抗耐药菌3-O-氨基甲酰基-9-O-(2-氯苄基)肟基克拉霉素衍生物的设计、合成及抗菌活性研究

摘要

大环内酯类抗生素具有广谱抗菌性，疗效显著，无过敏反应等优点，自上世纪50年代以来，在临床上广泛用于治疗呼吸道以及软组织感染。然而，由于临床上抗生素的滥用问题，进而导致细菌耐药性日益突出。因此，研究和开发新一代大环内酯类抗生素变得尤为紧迫。当前，研究人员通过对大环内酯类抗生素的半合成结构修饰开发了诸多抗耐药菌活性优良、毒副作用小的大环内酯类衍生物。
　　抗菌机制研究表明，大环内酯类抗生素可通过与细菌核糖体结合、阻断新生肽链的延长、抑制蛋白质的合成，从而发挥抗菌作用。
　　克拉霉素C-9位成肟修饰被视为具有潜在价值的结构修饰之一，3-羟基-9-O-(2-氯苄基)肟基克拉霉素作为重要的中间体也被屡屡报道。因此，我们选定3-羟基-9-O-（2-氯苄基）肟基克拉霉素作为先导化合物，拟对C-3位羟基进行进一步的修饰。这样修饰得到目标化合物不仅能与A2058、A2062等位点结合，还能与C2610、G2505及C2611等位点发生如疏水、氢键、堆叠等相互作用，特别是引入的侧链能够伸入细菌核糖体的PTC区域，与其发生二级作用，从而显著提高化合物的抗菌活性。
　　在此课题研究中，我们以克拉霉素为起始原料，合成出关键中间体3-羟基-9-O-(2-氯苄基)肟基克拉霉素，然后在其C-3位引入氨基甲酸酯侧链，研究C-3位与C-9位联合修饰对抗菌活性的影响。接下来，我们确立了合理的反应路线---采用了更为简单有效的后处理方法，探索出了更为温和的反应条件，有效地提高了目标化合物的产率。我们设计、共合成了26个全新的3-O-氨基甲酰基-9-O-（2-氯苄基）肟基克拉霉素衍生物，并通过MS和1H NMR等光谱确证了其结构。
　　在研究目标化合物的体外抗菌活性过程中，我们采用了简单有效的测定方法---微量肉汤稀释法，相应的抗菌活性结果如下:
　　在所有实验菌株中，目标化合物对于mefA型耐药的肺炎链球菌(S.pneumoniaeA22072)和耐青霉素金黄色葡萄球菌(S.aureus ATCC31007)的抗菌活性尤为突出。对于mefA型耐药的肺炎链球菌(S.pneumoniae A22072)，目标化合物的MIC值的范围是0.12～2μg/mL，其中，7a、7q的MIC值为0.12μg/mL，7z的MIC值为0.25μg/mL，7b、7d、7f、7i、7p、7u的MIC值均达到了0.5μg/mL，优于对照药阿奇霉素(MIC=4μg/mL)8～32倍。其次，7f、7i、7p、7z对于耐青霉素金黄色葡萄球菌(S.aureusATCC31007)的MIC值能够达到4μg/mL，优于对照药物（MIC=256μg/mL）64倍。另外，7a、7b、7f、7p、7z对于耐红霉素化脓性链球菌(S.pyogenes2)也有较为突出的抗菌活性(MIC=8μg/mL)，相比于对照药物(MIC=256μg/mL)提高了32倍。而对于敏感型金黄色葡萄球菌(S.aureus ATCC25923)，7b、7o、7p、7x、7z的MIC值可以达到4μg/mL，除此之外，其余目标化合物的MIC值也集中在8～16μg/mL范围之内;对于敏感型化脓性链球菌（S.pyogenes1），7z的MIC值达到0.5μg/mL，其余化合物的MIC值主要集中在1～4μg/mL。
　　总体而言，对于耐药菌株(耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(S.aureus ATCC29213)除外），目标化合物均表现出与克拉霉素相当或明显提高的抗菌活性，而针对敏感菌株，则弱于克拉霉素。值得一提的是，针对同一菌株，所有目标化合物的抗菌活性都明显优于关键中间体3，也进一步佐证了C-3位和C-9位联合修饰的有效性和可行性。
　　通过对克拉霉素衍生物的结构与抗菌活性的分析，可总结出如下构效关系:1）C-3位和C-9位的联合修饰比C-9位的单一修饰的抗菌活性更为突出，可能是这种联合修饰可导致化合物能与细菌核糖体发生多个位点的结合，增强了抗菌活性，特别是抗耐药菌活性;2）适宜的芳烷基侧链长度对抗菌活性产生有利影响;3）芳基侧链中含有可形成氢键的基团能增强抗菌活性;4）引入侧链上的取代基所处位置对化合物的体外抗菌活性几乎没有影响。
　　通过本课题的研究，我们得到了诸多抗菌活性良好尤其是对耐药菌如耐青霉素金黄色葡萄球菌(S.aureus ATCC31007)、耐红霉素化脓性链球菌(S.pyogenes2)、 mefA型耐药的肺炎链球菌(S.pneumoniae A22072)等活性突出的新颖化合物，这些化合物具有研究潜力和价值。在此基础上进行进一步结构优化，可能发现抗耐药菌活性更强，抗菌谱更广的大环内酯候选药物。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 前言

1．1 大环内酯类抗生素概述

1．2 大环内酯类抗生素的作用机制

1．3 细菌对大环内酯类抗生素的耐药机制

1．3．1 核糖体RNA的甲基化

1．3．2 核蛋白的突变

1．3．3 核苷酸的突变

1．3．4 灭活酶的产生

1．3．5 外排泵耐药

1．4 大环内酯抗生素的结构修饰

1．4．2 C-4″位结构修饰

1．4．3 C-9位结构修饰

1．4．4 C-11，C-12位结构修饰

1．4．5 其它结构修饰

1．5 小结

第二章 目标化合物的设计

2．1 先导化合物的选择

2．2 修饰方式的选择

2．3 引入侧链的选择

2．4 拟合成的目标化合物

第三章 目标化合物的合成

3．1 试剂(规格)与试剂预处理

3．1．1 试剂(规格)

3．1．2 试剂预处理

3．2 合成路线

3．3 操作步骤

3．5 讨论

3．5．1 中间体2的合成

3．5．2 重要中间体3的合成

3．5．3 C-2′位羟基的保护

3．5．4 关键中间体5的合成

3．5．5 中间体5与不同的胺反应

3．5．6 C-2′脱乙酰化反应

4．1 实验原理

4．2 实验材料

4．2．1 实验仪器与试剂

4．2．2 实验菌株

4．2．3 待测化合物

4．3 实验方法

4．3．1 液体培养基、药品的配制与灭菌

4．3．2 菌种复苏，传代培养，保存

4．3．3 菌液制备

4．3．4 测定MIC值

4．3．5 试验后处理

4．4 实验结果

4．4．1 抗敏感菌活性

4．4．2 抗耐药菌活性

4．5 讨论

4．5．1 抗菌活性讨论

4．5．2 构效关系讨论

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢

附录

研究生期间发表文章