基于肽脱甲酰基酶靶点的抗结核微生物次级代谢产物的发现

Tuberculosis (TB) is a chronic infectious disease caused by Mycobacterium tuberculosis (MTB), which does serious harm to human health. The emergence of multidrug-resistant strains and extensively drug-resistant strains of MTB increase the difficulty of the treatment for TB. So, the discovery of the new antituberculosis agents is required urgently. Peptide deformylase (PDF) is requisite enzyme in the process of procaryote protein synthesis, it possesses several ecxellent characteristics of drug screening target, and is regarded as one of the most ideal targets of new broad spectrum antibiotics. The PDF is also considered as promising therapeutic target for tuberculosis. Our group have established the high throughput screening model targeting MTB peptide deformylase, and extracts of microbial fermentaiton was screened using this model, which lead to discovery of 2 positive samples with PDF inhibitory activity and anti-MTB activity. As part of our search for bioactive metabolites, the extracts of these active strains will be chemically investigated under the guidance of PDF inhibitory activity and antibacterial activity, together with the help of HPLC-UV-MS technique, and the isolated compounds will be evaluated for their cytotoxicities and antibacterial activities against drug-resistant strains of MTB. We hope to find the hypotoxic molecular with PDF inhibitory activity and anti-MTB activity in order to the discovery of lead compounds of antituberculosis drugs.

结核病是结核分枝杆菌引起的一种严重危害人类健康的慢性传染病，多重耐药和广泛耐药结核分枝杆菌的出现使结核病的治疗更加严峻。因此，急需发现新型的抗结核药物。肽脱甲酰基酶（PDF）是原核生物蛋白合成过程的必需酶，它具有药物筛选优良靶点的众多特性，被视为最理想的新一代广谱抗菌药物筛选分子靶点之一，并且该靶点对抗结核病药物的筛选同样具有重要意义。本课题组建立了以PDF酶为靶点的抗结核药物高通量筛选模型，并对微生物发酵液粗提品进行了大量的筛选工作，从12400样本中得到2株具有PDF酶抑制活性和抗结核分枝杆菌活性的阳性菌株。本项目将针对这2株菌株以PDF酶抑制活性和抗菌活性为导向，结合HPLC-UV-MS的化学结构筛选，进行活性次级代谢产物的寻找与发现，并对活性成分进行抗耐药结核分枝杆菌活性和细胞毒性评价。以期得到低毒的抑制PDF酶和抗结核杆菌的活性分子，为抗结核药物先导物的发现提供依据。

结核病是一种世界范围性的重大疾病。目前，全球结核菌感染人数已达到20多亿，结核病疫情依然严峻。由于长期大使用有限的几种抗感染药物（如：异烟肼、利福平等）使耐药结核杆菌大量增加，导致结核病的治疗更加困难。新结构和新作用机制的抗结核药物的发现迫在眉睫。肽脱甲酰基酶（PDF）是原核生物蛋白合成过程的必需酶，被视为最理想的新一代广谱抗菌药物筛选分子靶点之一，并且该靶点对抗结核病药物的筛选同样具有重要意义。本课题组建立了以PDF酶为靶点的抗结核药物高通量筛选模型，并对微生物发酵液进行了大量的筛选工作获得了多个阳性菌株。进一步对阳性菌株进行培养发酵，并对发酵液的抗耻垢分枝杆菌、抗结核杆菌以及PDF酶抑制活性进行评价。进一步以抗菌和抑酶活性为导向，结合液相分析，通过正相硅胶柱色谱、中压制备色谱、Sephadex LH-20凝胶柱色谱、正反相半制HPLC等技术获得了多个抗分枝杆菌活性的化合物。通过HR-MS、NMR、IR、UV、CD、X-ray等技术确定化合物的结构。最后对获得的化合物进行抗海分枝杆菌、结核分枝杆菌和PDF酶抑制活性的测定。本研究共获得74个化合物单体，已鉴定了66个化合物的结构，包括新化合物13个。获得了18个具有抗结核分枝杆菌活性的化合物及其同系物，其中包括9个硫肽类化合物，2个大环内酯类化合物，2个聚醚类化合物，5个链丝菌素类化合物；获得了7个具有PDF酶抑制活性的化合物及其同系物。本项目发现一类具有良好抗结核活性的新型硫肽类化合物，该类化合物均为伯尔尼霉素或衍生物，其和临床常用抗结核药物结构类型差异较大，该类化合物可能发展成为新型的抗结核药物先导物。本项目发现2个抗结核活性的大环内酯，为勃利霉素类化合物，首次发现该类化合物具有抗结核活性；发现2个抗结核活性的尼日利亚菌素类衍生物；还发现链丝菌素类抗生素也有抗结核杆菌活性。本项目的研究结果丰富了抗结核活性化合物的结构类型，为寻找创新型的抗结核药物先导物奠定了良好的基础。