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AI-2型细菌群体感应抑制剂的设计、合成及活性研究

作　者: 朱鹏
导　师: 李敏勇
学　校: 山东大学
专　业: 药物化学
关键词: AI-2 细菌 抑制剂 LuxPQ LuxS 群体感应
分类号: R914
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


群体感应是细菌通过分泌一种称为自诱导剂的信号分子(autoinducer, AI)来感应细菌种群密度及周围环境变化,进而调控相关基因的表达,从而协调细菌生物功能的一种信息交流机制。目前发现群体感应与细菌多种行为有关,如生物发光、生物膜的形成、毒力因子的释放、抗生素的产生、孢子的形成、细菌的接合、细菌的群集运动等。在当前的抗菌药物研发中,耐药性已成为一个不容忽视的严重问题。传统的抗菌药是干扰细菌中重要的生命过程来抑制或杀死细菌,此种抗菌药的最大缺点就是容易产生耐药性。因此寻找新靶点、新作用机制、开发新型抗菌药物,是生物学和医学研究领域的紧迫课题之一。群体感应抑制剂与传统抗菌药的作用机制不同,它是通过抑制细菌群体感应调控的致病行为(如毒力因子的释放),从而降低细菌的传染能力,但不会杀死细菌,因此细菌抗药性的风险会大大降低。由于群体感应与细菌的诸多生理活性有关,故而深入了解细菌群体感应的调控机制,可以为细菌感染疾病提供全新的治疗手段或药物。AI-2广泛存在与革兰阳性菌和革兰阴性菌中,被称为细菌种间信息交流的信号分子,因此研究阻断AI-2型细菌群体感应的抑制剂将成为下一代广谱抗菌药的研究方向。值得关注的是,AI-2的受体蛋白LuxPQ蛋白只存在于细菌中,并且在哺乳动物体内无相应蛋白和同源家族存在,所以针对LuxPQ蛋白的抑制剂具有高度的选择性和特异性,而且不易产生对人体的毒副作用。另外目前大多数抑制剂的设计主要针对LuxP蛋白而设计的,但是研究发现单体状态下的LuxP在与LuxQ形成复合物LuxPQ后,其构象会发生改变,进而触发AI-2型群体感应,因此以LuxPQ为靶点进行AI-2型群体感应抑制剂的设计比以LuxP为靶点更为精确,但针对LuxPQ进行药物设计研究至今尚未见任何报道。本课题选定AI-2型群体感应的受体蛋白——LuxPQ蛋白为靶标,采用CHARMM分子动力学软件,对芳基呋喃类先导化合物AN-465/43369623和AH-262/34399019与LuxPQ蛋白的复合物结构进行分子动力学模拟；同时运用DS/HipHop软件进行抑制剂药效团模型的构建,以得到关键的药效基团结合Lipinski五倍律类药性原则和药物的ADMET性质等方面的依据,再进行先导化合物结构的合理改造与优化,设计并合成了三氮唑、呋喃和咪唑系列共78小分子群体感应抑制剂。我们选用哈氏弧菌MM32型菌株对78个化合物进行活性测试,活性结果显示大多数化合物对哈氏弧菌MM32型菌株AI-2型群体感应具有抑制作用,其中呋喃系列中的1lh和lld活性超过了阳性对照KM-03009(IC50=8.9±1.7μM)其IC50分别为7.4±1.7和8.8±2.9μM。三氮唑和咪唑系列化合物相对于阳性对照活性相当,其中活性较好的化合物5k和9I的IC50值为阳性对照的1.5倍,咪唑化合物19zd、19y、19o和19t的IC50值分别是阳性对照的1.23倍、1.34倍、1.35倍和1.48倍。另外我们还对呋喃系列中活性较好的化合物进行细菌毒性测试,结果显示大部分所测化合物对细菌的生长没有影响,仅有化合物13a、11d、13k和13m对细菌的生长具有一定的毒性。我们还运用CoMFA技术对所测化合物进行三维定量构效关系研究,以便指导下一步化合物结构优化与合成,期望得到更高活性和更强选择性的新型AI-2型群体感应抑制剂。

全文目录


中文摘要  8-10
ABSTRACT  10-12
符号说明  12-13
第一章 绪论  13-30
  1.1 前言  13-14
  1.2 AI-2的生物合成  14-16
  1.3 AI-2群体感应抑制剂与其作用靶点  16-28
    1.3.1 MTAN酶抑制剂  16-18
    1.3.2 AI-2合成酶LuxS抑制剂  18-21
    1.3.3 AI-2受体蛋白抑制剂  21-26
    1.3.4 DPD类似物抑制剂  26-27
    1.3.5 其他抑制剂  27-28
  1.4 结语  28-30
第二章 目标化合物的设计  30-34
  2.1 基于结构合理药物设计  30-31
  2.2 基于配体分子设计  31-34
    2.2.1 先导化合物与LuxPQ受体蛋白结合模式的研究  31-32
    2.2.2 目标化合物的合理设计  32-34
第三章 目标化合物的合成  34-61
  3.1 三氮唑系列目标化合物的合成  35-44
    3.1.1 合成路线  35-36
    3.1.2 实验部分  36-44
  3.2 吠喃系列目标化合物的合成  44-51
    3.2.1 合成路线  44
    3.2.2 实验部分  44-51
  3.3 咪唑系列目标化合物的合成  51-61
    3.3.1 合成路线  51-52
    3.3.2 实验部分  52-61
第四章 活性测试  61-72
  4.1 哈氏弧菌AI-2型群体感应抑制活性测定  61-62
    4.1.1 原理  61
    4.1.2 材料与方法  61-62
  4.2 抑制活性结果  62-66
    4.2.1 三氮唑系列化合物的结构及活性结果  62-63
    4.2.2 呋喃系列化合物的结构及活性结果  63-64
    4.2.3 咪唑系列化合物的结构及活性结果  64-66
  4.3 目标化合物对哈氏弧菌生长毒性试验  66-67
    4.3.1 原理  66-67
    4.3.2 材料与方法  67
    4.3.3 实验结果  67
  4.4 定量关系研究  67-71
    4.4.1 三氮唑系列化合物CoMFA研究  67-69
    4.4.2 呋喃系列化合物CoMFA研究  69-71
  4.5 总结  71-72
第五章 总结与展望  72-74
致谢  74-75
参考文献  75-80
附录  80-159
  附录1 硕士期间发表的论文  80-81
  附录Ⅱ 化合物的ESI-MS,~1H-NMR图谱  81-159
学位论文评阅及答辩情况表  159

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中图分类: > 医药、卫生 > 药学 > 药物基础科学 > 药物化学
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