耐甲氧西林金黄色葡萄球菌、耐万古霉素肠球菌和其他多药耐药菌株的出现严重威胁着全球公众健康安全。针对这个问题目前主要有两种对应策略:一是广泛修饰现有的抗菌药物,改变与靶标作用方式,以维持针对其靶标的活性。二是开发可与新型靶标相互作用的新型抗菌剂。最近研究发现细丝温度敏感蛋白Z(FtsZ)是一种细菌必需的细胞分裂蛋白,在细菌细胞分裂中起到关键作用,已引起越来越多的关注,有望成为开发新型抗菌剂的靶标。本课题以FtsZ蛋白中H7螺旋和C末端亚结构域之间狭长隙缝作为结合位点,利用骨架跃迁和优势骨架片段组装等方法设计、合成了 A系列1 1个化合物。然而,初步抗菌活性研究显示,无论是对六种革兰氏阳性菌还是对两种革兰氏阴性菌,A系列化合物的抗菌活性均不佳。这说明A系列化合物中1,2,4-三唑并[3,4-a]酞嗪刚性结构不能与H7螺旋和C末端亚结构域之间狭长隙缝的结合位点相结合,从而导致抗菌活性不佳。在此基础上,我们发现靶向FtsZ蛋白天然产物抑制剂chrysophaentins A、hemi-chrysophaentins和姜黄素它们的结构单元类似,均有有苯丙烷结构。而具有这类结构特征的化合物如肉桂醛能与FtsZ蛋白H7螺旋和C末端亚结构域之间狭长隙缝相结合,由此我们设计、合成了肉桂酸酐类B系列共23个化合物。通常,酸酐被认为不稳定易于水解,因此有关酸酐作为药物研究的报道比较少。然而,这类肉桂酸酐衍生物在水溶液中稳定,因此对此类衍生物深入研究具有重大意义。我们将各种取代的苯甲醛与丙二酸在催化量哌啶的作用下发生Knoevenagel-Doebner缩合反应生成各种取代的肉桂酸,然后在草酰氯作用下生成相应的肉桂酰氯,最后与另一份的肉桂酸衍生物反应生成目标化合物。该合成方法操作比较简单,能够以31-83%的收率得到终产物。随后我们测定了目标化合物的相关抗菌活性。研究结果总结如下:在B系列肉桂酸酐类衍生物中,化合物B6、B10、B11和B17,无论是对革兰氏阳性菌还是对革兰氏阴性菌,它们的抗菌活性均优于其他化合物,也明显优于阳性对照药物姜黄素。这说明在对称结构上引入甲氧基、甲氧羰基和亚甲二氧基均能提高抗菌活性。特别是化合物B11是该系列中抗菌活性最好的化合物。例如,与姜黄素相比,化合物B11抗敏感金黄色葡萄球菌(S.aureus ATCC25923)、表皮葡萄球菌(S.epidermidsi)、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(S.aureus ATCC43300)和耐青霉素金黄色葡萄球菌(临床分离,S.aureus PR)活性均提高了 2倍;其抗枯草芽孢杆菌(B.subtilis ATCC9372)和短小芽孢杆菌(B.pumilus ATCC63202)活性均提高了 4倍;其抗大肠杆菌(E.coliATCC25922)或铜绿假单胞菌(P.aeruginosa ATCC27853)与姜黄素相当。另外,B系列化合物抗菌活性都均优于中间体6a(肉桂酸),这说明B系列化合物在抗菌活性测定中化学性质是稳定。最小杀菌浓度(MBC)测定结果表明,该系列化合物是通过抑制细菌生长来发挥它们抗菌作用的。接下来,我们对合成的B系列化合物的靶向性进行了初步探讨。选取抗菌活性最好的化合物B11,采用相位差显微镜观察其对枯草芽孢杆菌和金黄色葡萄球菌细胞形态变化的影响。结果显示,经过化合物B11处理后,枯草芽孢杆菌细胞长度增长,金黄色葡萄球菌体积增大。由此现象,我们初步确定了化合物B11可以靶向FtsZ蛋白。为了更加直观地观察肉桂酸酐类衍生物与FtsZ蛋白的结合方式,我们通过计算机辅助药物设计软件(sybyl-x2.0),对化合物B11与SaFtsZ蛋白进行分子对接研究。结果发现化合物B11能更好占据FtsZ蛋白N末端亚结构域的核苷酸结合口袋,并与氨基酸残基Gly20、Gly21、Ala73、Gly108、Arg143和 Thr109 形成氢键,与氨基酸残基 Gly20、Leu69、Gly70、Ala73、Gly104、Thr109、Pro135、Glul39、Arg143、Ala186和Asp187发生疏水作用。这与姜黄素占据FtsZ蛋白的结合位点几乎一致。由于化合物B11苯环对位的甲氧基上的氧原子与氨基酸残基Thr109形成了额外氢键,这进一步增强了该化合物与FtsZ蛋白的亲和力,从而导致其抗菌活性优于阳性对照药物姜黄素。综上所述,我们设计合成了 34个化合物,并通过最小抑菌浓度MIC实验、最小杀菌浓度MBC实验、细胞形态学实验以及分子对接研究,确定了目标化合物具有优良的抗菌活性并能靶向FtsZ蛋白。其中化合物B11对枯草芽孢杆菌和短小芽孢杆菌的最小抑菌(MIC)浓度能达到8 μg/mL。因此,我们认为肉桂酸酐类衍生物可作为一种靶向FtsZ蛋白小分子抑制剂先导化合物进行深入研究。上述发现也为新型FtsZ抑制剂作为抗菌药物的设计、合成提供了新思路和新方法。