新型抗生素UDP-3-O-（R-羟基十四酰）-N-乙酰氨基葡糖脱乙酰酶（LpxC）抑制剂的设计、合成及活性研究

【摘要】研究背景革兰氏阴性菌耐药及耐药菌感染问题已成为公众健康的最大威胁之一,是21世纪抗感染领域面临的巨大挑战。因此,寻找具有全新抗菌机制和抗菌靶点的新型抗菌药物已迫在眉睫。在革兰氏阴性菌中,UDP-3-O-(R-羟基十四酰)-N-乙酰氨基葡萄糖脱乙酰化酶(LpxC),是一种锌离子依赖性蛋白水解酶,它催化脂质A生物合成中最关键一步,为革兰阴性菌生存和毒力所必需。此外,LpxC酶在革兰氏阴性菌不同菌株中高度保守,与其它已知锌蛋白酶相比不具有同源性。因此,LpxC作为抗菌新靶点已成为近年来抗菌药物研究中的热点领域,针对这一靶标设计合成抑制剂是当前抗菌药物研究中很有发展前景的一类。目标化合物的设计、合成及活性筛选对已有LpxC抑制剂的药效团和定量构效关系总结发现,几乎所有高活性的LpxC抑制剂都具有共同的结构特征即含有与催化活性中心Zn2+螯合的基团(如异羟肟酸等)和与酶的疏水通道之间有效结合的疏水侧链。除上述两个主要的抑制剂结合位点外,还有”UDPbindingsite”这一结合位点,它对于促进底物与酶的识别和结合非常重要,是当前LpxC抑制剂设计的重要方向之一。在充分调研文献的基础上,本研究以LpxC为靶标,基于LpxC与其抑制剂作用模式,借助计算机辅助药物设计,结合构象限制、电子等排等策略,设计了系列新型的LpxC抑制剂。在合成目标化合物之前,我们利用SYBYL8.0对所设计的化合物进行了对接打分,结果显示大部分化合物分值都接近于甚至超过阳性对照。这说明了我们设计思路的合理性,为我们的研究提供了理论依据。合成过程中,A系列以L-羟脯氨酸为起始原料,经过系列反应如酯化、Boc保护或磺化、SN2亲核取代、Suzuki偶联反应、缩合反应、SonogashiraCoupling、MitsunobuReaction等合成带有羧酸甲酯结构的目标化合物的前体。B系列以各种L构型氨基酸为起始原料,经过系列反应如SonogashiraCoupling、酯水解、缩合反应、GlaserCoupling等合成带有羧酸甲酯结构的目标化合物的前体。C系列分别以两种光学结构的氯霉胺及D-对甲砜基苯丝氨酸乙酯为起始原料,经过系列反应如Boc保护,羟基的选择性氧化、SonogashiraCoupling、酯水解、缩合反应、GlaserCoupling等合成带有羧酸甲酯结构的目标化合物的前体。D系列由B系列的中间体(S)-2-(4-乙炔基苯甲酰胺基)-4-甲硫基-丁酸甲酯经硫醚氧化成砜或亚砜与Boc保护的乙炔苯胺进行GlaserCoupling合成带有羧酸甲酯结构的目标化合物的前体。最后这些羧酸甲酯前体化合物均通过酯交换转化成异羟肟酸而得到目标化合物。对所合成的目标化合物进行了初步的生物活性评价,包括最低抑菌浓度MIC的测定,抑菌环试验及体外抑酶活性实验三方面,以期更准确地筛选出高活性的LpxC抑制剂。结果所有目标化合物均由’HNMR、HR-MS等方法进行结构确证,经Scifinder等文献检索工具证实,所合成的目标化合物均为新型化合物,未见文献报道。四系列化合物都表现出对革兰氏阴性菌(E.coilATCC25922和P.aeruginosaATCC27853)的选择性抑菌作用,对两株革兰氏阳性菌(S.A.ATCC25923和MRS.A.ATCC29213)则无明显抑菌作用。通过上述两株革兰氏阴性菌株的初筛,对活性较好的化合物进行了三株耐药菌株(E.coilMDR、P.aeruginosaMDR和E.cloacaeMDR)的MIC测定。部分目标化合物的抑菌活性与阳性对照LPC009相比略弱。对活性最好的化合物D1和D2还进行了大肠杆菌野生型菌株(E.coilW3110)和membrane-compromisedstrain(E.coilCMR300)的MIC的测定,此部分工作由DukeUniversity完成。此外,对活性最好的两个化合物D1和D2,进行了两株细菌ATCC25922和P.aeruginosaATCC27853)的抑菌环试验。结果显示测试化合物与阳性对照药LPC009、Levofloxacin、Claforan抑菌活性相当。LpxC抑制剂的酶活测定方法条件比较苛刻,故根据上述MIC的测定结果,选取抗菌活性最好的两个化合物D1和D2进行EcLpxC的酶活测定,此部分工作由DukeUniversity完成,活性结果表明所测两个化合物与阳性对照LPC028的抑酶活性相当,可作为抗革兰阴性菌先导进行深入研究。结论本研究基于LpxC的晶体结构及抑制剂与LpxC的作用模式,设计、合成了四系列新型的LpxC抑制剂,在体外表现出广谱的抗革兰氏阴性菌活性及较好的抑酶活性。这些化合物是很有研究前景的先导化合物,对具有全新作用机制的新型抗生素的研发有着积极的指导意义。
【作者】张剑；
【导师】徐文方；李学臣；
【作者基本信息】山东大学，药物化学，2014，博士
【关键词】UDP-3-O-(R-羟基十四酰)-N-乙酰氨基葡糖脱乙酰酶；LpxC抑制剂；抗生素；合理设计；化学合成；抗菌活性；

【参考文献】
[1]阮加.利率市场化的国际借鉴[J].决策探索(下半月),2014,11:92-93.
[2]黄艳.论爱丽丝·兰黛尔《飘逝》的戏仿艺术[D].福建师范大学,英语语言文学,2012,硕士.
[3]王鑫剑.超声波钻探采样器的研制及试验研究[D].哈尔滨工业大学,机械设计及理论,2014,硕士.
[4]杜玉晓.生物学科育人论[D].山东师范大学,课程与教学论,2013,硕士.
[5]袁淼丽.基于认知负荷理论的高中英语写作教学研究[D].西北师范大学,课程与教学论,2013,硕士.
[6]袁启萌.高层建筑火灾情景下人群疏散行为研究[D].清华大学,安全科学与工程,2013,硕士.
[7]金笑龙.安徽省大别山地区油茶优树选择研究[D].安徽农业大学,园林植物与观赏园艺,2011,硕士.
[8]韩宝航,祖胜臻.碳纳米材料的超分子表面修饰[A].中国化学会(ChineseChemicalSociety)、国家自然科学基金委员会.大环化学和超分子化学的新发展——当前学科交叉的一个重要桥梁——中国化学会全国第十五届大环化学暨第七届超分子化学学术讨论会论文摘要集[C].中国化学会(ChineseChemicalSociety)、国家自然科学基金委员会:,2010:1.
[9]康江艺.“幽默主题”生活设计[D].北方工业大学,工业设计工程,2014,硕士.
[10]宋佰芬.产气荚膜梭菌α毒素基因在干酪乳杆菌基因组中的表达及免疫效果评价[D].东北农业大学,预防兽医学,2014,博士.
[11]冯路路.油酸通过内质网应激介导人近端小管上皮细胞凋亡和转分化的实验研究[D].河北医科大学,病理学与病理生理学,2013,硕士.
[12]付文力.羊血SOD分离纯化及修饰与理化性质研究[D].甘肃农业大学,基础兽医学,2013,硕士.
[13]张保全.烘烤及烤前处理对烤烟主要含氮化合物和香气物质的影响[D].河南农业大学,作物栽培学与耕作学,2004,硕士.
[14]马晓娜.现代汉语词典词性标注对释义的影响[D].河北师范大学,语言学及应用语言学,2013,硕士.
[15]刘向虎.几类分数阶微分系统控制与应用[D].中南大学,应用数学,2014,博士.
[16]田成璐.BDD/Ti多孔复合膜制备关键技术研究[D].天津理工大学,微电子学与固体电子学,2013,硕士.
[17]王玥.高职高专英语课堂导入方法比对研究[D].华中师范大学,外国语言学及应用语言学,2013,硕士.
[18]邹力鵾,王丽珍,何婧.基于图的空间例外检测算法研究[J].云南大学学报(自然科学版),2003,05:398-400.
[19]王乐.武汉城市圈金融集聚对经济增长的影响研究[D].华中科技大学,产业经济学,2012,硕士.
[20]张伟涛.轴流式止回阀阀瓣瞬态压力分布与冲击分析[D].兰州理工大学,化工过程机械,2014,硕士.
[21]罗中明.球结膜微血管直径和血流跟踪与流速测量方法研究[D].哈尔滨理工大学,测试计量技术及仪器,2014,博士.
[22]曾立峰.地脉动在黄土地区厚覆盖层探测中的应用研究[D].中国地震局兰州地震研究所,构造地质学,2012,硕士.
[23]陈彦州,赵俊华,文福拴,杨首晖,方日升.偏度风险价值下供电公司/电力零售公司动态购电组合策略[J].电力系统自动化,2011,06:25-29.
[24]程阳.论加入WTO后：中国电力建设设备成套招标采购的对策与研究[D].华北电力大学（北京）,技术经济及管理,2003,硕士.
[25]石荣华.电解锰添加剂的作用[J].四川冶金.1990(03)
[26]李文天.非正规子群的正规闭包对有限p群结构的影响[D].山西师范大学,基础数学,2013,硕士.
[27]邓天石.基于均值-CVaR投资组合优化模型实证分析[D].重庆大学,应用统计（专业学位）,2014,硕士.
[28]王祺.黑龙江省本科高校引入冰壶项目的可行性研究[D].河北师范大学,体育教学,2012,硕士.
[29]李训文.面向船舶柴油机涡轮增压器的MRO知识管理技术研究[D].重庆大学,工业工程,2014,硕士.
[30]余浩,袁佳青,吴躜鸽.产品新颖度与创新绩效的关系——环境动态性调节作用的实证分析[J].经营与管理,2013,07:110-113.
[31]周亮程.语音识别声学模型压缩的研究[D].北京邮电大学,信号与信息处理,2013,硕士.
[32]宋小青.P波离散度预测急性心肌梗死患者阵发性房颤发生的分析[D].山西医科大学,内科学,2013,硕士.
[33]刘梦豪.诗歌意象的概念整合分析[D].西南交通大学,外国语言学及应用语言学,2014,硕士.
[34]贺萍.长沙市居民户外游憩动机与偏好分析[D].中南林业科技大学,生态学,2014,硕士.
[35]余阳.长春地铁十字换乘站开挖对临近高层建筑物影响的数值分析研究[D].吉林大学,道路与铁道工程,2014,硕士.
[36]卞荣兵.基于网格密度的数据挖掘的研究与应用[D].南京气象学院,2003.
[37]董永康.甘南州县域经济发展研究[D].西北师范大学,人文地理学,2013,硕士.
[38]杜佳强.有机材料红外吸收特性研究[D].西安工业大学,光学工程,2014,硕士.
[39]王翠翠.基于决策神经科学的从众与反从众行为研究：对比财产类决策和健康类决策情景[D].浙江大学,2014.
[40]李怀宁.钢框架梁柱弱轴单向及双向连接翼缘削弱型节点的抗震性能研究[D].青岛理工大学,结构工程,2013,硕士.
[41]王璞.海关办公自动化系统的设计与实现[D].吉林大学,软件工程,2012,硕士.
[42]巩曰情.基于地域性的山地建筑设计研究[D].北京交通大学,2014.
[43]姚金雨.我国民族院校国际化研究[D].武汉理工大学,高等教育学,2012,硕士.
[44]JiaMengqi.名动转用的认知机制研究—以网络新词新语为例[D].西安外国语大学,外国语言学及应用语言学,2013,硕士.
[45]程小文.政府信息公开诉讼现状研究[D].苏州大学,宪法学与行政法学,2013,硕士.
[46]邓少贵,谢关宝,范宜仁,李峰.多浓度下泥质砂岩电学性质实验研究[J].石油地球物理勘探,2003,05:543-546+461-582.
[47]王坤.海洋深水环境桥墩基础抗冲刷技术研究[D].长安大学,岩土工程,2013,硕士.
[48]邵向丽.基于子空间的MIMO-OFDM系统盲信道估计[D].西安电子科技大学,通信与信息系统,2012,硕士.
[49]孔静.剪纸动画对剪纸艺术的借鉴和运用[D].内蒙古大学,美术学,2013,硕士.
[50]蒙小英,和伊.论独立式地铁站口建筑形象的社会意义[J].新建筑,2015,02:105-107.