以FtsZ為靶點(diǎn)的新型3-MBA衍生物的設(shè)計(jì)、合成及抗菌活性研究.pdf

1、抗生素的廣泛應(yīng)用尤其是濫用已經(jīng)導(dǎo)致耐藥菌的出現(xiàn)和流行，耐藥菌感染已經(jīng)嚴(yán)重威脅人類的健康。目前傳播最廣的兩種耐藥菌是耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(MRSA)和多重耐藥金黃色葡萄球菌(MDRSA)。這兩種耐藥菌對(duì)住院病人造成非常大的威脅，這一威脅正朝社區(qū)逼近。面對(duì)多重耐藥菌，臨床上原先使用的高效抗生素活性降低甚至失去抗菌活性?；谝陨显?，人們迫切須要研發(fā)下一代抗菌藥物以對(duì)抗日益增加的耐藥菌感染。
　　 研發(fā)新型抗菌藥物的首要困難是尋找

2、新的抗菌研發(fā)靶點(diǎn)。細(xì)菌分裂必需蛋白對(duì)于細(xì)菌的二分裂是必不可少的，這類蛋白在形態(tài)上高度保守且不易變異，是最有希望的一類抗菌研發(fā)靶點(diǎn)。細(xì)菌體內(nèi)共存在大約16種FtsZ需蛋白,FtsZ是其中的起始蛋白并發(fā)揮核心作用。在細(xì)菌二分裂過(guò)程中，F(xiàn)tsZ水解鳥(niǎo)苷三磷酸，并在細(xì)菌中央聚合形成環(huán)狀的Z環(huán);與此同時(shí)，F(xiàn)tsZ招募下游的分裂蛋白。當(dāng)Z環(huán)周圍的鳥(niǎo)苷二磷酸濃度升高到閾值時(shí)，Z環(huán)收縮并促使分裂蛋白復(fù)合物形成隔膜，最后兩個(gè)新細(xì)菌彼此分離。
　　

3、 Z環(huán)對(duì)于絕大多數(shù)致病菌的二分裂是必不可少的，而FtsZ的動(dòng)態(tài)聚合和鳥(niǎo)苷三磷酸酶活性對(duì)于Z環(huán)的生成是缺一不可的。因此，化合物只要抑制FtsZ的動(dòng)態(tài)聚合或抑制FtsZ的鳥(niǎo)苷三磷酸酶活性就能殺滅細(xì)菌。諸多化合物特別是天然產(chǎn)物能夠強(qiáng)烈抑制FtsZ的理化活性并進(jìn)而抑制細(xì)菌的二分裂。然而，絕大多數(shù)FtsZ抑制劑沒(méi)有體內(nèi)抗菌活性且無(wú)一進(jìn)入臨床研究。目前，只有PC190723被證明具有體內(nèi)抗菌活性并有望進(jìn)入臨床試驗(yàn)。
　　 在諸多FtsZ抑制

4、劑中，3-MBA是最有研發(fā)前景的一個(gè)先導(dǎo)化合物。與其它先導(dǎo)化合物如A-189和534f6等相比，3-MBA具有兩大優(yōu)勢(shì)。首先，3-MBA對(duì)FtsZ的特異性強(qiáng)、親和度高。其次，3-MBA能夠較容易地穿透細(xì)菌細(xì)胞，這通常是其它FtsZ抑制劑的限制性因素。3-MBA的代表性衍生物是PC190723。
　　 計(jì)算機(jī)對(duì)接模型顯示，3-MBA及其衍生物能夠與FtsZ上羧基端和H7螺旋之間的裂縫結(jié)合。具體結(jié)合情況是:苯甲酰胺基團(tuán)與R191、Q

5、192、N263、V307、和T309等氨基酸組成的口袋結(jié)合，起著重要的FtsZ靶向作用;苯氧基的氧原子能夠與R191和Q192形成氫鍵結(jié)合，顯著增強(qiáng)3-MBA及其衍生物對(duì)FtsZ的親和度;3-MBA的3位側(cè)鏈能夠與I172、E185、N188、I228和I230等氨基酸殘基形成的疏水性通道結(jié)合，該區(qū)域的結(jié)合情況很大程度上決定了3-MBA衍生物的體外抗菌活性。目前，3-MBA及其衍生物對(duì)FtsZ的調(diào)控區(qū)域即H7螺旋沒(méi)有抑制作用?？茖W(xué)家預(yù)

6、測(cè)，如果3-MBA的3位側(cè)鏈能夠與H7螺旋結(jié)合，將大幅提高衍生物的抗菌活性。
　　 本論文以FtsZ為抗菌研發(fā)靶點(diǎn)，以3-MBA為先導(dǎo)化合物，選取3-MBA的3位甲基為主要結(jié)構(gòu)修飾位點(diǎn)，設(shè)計(jì)合成了A、B和C三個(gè)系列的目標(biāo)化合物，并系統(tǒng)測(cè)定了化合物的體外抗菌活性。在總結(jié)三個(gè)系列化合物構(gòu)效關(guān)系的基礎(chǔ)上，選取抗菌活性較強(qiáng)的化合物A5、A6和A7作為起始化合物進(jìn)行進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)修飾，而后得到D和E系列目標(biāo)化合物。所有目標(biāo)化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)均

7、已通過(guò)質(zhì)譜、核磁共振氫譜和紅外進(jìn)行了確認(rèn)。
　　 本論文采用96孔板微量稀釋法對(duì)目標(biāo)化合物的體外抗菌活性進(jìn)行了測(cè)定。體外抗菌活性總結(jié)如下:針對(duì)金黃色葡萄球菌:1）與3-MBA相比，A系列所有化合物對(duì)MRSA、耐青霉素金黃色葡萄球菌和敏感型金黃色葡萄球菌(MSSA)的抗菌活性均有顯著的提高（MIC8～128μg/ml）。其中A2和A7對(duì)三種金葡菌的MIC均為8μg/ml，抗菌活性是3-MBA的256倍。2）除了B1和B9，B系列化

8、合物對(duì)三種金葡菌的抗菌活性得到極大的提高（MIC4～128μg/ml）?？咕钚宰顝?qiáng)的B5和B12對(duì)三種金葡菌的抗菌活性是3-MBA的256～512倍。3)C系列化合物對(duì)金葡菌的抗菌活性總體上明顯弱于A和B系列化合物。只有C6和C12具有較好抗菌活性(MIC8～32μg/ml)。4)與3-MBA相比，D和E系列化合物體外抗金葡菌活性沒(méi)有提高，MIC均大于128μg/ml。針對(duì)鏈球菌屬菌株:與3-MBA相比，A～E系列目標(biāo)化合物體外抗六種

9、鏈球菌的活性沒(méi)有提高，所有化合物的MIC均大于128μg/ml。
　　 通過(guò)MIC測(cè)定，本論文對(duì)目標(biāo)化合物的構(gòu)效關(guān)系和抗菌譜等進(jìn)行了深入研究，總結(jié)如下:1）大多數(shù)3-MBA衍生物對(duì)金葡菌屬具有較好的體外抗菌活性，但所有的3-MBA衍生物對(duì)鏈球菌屬基本沒(méi)有抗菌活性。這一現(xiàn)象與Stokes教授的研究一致，但具體原因目前還不是很清楚。2）MRSA和耐青霉素金黃色葡萄球菌等耐藥菌對(duì)3-MBA衍生物尚未產(chǎn)生耐藥性。3）3-MBA的3位甲基

10、可以用其它基團(tuán)取代。用烷烴和鹵代烷烴取代甲基能夠大幅提高衍生物的抗菌活性;當(dāng)引入氯代烷烴和溴代烷烴時(shí)，烷烴側(cè)鏈長(zhǎng)度以4個(gè)碳原子為最佳，過(guò)長(zhǎng)或過(guò)短均會(huì)明顯降低抗菌活性。4）在3-MBA的3位引入芳環(huán)側(cè)鏈，能夠增強(qiáng)抗菌活性，但是側(cè)鏈長(zhǎng)度及末端基團(tuán)類型對(duì)抗菌活性影響較大。在3-MBA的3位引入小極性基團(tuán)比引入大極性基團(tuán)具有更強(qiáng)的抗菌活性，這可能是由于3-MBA的3位側(cè)鏈?zhǔn)桥cFtsZ上的疏水性通道結(jié)合。
　　 通過(guò)本論文的研究，我們發(fā)現(xiàn)