多价态人乳寡糖糖簇衍生物对抗生素耐药菌多元靶点抗吸附性抑制的研究

Antibiotic-resistant bacteria and the infectious diseases caused have become global issues concerning public health and safety. Based on competitive blocking of pathogen colonization, anti-adhesive inhibitors could be employed as an effective alternative to antibiotics. In our study, one of the most widespread and troublesome pathogens that is often resistant to many current antibiotics is selected as a model pathogen. Based on its biological process of infection, we propose a novel competitive anti-adhesive strategy by targeting multiple lectins secreted from pathogens. Considering of constructing high selective and efficient antagonist, natural human milk oligosaccharides will be incorporated into a monosaccharide framework with a high efficient LecA ligand affording series of multivalent glycoclusters. Introduction of different active monomer components, we enable to explore the synergy and heterogeneous effect of human milk oligosaccharide units on specific recognition and affinity of synthetic glycoclusters towards pathogen lectins. It would reveal the crucial role and the mechanism underlying of human milk oligosaccharides on anti-adhesive inhibition of pathogens infection. Meanwhile, the presence of active moieties targeting different lectins on the same skeleton will afford multi-target anti-adhesive inhibitors for antibiotic-resistant pathogen. Achievement of this study will disclose a novel strategy in defense of infectious diseases caused by antibiotic-resistant bacteria, revealing its significance in both scientific and social areas.

抗生素耐药菌的出现及其引发的感染疾病，严重威胁人类健康甚至生命，已成为当前世界性难题。基于阻断病原菌的定植，竞争性抗吸附性抑制剂具有替代抗生素作用的极大潜力。本项目研究选取具广泛影响性并对多重一线抗生素药物具耐药性的病原菌为模式菌种，提出以其侵染过程中分泌的多重凝集素为作用靶标的“多靶点”竞争性抗吸附性抑制策略。选取人类乳汁中特定结构的寡糖成分，配以凝集素LecA的高效亲和配体，制备具有高选择性与高亲和活性的多价态竞争性抗吸附性抑制剂。通过不同活性单体的引入，探究人乳寡糖单元对糖簇衍生物-凝集素亲和活性的影响，分析活性单元间的协同作用与“杂单元”效应，揭示人乳寡糖在抑制细菌病原体侵染过程中的重要作用与机理。同时，通过在糖簇骨架上引入具不同靶向性的单体，探索新型抗生素耐药菌“多靶点”竞争性抗吸附性抑制剂的策略。本项目研究对解决由抗生素耐药菌引发的感染疾病问题具有重要的科学意义与社会价值。

微生物耐药性的产生是当今人类面临的重大健康问题。抗细菌吸附性抑制剂，通过阻碍或清除病原体对人体组织的定植，而达到防御和治疗细菌侵染的目的，具有较小引起菌株变异的可能性，可作为对抗生素具有耐药性细菌病原体的有效替代性防治方案。研究数据表明，母乳中的人乳寡糖可充当“假性修饰”，通过寡糖-凝集素特异性识别，竞争性与病原体结合，从而防止病原体对于婴儿肠道粘膜的吸附作用，降低婴儿被病毒，细菌和寄生虫感染的风险，是极具吸引力与开发潜力的活性单元。项目研究以绿脓假单胞菌为抗生素耐药菌模型，通过在多价态糖簇化合物上引入靶向不同凝集素的活性单元分子，探索开发应用人乳寡糖于新型抗细菌感染竞争性抗吸附抑制剂。在目标分子的构建中，选择正交性羟基保护基团以及立体特异性糖基构建策略，制备了系列区域选择性糖基供体和受体模块，可扩展应用于更复杂人乳寡糖结构的制备。人乳寡糖制备的化学方法，在提高制备产量以及构建复杂寡糖结构方面，可分别作为酶法和细胞发酵法的补充，布局具有自主知识产权的人乳寡糖制备方法，具有重要的科学以及市场价值。项目研究对制备的单体化合物、单一糖基单元簇状物、多元糖基单元簇状物、单一糖基纳米粒以及多元糖基纳米粒进行了结构表征以及抑菌活性和生物安全性的评估。通过建立肺泡上皮细胞模型和肠道上皮细胞模型，对制备的不同系列化合物的抑菌和抑制菌膜生成活性进行了评估。通过MTT实验对制备的人乳寡糖基衍生物的应用安全性进行了细胞水平的考察。以低聚半乳糖和低聚果糖为对照，对制备的系列化合物在肠道的代谢利用情况进行了考察。相比于乳酸杆菌，双歧杆菌表现出更明显的寡糖组成和结构特异的代谢选择性。项目将多价态人乳寡糖基衍生物应用于抗细菌吸附性感染抑制研究，对新型抗生素耐药菌感染抑制剂的开发进行了有益的探索。新感染防治策略的开发，以期解决当前由“超级细菌”引起的系列问题，对军事、民生均具有重大的意义。