第二代金黄色色素抑制剂

注：文末有本文科研思路分析

金黄色葡萄球菌是一类致病性极强、侵害力极高的革兰氏阳性菌，同时它在中等强度的抗生素压力下就能突变成相应的耐药菌，其中最著名的耐药菌为耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA），俗称“超级细菌”。在“后抗生素时代”，传统的抗生素治疗模式越来越难以应对MRSA快速耐药的特性。于是以细菌毒力因子为靶点，对它进行针对性的抑制或阻断进而削弱细菌的防御力及毒性，并以自身免疫系统进行杀伤，而不是通过药物对细菌本身进行杀伤的抗菌策略逐渐受到重视，其最大优势就在于能最大程度的减少药物带给细菌的生存压力，在降低细菌毒副作用的同时，减缓甚至停滞细菌向耐药菌的转变。金黄色色素（Staphyloxanthin）是金黄色葡萄球菌特有的物质，也是其重要毒力因子（virulence factor）。它不仅能够帮助金黄色葡萄球菌躲避人体免疫杀伤，同时其本身的存在也会加速体内器官和组织化脓及坏死。因此，通过抑制毒力因子金黄色色素的产生，能够有效的降低金黄色葡萄球菌避危能力，从而达到抑制金黄色葡萄球菌生长和繁殖的目的。金黄色色素的合成及调控主要受金黄色色素调控功能因子影响，这些功能调控因子又分为正向调控功能因子及反向调控功能因子，目前主流研究方向基本集中于对正向调控功能因子的考察，特别是色素合成操纵子crtMNOPQ 和其上游通路rsbUVW-sigB 系统。

华东理工大学李剑教授（点击查看介绍）课题组与中国科学院药物研究所蓝乐夫研究员（点击查看介绍）课题组通力合作，通过李教授自建的“老药库”（目前存有上市药物近1600种，药品种类规模居亚洲第一，世界前三）进行筛选，找到了具有良好色素抑制活性的先导化合物盐酸萘替芬，同时它也是一个上市抗真菌药物，并发现其作用通路为CrtN（操纵子crtN 调控的色素合成途径），在这基础上，他们发展了第一代靶向CrtN金黄色色素抑制剂，第一代色素抑制剂不仅具有优秀的体外色素抑制活性，同时表现出了良好的体内抗毒力疗效，但是很遗憾地是，由于较差的水溶性和极强的心脏hERG毒性，在之后的成药性评价中这些成为了阻碍。基于上述的优点及缺点，他们开发了第二代靶向CrtN金黄色色素抑制剂，本次研究的目的不仅需要保留原有一代抑制剂较好的体内外活性，同时要克服其原有的缺点，使其达到成药性要求。

首先需要解决的是水溶性问题，研究者通过研究分析认为一代抑制剂苯并脂肪环的存在大大增加了结构的疏水性，导致了水溶性的降低。进一步的他们认为在尽量小改变原有结构的基础上，引入亲水性的基团可以有效的提高水溶性。据此，他们在脂肪环上引入了亲水性的氧原子，并快速合成了一批化合物。实验结果证明，确实如预想的一般，化合物的水溶性提高了10~20倍。

在解决了水溶性问题后，他们以苯并含氧脂肪环为母核结构，通过详细的构效关系学研究，并合成了近百个化合物，顺利找到两个色素抑制活性好、心脏hERG毒性低的化合物69和105。在随后的药理学研究中，69和105不仅表现出极好的体外色素抑制活性和降毒能力，在体内小鼠脓肿试验中表现依旧强势，甚至在一些脏器细菌存活率上和万古霉素相当。同时在体内试验中，他们进一步优化了用药剂量和给药途径，使其更贴近实际的治疗需求，并测试了候选化合物的PK值。最后他们对候选化合物的盐型进行了考察，得到了水溶性更佳的磷酸盐。总体而言，候选化合物69和105作为第二代靶向CrtN金黄色色素抑制剂，不仅具有优秀的体内外抗毒力活性，同时具有较好的成药性，适合进一步开发。

这一成果近期发表在Journal of Medicinal Chemistry 上，文章的第一作者是华东理工大学的博士研究生倪帅帅、硕士研究生魏汉文和博士研究生李宝利，通讯作者为华东理工大学李剑教授和中科院上海药物研究所蓝乐夫研究员。

该论文作者为：Shuaishuai Ni, Hanwen Wei, Baoli Li, Feifei Chen , Yifu Liu, Wenhua Chen, Yixiang Xu, Xiaoxia Qiu, Xiaokang Li, Yanli Lu, Wenwen Liu, Linhao Hu, Dazheng Lin, Manjiong Wang, Xinyu Zheng, Fei Mao, Jin Zhu , Lefu Lan*, Jian Li*

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Novel Inhibitors of Staphyloxanthin Virulence Factor in Comparison with Linezolid and Vancomycin versus Methicillin-Resistant, Linezolid-Resistant, and Vancomycin-Intermediate Staphylococcus aureus Infections in Vivo

J. Med. Chem., 2017, 60, 8145–8159, DOI: 10.1021/acs.jmedchem.7b00949

导师介绍

李剑

http://www.x-mol.com/university/faculty/17796

蓝乐夫

http://www.x-mol.com/university/faculty/22903

科研思路分析

Q：这项研究的最初目的是什么？或者说想法是怎么产生的？

A：本研究是李剑团队老药二次开发研究的一部分，相比于浩如烟海的有机化学结构，老药这一特殊的群体，在潜在活性、安全性等多方面具有明显的优势，是各种新颖靶点及药物筛选平台优良的筛选对象。而本次研究的最初目的，或者出发点就是要解决第一代色素抑制剂的成药性缺陷，得到具有优秀成药性，并出色体内外活性的第二代金黄色色素抑制剂。

Q：在研究过程中遇到的最大挑战在哪里？

A：本研究最大的挑战在于我们的药物是否能够比拟临床的所谓“最后防线”用药万古霉素，为此我们精心设计了不同的给药模型，攻毒剂量，给药剂量，菌型等，这样的工作量是非常巨大且带有不确定性的，不过非常幸运的是，最终我们得到了更贴近真实的，较好的实验结果。

Q：本项研究成果最有可能的重要应用有哪些？哪些领域的企业或研究机构最有可能从本项成果中获得帮助？

A：对抗生素的研究始于上世纪30年代，随后在二战战场上大放异彩，又在60~70年代达到巅峰。然而到90年后对抗生素的研究快速回落，但是这段时期细菌的耐药能力却成几何倍数上升，究其原因除了对抗菌药的研发疲力，最重要的是抗生素的滥用。如果我们把抗菌看做一场战争，把现有药品当作武器，你会发现利用常规的非抗生素药物来缓解人体细菌感染产生的并发症，诸如发热，发炎等，这就像一般的枪炮，对收复战场有利，但是完全没有掌控和主导能力；另外就是利用抗生素杀菌，就像打仗打不过直接上核弹，效果确实好，但是伤敌一千自损八百，更带出了可怕的耐药菌。那除此之外还有其他选择吗？暂时真没有！但是总不能动不动枪炮打不过就直接动不动上核弹，所以我觉得对抗毒力因子药物的研发，包括我们的第二代金黄色色素抑制将来的应用，就是弥补常规缓解药物与抗生素之间缺失的那一环，通过我们的这些抗毒力因子药物，辅以其他医疗技术，才能彻底扭转柴胡汤不行抗生素上的老传统。