抗金黄色葡萄球菌毒力的小分子化合物及其作用分子机制研究

We are now entering the post-antibiotic era. The increasing prevalence of bacterial strains involving so-called superbugs such as MRSA (Methicillin-resistant Staphylococcus aureus) demands the discovery of new drugs. Targeting bacterial virulence rather than bacterial growth represents a new paradigm to antimicrobial therapy that offers promising opportunities to prevent and treat infectious diseases. In S. aureus, staphyloxanthin has been shown to be a good target for drug design and therapeutic intervention. In our previous study, we found that the old drug LJ-188 blocks the staphyloxanthin biosynthesis in vitro, with a median inhibitory concentration (IC50) value of 280 nM. Further, LJ-188 treatment prolonged the survival of mice with lethal S. aureus challenge and reduced bacterial burden both in kidney and in heart significantly. In the proposed studies here, we will investigate the molecular mechanisms and the target(s) of LJ-188 in S. aureus. We will improve the features of LJ-188 to gain the lead compound which has a novel structure as well as improved biological activities. There is a high probability of this project yielding lead compounds that can inhibit S. aureus virulence and uncovering potential drug target to to design novel anti-infective drugs.

细菌的耐药性已经成为日益严峻的全球公共卫生问题，我们亟需发现新型的药物作用靶点和新型的抗细菌感染药物。目前，抗细菌毒力的药物正在成为新型抗细菌感染药物研究的热点。具有甲氧西林耐药性的金黄色葡萄球菌（简称金葡菌），被公认是"超级细菌"，严重危害人类生命健康。已有的研究发现金葡菌的金黄色色素合成途径是新的、潜在的药物作用靶点。在前期的研究中我们发现已上市药物（老药）LJ-188能有效抑制金葡菌的金黄色色素的生成，其半数有效抑制浓度IC50为280nM；进一步的动物实验表明LJ-188可显著地抑制金葡菌对小鼠的致病能力。在本项目中我们拟以LJ-188为小分子探针，研究其抑制金葡菌金黄色色素的产生、消减金葡菌致病力的分子机理，发现其作用靶点；进一步基于探针分子LJ-188开展小分子探针的结构优化研究。该项目的顺利实施将发现新型的抗金黄色葡萄球菌毒力的候选靶点及候选药物。

抗生素耐药菌引成的感染给临床治疗带来极大的困难，抗细菌感染新策略的研究迫在眉睫。抗细菌致病力药物研究的一个关键瓶颈在于发现潜在的药物作用新靶点，从而可通过特异性地抑制这些因子或通路的功能以消减细菌的致病能力，达到临床治疗的目的。已有的研究表明：金黄色葡萄球菌（简称金葡菌）的金黄色色素合成途径是新的、潜在的药物作用靶点。在这项研究中，我们首先利用基于表型的筛选方法，对400多个已上市药物进行筛选，从中发现抗真菌老药盐酸萘替芬可在纳摩尔浓度的水平上显著地抑制金葡菌中金黄色色素的合成，并增加金葡菌对氧化应激、人体血液杀伤的敏感性。随后，我们通过利用化学生物学、遗传学等技术发现萘替芬是通过竞争性地抑制金黄色色素生物合成途径中CrtN 的功能，从而阻断了金黄色色素的合成，并因此降低了金葡菌（包括耐药菌）对小鼠的致病能力。这些实验结果揭示了CrtN 蛋白是一个具有成药性的抗金葡菌感染的分子靶点，为抗生素替代品特别是抗致病力药物的研究及开发提供了新的切入点。为了获得活性更优、并且具有自主知识产权的新结构衍生物，我们进一步对CrtN的抑制剂进行了构效关系、毒理等方面的研究，发现了一系列比萘替芬具有更强CrtN抑制活性的小分子化合物。在本课题资助下，发表文章3篇研究论文（1篇Nat. Chem. Biol.和2篇J. Med. Chem），申请专利2项（其中1项已经获得授权），实施成果转化1项。