含有“木马片段”的新型单环β-内酰胺类抗生素的设计、合成及其抗革兰氏阴性菌研究

作     者：付海根 

作者单位：北京协和医学院 

学位级别：硕士

导师姓名：宋丹青

授予年度：2015年

学科分类：1007[医学-药学(可授医学、理学学位)] 10[医学] 100701[医学-药物化学] 

主      题：氨曲南 木马策略 阴性耐药菌 铁载体 点击化学 

摘      要：近年来,随着抗生素的大量应用,尤其是滥用,导致许多致病菌对临床抗生素产生了严重耐药,特别是革兰氏阴性菌的耐药问题,已成为威胁人类公共健康的严重问题。然而,针对阴性耐药菌感染的新型抗生素研发速度缓慢。因此,寻找新型抗生素以及新的抗菌策略来应对全球面临的“抗生素危机迫在眉睫。氨曲南(图1),作为第一个临床使用的单环β-内酰胺类抗生素,主要用于抗阴性菌感染的治疗,但是一直处于临床二线用药。近年来,在阴性耐药菌感染几乎无药可用的危机下,氨曲南在治疗阴性耐药菌感染显示出理想的治疗效果,逐渐受到临床医生的的频繁使用。化合物BAL30072(图1)是瑞士Basilea制药公司研发的新一代单环β-内酰胺类抗生素,用于治疗多药耐药阴性菌引起的感染,已进入第二个I期临床研究。BAL30072是利用“木马策略设计的轭合物(conjugate),即利用细菌对铁载体(siderophore)的特异识别,将铁载体(二羟基吡啶酮片段)与单环β-内酰胺抗生素连接,形成“木马轭合物,使阴细菌特异识别铁载体的同时将抗生素主动转运至细菌体内,发挥抗菌效果,从而克服阴性菌耐药。BAL30072的研发成功使单环β-内酰胺类抗生素再次成为研究热点。本论文运用“木马策略,选择不同β-内酰胺类抗生素,包括氨曲南、氨苄西林或头孢羟氨苄,通过链接片段与不同的铁载体结合形成“木马轭合物。(1)外源性吡哆醛异烟腙(PIH)是一类对Fe3+具有高亲和性的三齿螯合剂,且毒性低、合成简单。本部分将简化的PIH与氨曲南链接,形成6个AZN-PIH’‘木马轭合物SA-48,SA-49, SA-54, SA-58, SA-52, SA-50。(2)采用内源性肠杆菌素的构象模拟物作为铁载体,通过丁二酰胺作为linker分别与氨苄西林或头孢羟氨苄链接,形成“木马轭合物H-12和H-13。6个AZN-PIH 木马轭合物对敏感型革兰氏阴性菌具有较好的活性,特别是对雷极普鲁菲登杆菌,抗菌活性MIC值可以达到为≤0.03-0.06μg/mL。该类“木马轭合物对阴性耐药菌也具有一定的活性,其中化合物SA-48对产酶的铜绿假单胞杆菌MIC值为4-8 μg/mL。其次,本论文以氨曲南为先导物,保留氨曲南抗阴性菌必需的氨基噻唑片段,采用BAL30072的新型4,4-双甲基β-内酰胺母核来代替原氨曲南的母核,同时在侧链肟基上开展结构修饰：(1)在侧链肟基上通过直接的取代反应引入苄基、2-吡啶甲基、3-吡啶甲基等芳香基团得到新型单环β-内酰胺类抗生素衍生物SA-73, SA-82, SA-83。(2)首次将“点击化学(Click Chemistry)应用于β-内酰胺类抗生素的结构优化,在侧链肟基上引入含有不同取代基(如甲基、环丙基、羧甲基)的三氮唑基团,得到新型单环β-内酰胺类抗生素SA-74A,SA-108,SA-101。所得目标化合物除SA-73外均对阴性敏感菌有较好的抗菌活性。ClogP值较小的衍生物对阴性耐药菌显示出的较好活性,其中化合物SA-82,SA-83,SA-74A,SA-101对产超广谱β-内酰胺酶的大肠杆菌MIC值可达2-8 μg/mL。上述实验结果表明：保留噻唑氨基片段和四元β-内酰胺母核,在侧链处引入适当基团,得到的大部分衍生物对阴性敏感菌具有很好的活性。在侧链处引入亲水性基团来降低ClogP值,有利于抗阴性耐药菌活性的提高。该实验结果可为寻找更理想的抗阴性耐药菌衍生物提供有力指导。本论文共合成未见文献报道的34个化合物,其中14个目标化合物。结构经1H NMR、13c NMR及HRMS图谱确证无误。AZN-PIH“木马轭合物以及SA-74A/108/101均经由6步“汇聚式合成路线制备得到。部分研究内容已投稿ACS Med. Chem. Lett.。