以LpxC为靶点的新型抗菌药物的设计、结构优化及活性研究

Gram-negative bacterial (G-) infections have already seriously threatened human life and health. Drug-resistant strains have been found in all the G-antibiotics availably used in clinic, looking for new antibacterial drugs with novel structure and new target especially the drugs against G- and drug-resistant strains is imminent. Lipid A is a part of the outer membrane of G-strains, inhibiting lipid A biosynthesis can lead to bacterial cell death. LpxC is a key enzyme for catalyzing the lipid A biosynthesis, which is not exsisted in mammals. So inhibiting LpxC could result in the death of bacterial but not causing side effects in the body. Search for inhibitors targeted LpxC became a hot issue in the research of antimicrobial agents in recent years. In our previous study, a new class of LpxC inhibitor (aminoguanidine derivatives) was found to show good inhibitory activity against some G- and drug-resistant strains. In this study, new LpxC inhibitors will be synthesized based on the further structure modifications of this nuclear and the computer aided technology. And the antibacterial activity in vitro of the synthesized compounds will be evaluated against the strains selected. LpxC inhibitory activities and antibacterial activity tests in vivo will be conducted for compounds with better activity, hoping to get some new LpxC inhibitors with developing value and highly active combating G- and drug-resistant strains, and finally provide the candidate compounds for antimicrobial drug development.

革兰阴性（G-）菌感染已严重威胁到人类的生命和健康。临床现有G-抗生素均已发现耐药菌株，寻找具有新结构、新靶点的新型抗菌药物尤其是对抗G-菌和耐药菌药物已迫在眉睫。脂质A是G-菌外膜组成部分，研究表明抑制脂质A的生物合成可导致细菌死亡。LpxC是催化脂质A生物合成中的关键酶，且在哺乳动物体内不含有这种酶，因而抑制LpxC可以在杀死细菌的同时不引起副作用。寻找靶向LpxC的抑制剂成为近年来抗菌药物研究的热点。在前期工作中，我们发现了一类新的氨基胍类LpxC抑制剂，其对G-和耐药菌表现出较好的抑制活性。本项目拟对该结构进行修饰，结合计算机辅助技术设计合成新的LpxC抑制剂，通过体外抗菌活性实验评价其对各种菌株的抑制活性。对活性较好的化合物，进行LpxC抑制活性和体内抗菌活性评价。最终获得具有开发价值的、对G-菌和耐药菌活性较强的新型LpxC抑制剂，为抗菌药物研发提供候选化合物。

细菌感染尤其是耐药菌的产生已严重威胁到人类的生命和健康，寻找具有新结构、新靶点的新型抗菌药物尤其是对抗G-菌和耐药菌药物已迫在眉睫。LpxC是革兰氏阴性菌细胞膜合成的关键酶，寻找靶向LpxC的抑制剂有望发现新的抗菌药物。本项目以查尔酮缩氨基胍为先导物，基于现有LpxC抑制剂的结构共性，按照新药设计原理并结合计算机辅助药物设计技术，设计和合成了100多个含有氨基胍的衍生物。所合成化合物的结构以NMR、IR、MS等方法确证。采用连续稀释法评价了所有化合物对选取的十余种菌株的体外抗菌活性，分析了其抗菌活性构效关系；并对部分化合物进行了深入研究如杀菌曲线测试，细菌耐药性发展试验，LpxC抑制活性测试等。. 通过本研究，发现了一些广谱抗菌活性化合物，如化合物2-(1-(1-(苯磺酰基)-1H-吲哚-3-基)亚乙基)肼-1-甲脒 (6a)，对所测的十个致病菌均表现出抑菌活性，其中还包括两种绿脓杆菌（CMCC 27853和CMCC 10104），尤其对肺炎链球菌（S. pneumonia CMCC 31968）的抑菌活性MIC值达到0.5 ug/mL。化合物2-(1-(1-(对甲苯磺酰基)-5溴-1H-吲哚-3-基)亚乙基)肼-1-甲脒 (6d)对多药耐药大肠杆菌（Escherichia coli ATCC BAA-196）的抑菌活性达到0.25 ug/mL，并且该化合物在耐药性发展试验中未见耐药性发展倾向，在与金葡菌和大肠杆菌连续接触18天后未见耐药，而作为对照的诺氟沙星相同条件下已经出现耐药。在含炔系列中，也发现了一些活性突出的化合物，如2-(4-((4-氯苯基)乙炔基)苄叉)肼-1-甲脒，该化合物对大部分菌株（包括耐药菌）的抑菌浓度达到0.5 ug/mL，耐药性试验中未见耐药，在杀菌时效曲线试验中比诺氟沙星表现出更为显著的杀菌效能。此外，该化合物的LpxC抑制活性不是非常理想，对绿脓杆菌LpxC的IC50仅为0.4uM，这与其抗革兰氏阴性菌活性低于阳性菌的结果是吻合的，说明该类化合物不仅仅作用于LpxC这一靶点。. 总的来说，本项目研究成果对新型抗菌药物的发现具有积极推动作用，为新的抗菌药物尤其是抗耐药菌药物开发提供了基础数据和研究依据，其中一些候选化合物可以作为新的研究对象或者新的优化起点，从而获得更多的成药数据，进一步向新药研发推进。