膜活性的和厚朴酚/厚朴酚两亲衍生物作为耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)有效抗菌剂的研究

发布时间:2022-03-06 信息来源:admin 发布人:admin 点击次数:771

抗菌药物的滥用导致了细菌耐药性的急剧增加，对公共卫生构成了严重威胁。近年来，各种新型的超耐药菌株不断被发现，如耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)和耐万古霉素肠球菌(VRE)。然而，到目前为止，这些耐药菌株一直很难用有限的选择来治疗。

抗菌肽（AMPs）是一类广泛存在于生物体内的小肽，抗菌与具有明确靶点的传统抗生素不同，大多数AMPs可以通过破坏膜的完整性并通过各种机制快速杀死细菌。然而，AMPs也存在缺点，严重限制了其临床应用，如体内稳定性低、毒性和成本昂贵。因此为了克服AMPs的这些挑战，许多基于小分子的AMPs类似物已经通过模拟其结构和杀菌特性来设计和开发。

研究表明，厚朴中的双酚类化合物和厚朴酚/厚朴酚具有一定的抑菌活性，但因其抗菌谱窄，活性一般，限制了其进一步的开发应用。在此基础上，在“Journal of Medicinal Chemistry”上发表的“Developmentof Membrane-Active Honokiol/Magnolol Amphiphiles as Potent Antibacterial Agentsagainst Methicillin-Resistant Staphylococcus aureus (MRSA)”中，作者通过模拟AMPs的结构和膜靶向作用，设计和制备了一系列新型的膜活性和厚朴酚/厚朴酚两亲体。经过和厚朴酚/厚朴酚的结构优化，对两亲体进行抗菌活性筛选，获得了一种对临床分离物MRSA具有显著抗菌活性和良好膜选择性的有效衍生物5i。

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首先，作者合成了一系列两亲性的和厚朴酚/厚朴酚衍生物。为了获得更有效的抗菌和厚朴酚/厚朴酚类似物，作者设计了一些将阳离子AMPs片段与和厚朴酚/厚朴酚结合的类似物。这些类似物不仅有利于阳离子和厚朴酚/厚朴酚分子与负电荷细菌细胞膜的相互作用，而且有助于和厚朴酚/厚朴酚化合物插入细菌的磷脂双层膜，导致细菌细胞死亡(Figure 1)。具体合成步骤见Scheme 1 和Scheme 2。

接着作者研究和厚朴酚/厚朴酚两亲体的体外抗菌活性和选择性(Table 1)。采用最低抑菌浓度(MICs)评价对革兰氏阳性(G+)和革兰阴性(G-)菌株的体外抗菌活性。通过测定它们对绵羊红细胞(RBCs)的溶血活性(HC50)研究了所有和厚朴酚/厚朴酚两亲体的毒性和膜选择性。结果表明化合物5i对金黄色葡萄球菌的抗菌效果最强，MIC为1μg/mL，与万古霉素相当。且5i对4种G−细菌的抑菌活性也显著增强(MICs =4-8 μg/mL)。Table 1中的SI值显示，这些和厚朴酚/厚朴酚衍生物对金黄色葡萄球菌具有良好的选择性和安全性。其中5i的SI值高达789.2。

进一步筛选所有和厚朴酚/厚朴酚衍生物对10株临床MRSA分离株的抗菌活性(Table 2)，5i对所有10株临床MRSA菌株均有良好的抗菌效果(MICs = 0.5−1 μg/mL)，这与万古霉素和替加环素(0.25−1μg/mL)相当，这是临床实践中最有效的抗MRSA药物。

随后的时间—杀菌曲线表明5i具有快速的杀菌性能(Figure 2，3)，由于这些和厚朴酚/厚朴酚两亲体含有肽模拟片段，我们推测其抗菌模式可能与AMPs相似。进一步的细菌生物膜破坏实验(Figure 4)表明5i对生物膜中金黄色葡萄球菌和MRSA-16的杀伤有显著作用。利用结晶紫(CV)染色法进一步评价了化合物5i对金黄色葡萄球菌和MRSA生物膜的破坏作用，结果都表明5i可以破坏细菌生物膜的形成。

进一步，作者探究了5i的抗菌机制。利用DiSC3(5)为荧光探针和SYTOX Green荧光的特性(Figure 5A-1， 2)，验证了5i可以破坏细菌的细胞膜，导致细菌的死亡。同样地，利用DAPI、PI和SYTOX Green染料进行荧光显微镜分析，也表明细菌膜被5i破坏(Figure 5B)。最后，用扫描电镜(SEM)直接观察了5i处理后的MRSA-16的细胞膜形态学变化，5i处理后的MRSA-16显示出明显的细胞表面皱纹和破坏，这意味着化合物5i破坏了细菌的细胞膜(Figure 5C)。

最后，作者对5i进行体外细胞毒性评估、体内生物安全性评价和抗菌试验。结果表明5i具有很好的体内安全性，对脓毒症小鼠具有很好的治疗效果。

DOI:10.1021/acs.jmedchem.1c01073