论文部分内容阅读
近几十年来,抗生素耐药性持续发展,导致多药耐药菌感染对公共健康威胁严重。但在过去三十年中,新抗生素数量不断下降,治疗耐药菌感染的抗菌剂替代品也不断减少。因此,迫切需要开发具有不同机制且不易诱导耐药的抗菌剂替代品。抗菌肽(AMPs)因其独特的膜破坏作用机制而不易诱导细菌耐药性,所以在开发新型抗菌剂方面前景广阔。Meucin-18是从Mesobuthus eupeus蝎子毒液中提取的天然AMP,由18个氨基酸残基组成,序列为FFGHLFKLATKIIPSLFQ,羧基端游离,含有2个赖氨酸,故带有2个净正电荷,二级结构为α-螺旋,具有两亲性。Meucin-18具有抗菌、抗病毒等多种生物活性,有着广阔的应用前景。对Meucin-18的研究较少,基本集中在抗感染活性,其主要通过固相合成来制得,且目前没有关于其合成的研究。固相合成法从开发以来日渐成熟,但是仍旧存在一些缺点,例如合成过程中无法去除副产物、投料量过大等。所以我们考虑将疏水载体辅助液相合成法应用于Meucin-18的合成,建立一条新的合成路线,以适应今后Meucin-18的中试放大。因此,我们主要进行了以下研究:(1)我们将Meucin-18分为3个片段进行分段合成,依次为片段F-Boc(Boc-Phe-Phe-Gly-His(Trt)-Leu-OH)、片段 G-Fmoc(Fmoc-Phe-Lys(Boc)-Leu-Ala-Thr(t-Bu)-Lys(Boc)-OH)和 Tag-片段 H(Ile-Ile-Pro-Ser(t-Bu)-Leu-Phe-Gln(Trt)-O-Tag);(2)探究了载体和氨基酸投料比、温度、有机碱等对不同氨基酸与载体偶联的影响,确定了最佳偶联条件:Fmoc-Gln(Trt)-OH与载体偶联的最佳条件为40℃加热条件下用DCM作为溶剂,向溶剂中依次加入Tag-OH、Fmoc-Gln(Trt)-OH、DIC 和 DMAP,各原料投料比为 Tag-OH:Fmoc-Gln(Trt)-OH:DIC:DMAP=1:1.2:1.5:0.2,Fmoc-Gln(Trt)-OH 与载体偶联的最佳条件适用于 Fmoc-Lys(Boc)-OH与载体的偶联;(3)探究了 TFA用量对片段F-Boc合成中最后一步脱载体反应的影响(减少副产物产生的量),确定当TFA用量为0.7%时,得到的片段F-Boc的收率和纯度均为最高,分别为84.4%和78.3%;(4)探究了不同溶剂和温度对片段G-Fmoc脱载体反应的影响:确定以DCM为溶剂、反应温度为25℃,10%TFE和1%TFA依次加入为最佳反应条件,得到产物的收率和纯度最高,分别为74.2%和88.9%;(5)针对片段G-Fmoc后处理进行了探究,通过加入硅藻土减少抽滤粘度,抽滤更易进行,抽滤时间大大缩短,节约了时间成本,同时,减少了粘附带来的产物损失,对于产率的提高有所帮助;(6)探究了片段与片段偶联条件对Meucin-18的收率和纯度的影响,最终确定 Tag-片段 H:片段 G-Fmoc:HATU:HOAt:DIPEA:DIC=1:1.05:1.05:1.05:5:1,Tag-片段H,G:片段F-Boc:HATU:HOAt:DIPEA:DIC=1:1.05:1.05:1.05:5:1 为最佳偶联条件,此时得到的Meucin-18粗肽的收率和纯度均为最高,分别为70.9%和82.7%。除了对Meucin-18的合成进行研究外,还对其结构与活性进行了探究。我们设计了若干个Meucin-18衍生肽,设计策略包括缩短肽链、改变净正电荷数量、改变肽序列等,接着利用生物信息学预测软件预测了衍生肽的物理结构参数。最终决定合成4个衍生肽(CH-1,CH-2,CH-3,CH-4),并对4个衍生肽的生物活性作了评价。体外抗菌活性研究表明,CH-1对所测试的菌株均表现出优异的抗菌活性,CH-2和CH-3未对所测试的菌株表现出明显抗菌活性,而CH-4仅对所测试的部分菌株有良好的抗菌活性。具体说,CH-1对所测试的6种革兰氏阳性敏感菌株、7种革兰氏阳性耐药菌株、2种革兰氏阴性菌株均表现出优异的抗菌活性。相较于Meucin-18,CH-1对革兰氏阴性菌表现出优异的抗菌活性,其对/E.coli ATCC25922 和P.ATCC27853 的 MIC 值分别为 3.8 和 7.5 μM,均是Meucin-18活性的16倍;CH-1对于革兰氏阳性耐药菌S.pyogenes EMA-R、E.faecalis ATCC51299 和 E.faecium ATCC51559 的 MIC 值分别为 7.5、15.0 和 7.5μM,均为Meucin-18活性的4倍。CH-1对革兰氏阳性耐药菌S.aureus ATCC31007、S.aureus ATCC43300的抗菌活性优异,对应MIC值均为1.9μM。CH-1对S.aureus CI和S.epidermidis的抗菌活性较强,MIC值均为3.8 μM。CH-1对革兰氏阳性敏感菌S.pyogenes EMA-S和E.faecium ATCC19434的抗菌活性是Meucin-18的4倍,CH-1的对应MIC值均为7.5 μM,抗菌活性较好。CH-1对B.pumilus CMCC63202、B.subtilis ATCC9372及S.aureus ATCC25923 的抗菌活性优异,MIC 值都是 1.9 μM。另外,CH-1 对E.faecalis ATCC29212 的 MIC 值为 7.5 μM,抗菌活性较好。CH-1对S.aureus ATCC25923的MBC/MIC值为2,属于杀菌剂。时间杀菌动力学研究表明,CH-1在1×MIC浓度下9h内将S.aureus ATCC25923全部杀死,CH-1在2×MIC浓度下3 h内将S.aureus ATCC25923全部杀死,由此可见CH-1的杀菌能力随着作用时间的延长或浓度的增加而增强,具有时间和浓度依赖性。另外,CH-1对强酸、强碱、高温以及常见生理盐具有较高的耐受性。而且,CH-1即使在4×MIC时溶血率都不足10%,在1×MIC和2×MIC时无明显溶血,与Meucin-18相比,溶血率降低。CH-1对生物膜的抑制能力增强,这可能在一定程度上促进了其抗菌能力的增强。TEM观察到,CH-1能够裂解细菌细胞膜,导致细菌死亡,发挥杀菌作用。与Meucin-18相比,CH-1将第4位的组氨酸替换为了精氨酸,总体上增加了抗菌肽的一个净正电荷,从而使CH-1对显负电性的细菌膜的静电吸引增加,对生物膜的抑制作用以及对细胞膜的破坏作用增强,导致抗菌活性增强。另外,静电相互作用使CH-1选择性地与带负电的细菌细胞膜结合,增加了 CH-1对细菌细胞膜靶向性和降低了 CH-1的溶血活性等。综上所述,我们探究出了一条用于Meucin-18的新的合成方法和路线,此方法可以实时监测反应进程,减少反应原料的使用和降低成本,提高产品收率和纯度。另外,我们对Meucin-18衍生肽生物活性的系统性研究表明CH-1是一个很有发展前景的候选抗菌剂,值得进一步研究。