耐药菌的日益增多拉响了公共健康的警报,尤其是对正在接受癌症化疗、手术和器官移植的患者更是一种致命的威胁。因此,开发具有新颖作用机制及作用靶点的抗菌药物达到有效地控制多药耐药菌的产生和传播已迫在眉睫。FtsZ是一种细菌细胞分裂的关键性蛋白,其作为一种尚未在临床上被广泛开发的抗菌新靶点已经引起了越来越多研究者的关注。本课题以FtsZ蛋白的GTP结合区域和H7螺旋、T7-loop和C端组成的疏水狭缝为目标结合位点,根据现有的GTP类似物和GIP与詹氏甲烷球菌(Methanococus jannaschii)FtsZ共晶结构提供的信息,以二氢喹唑啉取代GTP中的鸟嘌呤,在二氢喹唑啉的7位和8位以直链代替GTP的五元糖环链,并以羧基代替末端的磷酸基团,设计、合成了 A-D系列共16个新型GTP类似物。抗菌活性研究表明,A-D系列化合物抗菌活性差(MICs>128μg/mL)。这说明以二氢喹唑啉取代GTP的母核并同时改变侧链从而模拟GTP的结构的设计思路是不可行的。在上述研究的基础上,基于FtsZ蛋白的H7螺旋、T7-loop和C端组成的疏水狭缝的特性,对天然产物血根碱的结构进行简化,设计、合成了 E-G系列共24个菲啶衍生物。相关生物活性研究表明,菲啶衍生物均表现出显著的抗菌活性和良好的FtsZ聚合抑制活性,优于阳性对照药。相关研究结果总结如下:菲啶类化合物对8种革兰氏阳性菌均表现出十分显著的抗菌活性,但对2种革兰氏阴性菌抗菌活性差。在E-G三个系列化合物中,E系列化合物抗敏感菌活性与阳性对照物相当或略好,但抗耐药菌活性差,低于血根碱;G系列化合物的抗菌活性较E系列略好。抗菌活性最强的是F系列化合物,特别是抗革兰氏阳性菌活性尤为突出,例如化合物F4、F5和F6。其中,抗菌活性最强的F4对8种革兰氏阳性菌(敏感金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、枯草芽孢杆菌、短小芽孢杆菌、敏感化脓性链球菌、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌、耐青霉素金黄色葡萄球菌和耐青霉素化脓性链球菌)都表现出了非常优异的抗菌活性,其MIC值分别为 0.06、0.125、0.06、0.06、1、0.25、0.25 和 2 μg/mL,是阳性对照药环丙沙星和苯唑西林钠的133和67、512和512、33和67、133和533、8和1、64和256、64和256、32和32倍。另外,化合物F4、F5和F6对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌和耐青霉素金黄色葡萄球菌都表现出优异的抗菌活性,其MIC值为0.25～1μg/mL,明显优于环丙沙星和苯唑西林钠(MIC>64μg/mL)。时间-杀菌曲线揭示了 5-甲基-2-苯基菲啶衍生物的动力学杀菌过程,表明该类化合物的杀菌的能力呈浓度依赖性。细胞的形态学实验初步确定了 5-甲基-2-苯基菲啶类衍生物作用于FtsZ。而FtsZ蛋白聚合的光散射实验进一步确证了该类化合物的FtsZ靶向性,其FtsZ聚合抑制活性呈现浓度依赖性。基于目标化合物的结构特点以及它们的抗菌活性数据,其初步构效关系总结如下:①在5-甲基-2-苯基菲啶结构的4位上引入诸如甲基或甲氧基等基团可以显著增加抗菌活性。其抗菌活性顺序为甲基>甲氧基>氢,即F系列(MIC =0.06-4 μg/mL)>G 系列(MIC = 0.5-16 μg/mL)>E 系列(MIC =2-64 μg/mL)。②在5-甲基-2-苯基菲啶结构4位上引入取代基后同时在2-苯基上引入吸电子基团或给电子基团也显著增强抗敏感菌(MIC = 0.06-16 μg/mL)和抗耐药菌(MIC=0.25-64 μg/mL)的活性,特别是引入吸电子基团抗药菌活性更强(MIC = 0.06-16μg/mL)。③2-苯基上取代基的位置也影响抗菌活性。通常在2-苯基的4’位引入吸电子基团具有最强的抗菌活性,特别是在5-甲基-2-苯基菲啶的4位引入的甲基,同时在4’位上引入吸电子基团如三氟甲基、苯基或三氟甲氧基等,表现出极其优异的抗敏感菌和耐药菌活性。综上所述,我们首次成功地设计并合成了 A-F系列共40个靶向FtsZ的新型抗菌化合物。通过MIC、MBC、时间-杀菌曲线、细胞形态学、蛋白聚合试验等一系列的生物试验分析,我们发现F系列化合物表现出显著的抗菌活性。尤其是化合物F4、F5和F6抗敏感菌和抗耐药菌的MIC最低可达0.06 μg/mL和0.25μg/mL。因此,我们认为5-甲基-2-苯基菲啶可作为一种靶向FtsZ蛋白的先导结构进行深入研究,也为新型FtsZ抑制剂的设计、合成提供了新的思路和方法。