理大研發新一代候選抗生素對抗超級細菌

香港理工大學（理大）成功研發新一代候選抗生素，這創新的一系列小分子(small molecules) 極具潛力發展成為新抗生素，對抗各種多重耐藥性超級細菌，如耐藥性金黃葡萄球菌 (MRSA / methicillin-resistant Staphylococcus aureus)。研究團隊以有別於現時抗生素的運作原理，針對全新目標、構建全新的分子結構與抗菌機制，研發出小分子，實驗證明抑制細菌生長能力遠超於常用的抗生素，且對人體細胞無顯著毒性。

世界衞生組織指出，抗生素耐藥性已成為2019年全球人類健康最嚴重的威脅之一，當中，耐藥性金黃葡萄球菌感染的惡化情況尤甚。[1]香港亦不能倖免，香港自2007年將社區型耐藥性金黃葡萄球菌(CA-MRSA / community-associated MRSA)感染列為須呈報的傳染病，2018年共錄得1,218宗個案，是2007年的七倍；[2]今年截至8月，則已錄得839宗。長期以來，世界各地就藥物研發投入驚人的經費與資源，然而，新抗生素的研發自1980年代中停滯不前。

理大成功研發新一代候選抗生素(統稱為"Nusbiarylins")，堪稱是對抗超級細菌戰役中的突破。研究團隊屬理大應用生物及化學科技學系「化學生物學及藥物研發國家重點實驗室」，由該學系助理教授馬聰博士帶領，成員包括理大及香港中文大學醫學院的跨領域專家。

馬博士指出：「我們的研究已達動物測試階段，即是正進行感染模型研究和藥理特性研究，這些都是藥物研發在人體進行臨床測試之前最關鍵的步驟。直至目前為止，全球甚少有抗生素相關研究能完成此階段。我們就Nusbiarylins的測試，至今結果非常令人鼓舞，我們深信Nusbiarylins的進一步研究，定能發展成新一代抗生素對抗超級細菌。」

採用創新抗菌機制，甄定全新目標

現時市面大部份抗生素的運作原理，乃阻礙細菌細胞DNA的合成、或破壞其蛋白質的功能。理大開發的創新抗菌機制，則主要利用創新的小分子，把NusB和NusE蛋白質分隔，阻礙兩者結合，從而抑制細菌生長。NusB和NusE是存於細菌細胞的重要蛋白質，兩者的結合是促進細胞核糖體合成的重要因素。

研究團隊按NusB和NusE的結構，研發出全新模型，從約5,000種具有類藥性(drug-like)結構的小分子化合物中，以電腦輔助藥物設計軟件篩選出能分隔NusB和NusE、阻礙兩者結合的化合物，再測試被選化合物對不同MRSA品種的抗菌能力。研究結果發現，(E)-2-{[(3-ethynylphenyl)imino]methyl}-4-nitrophenol (簡稱MC4) 的抗菌能力，遠遠超越常用的抗生素。以「最低抑制細菌所需濃度」(Minimum Inhibitory Concentration  / 簡稱MIC，即化學品或藥物能抑制細菌生長的最低濃度，數字越低代表抗菌能力越高) 計算，MC4應付部份MRSA品種的MIC 為8 μg/mL，而現時市面常用的抗生素苯唑青黴素(oxacillin)和健大黴素(gentamicin)，相應MIC則為超過64 μg/mL。

研究團隊亦以人類肺部和皮膚細胞測試MC4，兩者都是MRSA最常感染的組織。研究發現MC4並無顯著毒性；事實上，MC4針對的NusB和NusE只存於細菌，並不存於人類細胞，因此理應不存對人體有害之憂。

"Nusbiarylins" — 新一代候選抗生素

研究團隊把MC4的結構進一步優化，至今製成167種相類合成物，這新一代合成物統稱為"Nusbiarylins" (以 "NusB" 為標靶蛋白質，並具二芳基("biaryl")結構)。實驗測試多種Nusbiarylin合成物對不同MRSA品種的抗菌能力，顯示部份Nusbiarylins的MIC 低達0.125 μg/mL，抗菌能力遠高於常用的抗生素，包括在美國被喻為「最後防線」抗生素的萬古黴素(vancomycin)，其MIC為1 μg/mL。

研究團隊亦使用人類細胞進行測試，以找出Nusbiarylins的藥理效能，結果發現：

-        溶血反應 (即：紅血球細胞膜受損破裂) 接近零，反映注射使用安全。
-        極容易被腸道細胞吸收，反映口服使用能發揮效用。

研究結果已於多份著名科學期刋刋登 (列於下)。科研成果更在今年六月於美國舉行的「2019 TechConnect世界創新會議暨博覽會」上獲頒全球創新獎。

近期刋登研究論文:-

Xiao Yang, Ming Jing Luo, Apple C M Yeung, Peter J Lewis, Paul Kay-sheung Chan, Margaret Ip, Cong Ma. First-In-Class Inhibitor of Ribosomal RNA Synthesis with Antimicrobial Activity against Staphylococcus aureus. Biochemistry 2017, 56, 5049-5052.

Tsz Fung Tsang, Yangyi Qiu, Lin Lin, Jiqing Ye, Cong Ma, Xiao Yang. Simple Method for Studying in Vitro Protein–Protein Interactions Based on Protein Complementation and Its Application in Drug Screening Targeting Bacterial Transcription. ACS Infectious Diseases 2019, 5, 521-527.

Yangyi Qiu, Shu Ting Chan, Lin Lin, Tsun Lam Shek, Tsz Fung Tsang, Nilakshi Barua, Yufeng Zhang, Margaret Ip, Paul Kay-sheung Chan, Nicolas Blanchard, Gilles Hanquet, Zhong Zuo, Xiao Yang, Cong Ma. Design, Synthesis and Biological Evaluation of Antimicrobial Diarylimine and Amine Compounds Targeting the Interaction between the Bacterial NusB and NusE Proteins. European Journal of Medicinal Chemistry 2019, 178, 214-231.

Yangyi Qiu, Shu Ting Chan, Lin Lin, Tsun Lam Shek, Tsz Fung Tsang, Yufeng Zhang, Margaret Ip, Paul Kay-sheung Chan, Nicolas Blanchard, Gilles Hanquet, Zhong Zuo, Xiao Yang, Cong Ma. Nusbiarylins, a New Class of Antimicrobial Agents: Rational Design of Bacterial Transcription Inhibitors Targeting the Interaction between the NusB and NusE Proteins. Bio-organic Chemistry 2019, 92, 103203.

（完）

[1] 世界衞生組織(2019) 《2019年全球衛生面臨的10項威脅》。擷取自網頁
https://www.who.int/zh/emergencies/ten-threats-to-global-health-in-2019 (2019年9月23日)

[2] 香港衞生署衞生防護中心 (2019)《須呈報的傳染病按月統計數字》。擷取自網頁
https://www.chp.gov.hk/tc/static/24012.html  (2019年9月23日)