背景抗生素耐药性正在成为一个“全球公共卫生问题”。抗生素耐药性出现的主要原因除了抗生素的误用和滥用问题,更重要的是新抗生素的发现和开发明显滞后于细菌耐药性产生的速度。因此,大多数国际组织为鼓励学术界和制药行业对抗生素的研发都制定了适当的政策,开发新型抗菌剂以对抗多药耐药细菌已成为亟待解决的优先事项。“膜破坏”被认为是大多数抗菌肽发挥抗菌作用的主要机制,这些抗菌肽具有独特的克服或减少细菌耐药性发生的能力。近年来,阳离子抗菌肽(cationic antimicrobial peptides,CAMPs)因其快速的杀伤动力学、广谱的抗菌活性、低耐药率和独特的作用模式而被广泛认为是抗生素最有前途的替代品之一。与天然抗菌肽相比,小分子模拟肽除具有上述特性外还具有许多显著的优势,包括灵活的化学修饰框架、降低的毒性、增强的抗菌活性、更高的体外和体内稳定性,以及更好的药代动力学特性等。利用模拟抗菌肽结构和功能的策略开发新型抗耐药菌的膜靶向小分子拟肽已经引起了研究者的广泛关注,并将成为一个重要的研究前沿。方法本研究通过模拟CAMPs的结构与功能特性,以合成辣椒素和辣椒碱为原料,引入碱性氨基酸、烷基胺和胍基等获悉更多在生理条件下被质子化后带正电的亲水组分,并通过调节疏水链长Spine biomechanics平衡其两亲性,设计并合成一系列两亲性小分子抗菌拟肽。通过比较抗菌活性和溶血活性,进行构效关系分析,最终筛选得到具有优异广谱抗菌活性的候选抗菌剂CP51。接着,通过对候选化合物CP51进行细胞毒性、杀菌动力学、盐离子稳定性和耐药性研究等体外生物学评价,并通过小鼠细菌性角膜炎模型评价其局部应用的体内抗菌疗效,通过荧光素钠染色检查其角膜毒性。最后,对其进行初步的抗菌机制研究,包括SYTOX Green、N-苯基-1-萘胺摄取、Di SC_3(5)、BODIPY?-TR尸胺置换、LTA/LPS竞争性结合和抗生物膜活性等实验。结果1.本论文总共合成了26个全新结构的合成辣LY2157299抑制剂椒素和天然辣椒碱的衍生物用于构效关系的研究。其中,在合成辣椒素的苯环邻位的两侧上修饰己烷胍基的CP51被确定为候选化合物。2.在体外抗菌活性研究中发现其具有广谱抗菌活性。对革兰氏阳性细菌的MICs为0.39～0.78μg/m L,包括金黄色葡萄球菌ATCC 29213、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌NCTC 10442和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌N315,对革兰氏阴性菌的MICs为1.56～6.25μg/m L,包括铜绿假单胞菌ATCC 9027、鲍曼不动杆菌ATCC17978、鲍曼不动杆菌R2899、肺炎克雷伯杆菌ATCC 10031、肺炎克雷伯杆菌ATCC 14581和大肠杆菌ATCC 25922。3.通过进一步的体外生物学评价,发现其具有很弱的溶血活性(HC_(50)=134.8±4.6μg/m L)、较低的细胞毒性(CC_(50)>25μg/m L)、快速杀菌、体外耐盐性高和不易产生耐药性等特性。4.在体内抗菌疗效研究中,发现它在金黄色葡萄球菌及铜绿假单胞菌感染的小鼠细菌性角膜炎模型中显示出与万古霉素和妥布霉素相当的治疗效果,表明其在治疗细菌性角膜炎上具有较大的潜在应用价值。5.通过初步的抗菌机制研究,发现化合物CP51具有较强的膜亲和力和膜通透性,能够以膜破坏的方式杀死细菌,并具有较强的抗生物膜活性。结论本研究以合成辣椒素和辣椒碱为原料,通过模拟CAMPs,调节电荷/疏水平衡和系统结构优化,筛选得到候选化合物CP51。其具有高效低毒、快速杀菌和较强的抗生物膜活性等特性,通过膜破坏机制杀灭细菌,可有效避免耐药性的产生。更重要的是,它在金黄色葡萄球菌或者铜绿假单胞菌诱导的细菌性角膜炎小鼠模型中体现出较大的临床应用潜力。因此,本研究为克服抗生素耐药提供了一种极具希望的设计策略,并且为小分子抗菌拟肽研发提供了新思路和化合物基础。