靶向AHAS蛋白新型抑制剂的发现与抗结核活性研究

Recently，the emerged drug resistant tuberculosis, especial the multidrug-resistant MTB (MDR-MTB) and extensively drug-resistant MTB (XDR-MTB) make this problem increasingly more complex for which little strategy has been confirmed effective. Therefore, discovery and development of new anti-MTB agents that act via novel mechanisms are in urgent needs. of M. tuberculosis. It has been shown that branched amino acids auxotrophic strain of mycobacterium failed to.proliferate because of the inability to use amino acids from their hosts,indicating that inhibitors for the branched-chain amino acid biosynthesis could be used as anti-mycobacterium agents. AHAS plays an important part in branched amino acids biosynthesis,and it was prooved to be promising target for TB.Our group have identified a series new compounds with potent inhibitory activity on AHAS through structure based virtual screen，and found some of that exhibiting obvious efficacy against MTB in vitro. In this project, we plan to perform a further exploration on screening novel inhibitors with high activity on AHAS in vitro and testing the anti-TB efficacy of these identified AHAS inhibitors agaisnt Chinese clinical MDR and XDR TB using in vitro, ex vivo and in vivo model.Combining with the cytotoxicity test of these compounds, we aimed to identify novel leading compounds for the development of novel antimycobacterial agents for the treatment of M. tuberculosis infections in China.

近年来，临床结核菌的耐药率不断升高，尤其耐多药（MDR-TB）与广泛耐药（XDR-TB）结核的出现和流行，使治疗和控制结核病的形势更加严峻。针对新靶标研制抗结核新药，是应对耐药结核的有效手段。近期文献报道了抗结核潜在药靶乙酰羧酸合成酶（AHAS），证明了AHAS抑制剂在体内外都具有一定的抗结核活性。本项目组前期工作利用分子对接手段通过计算机辅助筛选化合物库，发现了一批具有较高活性的新型AHAS抑制剂，其中抑制作用最明显的化合物已被验证具有较强的抗结核活性。本课题拟综合运用虚拟筛选、定量构效、结构优化等手段，发现一系列更高活性的AHAS抑制剂。同时，分别从培养基水平、细胞水平、动物水平来研究筛选出的抑制剂对各种临床耐药结核菌的抑菌作用及其对结核病的治疗效果。结合细胞毒性检测，最终得到高活性、低毒性、易合成的新化合物并评价其作为研发抗结核新药先导化合物的可能性。

近年来，临床结核菌的耐药率不断升高，尤其耐多药（MDR-TB）与广泛耐药（XDR-TB）结核的不断出现和流行，使治疗和控制结核病的形势更加严峻。特别是几十年来针对肺结核疾病新研发的有效药物寥寥无几，所以针对新颖靶标抗结核新药的研制，已迫在眉睫。乙酰羧酸合成酶（AHAS）乙酰羧酸合成酶（Acetohydroxyacid synthase，AHAS），是细菌体内必不可少的关键酶，主要是催化丙酮酸盐合成乙酰乳酸，是细菌生物合成支链氨基酸（如缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸）途径的关键酶。这个过程只存在于微生物和植物体内，而在动物体内不存在。AHAS失活可有效抑制结核分枝杆菌的生长，证明AHAS是抗结核药物设计的理想靶标。AHAS只在细菌、真菌、植物中表达，而在人及动物体内不存在与之同源的酶类，提示抑制AHAS活性不会影响正常人体的生命活动，其抑制剂将具有研发成抗结核药物的应用前景。本项目组利用同源建模、分子对接手段通过计算机辅助筛选化合物库，发现了一批具有较高活性的新型AHAS抑制剂，其中苯甲酸酯类化合物在培养基水平已被验证具有强效的抗结核作用，并且基于此类化合物的基本结构特性合成的衍生物均具有较强的抗结核活性。将支链氨基酸补充入培养基，可恢复结核菌生长，这表明苯甲酸酯类化合物的抗结核活性来自于化合物对AHAS的抑制。巨噬细胞THP-1感染结核菌可有效模拟宿主内菌落的生长活动状态，应用此细胞模型发现，新化合物细胞内抗结核活性较强，且对宿主的毒副作用极低，适合做新药研发的先导化合物。综上所述，以AHAS为靶点，本课题组成功发现了一组活性高、毒性低、易合成的抗结核新化合物。相关成果发表SCI论文5篇，获得国家专利授权一项。