群体感应(QS)是一种广泛存在于多种微生物中的细胞间通信系统,依赖于可扩散的群体感应信号分子(QSSM)的产生和感应,这些信号分子有时被称为自诱导剂(Autoinducers,AI)。一旦细菌种群周围环境中QSSM浓度达到特定阈值,多个基因的转录就会同步,从而使种群能够集体行动。这种可扩散的信号调节控制着群集运动、生物膜成熟、毒力因子、次级代谢产物产生以及抗生素耐药性等广泛的活动。近年来,开发新型抗菌剂的尝试包括靶向特定的毒力因子或毒力调节机制,以最大限度地减少导致耐药性出现的选择性压力。一种重要策略是干扰QS介导的信号传导,破坏细菌通信以减弱毒力,从而使感染的细菌能够被宿主防御系统清除。与传统抗生素相比,QS抑制剂(QSI)不会直接损害细菌生存能力,在耐药性方面施加的选择性压力应该更小。鉴于此,本论文以QS为靶标,根据自诱导剂和已报道的QSI的结构特征,利用分子拼接和生物电子等排原理等策略,设计并合成了 20个系列共197个新化合物,并对目标化合物的结构进行了结构表征和生物活性测定。我们通过测定化合物对七种不同的革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的MIC值和铜绿假单胞菌在含一定浓度化合物的细菌培养液中的生长曲线来确定化合物对细菌生长的影响。并测定了化合物对QS系统调节的各种毒力因子(例如:绿脓菌素、鼠李糖脂、蛋白水解酶和群集运动等)和生物膜的抑制活性。但由于单独的QSI可能不足以完全清除细菌,我们进一步测定了化合物和抗生素环丙沙星和克拉霉素的联用效果,期待达到不仅能清除细菌又能解决细菌耐药性的目的。最后,采用四种荧光报告菌株 PAO1-lasB-gfp、PAO1-rhlA-gfp、PAO1-pqsA-gfp和 PAO1-gfp进一步测定化合物对铜绿假单胞菌三个QS系统的靶向性。苯并噻唑衍生物作为群体感应抑制剂的研究。根据对QSI结构的调研,我们发现在N-酰基和1,2,3-三唑核之间具有亚甲基对化合物的QS抑制活性是必不可少的,但是用不同的基团取代化合物的头部仍能保持QS抑制活性。而且我们发现苯并噻唑化合物不仅能显著降低了细菌产生的参与QS和氧化还原平衡机制的有毒代谢物的水平,还能降低细菌群集和附着在表面的能力。根据分子杂合原理,我们将这些具有QS抑制潜力的关键药效团融合到一起,以2-氨基苯并噻唑作为母核,并在侧链引入亚甲基连接的N-酰基和1,2,3-三唑核,从而得到全新的母核结构作为QSI。其中化合物51、6i和7j有中等程度的绿脓菌素抑制活性。在后续的生长抑制实验中,细菌在含有化合物的培养液中的生长趋势和阴性对照组基本保持一致,这些结果进一步证明了这些化合物对细菌的生长不产生影响,不会对细菌产生选择性压力。而且在后期测定化合物对更多毒力因子和生物膜生成的抑制活性中,我们发现这些化合物在鼠李糖脂的产生,蛋白水解酶活性和生物膜的形成方面都表现出较好的抑制活性,大部分化合物都有一定程度抑制作用,例如,在16μg/mL时,活性最好的化合物7j能够抑制51.55±4.79%的生物膜的形成,并且扫描电镜结果进一步证明了化合物7j对生物膜的抑制作用。在与传统抗生素CIP和CLA联用中,它们能以浓度依赖Wnt-C59的方式增强抗生素的抗菌效果。在安全性评价中,化合物在256 μg/mL几乎不会产生溶血作用。荧光报告菌株抑制实验中化合物7j能以浓度依赖的方式抑制PAO1-lasB-gfp和PAO1-pqsA-gfp的荧光表达。苯并噁唑衍生物作为群体感应抑制剂的研究。我们以具有QS抑制活性氯唑沙宗和CL为先导化合物设计了苯并噁唑衍生物作为QSI。我们首先根据生物电子等排体原理得到2-肼基苯并噁唑作为芳香头部,并杂合CL的疏水尾部药效团得到了全新的结构并对他们的活性进行探究。结果表明,F系列的化合物不抑制细菌的生长并且对绿脓菌素的产生有中等程度的抑制活性。19a-19f对铜绿假单胞菌PAO1绿脓菌素产生的抑Biotic interaction制率都超过30%。以此结构为基础,我们进一步改变侧链碳原子的个数来探讨链长对QS活性的影响,结果表明,碳原子数目的减少或增加会在一定程度上进一步改善化合物的活性,但链长过长反而会使化合物的活性消失。活性最好的化合物21b的抑制率能达到53.52±4.14%。但增加两个碳原子得到的I系列化合物的绿脓菌素抑制活性反而下降,只有很弱的抑制或激动活性。为了进一步探讨化合物的头部基团和侧链基团对活性的影响,我们分别取代化合物的头部或尾部并得到了 J和K两个系列的化合物,但令人遗憾的是,活性并没有进一步增加。生长抑制实验从另一个角度证明这些化合物不会影响细菌的生长,并且这些化合物对鼠李糖脂的产生和蛋白水解酶的活性也都表现出强的或中等程度的抑制活性。例如化合物21a和21d能够抑制超过50%左右的鼠李糖脂的产生,它们的抑制率分别为52.01±6.01%和51.69±2.29%。结晶紫染色法和扫描电镜实验从不同的角度证明了化合物对生物膜形成优异的抑制作用。尤其是化合物20c在32 μg/mL时抑制率能达到76.60±2.39%,只残留23.40±2.39%的生物膜。并且化合物还能以浓度依赖的方式抑制群集运动并且增强抗生素CIP和CLA的抗菌活性。在进一步的靶向性实验中,化合物20c能以浓度依赖的方式抑制PAO1-lasB-gfp和PAO1-pqsA-gfp的荧光表达,说明该化合物可能靶向于las和pqs QS系统。安全性实验中,测定的化合物几乎不会对小鼠红细胞产生溶血作用,充分说明了化合物在有效浓度内不会产生溶血作用,具有安全性。化合物20c在小鼠菌血症模型中能有效的增强抗生素CIP的抗菌效果。总的来说,这些新结构的化合物具有良好的QS抑制活性,能有效的抑制毒力因子的产生和生物膜的形成,并且还能通过与抗生素联用来治疗细菌感染,给解决细菌耐药性提供了新的思路和方法。呋喃酮衍生物作为群体感应抑制剂的研究。我们以与自诱导剂结合的铜绿假单胞菌LasR配体结合结构域的结构来筛选小分子数据库,并获得具有中等对接得分的苗头化合物(PubChem CID:10567938)。经过对苗头化合物进一步修饰和优化,我们设计并合成了新型的4-(取代苯基)-5-亚甲基-2(5H)-呋喃酮衍生物作为QSIs,并评价了它们的QS抑制活性。特别地,我们选择具有强绿脓菌素抑制活性的化合物34a、34f、34h、37g、37h、37i、39b、39d、39e、39j、391、41g 和 41h 进行系统研究。其中化合物 39e具有最突出的QS抑制活性。例如,在最小抑制浓度和生长抑制的实验中,39e对细菌的生长几乎没有影响,这不会像传统的抗菌剂或杀菌剂那样对细菌施加很大的选择性压力,从而减弱获得性耐药性的产生。另一方面,化合物39e不仅对各种毒力因子表现出优异的抑制活性,有效抑制了生物膜的形成,还能在体外显著增强了两种抗生素CIP和CLA对两株铜绿假单胞菌的抑制活性。例如,在102.4 μg/mL时化合物39e的蛋白酶抑制活性为30.54±7.2%,在32μg/mL,化合物39e导致只有50.79+5.25%的生物膜残留。更令人兴奋的是,在感染铜绿假单胞菌PAO1的菌血症模型中,它与CIP联合显著提高了体内抗菌效果。此外,化合物39e对小鼠红细胞几乎没有溶血活性。靶向性实验结果表明,化合物39e同时靶向铜绿假单胞菌中的las,rhl和pqs三个QS系统,发挥其QS抑制活性。因此,化合物39e可以用作进一步开发抗细菌感染的有效QSI。接下来,我们创新性地将呋喃环的结构与OdDHL融合,并保持了五点药效团模型的特征。在前面研究的基础上,我们使用3-甲基-4-(4-氟苯基)-5-羟基-5-甲基呋喃-2(5H)-酮作为母核,并在呋喃环的3-和5-位引入酰胺或酯基作为极性结构域。最后,我们设计并合成了 4-(4-氟苯基)-5确认细节-羟基-3,5-二甲基呋喃-2(5H)-酮类似物(Q系列)和3-(氨基甲基)-4-(4-氟苯基)-5-羟基-5-甲基呋喃-2(5H)-酮类似物(R系列),在初步测定这两个系列化合物绿脓菌素抑制活性后,我们综合这两个系列中活性较好的取代基,进一步设计合成了 3-(氨基甲基)-4-(4-氟苯基)-5-羟基-5-甲基呋喃-2(5H)-酮类似物(S系列),并对这些化合物的QS抑制活性进行了评价。结果表明,这三个系列化合物均具有好的群体感应抑制活性。特别是S系列化合物活性最为突出。化合物46h在不影响细菌生长的情况下在102.4 μg/mL能抑制65.34±6.52%绿脓菌素的产生并在64 μg/mL抑制60.33±2.11%生物膜的形成。此外,在后续的实验中,化合物46h在扫描电镜实验中被进一步证明能抑制生物膜的形成和能以浓度依赖的方式抑制细菌的群集运动,并且在与抗生素联合使用的研究中,这些化合物在体外能显著增强环丙沙星和克拉霉素的抗菌活性,且呈浓度依赖性。此外,化合物46h可以显著提高小鼠感染模型中环丙沙星的细菌清除率。对其机制的进一步研究表明,化合物46h可以以浓度依赖的方式抑制PAO1-lasB-gfp、PAO1-rhlA-gfp和PAO1-pqsA-gfp的荧光表达,但不干扰 PAO1-gfp,表明该化合物直接靶向QS系统。为了进一步提高呋喃酮化合物的QS抑制活性,我们创新性在呋喃酮环上引入羟肟酸结构设计了 T系列化合物,希望可以通过羟肟酸和铁发生螯合,从而增强QS抑制活性。其中,化合物48b在102.4 μg/mL时能抑制79.69±5.62%绿脓菌素的产生和46.43±2.74%鼠李糖脂的产生。并被证明能有效的抑制生物膜的生成。特别的,48b能以浓度依赖的方式促进铁载体pyoverdine和pyochelin的荧光表达,证明了该化合物的铁螯合作用。总的来说,我们从不同的角度设计了 4-氟苯基-5-亚甲基-2(5H)-呋喃酮衍生物、3-(氨基甲基)-4-(4-氟苯基)-5-羟基-5-甲基呋喃-2(5H)-酮衍生物和N-((4-(4-氟苯基)-1-羟基-5-亚甲基-2-氧代-2,5-二氢-1H-吡咯-3-基)甲基)苯甲酰胺衍生物并测定了它们的QS抑制活性,结果表明,这些新结构的化合物具有良好的QS抑制活性,能有效的抑制毒力因子的产生和生物膜的形成,并且还能通过与抗生素联用来治疗细菌感染,给解决细菌耐药性提供了新的思路和方法。本研究中,我们以QS为靶标,经过广泛的文献调研,并根据自诱导剂和已有的QSI的结构特征,然后利用分子拼接和生物电子等排原理等药物设计策略设计并合成了 20个系列共197个化合物,并从中选出了 7j、20c、39e、46h和48b这几个QS抑制活性突出的化合物。我们通过测定化合物的MIC值和铜绿假单胞菌在含一定浓度化合物的细菌培养液中的生长曲线来确定化合物对细菌生长的影响。并测定了化合物对QS系统调节的各种毒力因子(例如:绿脓菌素、鼠李糖脂、蛋白水解酶和群集运动等)和生物膜的抑制活性从多方面来确定化合物的QS抑制活性。但由于单独的QSI可能不足以完全清除细菌,我们进一步测定了化合物和抗生素环丙沙星和克拉霉素的联用效果,期待达到不仅能清除细菌又能解决细菌耐药性的目的。最后,四种荧光报告菌株PAO1-lasB-gfp、PAO1-rhlA-gfp、PAO1-pqsA-gfp和PAO1-gfp被用来进一步测定化合物对铜绿假单胞菌三个QS系统的靶向性。本研究中众多结构多样性的QSIs为对抗铜绿假单胞菌感染注入了新的活力。