【摘要】：目的:細(xì)菌耐藥性給臨床抗感染帶來巨大的挑戰(zhàn),細(xì)菌生物膜的形成是細(xì)菌耐藥的一個(gè)重要機(jī)制。生物膜對細(xì)菌耐藥、細(xì)菌感染、細(xì)菌生長都起到重要的作用。生物膜抑制劑可能是克服細(xì)菌耐藥性的新策略。而生物膜的生長過程受細(xì)菌群體感應(yīng)(QS)系統(tǒng)的調(diào)控。本論文設(shè)計(jì)新型的QS抑制劑作為抗銅綠假單胞菌生物膜藥物,為克服細(xì)菌耐藥性提供指導(dǎo)意義。方法:利用銅綠假單胞生物膜模型,通過高通量篩選實(shí)驗(yàn)室的化合物得到2-取代羥基吡喃酮衍生物具有良好的生物膜活性。我們以羥基吡喃酮為母核結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合成了五個(gè)系列的羥基吡喃酮化合物。并證實(shí)它們通抑制QS系統(tǒng)中PQS通路發(fā)揮其抗生物膜活性。通過分析PQS系統(tǒng)調(diào)控機(jī)制發(fā)現(xiàn)鐵離子與PQS系統(tǒng)調(diào)控存在重要的關(guān)系,此外研究表明鐵離子濃度可以影響生物膜的形成�；谶@個(gè)分析結(jié)果,我們提出設(shè)計(jì)既具有螯合能力同時(shí)又作用于細(xì)菌群體感應(yīng)系統(tǒng)的新型生物膜抑制劑的思路。以群體感應(yīng)信號分子PQS作為藥物模型化合物,對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬改造,利用生物電子等排體藥物設(shè)計(jì)原理以去鐵酮的基本結(jié)構(gòu)羥基吡啶酮作為母環(huán)代替PQS的喹啉環(huán)。同時(shí)模擬其它細(xì)菌群體感應(yīng)信號分子Acyl-HSL和OdDHL的酰胺鍵基團(tuán),利用骨架拼接原理得到N-((3-羥基-1,6-二甲基-4-氧-1,4-二氫吡啶-2-基)甲基取代酰胺母體結(jié)構(gòu)。AHL信號分子具有親水和親酯的性質(zhì),是一類既具有水溶性,且能穿過細(xì)菌的物質(zhì)。因此,以羥基吡啶酮作為親水基團(tuán),在酰胺取代基位置引入疏水性的烷基和環(huán)狀或芬香環(huán)基團(tuán);另外對酰胺鍵進(jìn)行替換和其位置改變設(shè)計(jì)化合物。共設(shè)計(jì)了四個(gè)系列衍生物。以曲酸為起始原料,通過還原、羥醛縮合反應(yīng)得到羥基吡喃酮衍生物。曲酸通過還原、羥醛縮合、羥基保護(hù)、胺化、親核反應(yīng)、肼解、成酰胺、脫保護(hù)基等反應(yīng)得到羥基吡啶酮衍生物。測定衍生物的最小抑菌濃度(MIC)與對銅綠假單胞菌生物膜的抑制率;利用熒光分光光度法測定羥基吡啶酮衍生物的鐵離子螯合常數(shù)。結(jié)果:本課題合成了羥基吡喃酮衍生物40個(gè),所有化合物均通過~1H NMR、~(13)C NMR和HRMS進(jìn)行結(jié)構(gòu)確證。根據(jù)生物膜抑制實(shí)驗(yàn)的結(jié)果,總結(jié)化合物的SAR:1.苯環(huán)的對位被取代對活性有利;2.對位被吸電子基團(tuán)和柔性長基團(tuán)取代對活性有利;3.烷基側(cè)鏈為5-6碳長度活性最好;4.羥基吡啶酮母核替換羥基吡喃酮,活性提高�；衔�5g的活性最好,在20M濃度下生物膜抑制率為50.98±1.97%,而且化合物5g抑制QS系統(tǒng)中的PQS通路,不影響QS系統(tǒng)的las,rhl通路。設(shè)計(jì)合成羥基吡啶酮衍生物33個(gè),所有化合物均通過~1H NMR、~(13)C NMR和HRMS進(jìn)行結(jié)構(gòu)確證�；钚越Y(jié)果顯示:羥基吡啶酮衍生物MIC均大于512μM,在20M均有生物膜抑制活性。羥基吡啶酮衍生物的SAR:1.烷基側(cè)鏈為6-7個(gè)碳長度活性最好;2.R基是大環(huán)基團(tuán)或帶取代的芬香環(huán)基團(tuán)對活性有利;3.增加環(huán)狀基團(tuán)的長度不利于活性;4.當(dāng)磺胺鍵替代酰胺鍵后活性保持,而改變酰胺鍵位置活性降低。羥基吡啶酮的衍生物的螯合常數(shù)均大于19,部分化合物的螯合常數(shù)大于陽性對照去鐵酮(pFe(III)20)�；衔�18d具有出色的生物膜抑制活性,當(dāng)抑制銅綠假單胞菌生物膜達(dá)到50%時(shí),18d的濃度為0.6 nM。結(jié)論:本論文發(fā)現(xiàn)了抑制QS系統(tǒng)中PQS通路的新型生物膜抑制劑-羥基吡喃酮衍生物。在此,我們提了一種新穎的細(xì)菌生物膜抑制劑設(shè)計(jì)思路:設(shè)計(jì)既具有鐵螯合能力同時(shí)又作用于細(xì)菌群體感應(yīng)系統(tǒng)的新型生物膜抑制劑。本論文設(shè)計(jì)并合成了四個(gè)系列的羥基吡啶酮衍生物,它們具有較強(qiáng)的鐵螯合能力和出色的生物膜抑制活性�；钚越Y(jié)果證實(shí)了我們新設(shè)計(jì)理論的有效性,這為新型生物膜抑制劑的設(shè)計(jì)提供了一種全新設(shè)計(jì)理念。找到一個(gè)抗生物膜活性達(dá)到納摩爾水平的先導(dǎo)化合物(18d),這為羥基吡啶酮衍生物開發(fā)成新型的生物膜抑制劑提供重要的研究基礎(chǔ)。
【圖文】：

暨南大學(xué)碩士學(xué)位論文胞膜的通透性，把抗生素藥物外排到細(xì)菌體外，降低細(xì)菌體內(nèi)藥物濃度；3.結(jié)構(gòu)修飾抗生素作用靶標(biāo)蛋白或表達(dá)其他可替換的靶標(biāo)蛋白，使抗生素藥物不能與靶標(biāo)蛋白結(jié)合。在細(xì)菌群體水平，細(xì)菌耐藥主要機(jī)制是細(xì)菌生物膜（Bacterial biofilmBF）形成，產(chǎn)生一個(gè)天然屏障，阻斷抗生素進(jìn)入細(xì)菌內(nèi)，細(xì)菌在生物膜內(nèi)的代謝降低或處于休眠狀態(tài)[16]。因此，繼續(xù)開發(fā)新型的抗生素已經(jīng)不能有效的解決細(xì)菌耐藥性問題，如何避免對細(xì)菌生命的直接殺傷作用，尋找新型抗菌藥物已經(jīng)成為目前醫(yī)藥上最亟需的任務(wù)之一，尋找新的靶標(biāo)成為目前抗菌藥物的研究趨勢[17, 18]。針對細(xì)菌耐藥機(jī)制開發(fā)新型的抗菌藥物成為研究熱點(diǎn)。

暨南大學(xué)碩士學(xué)位論文研究表明，許多久治不愈的慢性細(xì)菌感染與細(xì)菌生物膜的形成密切相關(guān)[23]，如肺囊性纖維化、彌漫性廣泛性細(xì)支氣管炎、牙周炎、慢性前列腺炎、膽道感染、心辨膜性心內(nèi)膜炎等疾病都與生物膜的形成有關(guān)[24]。與游離的單個(gè)細(xì)胞相比，生物膜中的細(xì)菌對抗生素、宿主免疫系統(tǒng)和環(huán)境壓力的耐藥能力增強(qiáng)了 10-1000倍[25]。因此，臨床上引起慢性感染的細(xì)菌常常采用形成生物膜的生存方式。生物膜是一種高度多因素耐藥水平特征的細(xì)菌群落，大多數(shù)抗生素對浮游細(xì)菌有效，但對生物膜內(nèi)的細(xì)菌無效[26, 27]。生物膜的形成使慢性細(xì)菌感染的治療更加難以治愈，且引發(fā)并發(fā)癥增加了治療成本，延長治療時(shí)間。鑒于細(xì)菌生物膜在慢性及頑固性細(xì)菌感染和細(xì)菌耐藥性中的重要影響，，針對細(xì)胞水平的細(xì)菌耐藥機(jī)制，開發(fā)抑制細(xì)菌生物膜形成的抗菌藥物具有很好的研究前景，為克服細(xì)菌耐藥提供一種新策略。
【學(xué)位授予單位】：暨南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：R914

【參考文獻(xiàn)】

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1 王東方;;濫用抗生素的危害及如何合理使用抗生素[J];當(dāng)代醫(yī)藥論叢;2014年02期

2 尹守亮;常亞婧;鄧蘇萍;王清池;于文功;宮倩紅;;以病原菌群體感應(yīng)系統(tǒng)為靶標(biāo)的新型抗菌藥物的研究進(jìn)展[J];藥學(xué)學(xué)報(bào);2011年06期

3 楊燕;尤啟冬;;VA唑烷酮類抗菌劑構(gòu)效關(guān)系及結(jié)構(gòu)改造研究進(jìn)展[J];藥學(xué)進(jìn)展;2010年11期

本文編號：2637831