基于抗耐药菌活性的真菌次生代谢产物研究

基于抗耐药菌活性的真菌次生代谢产物研究

细菌耐药是本世纪全球关注的热点问题,已成为严重的公共卫生危机。细菌耐药直接导致患者治疗失败、医疗费用增加、病死率上升,更为严重的是,耐药菌的进一步发展可能使人类重新面临感染性疾病的威胁。目前加强抗菌药物研发是国内外对抗细菌耐药的共识。真菌代谢产物的丰富性及其生物活性的多样性是发现抗菌新药的不竭动力。近年来,随着生命科学的发展,与细菌耐药发生的相关分子机制得以阐明,并且能在体外建立药物的作用靶点模型进行大规模的药物筛选,以及计算机虚拟分子对接等新型技术手段的革新,再次掀起科学家们从微生物代谢产物中寻找抗耐药菌先导化合物的热潮。本论文共分五章。在第一章中,我们介绍了本课题的研究背景和立题依据,我们通过体外抑制耐药菌活性筛选结合化学成分筛查的方法,从药用植物(金线莲;贯叶连翘;石蒜)以及长江滩涂中分离出的50株真菌中筛选出3株(Aspergillus sp.Z12,Aspergillussp.TJ23和Emericellasp.TJ29)具有抗耐药菌活性并且代谢产物丰富的潜力菌株,为后续的次生代谢产物研究提供了资源菌株。第二章中我们通过抗菌活性导向分离,从真菌Aspergillussp.Z12中分离鉴定了 8个

naphtho-y-pyrone类化合物,首次测试了这些naphtho-y-pyrone类化合物对耐药菌的活性,发现fonsecinonesA和C以及aurasperonesA和E对6株耐药菌具有潜在的抗菌活性。其中FonsecinoneA具有最强的抗菌活性,对产超广谱β-内酰胺酶的大肠埃希菌(ESBL-E.coli.),铜绿假单胞菌和粪肠球菌的最低抑菌浓度(MIC)分别为4.26,17.04和4.26μg/mL。我们通过虚拟分子对接,微量热泳动(MST)和酶抑制活性试验首次发现并证实这些活性naphtho-y-pyrones的抗菌靶点是细菌烯脂酰-ACP还原酶(FabI)。此外,这项研究也是我们成功使用计算机虚拟分子对接技术预测天然产物靶点的实例之一,为后续的天然产物的活性发现和靶点寻找奠定实践基础。第三章中我们对Aspergillussp.TJ23次生代谢产物进行了系统的研究,并对分离鉴定的部分化合物进行了抗耐药菌和抗肿瘤活性的研究。从Aspergillus sp.TJ23大米固体发酵的乙酸乙酯提取物分离鉴定了 14个化合物,包括5个新化合物。新化合物为1个结构十分新颖的具有螺[双环[3.2.2]壬烷-2,1’-环己烷]的新

骨架杂萜,2个结构新颖的杂萜,1个甾体类化合物以及1个生物碱类化合物。通过单晶衍射实验和大量的量子化学计算,我们确定了所有化合物的绝对构型。抗耐药菌活性测试结果显示新骨架化合物spiroaspertrione A具有一定的抗甲氧西林耐药的金黄色葡萄球菌(MRSA)作用,并且能够增效β-内酰胺类药物甲氧西林对抗MRSA的能力,两者联合使用后可降低甲氧西林的MIC至1 μg/mL。通过计算机模拟对接筛选,以及MST和Western Bolt实验证实其作用靶点为青霉素结合蛋白PBP2a。此外,通过进行异柠檬酸脱氢酶1突变酶(IDH1R132H/R132C)活性筛选,新杂萜类化合物asperspiropene A 在酶水平和细胞水平均表现出显著活性。值得一提的是,该化合物是首个报道有IDH1R132H/R132C抑制活性的真菌代谢产物,可以作为新的靶向IDH1突变的抗肿瘤先导化合物进行深入研究。第四章中我们从Emericella sp.TJ29大米固体发酵的乙酸乙酯提取物分离鉴定了 14个化合物,其中新化合物5个。新化合物包括3个结构新颖的杂萜,以及2个聚酮类化合物。其中emervaridone A为“emervaridone杂萜骨架”的第二个化合物,并且是该碳骨架体系中,第一个H-7’为α-构象的化合物。通过单晶衍射实验和量子化学计算,我们确定了所有新化合物的绝对构型。通过对部分化合物抗耐药菌活性的测试,我们发现化合物emervaridone A以及varioxiranediol A具有较强的抗ESBL-E.coli.以及铜绿假单胞菌活性,并且对正常人支气管上皮细胞无明显毒性,具有继续进行深入研究的价值。第五章中对现今细菌耐药时代下抗菌药物发现的策略和相关研究进展进行了综述。我们从细菌耐药的现状,抗生素的发展历史,细菌耐药性形成及扩散机制,现代抗菌药物的研发策略,以及未来抗菌药物的发展方向五个方面进行深入探讨并得出结论:天然产物仍然是发现新抗菌药物的源泉。在现今细菌耐药的时代里,我们可以运用新的计算机及生物技术等将细菌耐药机制与基于结构的药物发现方法相结合对天然产物进行筛选。同时,抗菌药物的开发思路也需要革新—即从搜寻或开发广谱抗菌药物转变为筛选窄谱或针对特定病原体的抗菌药物,从单一用药转变为联合用药为目的的筛选,从单靶点转化为多靶点筛选等等。