抗耐药菌氮杂内酯先导物的发现和作用机制研究

本项目针对抗耐药菌十四元大环内酯抗生素抗菌谱窄、抗cMLSв型耐药菌活性低等缺点，基于细菌核糖体PTC至狭窄门防区域内的三处抗生素结合位点，设计合成具有三级作用机制的抗耐药菌十五元氮杂内酯先导物，并通过化学足迹法研究其作用机制，阐明氮杂内酯先导物的结合位点。这种具有三级作用机制的氮杂内酯先导物，通过其C-5位去氧氨基糖与第一处结合位点结合,C-6位（或C-11位）芳基侧链与第二处结合位点结合,C-4"位芳基侧链与第三处结合位点结合，从而导致与核糖体的结合更加紧密。这种紧密结合必将产生强大的抗菌活性，特别是抗耐药菌活性，抗菌谱也将随之扩大。而目前研究的抗耐药菌十四元大环内酯抗生素仅具有二级作用机制，当MLSв型耐药菌核糖体上的第二处或第三处结合位点被修饰或突变时，就会对这类抗生素产生耐药性。因此，本项目将为解决日益严重的细菌耐药性问题提供新思路和理论依据。

本项目基于细菌核糖体50S亚基23S rRNA的肽酰转移酶中心至大环内酯结合区内的核苷酸结合位点，以红霉素和阿奇霉素为起始原料，设计合成了九个系列150个氮杂内酯化合物（7a–7j、8a–8j、9a–9j、14a–14i、15a–15s、16a–16k、18a–18k、19a–19x、21a–21l、22a–22q和23a–23q）通过红外光谱、氢谱、碳谱和质谱等方法确证了结构。. 抗菌活性研究表明，4"-O-苯甲酰胺酯-11-O-芳烷基阿奇霉素系列化合物（15）、4"-O-苯甲酰基哌嗪酯-11-O-芳烷基阿奇霉素系列化合物（19）和4"-O-反式-β-芳烯丙酰胺-11-O-苄基酯阿奇霉素系列化合物（22）不仅具有良好的抗敏感肺炎链球菌、金葡球菌和酿脓性链球菌活性，而且具有显著的抗表达erm基因、mef基因和erm+mef基因耐药肺炎链球菌菌活性以及耐甲氧西林金葡球菌活性。更为重要的是，发现了6个具有显著抗耐药菌活性的氮杂内酯先导物：15r、15s、19l、19q、22l和22m。. 构效关系研究表明， C-4″和C-11位双修饰氮杂内酯化合物较C-4″位单修饰氮杂内酯化合物能显著增强抗耐药菌活性，其增强程度取决于侧链长度和末端基团种类。C-4″位侧链长度从氧原子至末端芳基为7–10原子较为合适，其末芳基上引入吸电子基团，抗耐药菌活性明显优于引入给电子基团。C-11位侧链长度和末端基团种类对抗菌活性也产生影响，但低于C-4″位侧链的影响。. 作用机制研究表明，在嗜盐细菌（大肠杆菌）的23S rRNA区域内，氮杂内酯先导物除保留了与阿奇霉素的结合位点G2099（A2058）、A2100（A2059）、A2103（A2062）、G2646（C2611）和U2645（C2610）的相互作用外，还通过其C-4"侧链与A2103（2062），C2104，C2487（2452）或A2486（2451）产生相互作用，通过其C-11位侧链与C2644（U2609）产生疏水作用。这种三级作用机制进一步增强了先导物与细菌核糖体的亲和力，从而产生强的抗菌活性，特别是抗耐药菌活性。. 在该项目研究期间，在国际期刊共发表SCI论文16篇（标注资助）；申请发明专利8项，其中授权专利3项；指导研究生完成毕业学位论文7篇。