抗生素的出现为人类战胜细菌的侵袭提供了强有力的武器,然而,临床抗感染药物的过度应用导致耐药菌大量出现及蔓延。细菌耐药性的提升以及全新作用机制抗生素推出速度的下降,已成为人类目前必须面对的严峻挑战之一。因此利用新的靶点,开发具有全新作用机制的抗菌药物己成为当务之急。肽脱甲酰基酶(peptide deformylase, PDF)是一种金属蛋白酶,广泛存在于细菌体内。在细菌合成蛋白的过程中,PDF可以脱除甲硫氨酸上的甲酰基,从而使细菌能够合成出功能化的蛋白质。脱除甲酰基的过程是细菌合成蛋白的必须过程。而人体细胞合成蛋白过程却不需要经过脱除甲酰基的过程,细菌与人体合成蛋白过程的这种差异使PDF有可能成为抗菌药物作用的新靶点。PDF抑制剂通过与PDF酶的螯合,使细菌在合成蛋白过程中脱甲酰基步骤受阻,从而起到选择性抑制细菌生长的目的。基因组分析证明pDF同源基因在细菌中具有广泛的同源性,因此PDF抑制剂类抗生素很有可能具有广谱抗菌活性。PDF抑制剂可以简单看作由螯合配体和模拟肽两部分构成。螯合配体的主要作用是与PDF酶中的金属离子发生螯合,因此螫合配体对于PDF抑制剂的抗菌活性有着重要的影响。目前已知的螯合配体主要包括巯基、醛基、羧基等单齿配体以及异羟肟酸或甲酰羟胺等双配位螯合配体。其中,异羟肟酸或甲酰羟胺等双配位螯合基团的配位能力优于巯基等单齿配体,因此具有异羟肟酸或甲酰羟胺双配位螯合基团的PDF抑制剂的抗菌活性远高于不含螯合基团或含有巯基等单齿配体的PDF抑制剂。模拟肽部分则与PDF酶结构相对应,PDF抑制剂的P1’部位需要一个类似于甲硫氨酸侧链的疏水侧链去填充PDF酶S1’部位的疏水口袋；PDF抑制剂的P2’、P3’部位则最好能够有2个酰胺键以与PDF酶SI’和S2部位的2个β-折叠通过氢键的形式进行结合；PDF抑制剂的P3’部位通常是一些疏水基团,从而可以同PDF的S3’部位疏水残基形成类似口袋的结合。本论文的引言部分重点介绍了抗生素的最新研究进展,发展新作用机制抗生素的重要性,以及PDF抑制剂的作用机制和发展现状等研究背景。LBM415是第一个进入临床研究的PDF抑制剂,相对于稍后进入临床研究的PDF抑制剂BB83698, LBM415具有更好的抗菌活性。本论文的第二部分,我们以LBM415为先导化合物,首先进行了P3’部位构效关系的研究,发现在P3’部位引入杂环芳胺时产物的抑菌效果最好。在此基础上,我们尝试将LBM415分子中P2’位的L-脯氨酸以(2S,3aR, 7aS)-八氢吲哚-2-羧酸替换,并在P3’部位引入不同的杂环芳胺,成功设计并合成了6类新型的抑制剂,并进行了体外抗菌活性研究。研究结果表明用(2S,3aR,7aS).八氢吲哚-2-羧酸取代L-脯氨酸所得的PDF抑制剂活性较差,可能是由于八氢吲哚过大的空间位阻降低了该类PDF抑制剂与PDF酶的结合能力,造成抑菌能力的降低。鉴于过大的空间位阻可能会降低药物与PDF酶的结合能力,在本论文的第三部分,我们尝试降低P2’部位官能团的空间位阻,同时通过向LBM415分子P2’部位的L-脯氨酸中引入氟原子,希望通过氟原子的引入,提高药物分子的细胞膜通透性,进而提高药物抑菌活性。引入氟原子后所得的PDF抑制剂抗菌活性较(2S,3aR, 7aS)-八氢吲哚-2-羧酸类PDF抑制剂抗菌活性有明显提高,但相对LBM415来讲,引入氟原子后其抑菌活性有所下降,其原因可能是氟原子的强吸电子能力降低了P2’两侧氧原子及氮原子与肽脱甲酰基酶残基上活泼氢成氢键的能力,造成抑菌能力的降低。在此基础上,我们在论文第四部分尝试同时降低P2’部位的空间位阻及取代基的吸电子能力,用(S)-4-甲基脯氨酸取代LBM415分子P2’部位的L-脯氨酸,所得到的PDF抑制剂显示了良好的抗菌活性,部分化合物对耐甲氧西林葡萄球菌(MRSA)的最低抑菌浓度(MIC)达到0.25μg/mL,远优于先导化合物LBM415和已上市抗生素,我们还对其进行了体内抗菌活性研究,发现化合物4b在体内具有优于利奈唑胺的抗MRSA活性；最后还对化合物2g具有极强体外抑菌活性及较差体内抗菌活性的原因进行了研究,发现过高的血浆蛋白结合率(99%)是导致其体内外抗菌活性存在巨大偏差的主要原因。GSK1322322是目前最具成药潜力的以N-甲酰羟胺为金属螯合基团的PDF抑制剂,对多药耐药(MDR)的呼吸道和皮肤感染的病原体,包括耐多药肺炎链球菌、耐加氧西林金黄色葡萄球菌、卡他莫拉菌和化脓性链球菌等具有广谱的体内外抗菌活性。在论文的第五部分,我们首先通过十五步反应成功打通了GSK1322322的合成路线,完成了目标产物GSK1322322的制备。在此基础上,我们以GSK1322322为先导化合物,设计了一系列的结构改造类似物。首先,鉴于异羟肟酸具有不低于N-甲酰羟胺的金属螯合能力,且异羟肟酸作为PDF抑制剂的螯合基团存在于天然产物放线酰胺素actinonin中,显示了良好的生物活性,因此,我们设计了一条以异羟肟酸衍为金属螯合基团的A2片段的全新合成路线,并成功打通了该路线,制备出目标产物A2；同时我们还设计并开发出用于P2’片段的全新肼类中间体4-肼基-6-哌啶衍生物-5-氢-2-甲基嘧啶和4-肼基-6-哌啶衍生物-5-硝基-2-甲基嘧啶；目前,将各片段进行对接以制备GSK1322322衍生物的工作正在进行中。