丝氨酸β-内酰胺酶/金属β-内酰胺酶双重抑制剂IMB-XL5作用机制的深入研究

Bacterial resistance is a serious problem. the existing clinicalβ-lactamase inhibitors were serineβ-lactamases (SBLs) inhibitors, which are more and more difficult to meet clinical needs, as the spreading of metallo-β-lactamase (MBLs) such as NDM-1, and the increase of the resistant strains which express both SBLs and MBLs. SBLs/MBLs dual inhibitors would play an important role in the fight against the bacterial resistance. Based on the National Natural Youth Foundation, we found IMB-XL5 showed inhibitory activites on BlaC and NDM-1. Therefore, this study would verify the SBLs/MBLs double inhibitory activity of IMB-XL5 through the enzyme level and bacterial level study, and determine the inhibitory enzyme spectrum. Then the mechanism of IMB-XL5 would be identified by enzyme kinetics, drug resistance mutation site and X ray diffraction. The significance of this research is that, the mechanism study of IMB-XL5 will be helpful to the research an development of new β-lactamases inhibitor, and then to get a new drug candidate for the treatment of drug resistant bacteria with independent intellectual property rights. So that the national health and the ability of research and development of antibacterial drugs might be enhanced.

细菌耐药问题日益严峻，临床现有的β-内酰胺酶抑制剂均为丝氨酸β-内酰胺酶（SBLs）抑制剂，随着NDM-1等金属β-内酰胺酶（MBLs）的传播越发难以满足临床需求，而随着SBLs和MBLs共存耐药菌株的增多，SBLs/MBLs双重抑制剂将在对抗细菌耐药问题中发挥重要作用。在申请人前期主持的国自然青年基金课题研究中发现了具有成药潜力，对SBLs中的BlaC和MBLs中的NDM-1均有活性的新型抑制剂IMB-XL5。故本研究拟在此基础上，通过酶水平和细菌水平的研究，验证IMB-XL5的SBLs/MBLs双重抑制活性，进而通过酶动力学检测、耐药突变位点研究、X射线衍射等方法，明确IMB-XL5的作用机制。本研究的意义在于：阐释IMB-XL5罕见的双重抑制机制将有助于开启新型β-内酰胺抑制剂的发现研究，进而为耐药菌的治疗提供具有自主知识产权的候选药物，有利于国民健康和我国抗菌药物研发能力的提升。

细菌耐药问题严峻，临床现有的β-内酰胺酶抑制剂均为丝氨酸β-内酰胺酶（SBLs）抑制剂，随着NDM-1等金属β-内酰胺酶（MBLs）的传播越发难以满足临床需求，急需寻找新型β-内酰胺酶抑制。而随着SBLs和MBLs共存耐药菌株的增多，SBLs/MBLs双重抑制剂将在对抗细菌耐药问题中发挥重要作用。.本团队发现化合物IMB-XL5具有罕见的SBLs/MBLs双重抑制活性，并通过本研究进一步阐明其作用机制：.本研究从酶和细菌水平完成了IMB-XL5及其类似物的SBLs/MBLs双重抑制活性验证。结合酶与细菌水平验证结果，确定其抑酶谱包括A类：TEM-1、SHV-1、CTX-M-1、KPC-2；B1类：NDM-1、IMP-4；B3类：L1；D类：OXA-1。.以KPC-2和NDM-1为SBLs和MBLs的代表，IMB-XL5对于KPC-2和NDM-1均为可逆抑制，抑制类型均为竞争性抑制。IMB-XL5对NDM-1的抑制活性与螯合锌离子相关，但不同于单纯的二价金属离子螯合剂，IMB-XL5同时可与NDM-1的氨基酸残基发生相互作用，其类似物因结构不同，活性对锌离子的依赖性也呈现差异，部分类似物活性对锌离子无依赖性。.以KPC-2和NDM-1为代表，利用IMB-XL5及其类似物的多分子对接，推测出可能的相互作用模型。根据分子对接模型推测可能作用位点。对主要作用位点氨基酸残基进行突变，检测IMB-XL5及其类似物与突变蛋白的相互作用以及抑制活性的变化，验证IMB-XL5及其类似物与KPC-2、NDM-1发生相互作用的相关位点，为分子对接模型提供支持，从而进一步探明了IMB-XL5及其类似物的作用机制。.其意义和价值在于：进一步阐明IMB-XL5这类化合物的作用机制，将在后续研究中为IMB-XL5这一类化合物的进一步结构优化提供依据，指导新型SBLs/MBLs双重抑制剂改造和研发。同时，通过本研究获得了新型β-内酰胺酶抑制剂的筛选、评价、机制研究技术体系，为其他新型β-内酰胺酶抑制剂的研究提供支撑，并具备为其他高校、科研单位、企业提供相关服务的能力。这将有利于研制有自主知识产权的新型抗耐药菌药物增效剂，对控制日益严峻的细菌耐药问题进行助力。