膜活性的和厚樸酚/厚樸酚兩親衍生物作為耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(MRSA)有效抗菌劑的研究 | 膜活性的和厚樸酚/厚樸酚兩親衍生物作為耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(MRSA)有效抗菌劑的研究 |
| 發(fā)布時間:2022-03-06 信息來源:admin 發(fā)布人:admin 點擊次數(shù):895 |
| 抗菌藥物的濫用導致了細菌耐藥性的急劇增加，對公共衛(wèi)生構成了嚴重威脅。近年來，各種新型的超耐藥菌株不斷被發(fā)現(xiàn)，如耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(MRSA)和耐萬古霉素腸球菌(VRE)。然而，到目前為止，這些耐藥菌株一直很難用有限的選擇來治療。 抗菌肽（AMPs）是一類廣泛存在于生物體內的小肽，抗菌與具有明確靶點的傳統(tǒng)抗生素不同，大多數(shù)AMPs可以通過破壞膜的完整性并通過各種機制快速殺死細菌。然而，AMPs也存在缺點，嚴重限制了其臨床應用，如體內穩(wěn)定性低、毒性和成本昂貴。因此為了克服AMPs的這些挑戰(zhàn)，許多基于小分子的AMPs類似物已經通過模擬其結構和殺菌特性來設計和開發(fā)。 研究表明，厚樸中的雙酚類化合物和厚樸酚/厚樸酚具有一定的抑菌活性，但因其抗菌譜窄，活性一般，限制了其進一步的開發(fā)應用。在此基礎上，在“Journal of Medicinal Chemistry”上發(fā)表的“Developmentof Membrane-Active Honokiol/Magnolol Amphiphiles as Potent Antibacterial Agentsagainst Methicillin-Resistant Staphylococcus aureus (MRSA)”中，作者通過模擬AMPs的結構和膜靶向作用，設計和制備了一系列新型的膜活性和厚樸酚/厚樸酚兩親體。經過和厚樸酚/厚樸酚的結構優(yōu)化，對兩親體進行抗菌活性篩選，獲得了一種對臨床分離物MRSA具有顯著抗菌活性和良好膜選擇性的有效衍生物5i。 圖片 首先，作者合成了一系列兩親性的和厚樸酚/厚樸酚衍生物。為了獲得更有效的抗菌和厚樸酚/厚樸酚類似物，作者設計了一些將陽離子AMPs片段與和厚樸酚/厚樸酚結合的類似物。這些類似物不僅有利于陽離子和厚樸酚/厚樸酚分子與負電荷細菌細胞膜的相互作用，而且有助于和厚樸酚/厚樸酚化合物插入細菌的磷脂雙層膜，導致細菌細胞死亡(Figure 1)。具體合成步驟見Scheme 1 和Scheme 2。 接著作者研究和厚樸酚/厚樸酚兩親體的體外抗菌活性和選擇性(Table 1)。采用最低抑菌濃度(MICs)評價對革蘭氏陽性(G+)和革蘭陰性(G-)菌株的體外抗菌活性。通過測定它們對綿羊紅細胞(RBCs)的溶血活性(HC50)研究了所有和厚樸酚/厚樸酚兩親體的毒性和膜選擇性。結果表明化合物5i對金黃色葡萄球菌的抗菌效果最強，MIC為1μg/mL，與萬古霉素相當。且5i對4種G−細菌的抑菌活性也顯著增強(MICs =4-8 μg/mL)。Table 1中的SI值顯示，這些和厚樸酚/厚樸酚衍生物對金黃色葡萄球菌具有良好的選擇性和安全性。其中5i的SI值高達789.2。 進一步篩選所有和厚樸酚/厚樸酚衍生物對10株臨床MRSA分離株的抗菌活性(Table 2)，5i對所有10株臨床MRSA菌株均有良好的抗菌效果(MICs = 0.5−1 μg/mL)，這與萬古霉素和替加環(huán)素(0.25−1μg/mL)相當，這是臨床實踐中最有效的抗MRSA藥物。 隨后的時間—殺菌曲線表明5i具有快速的殺菌性能(Figure 2，3)，由于這些和厚樸酚/厚樸酚兩親體含有肽模擬片段，我們推測其抗菌模式可能與AMPs相似。進一步的細菌生物膜破壞實驗(Figure 4)表明5i對生物膜中金黃色葡萄球菌和MRSA-16的殺傷有顯著作用。利用結晶紫(CV)染色法進一步評價了化合物5i對金黃色葡萄球菌和MRSA生物膜的破壞作用，結果都表明5i可以破壞細菌生物膜的形成。 進一步，作者探究了5i的抗菌機制。利用DiSC3(5)為熒光探針和SYTOX Green熒光的特性(Figure 5A-1， 2)，驗證了5i可以破壞細菌的細胞膜，導致細菌的死亡。同樣地，利用DAPI、PI和SYTOX Green染料進行熒光顯微鏡分析，也表明細菌膜被5i破壞(Figure 5B)。最后，用掃描電鏡(SEM)直接觀察了5i處理后的MRSA-16的細胞膜形態(tài)學變化，5i處理后的MRSA-16顯示出明顯的細胞表面皺紋和破壞，這意味著化合物5i破壞了細菌的細胞膜(Figure 5C)。 最后，作者對5i進行體外細胞毒性評估、體內生物安全性評價和抗菌試驗。結果表明5i具有很好的體內安全性，對膿毒癥小鼠具有很好的治療效果。 DOI:10.1021/acs.jmedchem.1c01073 |
