【摘 要】
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目的:铜绿假单胞菌耐药性的产生给临床治疗带来巨大的挑战,而生物膜的形成是细菌耐药的重要机制之一。生物膜的形成主要受细菌群体感应系统（Quorum sensing,QS）的调控。本论文设计新型群体感应系统抑制剂来抑制铜绿假单胞菌生物膜的形成,为克服细菌耐药性的产生提供新的思路。铜绿假单胞菌由3个主要的群体感应系统组成:las,rhl,pqs系统。其中,pqs系统以2-庚基-3-羟基-4-喹诺酮（PQ
【基金项目】
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国家自然科学基金（81872776）
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目的:铜绿假单胞菌耐药性的产生给临床治疗带来巨大的挑战,而生物膜的形成是细菌耐药的重要机制之一。生物膜的形成主要受细菌群体感应系统（Quorum sensing,QS）的调控。本论文设计新型群体感应系统抑制剂来抑制铜绿假单胞菌生物膜的形成,为克服细菌耐药性的产生提供新的思路。铜绿假单胞菌由3个主要的群体感应系统组成:las,rhl,pqs系统。其中,pqs系统以2-庚基-3-羟基-4-喹诺酮（PQS）为信号分子,可以通过作用于QS通路与铁摄取通路来影响生物膜的形成。基于文献调研结果,我们课题组以铁螯合剂去铁酮的羟基吡啶酮为母环,替代PQS分子中喹啉环,并对其C-2位进行修饰,得到具有优良抑制生物膜形成的群体感应抑制剂YB-10d（课题组已经合成）,并发现结构中疏水烷基碳链对活性起到重要作用。基于课题组前期研究基础,本论文继续对羟基吡啶酮N-1位,C-2位,C-6位进行修饰,以期得到抗生物膜活性更优的特异性铜绿假单胞菌生物膜抑制剂,并总结构效关系。方法:本论文以工业上廉价易得的曲酸作为原料,通过还原、羟醛缩合、苄基保护、光延反应、肼解、亲核反应、氢气还原等反应设计并合成了5个系列衍生物,分别设计并合成系列I:将C-2位酰胺键连接基团替换为氨基,探讨连接基团对化合物生物膜抑制活性的影响。系列П:保持N-1位甲基不变,将疏水烷基碳链,芳香环引入到C-6位,初步探讨C-6位取代对活性的影响;系列III:将N-1位甲基替换为吸电子羟基,并对C-6位进一步衍生化,全面探讨C-6位对生物膜抑制活性的影响;系列IV:将疏水烷基碳链转移到N-1位,探讨N-1位取代对衍生物活性的影响;系列V:将N-1位取代衍生物的酰胺键连接基团替换为磺酰胺键,氨基,进一步探讨连接基团对该系列衍生物活性的影响。对以上系列衍生物进行生物膜抑制剂的筛选和抗生物膜机制探究。结果:本课题一共合成了羟基吡啶酮衍生物54个,所有化合物均通过~1H NMR、13C NMR和HRMS进行结构确证。根据生物膜抑制实验结果,总结化合物构效关系如下:1.C-6号位取代衍生物生物膜IC50>100μM,C-6号位为无效修饰位点;2.氨基或磺酰胺键作为连接基团替换酰胺,生物膜抑制活性未有显著提升,酰胺为最优连接基团;3.酰胺键作为连接基团,N-1位引入疏水烷基碳链,可以提高部分衍生物活性;4.N-1位引入疏水烷基碳链可以提高衍生物活性,N-1位烷基碳链为3-4碳取代时活性最优,增加碳链基团的长度不利于活性提升;5.酰胺键作为连接基团,芬香基团苯环的对位取代为供电子基时有助于活性提升,对位取代为最优活性修饰位点;通过系列活性筛选得到N-1位丁基取代,酰胺键作为连接基团,C-2号位对甲氧基苯环取代的抗生物膜活性最优化合物25p(IC50=4.53±0.08μM)。进一步通过系列机制验证,25p主要特异性的作用于PQS通路来抑制铜绿假单胞菌毒力和生物膜形成。结论:本论文通过羟基吡啶酮N-1号位,C-2号位,C-6号位结构修饰,得到一系列羟基吡啶酮衍生物,通过初步活性筛选发现生物膜抑制活性更优且具有开发潜力的生物膜抑制剂25p。进一步对系列衍生物进行全面构效关系总结,发现N-1位引入疏水性烷基碳链,对活性有显著提升,N-1号位作为修饰位点具备较大的潜力。进一步机制研究表明,化合物25p可能特异性的作用于调控铜绿假单胞菌生物膜形成的PQS通路中的Pqs A启动子,抑制PQS信号分子的形成和毒力因子的分泌。此类PQS通路特异性生物膜抑制剂的发现,为研发新型铜绿假单胞菌生物膜抑制剂提供了一定的科学价值。
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