尿路致病性大肠埃希菌PPK1抑制剂的抗感染效果及机制研究

Escherichia coli (E. coli) is the most common pathogen to cause urinary tract infection, which has a high level of antibiotic resistance. Poly phosphate kinase 1 (PPK1) is an impotant kinase for polyphosphate synthesis in many species of bacteria. In our previous research, we had found that PPK1 was closely related to E. coli-induced urinary tract infection. The ppk1 gene deletion mutant of E. coli was shown to be attenuated in adhesion and invasion to bladder epithelial cells, and colonization to mouse Urinary tract. Using the computer-aided drug design method, we had obtained two PPK1 inhibitors PKI01 and PK02, which were shown to be effective on suppression of E. coli-induced urinary tract infection in mice. In this program, we plan to eastablish in vitro and in vivo models, and to further study the anti-infection effects and mechanisms of PPK1 inbhibitors, which have the potential to be a new kind of drug for treatment of urinary tract infection caused by E. coli.

大肠埃希菌（Escherichia coli, E. coli）是引发尿路感染最常见的病原菌，耐药情况十分严重。聚磷酸盐激酶1（poly phosphate kinase 1，PPK1）是细菌中催化聚磷酸盐合成的关键酶之一，与多种致病菌的毒力有重要关系。我们前期研究证实，PPK1与E. coli致尿路感染密切相关，敲除ppk1基因后E. coli 对膀胱上皮细胞的粘附、侵袭以及小鼠膀胱组织的定植能力均明显减弱，是潜在的抗感染药物开发靶点。我们利用计算机辅助药物设计方法，针对PPK1酶活性关键部位筛选出22个小分子化合物抑制剂。经初步生物学效果检测后获得2个具有抗感染效果的化合物PKI01、PKI02。本项目拟在前期研究的基础上，利用体内、外模型进一步明确PPK1抑制剂对E. coli所致尿路感染的缓解效果及相关机制，为开发以尿路致病性大肠埃希菌PPK1为靶点的新型抗感染药物奠定良好基础。

尿路致病性大肠埃希菌(uropathogenic Escherichia coli, UPEC)是引发尿路感染最常见的病原菌。我们前期发现，多磷酸盐激酶1（Polyphosphate kinase 1，PPK1）与UPEC入侵尿路上皮细胞、抵抗环境压力以及生物膜形成有关，有望成为新型抗菌药物的作用靶点。. 课题组利用计算机辅助药物设计技术，针对PPK1的酶活性关键结构进行抑制剂筛选。对输出结构进行聚类挑选获得334个化合物，然后再对这些化合物结构逐一观察，并挑选出44个化合物进行生物活性检测。预实验发现8号（C13H8O2N3Cl）和17号（C15H11OF3Cl）2个化合物可以有效地抑制UPEC对尿路上皮细胞的侵袭。我们进一步对这两个化合物开展了如下研究：(1)分子对接分析两个化合物与PPK1之间的相互作用；(2)表达、纯化PPK1蛋白，通过表面等离子共振分析评估PPK1与两个化合物之间的结合性;(3)测定化合物对PPK1酶活性的影响;(4)通过测定化合物对UPEC生长曲线的影响;(5)测定化合物对UPEC侵袭尿道上皮细胞的能力的影响; (6)研究化合物对CFT073抵抗环境压力的影响; (7)评估化合物对CFT073生物膜形成能力的影响; (8)通过小鼠模型实验评估化合物在体内抑制UPEC感染的效果。. 研究获得以下关键结果：(1)表面等离子共振分析显示，化合物8和17的单位分子量响应值分别为4.073 100RU/Da和6.555 100RU/ Da，解离常数分别为85.8μM和84.6μM，提示与PPK1有结合作用；(2) 酶活性实验显示，与对照组相比，化合物8和17处理组的PPK1酶活性降低；(3)化合物8和17对UPEC的生长曲线没有明显影响；(4)与对照组相比，化合物8和17处理后的细菌侵袭尿路上皮细胞以及抗氧化压力能力显著减弱；(5)化合物8和17可以抑制生物膜的形成；(6)动物实验结果表明，化合物8和17可明显抑制小鼠膀胱中的细菌载量，并减轻感染小鼠尿路的炎症反应。. 本项目筛选得到2个潜在抑制UPEC感染的小分子化合物，为开发大肠埃希菌尿路感染新型抑制剂提供了新的思路和重要线索。在课题资助下，研究成果发表SCI论文4篇，北大核心期刊论文3篇，统计源期刊论文1篇，申请国家发明专利2项，培养硕士研究生2名，完成了项目结题要求的指标。