以乙酰乳酸合成酶为靶标的新型抗真菌抑制剂的设计合成及生物活性

Acetohydroxyacid synthase (AHAS) catalyzes the biosynthetic pathway of branched-chain amino acids, and it is a biologically safe target towards higher mammals such as human and the livestock. Based on this, several classes of commercial herbicides have been successfully developed, which have environmentally benign and super-active characteristics. It is within recent years, that we had discovered that, some AHAS inhibitors exhibited desirable inhibitory effect on fungi, which can cause infection. This result indicated that AHAS inhibitors can be used for the research of antifungal agents. For this project, organic chemistry, microbiology, molecular biology, computational chemistry and medicinal chemistry will be combined and integrated, to design and synthesize several classes of biological active compounds targeting AHAS. The inhibition of fungal AHAS will be studied for these compounds, as well as the inhibition of fungi itself, in order to discover some hit compounds with strong biological activity. Subsequently, the binding modes of fungal AHAS in complex with potent inhibitors will be studied using X-ray crystallography. Furthermore, the structure-activity relationships will be studied for the same class of inhibitors, based on which their structural features and pharmacophore model will be concluded. AHAS will be further validated as a promising target for the research of antifungal inhibitors for medicinal use and molecular design will be performed for the next round. This research will therefore provide important theoretical guidance, to further discover valuable potential drug candidates.

乙酰乳酸合成酶(AHAS)催化支链氨基酸的生物合成，是一个对人畜等高等哺乳动物安全的作用靶标，依此人们发展了几大类成功的对环境友好的商品化超高效绿色除草剂。近年来，我们研究发现，某些AHAS抑制剂表现出优异的抑制致病真菌的效果，具有研究开发医用抗真菌药物的用途。本项目将结合有机化学、微生物学、分子生物学、计算化学和药物化学等研究领域，靶向AHAS设计合成几类具有生物活性的化合物，研究其对真菌AHAS的抑制效果，以及对某些代表性致病真菌的抑菌效果，从中发现具有较高活性的苗头化合物；将高活性的真菌AHAS抑制剂同靶酶进行复合物研究，探究其作用机制，对系列化合物进行结构-活性关系研究，总结其结构要素和药效团特征，进一步验证AHAS可以作为抗医学致病真菌抑制剂的靶标，并在此基础上进行新一轮的分子设计研究，为进一步发现具有研究价值的候选药物提供重要的理论指导。

乙酰乳酸合成酶(AHAS)是支链氨基酸生物合成途径当中起催化作用的第一个酶，由于该生命过程只存在于植物和微生物体内,因此AHAS是一个对人畜等高等哺乳动物安全的作用靶标，依此人们发展了几大类成功的对环境友好的商品化超高效绿色除草剂。我们在近年来的研究发现，某些靶向AHAS的化合物对一部分医学上能引起感染的致病真菌如白色念珠菌等有很强的抑制效果，由于目前的抗真菌药物有限，且对已知的靶点产生了抗药性，因此靶向AHAS研究开发新的作用机制的抗真菌药物具有理论意义和现实需求。本项目以AHAS为靶标，设计合成了100余个新的化合物，测定了目标化合物对白色念珠菌AHAS的抑制效果，发现了5个对于真菌AHAS有很强抑制效果的化合物，其中化合物5-1的抑制常数为6.7nM，建立了不含氨基酸的YNB培养基的真菌抑制活性模型，以5-1为代表的一部分化合物表现出细胞水平的抗真菌效果，并且对于氟康唑耐药性的白色念珠菌菌株也有很强的抑制效果，表明AHAS可以作为一个新作用机制的抗真菌感染药物的靶点开展研究。在项目执行过程中建立了初级的线虫模型可以快速的评价AHAS抑制剂对于真菌感染的治疗效果，也通过与澳大利亚国际合作建立了老鼠模型的抗真菌感染评价体系，验证了氯嘧磺隆在哺乳动物体内的抗白色念珠菌效果，在500mg/kg/d的测试剂量下能够对于小鼠体内肺器官、肝器官和脾器官当中的白色念珠菌有非常好的清除效果。在结构生物学的层面，得到了白色念珠菌AHAS与抑制剂的复合物结构，并得到了植物AHAS的纯酶结构，通过比较真菌AHAS与植物AHAS的区别，搞清了为何只有一部分磺酰脲除草剂表现出抗真菌效果的原因。项目的研究结果表明，作为绿色除草剂的成功作用靶标，AHAS也可被考虑为研发新型抗真菌感染药物的新靶标，有望克服目前的临床药物产生耐药性的问题。