基于pqs系统调控的莲子心群感抑制活性化合物的发现及作用机制研究

Quorum sensing (QS) system has been a promising target for developing novel antibacterial agents. The pqs system plays an important role in quorum sensing regulatory network. The potent QS inhibitory activity of Plumula nelumbinis was confirmed by the biofilm inhibition of its extractions, and also by virtual screening for 20000 reported antibacterial chemical constituents based on the PqsR receptor and PQS signal molecule. On the basis of previous work, the project aims to discover the active compounds of Plumula nelumbinis and study the mechanism on pqs system: separation and identification of the chemical constituents of Plumula nelumbinis; evaluation of biofilm, pyocyanin, rhamnolipid and elastase inhibitory activity of the compounds; mechanisms of the active compunds on pqs system by the inhibition of the PQS signal molecule, heterologous expression of pqs system in E.coli, and gene expression of QS regulatory system of Pseudomonas aeruginosa; further verification and explanation of the molecular mechanisms by docking with the PqsR receptor; structural optimization to looking for lead compounds based on 3D-QSAR. This project provoid a more efficient way to discover QS inhibitory of natural products from a new perspective, and play a solid foundation for further antibacterial drug design and development.

群体感应（QS）是新型抗耐药菌药物研发的重要靶标，pqs系统在QS调控网络中起到关键纽带作用。本项目基于pqs系统的PqsR受体蛋白及PQS信号分子对前期构建的抗菌活性小分子数据库进行了虚拟筛选，并通过提取物的生物膜抑制活性实验，确定了莲子心较强的QS抑制活性。本项目拟在前期研究基础上，进一步分离、鉴定莲子心化学成分；通过生物膜抑制实验及绿脓菌素、鼠李糖脂和弹性蛋白酶等毒力因子的释放抑制实验，评价单体化合物活性；采用PQS信号分子检测模型、大肠杆菌异源表达的pqs系统以及铜绿假单胞菌QS系统基因表达调控，研究活性化物对pqs系统的调控作用机制；利用活性化合物与PqsR受体对接，进一步验证和解释其作用机制；应用3D-QSAR模块，研究化合物构效关系，寻找先导化合物。本项目将从天然产物中更高效发现QS抑制活性化合物，为抗耐药菌药物的研发奠定基础。

细菌耐药性是非常严峻的世界公共卫生问题，新型抗耐药菌药物的研发迫在眉睫。群体感应（QS）系统是新型抗耐药菌药物研发的重要靶标，本项目基于前期构建具有抗菌活性小分子化合物的3D结构数据库剂计算机虚拟筛选，拟从中药莲子心筛选得到新型天然群体感应抑制剂先导化合物。. 本项目综合应用多学科方法和手段，从中药莲子心中分离并鉴定了60个包括生物碱类、黄酮类、酸脂类、N-酰基乙醇胺类化合物等在内的各类型化合物，并对采用UPLC-ESI-Q-TOF-MS对莲子心中的化学成分进行系统的分析鉴定，构建了莲子心化学成分库，为新型群体感应抑制剂的筛选提供物质基础；并结合生物膜、毒力因子等多种群体感应系统活性筛选模型，评价莲子心中化学成分的QS抑制活性，筛选出包括生物碱、黄酮、N-酰基乙醇胺类、酸酯类的多种具有QS抑制活性的化合物；同时利用UPLC-Q-Orbitrap-MS/MS技术、荧光报告菌株、大肠杆菌异源表达菌株，实时荧光定量PCR等技术，探究QS抑制活性化合物的作用机制；结合分子模拟对接，3D-QSAR研究QS活性化合物的构效关系，最终筛选得到多个具有潜力的群体感应抑制剂先导化合物。相关研究成果累计发表SCI论文7篇，中文核心期刊论文4篇，其他论文2篇，申请发明专利15件，其中获授权专利3件，基于本研究改进的中药活性成分提取工艺并应用于工业化生产，打造的“重要杂环药物中间体制备的关键技术”获广东省科技进步二等奖。. 本项目从中药莲子心中筛选得到包括生生物碱、黄酮类、酸酯类的多种具有QS抑制活性的先导化合物，并明确了其抑制群体感应系统的作用机制，为从天然产物中更高效发现QS抑制化合物提供一条新的道路，并为后续临床药物的开发应用奠定了坚实的基础。