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1940年,世界上第一个抗生素——青霉素投入临床使用,经过76年的发展,抗生素在临床上应用广泛,拯救了无数人的生命。与此同时,抗生素过量使用造成的细菌耐药也已经成为不可避免的医学难题。β-内酰胺抗生素是临床上广泛使用的三大抗生素之一,细菌产生的β-内酰胺酶可以水解β-内酰胺抗生素的母核结构——β-内酰胺环,从而造成细菌对此类抗生素的耐药。β-内酰胺酶可分为四类,其中A、C和D类属于丝氨酸β-内酰胺酶,目前有临床可用的酶抑制剂,但是B类β-内酰胺酶,也称为金属β-内酰胺酶(metallo-β-lactamases,MβLs),因其底物范围较广,迄今尚无临床上可用的酶抑制剂。本文着重于抗生素耐药靶蛋白MβLs的抑制研究,具体研究内容如下:1、表达纯化了 MβLs家族中三个亚族中具有代表性的NDM-1、CcrA、L1和ImiS,并将之作为抗生素耐药靶蛋白,为后续用酶动力学评价所得化合物的抑制活性打下夯实基础。2、发展了一种新型MβLs抑制剂的分子骨架结构——唑基硫代乙酰胺结构,分两部分合成了 42个唑基硫代乙酰胺化合物。第一部分设计合成了 18个化合物,主要探讨了不同唑基及不同芳香族取代基对MβLs的抑制活性的影响,结果表明,含三唑基团的化合物分别对靶蛋白均有良好的抑制效果,其中四个化合物对MβLs呈现广谱抑制作用,并通过Docking研究揭示了抑制剂分子与MβLs的作用位点;为进一步研究该骨架分子的结构活性关系,设计合成了 24个三唑基硫代乙酰胺类化合物,生物活性评价结果显示,所有这些化合物均对NDM-1展现出良好的抑制活性,IC50值均小于2 μM,而三唑基硫代乙酰胺骨架两端取代基的变化对MβLs抑制活性无明显影响,Docking研究证实,三唑基对抑制剂分子的抑制活性具有重要贡献。3、基于β-内酰胺环是β-内酰胺抗生素分子的母核结构,设计、发展了一种新型的头孢菌素类抗菌试剂ASC。生物活性研究表明,ASC是一个MβLs的广谱、竞争型抑制剂,对CcrA和ImiS的抑制活性最好,NDM-1和L1次之;通过ITC实验获得四种MβLs对ASC、头孢唑啉钠和亚胺培南的热力学水解曲线,进而获得得Km、kcat以及其反应的焓变,发现MβLs水解ASC的速度要比水解头孢唑啉钠和亚胺培南快2-6倍;MIC评价揭示,ASC是一个良好的抗S.aureus试剂,其MIC为256μg/mL,其灭菌活性可维持40小时以上。ASC可协同8种抗生素有效提高其对S.aureus的抗菌活性,其中使得头孢曲松钠的抗菌活性提高1000倍之多。4、N和P处于同一主族,磷酸及磷酸酯化合物在临床药物应用上也取得一定显著成就,基于β-内酰胺抗生素的耐药机制,拟发展一类新型骨架结构的β-内磷酰胺抑制剂,以此用于应对抗生素耐药。本章共获得11个对MβLs CcrA和NDM-1有一定抑制活性的磷酸类化合物;我们将继续探索优化合成β-内磷酰胺环的反应路线,以期获得最终产物β-内磷酰胺化合物。