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大环内酯类抗生素是链霉菌产生的一类弱碱性亲脂大环化合物,大环上连接一种或多种脱氧糖,一般为克拉定糖或脱氧糖胺。大环内酯类药物由于具备抗菌谱广、不良反应小、疗效显著等优点,被广泛用于呼吸道和软组织感染的临床治疗。然而,大环内酯类抗生素的滥用,致使耐药菌增多,严重削弱了药物的疗效,限制了其临床应用。因此,研究和开发新型抗耐药菌大环内酯类抗生素已成为迫切需要解决的关键问题。抗菌机制研究表明:大环内酯类药物能够与细菌核糖体50S亚基的肽酰转移酶中心的肽释放通道结合,干扰新生肽链的延长,抑制蛋白质的合成,从而发挥抗菌作用。细菌产生耐药的主要机制包括erm基因编码的核糖体碱基特异性的单甲基化或双甲基化和mef基因诱导的膜蛋白外排泵。大环内酯类抗生素的结构修饰是当前研究的热点领域,已成为发现抗耐药菌新药的有效途径。然而,对于克拉霉素C-11位的单一修饰研究很少,目前已经报道的抗耐药菌化合物只有EP-1553,其C-11位芳烷基侧链能与23SrRNA Ⅱ区发夹结构的A752结合,从而提高抗耐药菌活性。另外,X-射线共晶结构研究表明,3-O-克拉定糖不是大环内酯类药物发挥抗菌活性的必需部分,反而会诱导耐药基因mef的表达,导致外排泵机制耐药。脱掉克拉定糖后的C-3-OH成酮得到的酮内酯或成酯得到的酰内酯,已成为第三代大环内酯类抗生素的代表药物,对耐药的肺炎链球菌具有较好的活性。鉴于以上研究成果,我们以克拉霉素为母核,将C-3位和C-11位进行联合修饰,设计合成了 4个系列共计46个11-O-芳烷基氨基甲酰基-3-O-脱克拉定糖克拉霉素衍生物,并通过MS、1H NMR和13CNMR等方法对目标化合物进行了结构确证。建立了简捷、高效的合成路线,具有反应条件温和、操作简便和收率高的特点。本文采用二倍递减浓度稀释法对目标化合物进行了体外抗菌活性评价,实验菌株包括5种敏感菌和5种耐药菌,对照药物为克拉霉素和阿奇霉素。相关的体外抗菌活性研究结果如下:1)抗敏感菌活性:绝大多数目标化合物对敏感型化脓性链球菌显示出优异的抗菌活性,活性最好的是D1、D2和D3,其MIC≤0.03 μg/mL;对于枯草芽孢杆菌活性较好,活性最好的是化合物A3(MIC = 0.25 μg/mL);对敏感型金黄色葡萄球菌的活性略弱于对照药物,其MIC值为1 μg/mL;对于大肠杆菌和铜绿假单胞菌,所有目标化合物活性均较弱,MIC值仅为64 μg/mL。2)抗耐药菌活性:绝大多数目标化合物对于mefA型耐药的肺炎链球菌表现出较好的抗菌活性,如化合物A3、A12、A13、B3、C5、D1、D2、D3的MIC值达到0.5 μg/mL,抗菌活性是对照药物的4-8倍;对于ermB型耐药的肺炎链球菌,化合物D3显示出最好的抗菌活性(MIC = 16 μg/mL),是对照药物(MIC>128 μg/mL)的8倍;对于mefA+ermB型耐药的肺炎链球菌,化合物D2、D3的MIC值达到4μg/mL,抗菌活性是克拉霉素(MIC = 128 μg/mL)的32倍;对于耐甲氧西林金黄色葡萄球菌,化合物B12和C4抗菌活性最强,其MIC值达到16μg/mL,是对照药物(MIC>128μg/mL)的8倍;对于耐药的化脓性链球菌,化合物D4和D8抗菌活性最好,其MIC值达到32 μg/mL,相比对照药物(MIC>128μg/mL)提高了 4 倍。根据A-D系列化合物的结构与抗菌活性结果,我们归纳出以下构效关系:1)C-3位和C-11位的联合修饰,可提高抗菌活性,尤其是抗耐药菌活性;2)C-11位氧原子到侧链末端芳环,链长为6个原子的化合物抗菌活性优于链长为8个原子的化合物;3)含丙炔酰胺基侧链的化合物抗菌活性优于含丙烯酰胺基侧链的化合物;4)C-11位侧链末端芳环上连接强吸电子取代基或多取代基的化合物能提高抗菌活性,连接给电子取代基则降低抗菌活性,而芳环上取代基的位置对抗菌活性几乎无影响;5)在C-11位侧链相同的情况下,C-3位羟基形成3-吡啶乙酸酯比C-3位羟基氧化成酮,抗敏感菌和抗耐药菌活性均有显著提高;C-3位羟基氧化成酮,同时C-10,11位脱水形成的化合物则丧失抗菌活性。总之,我们基于大环内酯类抗生素的抗菌机制、耐药机制、构效关系和本课题组前期实验的研究,以克拉霉素为母核,将C-3位和C-11位进行联合修饰,设计合成了 4个系列共计46个11-O-芳烷基氨基甲酰基-3-0-脱克拉定糖克拉霉素衍生物,并进行了体外抗菌活性评价。研究结果表明,化合物D2和D3的抗菌活性最强,对敏感型化脓性链球菌、金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌、mefA型耐药的肺炎链球菌和mefA+ermB型耐药的肺炎链球菌均展现出突出的抗菌活性,可作为广谱、高效的先导化合物,在此基础上,如果进行进一步结构优化,有望合成抗菌活性更强、抗菌谱更广的大环内酯类候选药物。C-3位和C-11位联合修饰是我们对大环内酯类抗生素的首次研究,之前未见文献报道,该研究不仅获得了一些结构新颖且抗菌活性突出的大环内酯类衍生物,而且为大环内酯类抗生素的结构修饰提供了新的方向,构效关系分析也为大环内酯类抗生素的合理设计奠定了理论基础。