研究目的:细菌耐药性的演化与蔓延严重威胁了人类的生命健康和公共卫生安全。由于微生物次级代谢产物中抗菌资源的枯竭,“first-in-class”抗菌药物的研发变得十分困难。人体是一种宝贵的化学资源库,含有丰富的抗菌分子,譬如宿主防御肽（Host defense peptides,HDPs）。人α防御素5（Humanα-defensin 5,HD5）是一种肠源性的广谱宿主防御肽,在维持肠道免疫和稳态中起着重要作用,但极大地受限于其低成药性（活性弱、稳定性差和合成昂贵）,至今仍无法转化为具有临床应用潜力的抗生素。本研究旨在以HD5作为苗头化合物,从头设计出一类具有良好成药性的新型拟肽抗生素。研究方法:采用基于计算生物学的分子模拟技术发现HD5全长结构中的关键药效团结构。以此关键药效团结构为化学模板设计合成具有潜在抗菌活性的先导化合物,并通过结构优化衍生出一类新型拟肽抗生素。采用虚拟克隆计数法检测拟肽抗生素的体外抗菌活性,采用MTT法检测拟肽抗生素的细胞毒性。进一步通过建立腹腔感染革兰氏阴性脓毒症模型及细菌性肺炎模型,评价优选拟肽抗生素的在体疗效,并在健康ICR小鼠上评价其药代动力学特性。同时,本课题采用原核生物转录组测序的方法初步揭示优选的拟肽抗生素的抗菌机制。研究结果:本课题开发了一套基于关键药效团结构的抗生素从头设计策略,实现多肽药物的发现、全新设计、简化、结构优化及体内外药效学的验证。在这种策略的指导下,我们从HD5的全长结构中发现了一个新颖的四肽抗菌母核结构(-R25-L26-Y27-R26-),并通过结构优化衍生出了一类新型拟肽抗生素,这类抗生素能高效杀灭六种高致死性的“ESKAPE”致病菌包括金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、肺炎克雷伯杆菌、铜绿假单胞菌和鲍曼不动杆菌等。此外,经构效关系研究优选得到的拟肽抗生素5和10能够有效杀灭耐碳青霉烯及全耐药的超级细菌,而临床一线抗生素泰能对这些超级细菌则缺乏活性。同时,相比于泰能和万古霉素,拟肽抗生素5和10更不易诱导细菌耐药。体内实验表明,拟肽抗生素10具有良好的药代动力学特性,其半衰期为2.35h。此外,5和10均能显著提高脓毒症和肺炎小鼠的生存率。原核生物转录组测序研究表明,拟肽抗生素10可能通过干扰细菌核糖体组装及细菌细胞膜稳态杀灭细菌。结论:本课题成功将HD5开发成了一类广谱强效且不易诱导细菌耐药的拟肽抗生素,其中拟肽抗生素5和10对临床分离的超级细菌有高效杀灭作用,且不易诱导耐药,具有临床转化意义。