中南大学段燕文团队JMC:后期修饰平板霉素,抗菌活性改善显著

中南大学段延文JMC:对霉素的晚期改良,抗菌活性显着提高

原文:学术经纬创新科技创意今日

学术纬度/报告

多重耐药细菌(MDROS)是指对三种或更多种抗菌剂具有抗性的细菌,其在临床使用中具有不同的作用机制,并且它们的产生与细菌变异和过量使用抗微生物剂密切相关。常用的多重耐药细菌包括耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)和耐万古霉素肠球菌(VRE)。前者对多种临床一线抗生素有抗药性,可引起肺炎,菌血症,心内膜炎和骨关节感染。死亡率极高;后者被称为“抗生素的最后一行”。万古霉素耐药且难以治疗,对人类健康构成巨大威胁。

为此,除了需要积极监测和保护这些细菌的出现和传播外,研究具有不同结构和新靶机制的抗菌药物也很重要。近年来,新抗菌药物的开发重点集中在天然产物的分离和药物活性的研究上。 2006年,默克研究实验室的研究人员报道了《自然》一种有效的广谱抗革兰氏阳性药物,即,即镀金霉素(PTM),这是一种在南非收集的土壤。从样品中分离的S. genus Streptomyces真菌通过与细菌的FabF/FabB活性位点结合来抑制脂肪酸合成,并且对包括MRSA和VRE在内的各种MDROS具有良好的抑制活性,并且不会产生其他现有的抗生素产生交叉抵抗性。

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▲PTM结构和活性测试(来源:参考文献[2])

虽然PTM的药代动力学特性不理想,但其新的分子结构和抗菌机理可为新型抗菌药物的开发提供重要参考。基于PTM结构的衍生化和修饰有望改善其药代动力学并进一步改善抗菌活性。早期的研究发现,修饰PTM的3-氨基-2,4-二羟基苯甲酸(ADHBA)部分导致其抗菌活性降低,而酮内酯部分的修饰增强了其体外抗菌活性。

中南大学段燕文教授在此前的研究中建立了一个基于微生物快速发现和开发新抗生素的技术平台。在中国土壤放线菌中发现6株PTM高产菌株,通过基因敲除和发酵优化实现了PTM的大规模制备。

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▲段燕文教授建立的技术平台促进了抗菌PTM的发展(来源:参考文献[1])

最近,他们与学校的研究员黄勇合作,对PTM的酮内酯部分产物的分子结构进行了后期修改,并通过高效合成构建了含有120个PTM衍生物的化合物库。他们还筛选了化合物库中不同PTM衍生物对金黄色葡萄球菌的抑制活性,并对主要成熟化合物进行了生物学评价,最后发现6-环己基硫化物修饰的板 - 霉素A28具有优异的性质。在体内和体外抗菌活性中,效果比PTM基质显着改善。相关工作发表在着名的药物化学杂志“药物化学杂志”上。

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构建化合物库的总体思想是从PTM的环氧化衍生物1开始通过半合成进一步获得一系列PTM衍生物。如1亲核开环消除反应,用不同的硫醇或苯硫酚得到烯基硫醚衍生物A,A25,A26是间 - 和对 - 碘苯基改性的硫醚,两者均可与Suzuki-Miyaura硼酸偶联反应得到多种B与丙烯酸基质的Heck偶联可以得到不同的C和F,与不同乙炔基质的Sonogashira偶联可以得到一种。系列B和G.将得到的120种稳定的PTM衍生物纯化至纯度大于75%。作者进一步使用SwissADME来预测这些化合物的关键物理化学参数,其中大多数具有共轭疏水基团,具有良好的亲脂性和柔韧性。

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▲PTM衍生化合物库的构建(来源:参考文献[1])

他们通过纸扩散法筛选化合物库中的PTM衍生物以研究它们对MRSA和金黄色葡萄球菌ATCC 29213的活性。大多数PTM衍生物表现出有效的抗葡萄球菌活性,具有与阳性对照PTM和利奈唑胺相当的功效。其中,衍生物B-G相对于A具有较小的抑制区,表明较大空间体积的一部分可以减弱其抗菌活性。随后,他们选择了具有较大抑菌圈的70种幼苗化合物进行抗MRSA活性试验,并且一些化合物如A17和A28显示出比PTM和利奈唑胺更有效的抗MRSA活性。

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▲筛选针对葡萄球菌活性的PTM衍生物(来源:参考文献[1])

作者进一步缩小了种子化合物的范围,并根据MRSA抑制区的大小合成了11种PTM衍生物并进行了纯化。大多数PTM衍生物表现出比PTM更强的抗菌活性,并且与纸扩散试验的结果一致。他们最终选择了6-环己基硫化物修饰的板 - mycin A28来测试来自中国抗菌药物耐药性监测系统(CARSS)的MRSA和MSSA菌株的抑制活性。 A28对所有测试的分离株具有抗菌活性。其中80%的最低抑菌浓度(MIC)≤0.25μg/mL,而PTC的MIC仅为1.0μg/mL。他们还通过分子对接和分子动力学模拟实验探讨了PTM衍生物是否与PTM母体具有相似的作用机制。发现具有抗菌活性的PTM还可以有效地结合细菌的FabF/FabB活性位点,其中环己烯酮结构6-修饰的含硫基团增强与靶的疏水相互作用,从而具有更有效的抗菌活性。

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▲一些PTM衍生物对金黄色葡萄球菌ATCC 29213,MSSA和MRSA的活性研究(资料来源:参考文献[1])

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▲PTM和A28的体外抗菌活性比较(来源:参考文献[1])

最后,作者分别通过MRSA感染的小鼠腹膜炎模型和小鼠皮肤感染模型评估了PTM衍生物的体内抗菌活性。当以10mg/kg的剂量给药时,A28治疗的腹膜炎小鼠的存活率超过60%,而用PTM治疗的小鼠均未存活; A28的剂量增加至20mg/kg,小鼠的存活率达到100%。该结果再次证实A28具有比母体PTM更强的抗菌活性。同时,A28在治疗MRSA引起的皮肤感染方面也有很好的效果。

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▲MRSA感染小鼠腹膜炎模型的抗菌活性试验(来源:参考文献[1])

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▲MRSA诱导小鼠皮肤感染模型的抗菌活性试验(来源:参考文献[1])

段燕文教授为PTM及其衍生物的研究做出了重要贡献。他们通过研究小组开发的技术平台完成了天然产物PTM的发现和生物合成,并进一步实现了大规模生产。基于以往的研究,该工作构建了120个PTM衍生物的文库,最终发现A28具有比相应的PTM亲本更好的抗MRSA活性。它已在小鼠腹膜炎模型和小鼠皮肤感染模型中获得。证实。可以看出,细菌FabF/FabB活性位点可能是未来抗菌药物研究的重要目标,我们期望更有效的PTM衍生药物在临床试验中表现良好。

地图来源:pixabay