Ocotillol型C-24差向异构体分子探针化学构建及抗MRSA作用机制研究

Due to rapidly growing bacterial antibiotic resistance and the shortage of antibacterial agents, bacterial infections are still a global problem. Therefore, it is urgent to develop antibacterial drugs with new chemical structures and new mechanisms. According to our previous study, the ocotillol-type C-24 epimers OS/OR and derivatives, as the important metabolites of protopanaxadiol type saponins in vivo, were shown to have good activity against methicillin-resistant staphylococcus aures (MRSA), and significant synergistic activity against MRSA with kanamycin. The side chain at C-3 and the steric configuration of C-24 were related to the antibacterial activity of these derivatives. The ocotillol-type fluorescent molecular probe was evenly distributed on the bacterial membrane. Based on the goal of the drug discovery, the core of the target exploration, the basis of the structure-activity relationships and the method of computer aided drug design, this project aims to design and synthesize three series of molecular probes, LDAI, ABPP and CC-ABPP molecular probes. LDAI molecular probes have advantages for membrane proteins. The active molecular probes will be used to explore the antibacterial targets through a proteomic approach and by using inactive probes as references, and highly active derivatives as competition. The study will lay a solid foundation for the discovery of new antibacterial candidates and the development of novel antibacterial agents with new structures and modes of action.

目前细菌耐药是全世界面临的重要难题，亟需研发化学结构与作用机制新颖的抗菌药物。本课题前期研究证实：二醇型人参皂苷在体内重要代谢产物ocotillol型差向异构体OS/OR及其衍生物，具有良好的抗耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）活性，与卡那霉素协同抗MRSA活性更为显著，潜在作用靶点位于细菌细胞膜。本项目以探索天然活性产物成药性为目的，靶点探索为核心，构效关系为基础，计算模拟为手段，拟设计合成新型ocotillol母核及衍生物、对膜蛋白具有优势的LDAI型分子探针及ABPP、CC-ABPP型分子探针；通过抗MRSA活性研究，总结C-3侧链、C-24立体构型对药效特异性的影响；以无活性探针为参照，高活性衍生物为竞争，利用高活性探针通过亲和层析、蛋白质凝胶电泳等蛋白组学方法探索该类化合物的抗菌作用靶点。为发现新型抗MRSA候选药物提供依据，为研究具有自主知识产权的抗菌新药奠定基础。

目前细菌耐药是全世界面临的重要难题，临床上，由耐药菌引起的很多严重感染几乎无药可用，由此引发的高死亡率对人类健康是一个巨大威胁。由此可见，亟需研发化学结构与作用机制新颖的抗菌药物。. 课题组前期研究发现：二醇型人参皂苷在体内重要代谢产物ocotillol型差向异构体OS/OR及其衍生物，具有良好的抗耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）活性，与卡那霉素协同抗MRSA活性更为显著，潜在作用靶点位于细菌细胞膜。本研究以ocotillol型差向异构体OS/OR为先导化合物进行结构优化和构效关系研究，并对其抗菌作用机制进行了研究。. 本项目共设计合成了14个系列共计212个未见文献报道的ocotillol衍生物，构建了结构丰富多样的化合物库，为筛选抗耐药菌活性先导化合物提供了物质基础。对169个化合物进行了抗MRSA活性筛选，根据活性筛选结果，丰富了ocotillol衍生物的构效关系，在一定程度上阐明了ocotillol型皂苷元衍生物C-24差向异构体与C-3侧链的构效关系。. 通过抗菌筛选结果得到具有良好抗MRSA活性的ocotillol衍生物8个（II-7、II-8、III-5、III-6、X-1、X-2、X-9、X-10），联合卡那霉素/氯霉素对其进行协同抗菌实验和协同杀菌实验。结果表明，8个ocotillol衍生物当与卡那霉素/氯霉素联用时具有协同或相加的抗菌作用。化合物X-2对ATCC29213、MRSA18-15、MRSA18-19、MRSA18-20四株菌株显示出较好的抗菌活性（MIC值均为1 μg/mL）。我们采用脂质体模拟细菌细胞膜实验，对化合物X-2的抗菌机制进行了初步的探索。. 除了通过结构修饰改造的方法设计合成探针型衍生物外，本课题还运用网络药理学的方法，通过各种数据库对有抗菌活性的ocotillol衍生物进行靶点筛选预测，通过查阅文献对预测结果分析，ICAM1有可能是ocotillol衍生物抗菌作用的靶点，本课题还使用ACD/Percepta软件预测了化合物的理化性质（脂水分配系数、氢键供受体等）。. 以上工作为今后理性药物设计，发现具有新颖结构和独特作用机制的新型ocotillol抗耐药菌药物奠定基础。