近年来,困扰全球的细菌耐药性问题日益严重,而新型抗生素的研究步伐却相对迟缓。在欧洲,每年约有25000人因耐药菌感染而死亡。除了严格控制抗生素的使用外,我们也迫切需要具有区别于现有抗生素作用机制的新型抗感染药物。令人振奋的是,在潜在的新型抗感染药物中,抗菌肽（AMPs）因其抗菌谱广、作用机制独特而被认为是经典抗生素最有希望的替代药物之一。目前已发现天然抗菌肽大多具有广泛的抗感染活性,包括且不限于革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌、病毒、真菌和肿瘤。更重要的是,抗菌肽主要是通过破坏细胞膜磷脂双分子层来杀死微生物,这使得微生物很难产生耐药性。然而,抗菌肽往往也具有溶血毒性和代谢稳定性差等缺点,这些都严重影响了其临床运用。短杆菌肽S（Gramicidin S,GS）是天然来源的具有两亲性结构的环十肽,基本序列为环-（Pro-Val-Orn-Leu-^DPhe）₂,其分子骨架具有刚性C₂对称的β-发夹结构。尽管GS的作用机理尚有争议,但普遍接受的观点是GS主要是通过破坏膜磷脂双分子层杀死细菌。遗憾的是,由于GS对磷脂双分子层选择性较差,所以它也具有较强的溶血毒副作用。在本课题中,我们分别通过结构优化的和前药设计的方式以期获得可用于临床系统应用的GS类似物。1.基于Gramicidin S的结构优化诸多研究表明β-转角区域^DPhe-Pro对稳定GS的二级结构具有重要的作用,而较强的两亲性是导致溶血毒副作用产生的主要原因。课题组前期研究表明β,γ-双氨基氨基酸能够模拟天然多肽转角结构,并且易于通过结构修饰来调节多肽的理化性质。本课题以苯丙氨酸出发合成非天然β,γ-双氨基氨基酸,通过单取代GSβ-转角区域^DPhe-Pro得到第一批类似物GS3-6。生物活性测试研究表明4个类似物溶血活性均明显降低,其中GS5和GS6保留了一定的抗菌活性,且GS6形成了稳定的二级结构。为了进一步提高治疗指数,通过‘On Resin’的修饰策略在GS5和GS6的β位氨基引入了一个额外的亲水或疏水氨基酸。在第二批4个类似物中GS6K与GS6F具有和GS相当的抗菌活性,溶血活性也得到了较好的改善。进一步生物学研究表明GS6K主要是通过破坏细胞膜的方式杀死细菌。2.基于光引发的聚乙二醇化抗菌肽前药研究多肽的聚乙二醇化可以有效提高药物的代谢稳定性并降低免疫原性,但往往也会大大降低其生物活性。为此,我们提出一种基于光引发的聚乙二醇化抗菌肽前药系统。在该前药体系中,GS通过光敏感基团与聚乙二醇偶联合成一系列GS聚乙二醇化前药。其中,c GS-m PEG₂₀₀₀的溶血活性和细胞毒性被完全抑制,且在365nm紫外光照下可完全释放抗菌肽GS,并具有与等摩尔浓度的天然产物GS相同的抗菌活性。此外,在细菌造型实验中表明抗菌肽前药能在特定的时间和空间上控制释放抗菌肽。综上所述,本论文共设计合成了一系列GS类似物和光引发的聚乙二醇化GS前药,并对其二级构象、抗菌活性、溶血活性、细胞毒性和抗菌机制进行了评价与研究。其中,GS6K是一个较GS治疗指数更高的类似物。前药c GS-m PEG₂₀₀₀中GS可以被局部控制释放以降低溶血毒副作用。