【摘要】：目的:細菌耐藥性給臨床抗感染帶來巨大的挑戰(zhàn),細菌生物膜的形成是細菌耐藥的一個重要機制。生物膜對細菌耐藥、細菌感染、細菌生長都起到重要的作用。生物膜抑制劑可能是克服細菌耐藥性的新策略。而生物膜的生長過程受細菌群體感應(QS)系統(tǒng)的調控。本論文設計新型的QS抑制劑作為抗銅綠假單胞菌生物膜藥物,為克服細菌耐藥性提供指導意義。方法:利用銅綠假單胞生物膜模型,通過高通量篩選實驗室的化合物得到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構設計合成了五個系列的羥基吡喃酮化合物。并證實它們通抑制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)調控機制發(fā)現(xiàn)鐵離子與PQS系統(tǒng)調控存在重要的關系,此外研究表明鐵離子濃度可以影響生物膜的形成。基于這個分析結果,我們提出設計既具有螯合能力同時又作用于細菌群體感應系統(tǒng)的新型生物膜抑制劑的思路。以群體感應信號分子PQS作為藥物模型化合物,對其結構進行模擬改造,利用生物電子等排體藥物設計原理以去鐵酮的基本結構羥基吡啶酮作為母環(huán)代替PQS的喹啉環(huán)。同時模擬其它細菌群體感應信號分子Acyl-HSL和OdDHL的酰胺鍵基團,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構。AHL信號分子具有親水和親酯的性質,是一類既具有水溶性,且能穿過細菌的物質。因此,以羥基吡啶酮作為親水基團,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;另外對酰胺鍵進行替換和其位置改變設計化合物。共設計了四個系列衍生物。以曲酸為起始原料,通過還原、羥醛縮合反應得到羥基吡喃酮衍生物。曲酸通過還原、羥醛縮合、羥基保護、胺化、親核反應、肼解、成酰胺、脫保護基等反應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)。結果:本課題合成了羥基吡喃酮衍生物40個,所有化合物均通過~1H NMR、~(13)C NMR和HRMS進行結構確證。根據(jù)生物膜抑制實驗的結果,總結化合物的SAR:1.苯環(huán)的對位被取代對活性有利;2.對位被吸電子基團和柔性長基團取代對活性有利;3.烷基側鏈為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。設計合成羥基吡啶酮衍生物33個,所有化合物均通過~1H NMR、~(13)C NMR和HRMS進行結構確證�；钚越Y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.烷基側鏈為6-7個碳長度活性最好;2.R基是大環(huán)基團或帶取代的芬香環(huán)基團對活性有利;3.增加環(huán)狀基團的長度不利于活性;4.當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,當抑制銅綠假單胞菌生物膜達到50%時,18d的濃度為0.6 nM。結論: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菌生物膜抑制劑設計思路:設計既具有鐵螯合能力同時又作用于細菌群體感應系統(tǒng)的新型生物膜抑制劑。本論文設計并合成了四個系列的羥基吡啶酮衍生物,它們具有較強的鐵螯合能力和出色的生物膜抑制活性。活性結果證實了我們新設計理論的有效性,這為新型生物膜抑制劑的設計提供了一種全新設計理念。找到一個抗生物膜活性達到納摩爾水平的先導化合物(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。
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暨南大學碩士學位論文胞膜的通透性，把抗生素藥物外排到細菌體外，降低細菌體內(nèi)藥物濃度；3.結構修飾抗生素作用靶標蛋白或表達其他可替換的靶標蛋白，使抗生素藥物不能與靶標蛋白結合。在細菌群體水平，細菌耐藥主要機制是細菌生物膜（Bacterial biofilmBF）形成，產(chǎn)生一個天然屏障，阻斷抗生素進入細菌內(nèi)，細菌在生物膜內(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)不能有效的解決細菌耐藥性問題，如何避免對細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)藥上最亟需的任務之一，尋找新的靶標成為目前抗菌藥物的研究趨勢[17, 18]。針對細菌耐藥機制開發(fā)新型的抗菌藥物成為研究熱點。

暨南大學碩士學位論文研究表明，許多久治不愈的慢性細菌感染與細菌生物膜的形成密切相關[23]，如肺囊性纖維化、彌漫性廣泛性細支氣管炎、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[24]。與游離的單個細胞相比，生物膜中的細菌對抗生素、宿主免疫系統(tǒng)和環(huán)境壓力的耐藥能力增強了 10-1000倍[25]。因此，臨床上引起慢性感染的細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菌群落，大多數(shù)抗生素對浮游細菌有效，但對生物膜內(nèi)的細菌無效[26, 27]。生物膜的形成使慢性細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，延長治療時間。鑒于細菌生物膜在慢性及頑固性細菌感染和細菌耐藥性中的重要影響，，針對細胞水平的細菌耐藥機制，開發(fā)抑制細菌生物膜形成的抗菌藥物具有很好的研究前景，為克服細菌耐藥提供一種新策略。
【學位授予單位】：暨南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：R914

【參考文獻】

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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;;以病原菌群體感應系統(tǒng)為靶標的新型抗菌藥物的研究進展[J];藥學學報;2011年06期

3 楊燕;尤啟冬;;VA唑烷酮類抗菌劑構效關系及結構改造研究進展[J];藥學進展;2010年11期

本文編號：2637831