抗菌肽小分子模拟物的设计、合成及抗菌相关性质的研究

Emerging antibiotic resistance threatens human health all over the world, and there is increasing demand to develop new generation of antibiotics with having a much lower tendency to elicit antibiotic resistance. Based on thoughts that antimicrobial peptides form vitally important defense against infection as part of innate immune system, and are unlike to elicit extensive resistance compared to conventional antibiotics, we will focus our research on design, synthesis of small molecular mimics of AMPs and evaluations of their properties to tackle some obstacles associated with AMPs, such as generally moderate antimicrobial activity, susceptible to in vivo degradation, potential immunogenicity and so on. Two types of mimics have been designed: glycolipid-like mimics and Indole core based α-helix mimic. glycolipid-like mimics were designed on the basis of natural amphiphile of glycolipids. Modification of carbohydrate part of glycolipids forms cationic area. Meanwhile glycosylation of carbohydrate part with different fatty alcohol adjusts hydrophobicity-hydrophilicity balance of whole molecule. The latter not only mimic α-helix, also have a similar topological conformation with AMPs. In this project, we will focus mainly our reseach on synthesis of glycolipid-like mimics of AMPs and evaluate their properties such as antimicrobial activities for all compounds and cytotoxicity, drug resistance and antibacterial mechanism for selected compounds. It is hoped that we can find potent and broad-spectrum antibiotic leads that have the potential to circumvent emerging drug resistance.

抗生素耐药性日益严重威胁着人类的生存与健康，因此发展新型的、难以诱导细菌产生耐药性的抗感染药物尤为重要。鉴于天然抗菌肽在生物体内发挥抗菌作用以及具有克服耐药性的潜力。本项目拟以抗菌肽结构特征与功能为对象，针对抗菌肽抗菌活性普遍不强、酶稳定性差、潜在的免疫原性等问题，开展其小分子模拟物的设计、合成及抗菌相关性质的研究。拟设计两类小分子模拟物:糖脂类模拟物和基于吲哚骨架的α-螺旋结构模拟物。前类模拟物是在糖脂的亲脂亲水的结构特点基础上，修饰糖形成正电荷区域，并通过糖基化引入不同烷基链以调节亲脂亲水平衡。后者不仅能模拟α-螺旋结构，又有抗菌肽整体拓扑构象。本项目将主要开展对糖脂类模拟物合成、修饰测试模拟物的抗微生物活性。对较好活性的模拟物，我们将评价它们的细胞毒性、耐药性以及抗菌机理。在条件容许的条件下,我们将对基于吲哚骨架的α-螺旋结构模拟物合成与性质将进行初步探索。预期能发现强效的、广谱的、有望克服细菌耐药性的新型抗生素先导物。同时理解结构效关系，为开展进一步结构修饰提供物质基础

抗生素耐药性成为目前和今后人类健康和生存的重大威胁之一，抗菌肽有望成为抗生素的补充药物或者成为抗生素的替代品解决细菌耐药问题。根据天然抗菌肽的整体构象以及电荷性质，本项目主要开展了抗菌肽模拟物的设计、合成以及抗菌相关性质的研究：1）完成基于γ-AApeptides的正离子脂肽模拟物的15个化合物的合成、抗菌活性、溶血效应评价，并完成初步抗菌机理、耐药性研究。从中发现两个化合物对菌株如MRSA, MRSE,VRE,大肠杆菌和绿脓杆菌的抗菌活性在2-6μg/mL; 2) 利用二聚体策略，完成9个赖氨酸烷基酰胺基于二聚体模拟物合成、体外抗菌活性、溶血效应、抗菌机理以及耐药性研究。从中发现疏水基团为C9烷基链的二聚体不仅对包括多种耐药菌株都有很强的抗菌活性(MIC50=0.75-6.0μg/mL)和具有较好的选择性，而且该化合物通过作用细胞膜而不可逆的杀灭细菌，不诱导细菌产生耐药性。二聚体模拟物可做为抗菌先导物做进一步的优化。此结果整理投稿美国药物化学（J.MED.Chem), 所取得结果的专利正在申请之中；再此基础上，开展了有芳基取代的赖氨酸烷基酰胺二聚体、三聚体及四聚体模拟物共计15个的设计与合成; 3) 根据天然糖脂亲脂亲水的结构特点，开展了抗菌肽类糖脂模拟物的研究，完成了12个化合物的合成，并对其中7个化合物开展了体外活性初步筛选，获得最好化合物抗大肠杆菌和金色葡萄球菌的MIC90分别位6.66和3.33ug/mL。该化合物可作为抗菌先导物做进一步修饰。通过本项目的研究，不仅发验证了二聚化策略可作为基于抗菌肽的抗菌药物发现的有效策略，而且还获得了两个抗菌肽模拟物作为先导物作进一步的优化，最主要的是我们的研究结果为发现高活性、高选择性的抗菌肽模拟物并将其发展为抗菌候选药物、临床药物甚至最终推向市场奠定了基础。