, Boyd DH, Rubin EJ. Genes required for mycobacterial growth defined by high density mutagenesis. Mol Microbiol, 2003, 48(1): 77–84.

[7] Kang CM, Nyayapathy S, Lee JY, et al. Wag31, a homologue of the cell division protein DivIVA, regulates growth, morphology and polar cell wall synthesis in mycobacteria. Microbiology, 2008, 154(3): 725–735.

[8] Singh V, Dhar N, Pató J, et al. Identification of aminopyrimidine-sulfonamides as potent modulators of Wag31-mediated cell elongation in mycobacteria. Mol Microbiol, 2017, 103(1): 13–25.

[9] Van Baarle S, Celik IN, Kaval KG, et al. Protein-protein interaction domains ofDivIVA. J Bacteriol, 2013, 195(5): 1012–1021.

[10] Jani C, Eoh H, Lee JJ, et al. Regulation of polar peptidoglycan biosynthesis by Wag31 phosphorylation in mycobacteria. BMC Microbiol, 2010, 10: 327.

[11] Sala C, Dhar N, Hartkoorn RC, et al. Simple model for testing drugs against nonreplicating. Antimicrob Agents Chemother, 2010, 54(10): 4150–4158.

[12] Olsen LR, Vetting MW, Roderick SL. Structure of thebifunctional GlmU acetyltransferase active site with substrates and products. Protein Sci, 2007, 16(6): 1230–1235.

[13] Olsen LR, Roderick SL. Structure of theGlmU pyrophosphorylase and acetyltransferase active sites. Biochemistry, 2001, 40(7): 1913–1921.

[14] Barreteau H, Kova? A, Boniface A, et al. Cytoplasmic steps of peptidoglycan biosynthesis. FEMS Microbiol Rev, 2008, 32(2): 168–207.

[15] Zhang WL, Jones VC, Scherman MS, et al. Expression, essentiality, and a microtiter plate assay for mycobacterial GlmU, the bifunctional glucosamine-1- phosphate acetyltransferase and-acetylglucosamine-1- phosphate uridyltransferase. Int J Biochem Cell Biol, 2008, 40(11): 2560–2571.

[16] Mehra R, Rani C, Mahajan P, et al. Computationally guided identification of novelGlmU inhibitory leads, their optimization, andvalidation. ACS Comb Sci, 2016, 18(2): 100–116.

[17] Domenech P, Reed MB, Barry III CE. Contribution of theMmpL protein family to virulence and drug resistance. Infect Immun, 2005, 73(6): 3492–3501.

[18] Lamichhane G, Tyagi S, Bishai WR. Designer arrays for defined mutant analysis to detect genes essential for survival ofin mouse lungs. Infect Immun, 2005, 73(4): 2533–2540.

[19] Varela C, Rittmann D, Singh A, et al.genes are associated with mycolic acid metabolism in mycobacteria and corynebacteria. Chem Biol, 2012, 19(4): 498–506.

[20] Tullius MV, Harmston CA, Owens CP, et al. Discovery and characterization of a unique mycobacterial heme acquisition system. Proc Natl Acad Sci USA, 2011, 108(12): 5051–5056.

[21] Owens CP, Chim N, Graves AB, et al. Thesecreted protein Rv0203 transfers heme to membrane proteins MmpL3 and MmpL11. J Biol Chem, 2013, 288(30): 21714–21728.

[22] Deidda D, Lampis G, Fioravanti R, et al. Bactericidal activities of the pyrrole derivative BM212 against multidrug-resistant and intramacrophagicstrains. Antimicrob Agents Chemother, 1998, 42(11): 3035–3037.

[23] La Rosa V, Poce G, Canseco JO, et al. MmpL3 is the cellular target of the antitubercular pyrrole derivative BM212. Antimicrob Agents Chemother, 2012, 56(1): 324–331.

[24] Ramesh R, Shingare RD, Kumar V, et al. Repurposing of a drug scaffold: Identification of novel sila analogues of rimonabant as potent antitubercular agents. Eur J Med Chem, 2016, 122: 723–730.

[25] Hunter T. The Croonian Lecture 1997. The phosphorylation of proteins on tyrosine: its role in cell growth and disease. Philos Trans Roy Soc B Biol Sci, 1998, 353(1368): 583–605.

[26] Beresford NJ, Mulhearn D, Szczepankiewicz B, et al. Inhibition of MptpB phosphatase fromimpairs mycobacterial survival in macrophages. J Antimicrob Chemother, 2009, 63(5): 928–936.

[27] He RJ, Yu ZH, Zhang RY, et al. Protein tyrosine phosphatases as potential therapeutic targets. Acta Pharmacol Sin, 2014, 35(10): 1227–1246.

[28] Singh R, Rao V, Shakila H, et al. Disruption ofimpairs the ability ofto survive in guinea pigs. Mol Microbiol, 2003, 50(3): 751–762.

[29] Singh R, Singh A, Tyagi AK. Deciphering the genes involved in pathogenesis of. Tuberculosis, 2005, 85(5/6): 325–335.

[30] Koul A, Herget T, Klebl B, et al. Interplay between mycobacteria and host signalling pathways. Nat Rev Microbiol, 2004, 2(3): 189–202.

[31] Zhou B, He YT, Zhang X, et al. Targeting mycobacterium protein tyrosine phosphatase B for antituberculosis agents. Proc Natl Acad Sci USA, 2010, 107(10): 4573–4578.

[32] Castandet J, Prost JF, Peyron P, et al. Tyrosine phosphatase MptpA ofinhibits phagocytosis and increases actin polymerization in macrophages. Res Microbiol, 2005, 156(10): 1005–1013.

[33] Chauhan P, Reddy PV, Singh R, et al. Secretory phosphatases deficient mutant ofimparts protection at the primary site of infection in guinea pigs. PLoS ONE, 2013, 8(10): e77930.

[34] Bach H, Papavinasasundaram KG, Wong D, et al.virulence is mediated by PtpA dephosphorylation of human vacuolar protein sorting 33B. Cell Host Microbe, 2008, 3(5): 316–322.

[35] Wong D, Bach H, Sun J, et al.protein tyrosine phosphatase (PtpA) excludes host vacuolar-H+-ATPase to inhibit phagosome acidification. Proc Natl Acad Sci USA, 2011, 108(48): 19371–19376.

[36] Cowley SC, Babakaiff R, Av-Gay Y. Expression and localization of theprotein tyrosine phosphatase PtpA. Res Microbiol, 2002, 153(4): 233–241.

[37] Chen DN, Chen H, She ZG, et al. Identification of bostrycin derivatives as potential inhibitors ofprotein tyrosine phosphatase (MptpB). Med Chem, 2016, 12(3): 296–302.

[38] Auger G, van Heijenoort J, Mengin-Lecreulx D, et al. A MurG assay which utilises a synthetic analogue of lipid I. FEMS Microbiol Lett, 2003, 219(1): 115–119.

[39] van Heijenoort J. Lipid intermediates in the biosynthesis of bacterial peptidoglycan. Microbiol Mol Biol Rev, 2007, 71(4): 620–635.

[40] Bupp K, van Heijenoort J. The final step of peptidoglycan subunit assembly inoccurs in the cytoplasm. J Bacteriol, 1993, 175(6): 1841–1843.

[41] Raymond JB, Mahapatra S, Crick DC, et al. Identification of thegene, encoding the hydroxylase responsible for the-glycolylation of the mycobacterial peptidoglycan. J Biol Chem, 2005, 280(1): 326–333.

[42] Mahapatra S, Scherman H, Brennan PJ, et al. N Glycolylation of the nucleotide precursors of peptidoglycan biosynthesis ofspp. is altered by drug treatment. J Bacteriol, 2005, 187(7): 2341–2347.

[43] Mahapatra S, Crick DC, Brennan PJ. Comparison of the UDP--acetylmuramate:L-alanine ligase enzymes fromand. J Bacteriol, 2000, 182(23): 6827–6830.

[44] Kurosu M, Mahapatra S, Narayanasamy P, et al. Chemoenzymatic synthesis of Park’s nucleotide: toward the development of high-throughput screening for MraY inhibitors. Tetrahedron Lett, 2007, 48(5): 799–803.

[45] Bugg TDH, Lloyd AJ, Roper DI. Phospho-MurNAc- pentapeptide translocase (MraY) as a target for antibacterial agents and antibacterial proteins. Infect Disord Drug Targets, 2006, 6(2): 85–106.

[46] Shi YY, Jiang ZB, Lei X, et al. Improving the N-terminal diversity of sansanmycin through mutasynthesis. Microb Cell Fact, 2016, 15: 77.

[47] Grzegorzewicz AE, Ma YF, Jones V, et al. Development of a microtitre plate-based assay for lipid-linked glycosyltransferase products using the mycobacterial cell wall rhamnosyltransferase WbbL. Microbiology, 2008, 154(12): 3724–3730.

[48] Jin Y, Xin Y, Zhang WL, et al.Rv1302 andMSMEG_4947 have WecA function and MSMEG_4947 is required for the growth of. FEMS Microbiol Lett, 2010, 310(1): 54–61.

[49] Bacon J, Alderwick LJ, Allnutt JA, et al. Non-replicatingelicits a reduced infectivity profile with corresponding modifications to the cell wall and extracellular matrix. PLoS ONE, 2014, 9(2): e87329.

[50] Ishizaki Y, Hayashi C, Inoue K, et al. Inhibition of the first step in synthesis of the mycobacterial cell wall core, catalyzed by the GlcNAc-1-phosphate transferase WecA, by the novel caprazamycin derivative CPZEN-45. J Biol Chem, 2013, 288(42): 30309–30319.

[51] Mitachi K, Siricilla S, Yang D, et al. Fluorescence-based assay for polyprenyl phosphate-GlcNAc-1-phosphate transferase (WecA) and identification of novel antimycobacterial WecA inhibitors. Anal Biochem, 2016, 512: 78–90.

[52] Pereira JH, Vasconcelos IB, Oliveira JS, et al. Shikimate kinase: a potential target for development of novel antitubercular agents. Curr Drug Targets, 2007, 8(3): 459–468.

[53] Vonrhein C, Schlauderer GJ, Schulz GE. Movie of the structural changes during a catalytic cycle of nucleoside monophosphate kinases. Structure, 1995, 3(5): 483–490.

[54] Pereira JH, De Oliveira JS, Canduri F, et al. Structure of shikimate kinase fromreveals the binding of shikimic acid. Acta Crystallogr D Biol Crystallogr, 2004, 60(12): 2310–2319.

[55] Hartmann MD, Bourenkov GP, Oberschall A, et al. Mechanism of phosphoryl transfer catalyzed by shikimate kinase from. J Mol Biol, 2006, 364(3): 411–423.

[56] Dhaliwal B, Nichols CE, Ren JS, et al. Crystallographic studies of shikimate binding and induced conformational changes inshikimate kinase. FEBS Lett, 2004, 574(1/3): 49–54.

[57] Gan JH, Gu YJ, Li Y, et al. Crystal structure ofshikimate kinase in complex with shikimic acid and an ATP analogue. Biochemistry, 2006, 45(28): 8539–8545.

[58] Kapnick SM, Zhang Y. New tuberculosis drug development: targeting the shikimate pathway. Expert Opin Drug Discov, 2008, 3(5): 565–577.

[59] Parish T, Stoker NG. The common aromatic amino acid biosynthesis pathway is essential in. Microbiology, 2002, 148(10): 3069–3077.

[60] Rajput VS, Mehra R, Kumar S, et al. Screening of antitubercular compound library identifies novel shikimate kinase inhibitors of. Appl Microbiol Biotechnol, 2016, 100(12): 5415–5426.

[61] dos Santos Fernandes GF, de Souza PC, Marino LB, et al. Synthesis and biological activity of furoxan derivatives against. Eur J Med Chem, 2016, 123: 523–531.

[62] Koh JJ, Zou HX, Mukherjee D, et al. Amphiphilic xanthones as a potent chemical entity of anti- mycobacterial agents with membrane-targeting properties. Eur J Med Chem, 2016, 123: 684–703.

[63] de Keijzer J, Mulder A, de Haas PEW, et al. Thioridazine alters the cell-envelope permeability of. J Proteome Res, 2016, 15(6): 1776–1786.

(本文責編 陳宏宇)

Progress in role of novel anti-tuberculosis drug targets and their inhibitors

Lei Ji1, and Jianping Xie2

1 Department of Basic Medicine, Hangzhou Medical College, Hangzhou 310053, Zhejiang, China 2 State Key Laboratory Breeding Base of Eco-Environment and Bio-Resource of Three-Gorges Area, Institute of Modern Biopharmaceuticals, School of Life Sciences, Southwest University, Chongqing 400715, China

There is an urgent need to discover new anti-tuberculosis compounds with novel mechanisms of action in order to deal with tuberculosis and drug-resistant tuberculosis. In this article, the feature of several promising novel compounds with potential anti-tuberculosis activities is summarized, focusing on the drug targets of these compounds. These summaries will contribute to the further development of anti-tuberculosis drugs.

inhibitors, drug target, tuberculosis

December 27, 2017;

March 26, 2018

National Natural Science Foundation of China (Nos. 81701970, 81371851), Scientific Research Foundation of the Education Department of Zhejiang Province (No. Y201534356).

Jianping Xie. Tel/Fax: +86-23-68367108; E-mail: georgex@swu.edu.cn

國家自然科學基金 (Nos. 81701970, 81371851)，浙江省教育廳一般科研項目 (No. Y201534356) 資助。

10.13345/j.cjb.170521