茶黄素抑制B类β-内酰胺酶的靶点确证及构效关系研究

Methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) is a common multidrug resistance pathogenic bacteria. Class B of β-lactamases (MBLs) play an critical role in the multiple drug resistance of MRSA, and almost all β-lactam antibiotics can be hydrolyzed by MBLs. MBLs cannot be effective suppressed by the commonβ-lactamases inhibitors, such as sulbactam, avibactam. In recent years, there are a lot of reports about MBLs inhibitors. However, up to now, there is no clinical evaluation and application of drugs. In preliminary studies, we found that several natural compounds could inhibit hydrolytic activity of MBLs, and Theaflavin has the best inhibition effect. With the computational biology methods, the stable 3D structures of MBLs and the binding regions of Theaflavin with MBLs were confirmed. On the basis of these results, the project is intended to further investigate the binding sites of Theaflavin with MBLs, clarify the common inhibition mechanism and analyse the quantitative structure-activity relationship via molecular modeling, NMR, and SPR. The inhibitory effect of Theaflavin against MRSA resistance and the therapeutic effect of Theaflavin with meropenem in vitro and in vivo would be determined via mouse model of MRSA infection. Together, this study will lay the new strategies and lead compounds for the development of anti- resistance inhibitors.

耐甲氧西林金葡菌（MRSA）是常见的多药耐药病原菌。B类β-内酰胺酶(MBLs)在MRSA多重耐药性中发挥重要作用，可水解几乎所有β-内酰胺类抗生素。目前常用β-内酰胺酶抑制剂如舒巴坦钠，阿维巴坦等对MBLs均无明显抑制效果。近几年针对MBLs抑制剂的文献报道较多，但至今尚未有药物进入临床评价及应用。本课题组前期建立了MBLs抑制剂筛选平台，筛选到了多种对MBLs有抑制作用的天然化合物，其中茶黄素抑制MBLs效果最佳，进一步借助计算生物学方法初步确定了MBLs稳定三维结构及其与茶黄素结合区域。本项目拟在前期研究基础上，应用分子模拟、核磁共振及表面等离子体共振等方法进一步确证茶黄素与MBLs结合靶点，阐明其共性分子作用机制并进行定量构效关系分析，体内外试验验证茶黄素对MRSA耐药性的抑制作用以及协同美罗培南对细菌感染小鼠的治疗作用，以期为新型耐药抑制剂研发提供新的策略和先导化合物。

耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)从发现至今感染几乎遍及全球，已成为院内(HA-MRSA)和社区(CA-MRSA)感染的重要病原菌之一。MRSA的耐药性极强，并且呈多重耐药，给临床治疗造成了极大的困难。因此，临床上迫切需要研发新型耐药抑制剂协同抗生素药物以预防和治疗MRSA所致感染。MRSA产β-内酰胺酶可直接水解β-内酰胺类抗生素，使其丧失抑菌活性。该耐药机制是MRSA对β-内酰胺类抗菌药物耐药最常见的机制，在耐药机制中占80%，在MRSA耐药过程中起到了不可或缺的作用。β-内酰胺酶根据其结构特点及作用机制，可分为A、B、C、D四类。其中B类β-内酰胺酶(metallo-β-lactamases, MBLs)可有效水解几乎所有的β-内酰胺类抗生素，包括被称为“最后的抗生素”的最新型的头孢菌素和所有碳青霉烯类抗生素。目前尚无MBLs抑制剂进入临床评价及应用，因此，MBLs已成为新型抗MRSA耐药抑制剂研发的重要靶标。本课题组通过建立相关的筛选平台，在国内外首次发现了多种天然化合物可直接抑制MBLs活性作用。本课题组前期研究中发现，无抗菌活性的茶黄素可显著抑制多种MBLs (例如：NDM-1, TEM-1, ULA-300)活性，并具有最低有效浓度，抑制效果最佳。通过计算生物学方法确证了茶黄素与NDM-1的结合位点，并阐明了其作用机制。本研究在此研究基础上，通过金葡菌介导的宿主细胞毒性的保护实验、茶黄素协同美罗培南抑菌实验及茶黄素协同美罗培南对小鼠MRSA感染模型治疗学实验研究，以金葡菌ULA-300为研究体系，茶黄素为治疗药物，采用分子生物学、药物代谢动力学等方法，确证了茶黄素协同美罗培南抑菌效果；并在细胞水平上验证了茶黄素对金葡菌介导的宿主细胞毒性保护作用；同时，茶黄素协同美罗培南表现出对小鼠MRSA感染具有显著的协同治疗效果。本项目为MRSA动物细菌感染性疾病的控制及新兽药研发打下坚实的理论基础。