靶向AcrB外排蛋白的喹唑啉衍生物的设计、合成以及逆转多药耐药活性的研究

发布时间：2020-07-28 20:23

【摘要】：抗菌药物在保障人类生存,提高人类生命质量上做出了巨大的贡献。但抗菌药在全球范围内的长期使用以及滥用,导致了细菌耐药性的不断出现及日渐恶化。多重耐药细菌甚至超级细菌的出现,发展和传播,不断引发难以治愈的感染性疾病,极大地危害着人类的生命健康安全。特别是耐药的肠杆菌、肺炎克雷伯菌、鲍曼不动杆菌、铜绿假单胞菌等革兰氏阴性菌,使得常规药物所对感染性疾病的抗菌效力不断降低甚至消失。世界卫生组织(WHO)报告称,多重耐药的革兰氏阴性菌已成为全球公共卫生的严重威胁。因此,开发研究具有新型作用机制或可增加传统抗菌药物抗菌效力的药物刻不容缓。近年来,细菌耐药机制得到不断地研究和确证,细菌外排泵所导致的药物外排被认为是细菌产生多药耐药的重要机制之一。而导致革兰氏阴性菌多重耐药的重要原因则是广泛分布于其细胞膜上的AcrAB-TolC外排泵的过表达。AcrAB-TolC外排系统中的AcrB蛋白在药物外排转运过程中发挥着关键作用。抑制AcrB外排蛋白的生物功能,可以增强耐药菌对抗菌药的敏感性,逆转细菌的耐药性,恢复抗菌药物的原有抗菌效力。AcrB已成为现如今开发新型对抗耐药细菌药物的理想靶点。本文中,我们以AcrB为靶点,以课题组前期发现的4-异戊氧基-2-萘苯甲酰胺为先导,参考吡喃并吡啶类MBX-2319的结构特征,综合这两个化合物的作用模式,根据作用靶点的结构以及与底物的结合特点,采用化合物优势片段骈和原理的合理设计手段,设计并合成了共44个新型的喹唑啉类AcrB抑制剂,并测定了它们的固有抗菌活性、抗菌增敏活性、尼罗红外排抑制活性以及对内外膜稳定性的影响,同时也测定了它们细胞毒性。在固有抗菌活性实验中,所有目标化合物对野生型E.coli BW25113菌株的MIC值均大于128 μg/mL,排除了化合物与抗菌剂联用时自身对抗菌活性的影响。在抗菌增敏活性的实验中,19个化合物表现出了对氯霉素,红霉素和四苯基膦对野生型E.coli BW25113菌株的增敏活性。在A系列中,有8个化合物对氯霉素,红霉素和四苯基膦表现出相应的增敏活性。其中A-GXJ-15表现出最好的活性,在128 μg/mL浓度下,能分别提高氯霉素,红霉素和四苯基膦增敏活性8倍;在B系列中,有11个化合物都表现出了相应的增敏活性,在128μg/mL浓度下,B-GXJ-7活性最好,能分别提高氯霉素,红霉素和四苯基膦增敏活性16,2和4倍;其余化合物能分别提氯霉素,红霉素和四苯基膦增敏活性2至4倍。尼罗红外排抑制活性实验结果表明,化合物A-GXJ-8、A-GXJ-15、A-GXJ-16和A-GXJ-21在50 μM浓度下就可以100%阻碍尼罗红的外排,优于于阳性对照4-异戊氧基-2-萘苯甲酰胺;化合物A-GXJ-10、A-GXJ-14、B-GXJ-5、B-GXJ-6、B-GXJ-7和B-GXJ-11在100μM浓度下可以完全抑制尼罗红的外排,与阳性对照化合物相当。对内外膜稳定性的影响实验结果表明,具有抗菌增敏活性和尼罗红外排抑制活性的目标化合物,均不对外膜渗透性产生影响;在128μg/mL的测定浓度下,化合物A-GXJ-12和B-GXJ-13对内膜稳定性没有影响。综合来看,化合物A-GXJ-12和B-GXJ-13在一定程度上符合AcrB抑制剂的条件:(1)能恢复抗菌药物对AcrB过表达菌株的抗菌效力;(2)对AcrB的外排底物具有外排抑制作用(如尼罗红);(3)对细菌内外膜稳定性不具影响。化合物A-GXJ-15和B-GXJ-7虽表现出强效的抗菌剂的增敏活性以及AcrB底物的外排抑制活性,也不会破坏外膜的渗透性,但是会对内膜质子梯度产生影响,说明除了具有抑制AcrB抑制作用外,还存在其他机制来使抗菌剂的增敏作用增强,极有可能是化合物切断了 AcrB运转的能量来源,阻碍其外排作用。同时,化合物A-GXJ-15和B-GXJ-7对Hela细胞的IC50值均大于128μg/mL,说明化合物在具有良好抗菌增敏活性的浓度下,对哺乳细胞不具备毒性。本文探讨的喹唑啉结构衍生物是全新结构的AcrB抑制剂,是我们首次发现,之前未见文献报道,它们作为AcrB抑制剂有着进一步优化的巨大潜力。该研究为新型的AcrB抑制剂的研究和发现提供了新的方向和思路,为治疗AcrB介导的多药耐药细菌所引起的感染做出了一定贡献。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R914;R96
【图文】：

ａ邋４－ｉｓｏｐｅｎｔｙｌｏｘｙ－２－ｎａｐｈｔｈａｌｅｎｅｃａｒｂｏｘａｍｉｄｅ逦邮１逡逑ｂ逡逑Ｆｉｇ．８．邋（ａ）邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋４－ｉｓｏｐｅｎｔｙｌｏｘｙ－２－ｎａｐｈｔｈａｌｅｎｅｃａｒｂｏｘａｍｉｄｅ．邋（ｂ）邋Ｔｈｅ邋ｂｉｎｄｉｎｇ邋ｍｏｄｅ邋ｏｆ逡逑４－ｉｓｏｐｅｎｔｙｌｏｘｙ－２－ｎａｐｈｔｈａｌｅｎｅｃａｒｂｏｘａｍｉｄｅ邋ｗｉｔｈ邋ｔｈｅ邋ａｍｉｎｏ邋ａｃｉｄｓ邋ｉｎ邋ｄｉｓｔａｌ邋ｐｏｃｋｅｔ邋ｏｆ邋ＡｃｒＢ．逡逑通过上述信息我们发现，ＭＢＸ－２３１９和４－异戊氧基－２－萘苯甲酰胺在与ＡｃｒＢ逡逑的远端结合口袋的主要作用方式上极为相似：１．母核结构中的芳环都与Ｐｈｅ６２８逡逑产生Ｔｉ－Ｔｃ堆积作用；２．芳环上的疏水性侧链都与Ｐｈｅｌ７８产生７ＷＩ堆积作用或疏水逡逑作用力。因此我们通过化合物结构优势片段拼和原理，将这两个化合物中的活性逡逑母核片段，即吡喃并吡啶环和萘环，骈和得到喹唑啉环，并以此环作为母核结构逡逑设计了新型的化合物作为ＡｃｒＢ蛋白抑制剂。同时，我们将ＭＢＸ－２３１９和４－异戊逡逑氧基－２－萘苯甲酰胺中其他活性基团，如吗啉环和甲酰胺结构，也引入到新的分逡逑子中，期望增强化合物分子与结合口袋的相互作用力（Ｆｉｇ．邋９）。逡逑0逡逑

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本文编号：2773399