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金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus,S.aureus)是一类重要的人类病原菌,随着S.aureus对抗生素耐药性的日益加剧,对新型(新结构和新机制)抗感染药物的需求急剧增加。在S.aureus中,金黄色色素(色素)是其重要的毒力因子之一,能够帮助细菌逃避人体活性氧物质的猎杀,因此,色素合成途径中的各种催化酶被认为是有效的抗毒力靶标。我们首先建立了抑制色素合成的表型筛选模型,通过对课题组自建的老药库中412种老药进行S.aureus Newman色素合成抑制活性的筛选,首次发现一个抗真菌老药盐酸萘替芬能够强效地抑制色素的合成(IC50=296 nM),在体外增强H202和人血对S.aureus Newman的杀灭,并且对S.aureus Newman的生长没有影响(0.2 mM)。盐酸萘替芬还能强效地抑制三种耐甲氧西林S.aureus(Methicillin-resistant S.aureus,MRSA)菌株(USA300 LAC、USA400 MW2和Mu50)的色素生成。应用一系列化学生物学的方法,我们首次证实盐酸萘替芬抑制S.aureus色素合成的确切机制是通过竞争性抑制其关键的催化合成酶CrtN(Diapophytoene desaturase)。为了初步证实盐酸萘替芬靶向CtrN抑制色素合成具有一定的结构专属性,我们保留盐酸萘替芬的骨架结构不变,设计合成了 8个相同骨架的衍生物(化合物8-15),通过构效关系研究,初步证实盐酸萘替芬及其衍生物是一类全新的、优良的CrtN抑制剂。进一步,在多个小鼠体内感染模型中,盐酸萘替芬可以有效地削减多种临床S.aureus(含MRSA)菌株的毒力。这些发现从概念上证明CrtN是一个治疗产色素的S.aureus(Pigmented S.aureus)感染的可药性靶标,也揭示了盐酸萘替芬是一个良好的CrtN抑制剂先导结构。考虑到盐酸萘替芬是一个已知的药物分子,其骨架结构已经被原研药企申请专利保护,为了获得新颖结构的CrtN抑制剂,本论文以盐酸萘替芬为先导化合物,通过骨架跃迁的改造策略,设计合成了两系列全新骨架类型衍生物,将盐酸萘替芬母体骨架萘环分别替换成苯并呋喃环和苯并脂肪环。对于苯并呋喃系列衍生物,我们总共设计合成了 33个衍生物(16-18、A1-3、B1-6和C1-21),体外色素合成抑制实验表明,有16个衍生物(B2、B5、C5-16、C19和C21)显示了强效的色素抑制活性,IC50值在纳摩尔水平,其中有5个衍生物(B2、C10、C11、C13和C21)显示了极强的色素抑制活性,IC50值在个位数纳摩尔水平。基于所有化合物的色素抑制活性,我们总结归纳出清晰的构效关系。对于苯并脂肪环系列衍生物,我们总共设计合成了49个衍生物(19-37、D1-3、E1-6和F1-21),体外色素合成抑制实验表明,有31个衍生物(22-24、E2、F5、F7-16、F18-19、F21和25-37)显示了强效的色素抑制活性,IC50值在纳摩尔水平,其中有8个化合物(F8、F10、F11、25-26、28、30和33)显示了极强的色素抑制活性,IC50值在个位数纳摩尔水平。同样基于化合物的色素抑制活性,我们总结归纳了此类衍生物的构效关系,和苯并呋喃类衍生物的构效关系基本一致。按照类似于盐酸萘替芬的研究策略,通过高效液相色谱实验,证实本论文设计合成的两类新颖结构的衍生物抑制色素合成是通过靶向抑制CrtN实现,与盐酸萘替芬的作用靶点一致。综合考虑色素抑制活性和结构多样性原则,我们分别遴选了5个苯并呋喃类衍生物(C7、C10、C11、C13和C21)和6个苯并脂肪环类衍生物(F8、F11、25、28、30和33),测试了它们对CrtN的酶抑制活性,IC50值均在纳摩尔水平。进一步考虑到良好的水溶性特征,C13和F8被选为各自系列中的候选药物开展了深入的体内外活性评价。C13和F8均可以极强的抑制三株MRSA菌株(USA300 LAC、USA400 MW2和Mu50)的色素合成,并且对菌株的生长没有影响,再一次证实本论文开发的化合物是通过抑制细菌毒力来发挥抗菌药效。化合物C13和F8均可以使S.aureus Newman和三种MRSA菌株(USA300 LAC、USA400 MW2和Mu50)更容易被H202和人血体外杀灭。在小鼠系统感染模型中,C13和F8依然都能够发挥强效的抗菌药效,明显降低S.aureus Newman和两种MRSA菌株(USA400 MW2和Mu50)在体内的存活率,并且治疗效果全面优于BPH-652(一种靶向CrtM的抗菌候选药物)。为了探讨本论文衍生物是否具有类似于盐酸萘替芬的抗真菌药效,我们选择了三种盐酸萘替芬敏感的真菌,测试了化合物C13和F8的抗真菌活性,结果表明本论文设计的新型抗菌候选药物基本丧失了抗真菌活性,表现出良好的选择性抗菌药效。本论文也初步评价了化合物C13和F8的安全性和药代动力学特征,结果表明化合物C13和F8具有良好的安全性和优于原型药物盐酸萘替芬的药代性质。尤其是C13具有比较好的口服生物利用度(F=42.2%)。本论文研究的创新点表现在以下3个方面:(1)首次发现了老药盐酸萘替芬具有抗金黄色葡萄球菌新用途;(2)首次概念证实了CrtN是一个良好的靶向细菌毒力的抗菌药物靶标;(3)首次开发了2类全新结构的CrtN抑制剂,部分衍生物具有优良的体内外药效、良好的安全性特征和药代性质,可以作为临床前候选药物进行深入开发。本论文部分研究成果已经实现技术转让,后续的临床前开发正在由受让制药企业推进中。