新型DNA解旋酶（GyrB)和拓扑异构酶IV（ParE)双靶抑制剂的设计、合成与抗多药耐药菌活性研究

Antimicrobial resistance has become one of the biggest threats to global public health, and the condition of multidrug resistant Gram-negative pathogens is a crisis going out of control. Here comes a post-antibiotic era, which calls for urgent action to develop effective antibacterial agents with new mechanisms and novel structures. Based on our previous researches and taking comprehensive consideration of the new compounds’ antibacterial potency, water solubility, toxicity and metabolism property, we aim at the problems of former/current inhibitors, such as the hERG inhibition and bad pharmacokinetic property. We intend to combine the protein crystal structures of GyrB and ParE complexing with small molecule inhibitors, design and synthesize 80-100 novel GyrB/ParE dual inhibitors in four series through bioisosteric replacement, scaffold hopping, pharmacophore transformation, etc. The structure–activity/metabolism/toxicity relationship of these inhibitors will be deeply researched, and we expect to obtain 1-2 potential candidate chemicals with high potency in vitro and vivo, especially against Gram-negative pathogens, good metabolic property and lower toxicity. The results of this research will build up a solid knowledge base for the discovery of novel antimicrobial drug with proprietary intellectual property rights.

细菌耐药问题已经成为公共健康最大的全球性威胁之一，尤以多药耐药革兰氏阴性菌状况最为严峻。“后抗生素时代”的临近，使得研发全新作用机制的抗菌药物迫在眉睫。本项目将在我们前期工作的基础上，综合考虑抗菌活性、水溶性、毒性和代谢性质，结合GyrB和ParE亚基ATP结合口袋与小分子抑制剂的蛋白共晶结构，针对吲哚并嘧啶类化合物抑制hERG钾电流和代谢性质差两大问题，采用生物电子等排、优势骨架跃迁和药效团转化等方法，设计、合成四个系列共计80-100个的新型GyrB/ParE双重抑制剂，并深入研究其构效、构代和构毒关系，争取获得1-2个具有良好体内外抗菌活性，特别是对多药耐药革兰氏阴性菌高度有效，且代谢稳定、毒性低、水溶性好具有开发前景的候选化合物，为最终研制出具有自主知识产权的抗多药耐药革兰氏阳性菌和阴性菌的广谱抗菌药物奠定坚实的知识基础。

细菌耐药问题已经成为了全球人类健康的重大威胁之一，其中革兰氏阴性菌因为特殊的细胞膜结构，多药耐药问题尤为突出。绝大多数细菌拓扑异构酶ATP竞争型抑制剂因难于通过革兰氏阴性菌外膜而仅对革兰氏阳性菌有效，而GP-1为代表的嘧啶并吲哚类抑制剂具有广谱强效抗菌活性，特别是对革兰氏阴性菌，是该类抑制剂研究领域的突破。但包括GP-1在内的嘧啶并吲哚类化合物hERG抑制活性强、代谢性质差、动物体内抗菌体内活性不理想，阻碍了该类化合物发展成为临床急需药物的可能。.为了寻找抗菌药效更佳、代谢性质更优且安全性更高的新型嘧啶并吲哚类衍生物，我们以GP-1为先导化合物，在嘧啶并吲哚三环的C-2位、C-4位、C-5位以及C-8位引入不同片段或基团，设计合成了43个嘧啶并吲哚系列衍生物，深入研究其构效关系和构代关系。在这些化合物中，III-1k和III-1r表现最佳，体外抗菌活性分别比GP-1强2-64倍和2-8倍，且没有hERG抑制。在体外肝微粒体稳定性实验中，嘧啶并吲哚化合物在大鼠肝微粒体中普遍稳定性较差，进一步的体内大鼠体内药代动力学研究表明，包括III-1k在内的多数化合物体内清除快，血浆暴露量低，不过化合物III-1p和III-1r不同，表现出较慢的体内清除，适中的血浆暴露量。通过对体外大鼠肝微粒体代谢产物分析发现化合物III-1k的C-8位甲胺基是主要代谢位点（去甲基产物M5占72.85%），但是针对该位点设计的氘代甲基化合物（化合物III-5a和III-5b等）并未能改善体内外代谢性质。在鲍曼不动杆菌感染的中性粒细胞减少的小鼠大腿模型中，化合物III-1r表现出一定的疗效，但稍逊于同剂量的左氧氟沙星，体内药效仍有待提高。.综上，化合物III-1r作为新型嘧啶并吲哚类细菌拓扑异构酶ATP竞争型抑制剂，具有广谱强效的体外抗菌活性，覆盖多药耐药的重点革兰氏阴性菌，且没有hERG抑制，虽然代谢性质和体内药效中等，但为发现新一代广谱抗菌药物提供了坚实的基础。