[01343065]阿扎霉素F5a及新型类似物的立体结构研究和大规模发酵制备

近年来,以”ESKAPE”著称的多种临床病原菌对多种结构类型的抗生素相继耐药,成为超级广谱耐药菌,严重威胁着人类的生命健康,新型抗多重耐药菌感染的药物研发显得尤为迫切。鉴于微生物放线菌来源的大环内酯在抗耐药菌方面的临床用药优势和良好成药性,成果完成人采用大环内酯产生菌的化学定向筛选和HPLC-HRMS等方法,对288株海洋放线菌进行大环内酯产生菌筛选,发现海洋链霉菌211726产大环内酯阿扎霉素F5a及多个可能的新类似物,且发酵液具有显著的抗多种病原菌活性。 基于此,该项目先对海洋链霉菌211726进行足量的发酵,然后采用硅胶、反向C18半制备HPLC和Sephadex LH-20等现代色谱技术,对发酵液含有的阿扎霉素F5a及可能的新类似物进行分离纯化和单体制备。鉴于日本学者Chandra和IwasaKi等报道的阿扎霉素F5a平面结构和碳氢NMR信号归属相互矛盾,成果完成人以主成分阿扎霉素F5a为重点研究对象,对阿扎霉素F5a、F4a和F3a的平面结构和碳氢NMR信号归属进行了修正和完善。随后采用构型研究的NMR法,结合基于偶合常数的构型分析法和分子结构的3D模拟等,将阿扎霉素F5a的化学降解产物及其衍生物和模型化合物的通用NMR数据库等进行详细比对分析,首次确定了阿扎霉素F5a、F4a和F3a结构中分别含有的18个手性中心的相对构型。接着对特定降解片段结构中的部分羟基进行丙酮缩合衍生,采用改进的1H NMR Mosher法,确定其结构中C-11、C-15、C-21和C-35手性中心的绝对构型,再根据阿扎霉素F5a的相对构型,采用基于偶合常数的构型分析法等,首次确定阿扎霉素F5a、F4a和F3a结构中分别含有的18个手性中心的绝对构型。最后,结合与阿扎霉素F5a、F4a和F3a各种理化性质和波谱数据的比对分析,对从链霉菌211726分得的9个新类似物的各种波谱进行综合解析,确定了它们的化学结构,分别命名为23-缬氨酸去丙二酸单酰基阿扎霉素F5a酯（1）,25-丙二酸单酰基去丙二酸阿扎霉素F5a（2）单酯,23-（6-甲基）庚酸去丙二酸单酰基阿扎霉素F3a酯（3）,2-乙基戊酸阿扎霉素F4a酯（4）,23-（6-甲基）庚酸去丙二酸单酰基阿扎霉素F4a酯（5）,23-（9-甲基）葵酸去丙二酸单酰基阿扎霉素F4a酯（6）,23-（10-甲基）十一酸去丙二酸单酰基阿扎霉素F4a酯（7）,23-（6-甲基）庚酸去丙二酸单酰基阿扎霉素F5a酯（8）,2-乙基戊酸阿扎霉素F5a酯（9）。 同时,采用琼脂扩散法和微量肉汤稀释法进行抗菌活性研究,显示：化合物1-9对金葡球菌、枯草芽孢杆菌、大肠杆菌和白色念珠菌的MIC50为0.20-25.0 μg/mL。并首次发现阿扎霉素F5a等具有显著的抗多重耐药菌MRSA活性,且通过化学结构修饰,最终获得抗MRSA活性、水溶性和稳定性显著增强的去丙二酸单酰基阿扎霉素F,其对MRSA ATCC 33592和临床MRSA菌株的MIC为0.25-0.50 μg/mL,且与维生素K3具有协同抗MRSA作用,凸显其作为新型抗MRSA先导化合物开展后续新药研发的良好前景。 另外,该项目还对阿扎霉素F5a及新型类似物的发酵工艺进行了优化,优化后其产量可达到613 mg/mL;并按优化后的发酵工艺,制备了325.7 g阿扎霉素F5a及新型类似物,为阿扎霉素F5a的进一步结构优化、抗MRSA作用机制和后续的抗MRSA新药成药性评价研究打下了坚实基础。 上述研究成果,共计发表论文5篇,其中SCI论文4篇;申请国家发明专利4项,已授权3项;在国际和国内学术会议上作报告交流3次;被美国三大专业科技媒体VerticalNews（焦点新闻）连续2次报道。上述科研成果的取得,为微生物放线菌产大环内酯的化学结构、抗多重耐药菌活性、结构修饰和发酵优化等系统研究提供技术支持,并为具有自主知识产权的新型抗MRSA新药研发打下坚实基础。在MRSA等多重耐药菌感染防治形势十分严峻,新型抗MRSA等多重耐药菌药物研发尤为迫切的今天,显示重要的研究价值和现实意义,具有较大的社会效益和潜在的经济效益。