芳香乙烯类衍生物FtsZ抑制剂的合成与抗菌筛选研究

芳香乙烯类衍生物FtsZ抑制剂的合成与抗菌筛选研究摘要细菌的耐药性问题是当今社会所面临的最大科学挑战之一。新型耐药菌的出现严重降低了临床上常用的抗菌药物的疗效，曾经被普遍用来治疗常见的肠道与尿路感染、肺炎、新生儿感染的抗菌药物，因为细菌对抗生素产生的超强抵抗力，已经逐步失去抑制耐药菌生长繁殖的能力。因此，研发新型抗菌药物，有效地杀死耐药细菌是解决这一全球性危机的重要举措。寻找新的抗菌研发靶点是研发新型抗菌药物的首要困难。对于细菌的二分裂来说，细菌分裂必需蛋白是不可或缺的，它们在结构上高度保守且不易变异，是最有研究意义的一类抗菌药物作用靶点。细菌体内大约有16种分裂必需蛋白存在，FtsZ是细菌细胞二分裂的起始蛋白，发挥核心作用。在细菌二分裂过程中，FtsZ先将鸟苷三磷酸（GTP）水解成鸟苷二磷酸（GDP），接着FtsZ在细菌中央聚集组装形成环状的Z环，同时招募下游的分裂蛋白聚集形成复合物。当Z环周围的GDP浓度升高到阈值时，Z环收缩并促使分裂蛋白复合物形成隔膜，最后形成两个子细胞。Z环对于绝大多数致病微生物的细胞二分裂都是不可或缺的，而FtsZ的动态聚合和GTP酶活性对于Z环的生成也是必不可少的。所以，想要杀灭细菌，只需要抑制FtsZ的动态聚合或抑制FtsZ的GTP酶活性即可。有许多化合物尤其是天然产物对FtsZ的理化活性都有强烈抑制作用，从而抑制细菌的二分裂。但是，大部分的FtsZ抑制剂都没有体内抗菌活性，所以目前还没有进入临床研究。在诸多抑制剂中，喹啉类化合物是比较有研发前景的一个先导化合物。最近针对Ftsz蛋白研究出药物有喹啉类的、噻吩类的、噻唑橙（TO）类的和季铵盐类的等。本课题简述了Ftsz蛋白的结构和指导细胞分裂的机理，并针对已合成的喹啉类化合物进一步合成一系列新的芳香乙烯类衍生物。接着使用合成的化合物对金黄色葡萄球菌（Staphylococcusaureus、ATCC29213）、大肠杆菌（Escherichiacoli、ATCC29522）和枯草芽孢杆菌（Bacillussubtilis168）进行抗菌活性实验，分别有最小抑菌浓度实验MIC、最小杀菌浓度实验MBC和细菌形态延长实验。通过薄层色谱以及核磁性能测试，验证了新合成的化合物的纯度；再通过细菌实验验证了新合成化合物具有良好的抗菌活性。MIC值分别为、、、MBC实验证明了、、、、、、细菌形态延长实验、、、、本课题有望扩大FtsZ蛋白抑制剂分子库，给临床上发现体内效果良好的靶向FtsZ蛋白的先导化合物提供理论基础，为新型抑制剂的研究开发提供新思路。关键词：细菌耐药性，FtsZ蛋白，FtsZ抑制剂，芳香乙烯类衍生物AbstractTheproblemofbacterialresistanceisoneofthebiggestscientificchallengesfacingsocietytoday.Theemergenceofnewdrug-resistantbacteriahasseriouslyreducedtheefficacyofantibioticscommonlyusedinclinicalpractice.Antibacterialdrugsthathavebeencommonlyusedtotreatcommonintestinalandurinarytractinfections,pneumonia,andneonatalinfectionshavegraduallylosttheabilitytoinhibitthegrowthandreproductionofresistantbacteriabecauseofthesuperiorresistanceofbacteriatoantibiotics.Therefore,thedevelopmentofnewantibacterialdrugstoeffectivelykillresistantbacteriaisanimportantmeasuretosolvethisglobalcrisis.Findingnewantimicrobialresearchanddevelopmenttargetsistheprimarydifficultyindevelopingnewantimicrobials.Forthebipartitedivisionofbacteria,essentialproteinsforbacterialdivisionareindispensable.Theyarehighlyconservedinstructureandarenoteasilymutated.Theyarethemostresearch-orientedtargetsforantibacterialdrugs.Thereareabout16kindsofdividingessentialproteinsinbacteria,andFtsZisthestartingproteinofbacterialcelldivision,whichplaysacentralrole.Intheprocessofbacterialtwodivision,FtsZfirsthydrolyzedguanosinetriphosphate(GTP)toguanosinediphosphate(GDP),thenFtsZaggregatedinthemiddleofthebacteriatoformaring-shapedZ-ring,whilerecruitingdownstreamcleavageproteinstoformacompound.WhentheGDPconcentrationaroundtheZ-ringrisestoathreshold,theZ-ringcontractsandcausesthecleavageproteincomplextoformamembrane,eventuallyformingtwodaughtercells.TheZ-ringisindispensableforthecelldivisionofmostpathogenicmicroorganisms,andthedynamicpolymerizationofFtsZandGTPaseactivityarealsoessentialfortheformationoftheZ-ring.Therefore,inordertokillbacteria,itisonlynecessarytoinhibitthedynamicpolymerizationofFtsZorinhibittheGTPaseactivityofFtsZ.Manycompounds,especiallynaturalproducts,haveastronginhibitoryeffectonthephysicochemicalactivityofFtsZ,therebyinhibitingthebipartitedivisionofbacteria.However,mostoftheFtsZinhibitorshavenoinvivoantibacterialactivity,sotheyhavenotyetenteredclinicalresearch.Amongmanyinhibitors,quinolinecompoundsarealeadcompoundwithrelativelypromisingresearchprospects.Recently,drugssuchasquinolines,thiophenes,thiazoleoranges(TO)andquaternaryammoniumsaltshavebeenstudiedforFtszproteins.ThistopicbrieflydescribesthestructureofFtszproteinandthemechanismofcelldivision,andfurthersynthesizesaseriesofnewaromaticvinylderivativesforthesynthesizedquinolinecompounds.ThesyntheticcompoundswerethenusedtocarryoutantibacterialactivitytestsonStaphylococcusaureus(ATCC29213),Escherichiacoli(ATCC29522)andBacillussubtilis168,respectively.BactericidalconcentrationtestMBCandbacterialmorphologyextensionexperiments.Thepurityofthenewlysynthesizedcompoundwasverifiedbythinlayerchromatographyandnuclearmagneticpropertytest.Thenewsyntheticcompoundwasprovedtohavegoodantibacterialactivitybybacterialexperiments.TheMICvalues​​arerespectively,,andMBCexperimentshaveprovedthat,,,,,,,,,,,,,,ThisprojectisexpectedtoexpandthemolecularlibraryofFtsZproteininhibitors,provideatheoreticalbasisforclinicallyfoundleadcompoundsthattargetFtsZproteininvivo,andprovidenewideasfortheresearchanddevelopmentofnewinhibitors.Keywords:bacterialresistance,FtsZprotein,FtsZinhibitor,aromaticvinylderivative前言在人类发明抗菌药物之前，日常磕磕碰碰的小伤口和普通的细菌感染都有可能引起致命的感染性疾病，严重伤害和威胁人类生命健康。从1928年英国细菌学家AlexanderFleming（弗莱明）发现了青霉素开始，抗菌药物尤其是抗生素得到了迅猛发展，由于其广谱的活性，对革兰氏阴性菌及阳性菌感染引起的各类疾病都能有效治疗，使数以万计的生命得到了拯救，为人类生命健康做出了巨大的贡献。这对于人类来说，无疑是一个历史性的进步。但是，由于抗菌药物在全球范围内被长期广泛地使用，甚至是滥用，使细菌产生了耐药性并且在不断增强，甚至发展成了多重耐药菌，使得临床上有越来越多的有效抗菌药物的疗效降低甚至彻底失效。当前以已报道的多药耐药（MDR）和广药耐药（XDR）的大肠杆菌菌株（Escherishiacoli）、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（methicillin-resistantStaphylococcusaureus，MRSA）、克雷伯氏菌（Klebsiellapneumoniae）、铜绿假单胞菌（Pseudomonasaeruginosa）及鲍氏不动杆菌（Acinetobacterbaumannii）等为代表的多重耐药菌已经对人类的生命健康造成了严重的影响，细菌性感染再次成为人类社会的巨大威胁。目前，为了解决日益严峻的细菌耐药问题，一方面，要严格规范抗菌药物的使用，防止细菌过快的产生耐药性；另一方面，加快研发新型抗菌药物的步伐，设计并筛选具有新化学结构、新作用机制或新作用靶点的抗菌药物已经刻不容缓。细菌感染人们常说的细菌是指狭义上的细菌，即为原核微生物的一类，是一类多以二分裂方式进行自我繁殖的原核生物，它们结构简单，形状细短，在自然界中分布最广，个体数量最多。自然界中的细菌对环境、人类和动植物既有用处又有害处，害处就体现在细菌感染，如果细菌成了病原体，侵入血液循环中生长繁殖，产生毒素和其他代谢产物，就可能引起急性全身性感染，临床上以寒战、高热、皮疹、关节痛及肝脾肿大为特征，临床上部分患者还会出现烦躁、四肢厥冷及紫绀、脉细速、呼吸增快、血压下降等。尤其是老人、儿童、有慢性病或免疫功能低下者、治疗不及时及有并发症者，可能发展为败血症或者脓毒血症。细菌感染的方式包括：接触、空气传播、食物、水和带菌微生物。20世纪抗菌药物的诞生和发展，在对抗细菌感染上做出了极大的贡献。到今天，由于抗菌药物长期广泛地被使用甚至滥用，耐药性细菌开始出现并急速蔓延，细菌感染又一次对人类生命健康构成威胁。抗菌药物概述抗菌药物一般是指具有杀菌或抑菌活性的药物，由细菌、放线菌、真菌等微生物经培养而得到的某些产物，或用化学半合成或全合成法制造的相同或类似的物质。现如今，临床上使用的抗菌药主要分为八大类，即β-内酰胺类（包括青霉素类、头孢菌素类、碳青霉烯类、含酶抑制剂的β-内酰胺类及单环酰胺类等）;糖肽类（包括万古霉素和替考拉宁）;大环内酯类;氟喹诺酮类;氨基糖苷类;叶酸途径抑制剂类;四环素类;氯霉素。抗菌药物的应用需根据不同的感染性疾病进行合理选择。按照药物自身来源和先导化合物的来源，可将抗菌药物分为抗生素和合成抗菌药两大类。抗生素的发展及分类作为目前使用十分广泛的抗菌药物，抗生素的发现对人类生命健康具有重大意义。20世纪初，英国细菌学家AlexanderFleming偶然发现的青霉素揭开了抗生素的神奇面纱。此后，科学家们开始对抗生素进行“疯狂”研究与开发，20世纪中期被誉为抗生素的“黄金时代”，大多数抗生素在该时期诞生，比如四环素、链霉素、庆大霉素、头孢菌素、红霉素、氯霉素等等。根据作用机制的不同，可以把抗生素划分为五类：（1）通过对细胞壁合成的不同阶段进行抑制从而施展抗菌作用，如β-内酰胺类、糖肽类、磷霉素、万古霉素和杆菌肽等；（2）通过对细胞膜功能进行抑制或破坏来发挥抗菌作用，包括两性霉素B、制霉菌素、多粘菌素和粘杆菌素等；（3）通过对蛋白质合成的不同环节进行抑制来发挥抗菌作用，主要包含四环素类、大环内酯类、氨基糖苷类、氯霉素、卷曲霉素和林肯霉素等；（4）通过抑制核酸的复制或转录等过程来阻止DNA或RNA合成，进而表现抗菌活性；（5）通过对细胞正常代谢过程进行干扰来发挥抗菌作用，包括抗霉素A、短杆菌肽S和缬霉素等。合成抗菌药概述合成抗菌药，顾名思义，就是用化学合成方法制成的能抑制或杀灭致病菌的药物。目前临床上使用最多的主要包括磺胺类、喹诺酮类、噁唑烷酮类等。磺胺类抗菌药物（SAs）是一类具有对氨基苯磺酰胺基本特征结构的化学合成药物总称。它并非靠直接杀死细菌发挥作用，而是与细菌竞争生存必需品——对氨基苯甲酸（PABA），产生拮抗作用，由于SAs与PABA有相似的结构，一方面，干扰细菌酶系统对PABA的利用，可与PABA竞争性作用于细菌体内的二氢叶酸合成酶，阻止PABA作为原料合成细菌生长繁殖需要的二氢叶酸（FH2）的过程，减少二氢叶酸合成的量；另一方面，细菌的酶系统会把部分SAs当成PABA加以利用，导致致死性合成，进而遏制细菌的生长和繁殖从而施展抗菌作用。目前临床上的磺胺类药物按照作用时间的长短，可分为三类：短效磺胺，代表性药物为磺胺异噁唑（Sulfafurazole）；中效磺胺，代表性药物为磺胺嘧啶（Sulfadiazine）；长效磺胺，代表性药物为磺胺地索辛（Sulfadimethoxine）。喹诺酮类（4-quinolones），又称吡酮酸类或吡啶酮酸类，是一类母体结构为4-喹诺酮的人工合成抗菌药的总称。目前，喹诺酮类抗菌药成为临床上最常用的合成抗菌药，归功于其具有良好的药代动力学参数。喹诺酮类抗菌药由于其不受质粒传导耐药性的影响，因此它们与大多数抗菌药物之间不存在交叉耐药性。喹诺酮类有别于其他抗菌药物，它们把细菌的脱氧核糖核酸（DNA）作为靶点，并妨碍使脱氧核糖核酸形成超螺旋（即细菌的双链DNA盘曲折叠成为螺旋状）的酶，即DNA回旋酶，进一步对细菌DNA造成不可逆损害，而使细菌细胞停止分裂，从而发挥抗菌功效。目前临床上喹诺酮类按照发明时间先后以及抗菌性能，可分为四代：第一代主要抗革兰氏阴性菌，代表性药物有萘啶酸（Nalidixicacid）和吡咯酸（Piromidicacid），但因疗效不佳目前临床上已少用；第二代抗菌谱有所扩大，对部分革兰氏阳性菌也有一定的抗菌作用，代表性药物有新恶酸（Cinoxacin）和吡哌酸（Pipemidicacid）；第三代抗菌谱进一步扩大，一方面对金黄色葡萄球菌等革兰氏阳性菌也有抗菌作用，另一方面则进一步加强了革兰氏阴性菌的抗菌作用，代表性药物有环丙沙星（Ciprofloxacin）、诺氟沙星（Norfloxacin）和依诺沙星（Enoxacin）等；第四代与前三代相比，结构上进行了修饰，引入有助于加强抗厌氧菌活性的8-甲氧基，而C-7位上的氮双氧环则在保持原有的抗革兰氏阴性菌的活性的基础上加强了抗革兰氏阳性菌活性，代表性药物有莫西沙星（Moxifloxacin）和加替沙星（Gatifloxacin）。噁唑烷酮类（Oxazolidinone）是继磺胺类和喹诺酮类抗菌药物之后，近30年开发的一类新型的化学全合成抗菌药，基本母核为噁唑烷二酮，具有独特的作用机理：通过抑制细菌蛋白质合成的起始阶段中核糖体与信使核糖核酸（mRNA）的结合，使核糖体不能识别mRNA与之结合的序列3’端上游部分片段不能被识别，阻止了细菌合成蛋白质的初始翻译阶段，进而达到抑菌目的。噁唑烷酮类抗菌药物对革兰氏阳性菌，特别是多重耐药的革兰氏阳性菌，具有较强的抗菌活性。最具代表性以及应用最广泛的药物为利奈唑胺（Linezolid），研究表明，利奈唑胺抑制细菌蛋白质合成，与50S亚基的23S亚基结合而阻止70S核糖体复合物的形成，从而妨碍蛋白质合成的起始过程。即使70S核糖体复合物已经形成，细菌与噁唑烷酮类药物结合后又可阻碍肽链从A位点到P位点的转移，进而抑制细菌蛋白质的合成。之所以噁唑烷酮类与其他类别抗菌药物不存在交叉耐药的现象，是因为其他抗菌药物与噁唑烷酮类抑制细菌蛋白质合成的作用靶点不同。比如说，氯霉素等肽酰转移酶抑制剂是通过与核糖体50S亚基结合，抑制肽酰转移酶，进而阻断肽链增长，抑制细菌蛋白质合成；氨基糖苷类、四环素类等抗生素则是作用于蛋白质合成的肽链延伸阶段，因此，噁唑烷酮类抗菌药物与其他抗菌药物具有不同的作用靶点和作用方式，不易于跟其他类别的抗菌药物产生交叉性耐药。细菌的耐药性细菌耐药性现状20世纪20年代，英国细菌学家弗莱明在偶然的情况下发现了首个抗生素——青霉素，而当他在40年代接受《纽约时报》的采访时，就提到了要谨慎使用青霉素并且警示青霉素滥用所诱导产生的耐药菌株。（参考文献ThePracticeofMedicinalChemistry）不得不说的是，抗菌药物的出现，确实拯救了无数遭受细菌感染痛苦的人们，并一定程度上延长了人类的寿命。但是，总有一些细菌杀不死，总有一些细菌通过改变自身（改变细胞膜的通透性阻滞抗菌药物进入、改变药物作用靶点的结构或改变细菌原有的代谢过程）或分泌产生某些使药物失活的酶来降低乃至去除抗菌药物对自身的敏感性，从而保护自己不被抗菌药物所侵害杀灭。细菌的这种能力就是耐药性（ResistancetoDrug），或者说抗药性。然而，细菌们不仅仅只是在种内遗传、互相传播这种耐药性，而且还能与同在一个生存环境下的其他细菌共享耐药基因，这就严重降低了相应抗菌药物的效力，不仅影响患者治疗效果，还会增加治疗难度。报道显示，20世纪初，抗菌药物刚出现时，一种抗菌药连续使用20年才会产生耐药性；但到了80年代，这个周期缩短为10年；而如今，只有2年。另外，1941年用2万单位的青霉素就能控制的感染，也逐步上升到用20万、100万乃至更高的单位才能控制得住。细菌耐药性的产生与发展速度之快、传播范围之广，不禁令人震惊。虽然目前应用于临床的抗菌药物已不下200种，而且仍以平均每年10种以上的速度在增长，但是抗菌药物的研究与开发速度却远远跟不上细菌的耐药速度。当长期应用抗菌药物时，大多数的敏感菌株不断被杀灭，耐药菌株就大量繁殖，代替敏感菌株，而使细菌对该种药物的耐药率不断升高。抗菌药物发现时间临床使用时间耐药性发生时间青霉素193819431940链霉素194419471947,1956四环素194819521956红霉素195219551956万古霉素195619721986庆大霉素196319671970细菌耐药性分类细菌的耐药性按照来源可以划分为两类：固有耐药性（IntrinsicResistance）和获得性耐药性（AcquiredResistance）。固有耐药性，也称天然耐药性，是绝大多数细菌与生俱来的“天赋技能”，它的存在与否与抗菌药物没有关系，是一种抗菌药的天然谱，由特定菌株自然编码与表达，是染色体的基因决定的，一般情况下会很稳定不会改变，可以世代相传，是由于细菌自身缺乏特定抗菌药物的作用靶点，亦或是细菌的膜结构会对某些抗菌药物产生屏障，阻碍药物进入发挥作用，只要是这种细菌都有这种耐药性，譬如说革兰氏阴性菌天生就对青霉素不敏感；而铜绿假单细胞则天然对很多抗生素都耐受。但是一般一种细菌最多只对两种相似药物表现出固有耐药性。在自然界以及临床上最重要以及最常见的耐药性还是获得性耐药性。获得性耐药性，也称选择性耐药性，是细菌与抗菌药物反复接触后，由于其生存代谢途径发生变化而引起对药物的敏感性降低或消失。如金黄色葡萄球菌与β-内酰胺类抗菌药物接触后分泌β-内酰胺酶而对该类药物产生耐药性。这种耐药性包括由质粒介导的耐药性和由染色体介导的耐药性，是细菌后天通过一些途径学习得到的技能，同一种细菌未必都有，但是可以互相“学习”获得，甚至可以从其他种类的细菌身上“学习”获得并世代相传，变成固有耐药性。这个特性才是让我们原本有效的抗生素起不到效果的关键所在。细菌的耐药机制人类为了生存，不断研制出新型抗菌药物来对抗致病微生物，而细菌等微生物为了生存，则会慢慢适应这种药物环境，并不断地自我产生变异，形成新的更强大的细菌，以此循环往复。甚至出现多重耐药菌，即一种细菌同时对三类或三类以上抗菌药物表现为耐药。事实上，细菌耐药是自然现象，耐药菌的出现也是理所当然。有理论认为细菌耐药是细菌适应环境以及基因突变的结果，并可以凭借结合、转导、转化等途径，将这种保护自己不被抗菌药物所侵害杀灭的能力从耐药菌株传给敏感菌株。那么，细菌是如何产生耐药性的呢？这其中就涉及到阻止抗菌药物进入细胞，或者降低甚至消除抗菌药物的抗菌活性。事实上，细菌对抗抗菌药物，不仅仅是通过单一的作用机制发挥耐药作用，而更多的是同时联合利用几种不同耐药机制共同对抗一种抗菌药物，达到更好的耐药效果。所谓耐药机制可以分为以下几点：抗菌药物作用靶点结构的改变药物作用靶点即为药物与机体生物大分子的结合位点。药物作用靶点就涉及到受体（大多为靶蛋白）、核酸、酶、转运体、离子通道、免疫系统等。比如说，酶是由机体细胞产生的一类高度专一，而且具有催化活性的特殊蛋白质。酶一旦参与疾病发病的过程，机体就会在酶的催化下产生一些病理反应介质或调控因子，因此酶成为一类重要的药物作用靶点。药物以酶为作用靶点，对酶产生抑制、诱导、激活或复活的作用。靶酶结构的变化会使得该类抗菌药物的活性降低或者活性彻底消失。例如，在肺炎链球菌中，二氨叶酸还原酶中单一氨基酸的突变（Ile-100变为Leu-100）会使得该细菌对甲氧苄啶不敏感；细菌中的DNA旋转酶和拓扑异构酶IV结构的改变是喹诺酮类药物抗菌活性降低的重要原因，该酶中单一氨基酸的改变可能会使细菌产生较低的耐药性，多个氨基酸的改变则可能会产生高度的耐药性，甚至产生喹诺酮类药物的交叉耐药性。还有，以核酸为作用靶点的抗菌药物也有很多，核酸药物是指在核酸水平上发挥作用的药物。如利福平、利福定和利福喷丁等利福霉素类抗生素，作用机制是影响RNA的合成;以及喹诺酮类抗菌药如环丙沙星、氧氟沙星等，作用机制是阻断DNA合成。干扰或阻断细菌等微生物核酸的合成，就能有效的抑制或杀灭细菌。同样的，若是细菌通过编码基因突变改变了自身的核酸，降低了与抗菌药物结合的效率，那么我们对应的以核酸为作用靶点的抗菌药物将会失去作用。另外，细胞内膜上与抗菌药物结合部位的靶蛋白被改变了，抗菌药物的亲和力随之降低，使抗菌药物不能与其结合，从而导致抗菌药物无法发挥药效。例如由于细菌关键部位上蛋白一个氨基酸的突变（D-Ala-D-Ala改变为D-Ala-D-Lac），万古霉素与细菌作用靶点的结合作用降低，细菌产生耐药性；细菌与抗菌药物接触之后产生一种新的原来敏感菌没有的靶蛋白，使抗生素不能与新的靶蛋白结合，产生高度耐药。如耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）比敏感的金黄色葡萄球菌的青霉素结合蛋白组成多个青霉素结合蛋白2a（PBP2a）；靶蛋白数量的增加，即使药物存在时仍有足够量的靶蛋白可以维持细菌的正常功能和形态，导致细菌继续生长、繁殖，从而对抗抗菌药物产生耐药。如肠球菌对β-内酰胺类的耐药性是既产生β-内酰胺酶又增加青霉素结合蛋白的量，同时降低青霉素结合与抗生素的亲和力，形成多重耐药机制。细菌外膜通透性的降低细菌能够通过降低其外膜的通透性，减少抗菌药物的摄入量，从而减少抗菌药物对自身的侵害。这种机制常见于革兰氏阴性菌，因为它的外膜结构中存在多种营养物质和亲水性抗菌药物通道的孔蛋白结构，细菌可以通过自身突变导致孔蛋白结构或者数量改变，进一步影响了抗菌药物进入细胞的渗透性。这也是喹诺酮类抗菌药物活性降低的原因之一。此外，很多广谱抗菌药都对铜绿假单胞菌（P.Aeruginosa，原称绿脓杆菌）作用很弱或无效，主要是抗菌药物被抵挡在铜绿假单胞菌菌体外，不能进入细菌内部，故而产生天然耐药。细菌接触抗菌药物后，可以通过调节其外膜上高渗透性通道蛋白（porin）性质和数量来降低细菌的膜通透性而产生获得性耐药性。正常情况下细菌外膜的通道蛋白以OmpF（外膜蛋白F）和OmpC（外膜蛋白C）组成非特异性跨膜通道，允许抗生素等药物分子进入菌体，当细菌多次接触抗生素后，菌株发生突变，产生OmpF蛋白的结构基因失活而发生障碍，引起OmpF通道蛋白丢失，导致喹诺酮类、β-内酰胺类等抗菌药物进入菌体内减少。在铜绿假单胞菌还存在特异的OprD蛋白通道，该通道晕粗亚胺培南通过进入菌体，而当该蛋白通道丢失时，同样产生特异性耐药。值得注意的是，该机制容易导致细菌的交叉耐药性，例如细菌对β-内酰胺类和哇诺酮类抗菌药物的交叉耐药。抗菌药物的灭活酶促反应。细菌对抗菌药物产生的灭活酶促反应是耐药性产生的最重要机制之一，细菌能够产生破坏药物结构的灭活酶或者钝化酶，通过修饰作用或水解作用来破坏药物发挥作用的结构，使药物抗菌活性减弱或丧失，主要包括β-内酰胺酶、红霉素类钝化酶、氯霉素乙酰转移酶等。这些灭活酶可由质粒或者染色体基因表达。例如：由染色体或质粒介导的β-内酰胺酶，对β-内酰胺类抗菌药物耐药，使β-内酰胺环裂解而使该类抗菌药物丧失抗菌作用；由质粒介导合成的氨基苷类抗菌药物钝化酶：细菌在接触到氨基苷类抗菌药物后产生钝化酶，使后者失去抗菌作用，常见的氨基苷类钝化酶有磷酸化酶、乙酰化酶和腺苷化酶，可以将磷酰基、乙酰基和腺苷酰基连接到氨基苷类的氨基或羟基上，使氨基苷类的结构改变而失去抗菌活性；其他酶类：细菌可产生氯霉素乙酰转移酶灭活氯霉素；产生酯酶灭活大环内酯类抗生素；金黄色葡糖球菌产生核苷转移酶灭活林可霉素。细菌对抗菌药物的外排细菌细胞膜上的蛋白能够以主动转运的方式将细胞内的抗菌药物选择性或非选择性地泵出细菌细胞外，从而使细菌细胞内药物浓度降低，细菌得以存活。这是一个细菌的免疫保护机制，阻止自己被抗菌药物杀死。这是喹诺酮类药物活性降低的主要原因之一。金黄色葡萄球菌的NorA外排泵能够清除喹诺酮类结构的药物，降低其有效浓度，从而影响其抗菌活性。由于这种主动流出系统的存在及它对抗菌药物选择性的特点，这种耐药机制多出现在多重耐药现象中，如大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、铜绿假单胞菌、空肠弯曲杆菌对四环素、肠杆菌耐氯霉素、葡萄球菌耐大环内酯和链阳菌素类药物及肺炎链球菌耐氟喹诺酮类药物等产生多重耐药。细菌的流出系统由蛋白质组成，主要为膜蛋白。主要由三个蛋白组成，即转运子（effluxtransporter）、附加蛋白（accessoryprotein）和外膜蛋白（outermembranechannel），三者缺一不可，又称三联外排系统。外膜蛋白类似于通道蛋白，位于外膜（G-菌）或细胞壁（G+菌），是药物被泵出细胞的外膜通道。附加蛋白位于转运子与外膜蛋白之间，起桥梁作用，转运子位于胞浆膜，它起着泵的作用。细菌形成生物膜生物被膜是指细菌粘附于固体或有机腔道表面,形成微菌落,并分泌多糖基质、纤维蛋白、脂质蛋白等，将其自身包裹其中而形成的大量细菌聚集膜状物。细菌在与抗生素的作用过程中，能够形成生物被膜，它不仅可作为分子屏障和电荷屏障影响抗菌药物的渗入，而且可以通过阻断氧气和营养物质在胞内和胞外的运输，降低菌体细胞基础代谢率，从而增强其耐药性。例如，铜绿假单胞杆菌在抗生素存在的条件下，自身极易形成生物被膜，从而影响各种抗菌药物发挥作用。细菌的生物膜耐药机制可以分为：一是抑制抗菌药物进入到生物膜部位。主要是因为构成生物膜的胞外基质本身具有较高的极性，是一道天然屏障。例如在生理pH条件下绿脓杆菌产生的胞外基质可以排斥一些含有氨基的糖苷类抗生素，二是生物膜自身结构复杂。例如β-内酰胺类抗生素可以抑制细菌细胞壁的合成达到杀灭细菌的目的，但在生物膜内增殖缓慢的细菌不会受到抗菌药物的影响。当细菌以生物被膜形式存在时耐药性明显增强(ro一1000倍)，抗菌药物不能有效清除细菌，还可诱导耐药性产生。抗菌药物的新靶点FtsZ报道显示，从1995年至今，只有20多个新的抗菌药物被批准上市，其中只有两个全新的结构（达托霉素和利奈唑胺）（10-），对于新结构抗菌药物的研究似乎进入了瓶颈期。当下，为了解决日益严峻的细菌耐药性问题，除了严格规范抗菌药物的使用之外，研究与开发新型抗菌靶点也成为全球科学家关注的焦点。细菌细胞分裂是细菌生长繁殖中非常重要的一个环节，而研究发现，一种名为细丝温度敏感蛋白Z（Filamentoustemperature-sensitiveproteinZ,FtsZ）的细胞分裂蛋白在细菌细胞分裂过程中起着非常重要的作用，被认为是在所有潜在新型抗菌药物靶点中最具研发前景的一个（1-26），并且有越来越多的研究者致力于研究作用于该靶点的抗菌化合物。目前已经有多种FtsZ抑制剂被合成出来，但遗憾的是，由于这些抑制剂大部分都存在药代动力学特性差、体内抗菌活性低、抗菌谱过窄等缺点，所以目前临床上还没有FtsZ抑制剂进入临床研究（1-40）。FtsZ结构在细菌细胞分裂过程中，任何影响FtsZ功能的因素都会导致细胞分裂的失败，进而造成细胞的裂解死亡。FtsZ是一类由ftsz基因编码的结构高度保守，不容易发生变异，并且具有鸟苷三磷酸（GTP）酶活性的细菌分裂必需蛋白。这是第一个被鉴定出的原核细胞骨架蛋白。FtsZ作为细菌细胞分裂中的起始蛋白，广泛分布于所有细菌和古细菌以及一些真核生物的线粒体和叶绿体中，它们都使用FtsZ进行分裂。FtsZ是一个有着40kDa分子量的蛋白，其结构可划分为三个部分：具有催化活性的N-末端结构域，含有核苷酸的结合位点并由S1-S6链和H1-H6螺旋组成；具有不同延伸结构的C-末端结构域，由S7-S10链和H8-H10螺旋组成；两个结构域之间则通过中央核心的H7螺旋与H5螺旋联系在一起。具有催化活性的N末端结构域中有一个核苷酸结合口袋，比较保守，很少有变化；而C末端结构域中有一个GTP酶活化区，相对灵活，有些变化是可以被检测到的。FtsZ是介导细菌细胞分裂的关键蛋白，与微管蛋白有很大的相似性：FtsZ的一小段氨基酸序列片段GGGTGTG与微管蛋白的(G/A)GGTGSG非常相似。另外FtsZ蛋白和微管蛋白的也有一个相同的折叠（由一个α螺旋连接的两个结构域而组成），都具有自激活的GTP酶活性，而且都能与GTP结合并发生自聚合。但FtsZ与微管蛋白在蛋白水平上、核苷酸的结合模式上、蛋白组成上以及形成聚合体的连接方式上还是存在较大的差异（22-40-44），因此为开发选择性地作用于细菌细胞分裂蛋白FtsZ，且同时对真核细胞微管蛋白无影响的抗菌药物提供了条件，很有可能可以设计出选择性作用于细菌FtsZ而不干扰宿主细胞的抑制剂。Z环的形成在细菌细胞分裂过程中，与鸟苷三磷酸（GTP）结合的FtsZ首先聚集到细胞中央，开始聚合过程，聚合产生的化合物会向两边双向延长，在细胞中央组装聚合形成一个高度动态的螺旋结构，称为Z环（22-39,44,47-49）。Z环的形成是细菌细胞二分裂过程中不可缺少的关键步骤。Z环的形成有着严格的时间限定：细菌一旦完成复制，随即开始聚合形成Z环。Z环一旦形成，细菌二分裂的平面也就确定了。在聚合形成Z环过程中，它会开始招募处于下游的其它至少12种细菌细胞分裂必需蛋白，形成细菌分裂蛋白复合物，同时，该分裂复合物的形成也促进了细胞膜的收缩，细胞开始向中央凹陷形成隔膜，进而形成两个细菌子细胞。报告显示，在细菌二分裂的过程中，Z环是一个高度动态的结构，Z环上至多聚合了30%的FtsZ单体，其余的FtsZ单体全都分散在细胞质当中。在细菌分裂后期，形成两个细菌子细胞时，Z环最终解聚形成FtsZ单体分散到细胞质中，细胞质中的FtsZ单体与Z环上的FtsZ单体始终处于一个动态的交换状态。这一过程在细菌细胞进行二分裂时反复循环着。（1-40）。有研究称，GTP对于Z环的形成必不可少。FtsZ具有鸟苷三磷酸酶（GTPase）活性，能够在Z环形成的过程中，催化鸟苷三磷酸水解形成鸟苷二磷酸（GDP），并释放能量，这些能量就用于Z环的形成、收缩和解聚。另外，对于Z环的收缩和解聚，GDP也能起到一定的调控作用，当Z环上的GDP浓度升高并达到一定值时，会导致Z环收缩并最终解聚。（1-40,43）对于Z环的形成，FtsZ的动态组装也起着举足轻重的时空调控作用（1-45）。一旦FtsZ的动力学组装或者GTPase活性受到抑制时，Z环就无法形成，这时候即使细菌细胞中的DNA复制和拟核分裂等过程均正常进行，细菌仍然无法进行正常的二分裂，只能无意义的持续延长或者变大，形成狭长的丝状结构，最终导致细菌裂解死亡。因此，只要抑制FtsZ的活性，细菌就无法进行正常的二分裂，最终裂解死亡。FtsZ抑制剂FtsZ作为细菌分裂过程中不可或缺的蛋白，目前，研究新型抗菌药物的主要手段之一就是研究靶向FtsZ的抑制剂。尽管研究靶向FtsZ抑制剂，会比现有的已经广泛研究的其他抗菌靶点研发出新的抗菌药物要相对难得的多，但是，以FtsZ为靶点研发出来的新型抗菌药物的抗菌活性会相对较高、抗菌谱也会相对较广。更为主要的是，由于FtsZ结构高度保守并且具有必不可少的功能性，细菌等微生物在短时间内难以对FtsZ抑制剂产生耐药性，所以，FtsZ抑制剂一旦上市，就能够解决在很长一段时间内细菌日益增加的耐药性问题。目前，有多种FtsZ抑制剂已经被国内外的研究者发现并合成出来了，对于普通致病菌以及耐药菌来说，这些FtsZ抑制剂都能够呈现出较好的体外抗菌活性。按照來源，这些抑制剂可以划分为天然化合物和全合成化合物。遗憾的是，尽管FtsZ是一种优良的抗菌药物研发靶点，目前FtsZ抑制剂还没有进入临床研究，也没有作为药物上市，但许多FtsZ抑制剂的作用靶点和疗效已经得到了证实，在许多实验室研究中也取得了很大进展。天然化合物众所周知，天然产物种类繁多而且结构各异，既有分子量较大的活性大分子也有分子量较小的活性小分子。所以最初在很长一段时间内，研究者致力于从微生物和陆地植物中提取活性化合物，进而研究开发抗菌药物，而这些天然产物在人类对抗细菌过程中也发挥了巨大的贡献。绿垂毒素绿垂毒素（Viriditoxin）来源于绿垂曲霉（Aspergillusviridinutans），可以通过利用FtsZT65C-荧光素聚合实验高通量筛选10万种以上的微生物发醇液和植物提取物而得到。它能够很好的阻碍FtsZ聚合（IC50=8.2μg/ml）并使FtsZ失去GTPase活性（IC50=7.0μg/ml），进而发挥抗菌作用，而对真核细胞没有抑制效应，是一种活性非常高的FtsZ特异性抑制剂。绿垂毒素对临床上很多的敏感及耐药的革兰氏阳性菌都表现出较强的抗菌活性，例如金黄色葡萄球菌、屎肠球菌、肺炎链球菌和粪肠球菌（MICs=2-32μg/ml）。绿垂毒素的药代动力学特性可能存在一些不足，本身也可能不适合作药物，但绿垂毒素作为一个重要的抑制剂，可以作为先导化合物进行结构优化或者作为重要的工具进行药物研发和细胞分裂领域的生物研究。姜黄素姜黄素（Curcumin）是一种从姜黄（Curcumalonga）根茎中提取的膳食多酚类天然化合物，在印度和东南亚多被长期广泛的用作香料和着色剂。有研究称，姜黄素不仅具有抗氧化、抗癌、抗菌活性，而且还能与微管蛋白结合破坏微管的稳定从而表现出一定的抗増殖活性（2-23）。姜黄素对于很多革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌均具有广谱的抗菌活性，但抗菌作用不是很强。但对于枯草芽孢杆菌168（IC50=17μM）和大肠杆菌K12MG1655（IC50=58μM）都表现出明显的抑制作用。但是，在作用机理上，姜黄素与其它的FtsZ抑制剂还是有很大不同的：姜黄素是通过增加FtsZ蛋白的GTP酶活性，使FtsZ聚合物变得极度不稳定，从而妨碍FtsZ的动态组装，抑制Z环的形成，进而发挥抗菌作用。这是因为GTP-FtsZ比GDP-FtsZ更稳定，GTP水解率的增加使FtsZ原丝的稳定性降低。另外，姜黄素也千扰FtsZ的二级结构，进一步降低了FtsZ原丝的稳定性。姜黄素最大的缺点就是生物利用度较差，另外它对哺乳动物细胞微管蛋白的活性和功能也有影响。可以通过对姜黄素进行结构修饰来克服这两点缺点。（1-70）小檗碱小檗碱（Berberine）,又称黄连素，是一种天然的植物季铵盐生物碱，来源于多种小檗碱植物（Berberis）。它能够抑制许多的革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的生长和繁殖（22-131,132），比如大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、蜡样芽胞杆菌和枯草芽孢杆菌等，但对革兰氏阳性菌的抑制效果会好一些（15-41）。虽然小檗碱对于微管蛋白没有抑制作用，但是由于其具有抗菌、消炎、抗病毒、抗肿癌、降血压及降血糖等多种生物活性，所以被认为是不同蛋白质的混杂抑制剂。小檗碱是最近发现的FtsZ抑制剂，它与FtsZ上核苷酸结合区域上的疏水性中心有非常高的亲和力，能够通过与之结合，来抑制FtsZ动态组装（IC50=10±2.5μM）、抑制GTP酶的活性（IC50=16.01±5μM）并导致Z环的分解（1-69），进而发挥抗菌作用。血根碱和白屈菜赤碱血根碱（Sanguinarine）是一种结构与小檗碱类似的苯并菲啶类生物碱，它是从天然产物血根草（Sanguinariacanadensis）的根茎中提取得到的，具有多种生物活性，如抗炎活性、抗氧化活性、抗微生物活性及抗多种癌细胞的活性（22-139-147），它最初的应用是抑制肿瘤细胞的增殖和抑制牙菌斑的生成。研究表明，血根碱对于革兰氏阴性菌及革兰氏阳性菌均有中等程度的广谱抗菌抑制作用，（15-37）。血根碱可以使枯草芽孢杆菌（IC50=1.0±0.3μg/ml）和大肠杆菌（IC50=4.6±0.8μg/ml）的长度延长并且对细菌DNA的复制和类核分裂无影响（15-38,39）。血根碱能诱导阻碍FtsZ原丝之间的横向相互作用并抑制FtsZ聚合，从而减少FtsZ束的数量，抑制Z环形成，进而发挥抗菌作用。然而，它的不足之处在于它对真核细胞中的微管蛋白也有轻微的抑制作用，对哺乳动物细胞会表现出毒副作用（15-39）。白屈菜赤碱（Chelerythrine）来源于天然药用植物白屈菜（Chelidoniummajus），在结构上与生物活性上跟血根碱都十分类似，对这两种生物碱的结构进行修饰改造，降低对哺乳动物的毒性作用，很有可能开发出新型抗菌药物。肉桂醛肉桂醛（Cinnamaldehyde,3-苯基-2-丙烯醛），是从香料肉桂（Cinnamomumcassia）枝干皮中提取的天然产物，对许多的细菌、真菌以及病毒都有作用。实验结果显示，肉桂醛对于枯草芽孢杆菌（IC50=0.5μg/ml）、大肠杆菌（IC50=0.1μg/ml）和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（IC50=0.25μg/ml）均表现出较好的抗菌活性。它能够与FtsZ蛋白C末端区域的T7环上的肉桂醛结合位点结合，改变FtsZ的空间构象，从而抑制FtsZ的动态组装，并FtsZ使失去GTPase活性，阻碍Z环的形成，进而发挥抗菌作用。（1-68）即使肉桂醛不太稳定，抗菌活性也不是很好，它也可以作为先导化合物通过结构修饰改造，成为更稳定、活性更好的新型抗菌药物。桃拓酚桃拓酚（Totarol）是一种天然二萜酚类化合物,来源于针叶树桃陀罗汉松（Podocarpustotara）（15-51）。桃拓酚是一种高选择性作用于FtsZ蛋白的抗菌化合物，对于革兰氏阳性菌，它能表现出很好的抗菌活性，比如结合分枝杆菌、枯草芽孢杆菌、痤疮丙酸杆菌（Propionibacteriumacnes）和变异链球菌（Streptococcusmutans），然而它对革兰巧阴性菌却几乎不表现抗菌活性。它通过扰乱FtsZ的装配动力学，抑制GTPase活性，阻止Z环形成，抑制细菌细胞的二分裂从而抑制细菌的增殖生长。并且在免疫荧光显微分析中，桃拓酚对于哺乳动物细胞的微管蛋白并没有杀伤力。（15-52）目前，通过桃拓酚的结构修饰改造出来的产物较少，现在桃拓酚已经能用化学方法合成了，如果对其结构进行进一步的优化，很有希望能够得到活性更好的靶向FtsZ抑制剂。Chrysophaentins尽人皆知，海洋天然产物不仅资源丰富，而且结构新颖，抗菌活性相对较强。很多研究者都在探索海洋天然产物的道路上，Chrysophaentins就是Plaza等人（15-59）探索的结果。ChrysophaentinA-H是一类卤代多氧双二芳基丁烯大环类新颖天然产物，来源于海洋蓝藻（Chrysophaeumtaylori）。这8个天然产物的结构骨架是一样的，其中，ChrysophaentinA的抗菌活性最高，对很多致病微生物都有很强的抑制活性，尤其是对多种敏感型或耐药型革兰氏阳性菌。比如MRSA（MIC50=1.54±0.7μg/ml）、MDRSA（MIC50=1.3±0.4μg/ml）和VRE（MIC50=2.9±0.8μg/ml）等。ChrysophaentinA的作用机制为：通过与GTP竞争，结合到FtsZ上的GTP结合位点，来抑制FtsZGTPase的活性，以及GTP诱导FtsZ原丝的形成，以此发挥抗菌作用。而结果表明，ChrysophaentinA对哺乳动物的微管蛋白抗菌作用微乎其微。紫杉烷类紫杉烷类（Taxanes）是一种天然产物，来源于稀有树木紫衫。紫杉烷类也是一类微管蛋白抑制剂，目前是全球销量最大的抗肿瘤药物之一。它抗癌的作用机制是促进微管蛋白的组装，使微管过度稳定从而阻止其发生动态学变化，进而诱导肿瘤细胞调亡。为了寻找新型FtsZ抑制剂，研究者根据FtsZ与微管蛋白结构上和功能上的相似性，以紫杉酚为先导化合物，研究合成了一系列紫杉烷类衍生物。经研究发现，这些衍生物对FtsZ的靶向作用比同源的微管蛋白还要优先，并且紫杉烷多环核心的完整性基本上也都被这些化合物保持下来了。其中某些衍生物对结核分枝杆菌表现出显著的抗菌活性（1-62）（包括敏感菌和耐药菌，其MIC50值均在1.25到2.5之间），能够显著抑制FtsZ的活性，使结核分枝杆菌的形态无意义延长并出现致死性光丝化现象。紫杉烷类化合物的不足之处在于抗菌活性普遍较低，而且对微管蛋白的抑制作用较强，可以通过对其结构进行修饰改造，开发具备更强抗菌活性和靶向性的衍生物。全合成化合物虽然在天然产物中已经发现了几种有开发意义的FtsZ抑制剂，但是由于看中了全合成FtsZ抑制剂的广阔研发前景，研究者们进而将研究方向转向了靶向抑制FtsZ的全合成化合物的研究。而一些代表性的FtsZ抑制剂己经被合成出来了。苯并咪唑衍生物研究表明，阿苯达唑（Albendazole）、2-甲基苯并咪唑（2-Methylbenzimidazole）和噻苯咪唑（Thiabendazol）均具有驱虫和杀菌的作用，并且，这三个化合物都能抑制微管蛋白聚合或组装成微管。科学家们在研究中发现噻苯咪唑和2-甲基苯并咪唑在抑制蓝藻细菌和大肠杆菌时可使它们的细胞延长（3-90）。随后，(3-91)又有研究发现阿苯达唑（MIC在15.9-31.8μg/ml范围内）和噻苯咪唑（MIC在16.1-32.2μg/ml范围内）可以抑制结核分枝杆茜的生长繁殖，并且能够通过影响FtsZ的动态组装和细菌细胞隔膜的形成而扰乱和延长胞质分裂过程，导致细胞延长。事实上，这些化合物均能抑制FtsZ活性，它们的作用机制类似于姜黄素：通过提高GTP酶水解的速率来降低FtsZ原丝的稳定性，从而抑制FtsZ的动态组装，进而发挥抗菌作用，并且对细菌细胞没有明显的毒性。3-MBA及其衍生物3-MBA（3-甲氧基苯甲酰胺，3-Methoxybenzamide）是一种ADP-核糖转移酶抑制剂，它能够抑制多种金黄色葡萄球菌及枯草芽孢杆菌细胞的分裂，导致细胞变长并产生致死性光丝化现象（3-101），但是抗菌活性比较弱，其MIC值范围在2048-4096μg/ml内。3-MBA的耐药突变体遗传分析结果表明，3-MBA很容易进入细胞，而且和FtsZ结合效率高，它的主要作用靶点是涉及FtsZ蛋白的细胞分裂系统。（3-102,103）当FtsZ蛋白发生变异时，枯草芽孢杆菌就会对3-MBA蛋白产生耐药性，3-MBA衍生物的抗菌活性就会降低或者完全丧失，由此推断3-MBA的衍生物作用于FtsZ靶点并抑制FtsZ的活性（1-85，87）。喹啉及其衍生物喹啉（Quinoline），也称苯并吡啶、氮杂萘，是由一个苯环和一个吡啶环稠合而成的一种杂环芳香性有机化合物，它同时拥有苯和吡啶的化学性质，既可以在吡啶环上发生亲核取代，又可以在苯环上发生亲电取代，喹啉有一个异构体——异喹啉（Isoquinoline）。喹啉及其衍生物分子结构中的吡啶环，上面的氮原子，有一对未成对电子，很容易被氧化成氮-氧化物。由于喹啉具有特殊的生理活性、药理活性和光学性能，喹啉及其衍生物在农药、医药和材料等方面有着广泛的应用（26-34），因此引起了研究者们的极大兴趣。前面已经介绍，小檗碱和血根碱是能够抑制FtsZ的两种结构类似的天然生物碱，前者具有二苯并喹嗪结构，后者则有苯并菲啶结构。研究者们为探索以上两种结构某些位置上加入不同取代基的影响，合成了许多二苯并喹嗪和苯并菲啶衍生物（3-108,109）。结果表明，5-甲基苯并菲啶结构1-位及二苯并喹嗪结构2-位连接上各种疏水性官能团均可明显提高化合物的抗菌活性。3-苯基异喹啉是一种喹啉的衍生物，正是上述这两种结构中的一个亚结构，Kelley等人对合成的3-苯基异喹啉类化合物也进行了粪肠球菌和金黄色葡萄球菌的抗菌活性测试，对于MRSA和VRE这两种菌，许多化合物都表现出较好的抗菌活性（3-110,111）。用来测试靶向性的化合物表现出的作用为：稳定FtsZ聚合物以及抑制GTP酶活性。其毒理学评价的结果显示，这些化合物对人类细胞没有影响。不久后，不同的苯基萘类衍生物也被合成出来（3-112）。其中，多数化合物表现了显著的抗菌活性，抑制细菌FtsZ的聚合，并且与哺乳动物微管蛋白没有出现明显的交叉反应。该类化合物对各种阳性菌均表现出中等程度的抗菌活性，且对微管蛋白的聚合无影响，是一类非常有研究意义、可以继续探究的母体结构（15-40）。目标化合物设计设计背景随着抗菌药物的长期广泛使用，细菌耐药性也在逐渐増加，如今威胁着全球公共健康的又一大难题是耐药菌引起的细菌感染。传统获得有效抗菌药物方法是通过对已有的抗菌药物进行结构的修饰和改造，现在实行起来已经变得十分困难。目前主要是寻找新型抗菌药物作用靶点来开发抗菌药物。近年来，研究者们已经找到了许多新的抗菌药物作用靶点，比如维生素H蛋白连接酶、细菌RNA聚合酶、双组分信号转导系统、氢化酶和细丝温度敏感蛋白Z（FtsZ）等。新型抗菌药物靶点与已有的临床药物靴点不同的是：新型抗菌药物靶点抑制剂与现有的临床抗菌药物不容易产生严重的交叉耐药现象，这些新型抗菌药物靶点在开发新药的领域上具有重要的价值。靶点选择细菌生长繁殖都必须经过细菌的二分裂，其中就有多个高度保守的分裂必需蛋白参与细菌二分裂的过程（1-41,42）。这些分裂必需蛋白只特异性存在于细菌中，而不存在于哺乳动物中。所以，现如今非常有希望的抗菌途径之一就是抑制细菌的二分裂。目前，人们对细菌分裂必需蛋白的研究主要集中在FtsZ上，由于FtsZ蛋白作为抗菌药物靶点尚未被充分开发，其抑制剂与现有临床药物之间可能不会产生较强的交叉耐药性，所以许多科研工作者都认为这是一个非常有研发前途的抗菌药物作用靶点。（1-40,48）FtsZ的优势有很多：第一，序列的高度保守性。FtsZ是所有细菌分裂必需蛋白中保守性最高的（1-49），并且对于任何的致病菌，FtsZ都表现出高度保守不易发生变异。另外，FtsZ在不同菌种中的三维空间结构相近性非常高（1-48）；第二，广泛存在性。研究显示，FtsZ广泛存在于多种细菌中，大约有850种，包括临床上常见的致病菌：生殖器支原体、脑膜炎奈瑟球菌、葡萄球菌属和结核分枝杆菌等。（1-40,42）由于FtsZ的广泛存在性，FtsZ抑制剂有可能开发出广谱抗菌药物；第三，特异性。虽然FtsZ与哺乳动物的微管蛋白有同源性，但是仅仅是有限的序列存在相似片段（15-96），有研究表明，FtsZ和微管蛋白在结构和功能上都有它们各自的特点，有很大不同。对于哺乳动物细胞的微管蛋白，许多FtsZ抑制剂都没有抑制作用（1-40,52）；第四，必不可少性。FtsZ是在细菌细胞二分裂过程中的起始蛋白，发挥着核心作用，可以说是最重要的分裂必需蛋白。对于绝大多数致病微生物的生长和繁殖来说，FtsZ是必不可少的，这个作用靶点的活性只要稍微被抑制，就会导致细菌细胞的凋亡或者细胞毒性的迅速降低（1-40,41,47）；第五，药物容易到达FtsZ作用靶点。FtsZ广泛散布在细菌细胞质中，通过细菌细胞膜进入细胞的抗菌药物，遇到的阻碍较少，容易与FtsZ上的结合位点结合。另外，FtsZ和FtsZ的聚合物一般均由单体蛋白构成，三维空间结构比较稳定，也不容易发生翻转。设计思路尽管FtsZ被认为是一个极具潜力的抗菌药物作用靶点，但是由于研究者们研究FtsZ在抗菌方面的时间并不长，其作用机制还没有完全研究透彻，所以目前没有这一方面的药物被临床使用，仍需继续探索。前面提到，有实验表明，5-甲基苯并菲啶结构1-位及二苯并喹嗪结构2-位连接上各种疏水性官能团均可明显提高化合物的抗菌活性。而3-苯基异喹啉是一种喹啉的衍生物，也是上述这两种结构中的一个亚结构，也被实验证实对粪肠球菌和金黄色葡萄球菌有抗菌作用，可以稳定FtsZ聚合物以及抑制GTP酶活性。喹啉有着特殊的生理活性、药理活性和光学性能，是一类非常有研究意义、可以继续探究的母体结构。因此，本课题以2-甲基喹啉为母体，基于生物电子等排原理使喹啉上的N带上一个正电荷，并用不同的醛取代2位上的甲基，设计了一系列芳香乙烯类衍生物。芳香乙烯类衍生物的合成路线设计本论文的实验合成路线如下：备注：A——2-甲基喹啉B——碘化1,2-二甲基喹啉嗡C——怎么称呼？目标化合物的合成A→B：（甲基化）此反应需要加热使反应物成分沸腾，并且需要搅拌子不停搅拌，但是碘甲烷容易挥发损耗且容易受热分解成碘单质，影响产品纯度，所以该反应可以用适当沸腾温度或者在高压反应釜里面进行，来降低反应物的损失。反应过程中不断用薄层色谱来检验反应是否完全，恰好完全反应即可停止反应，以免反应时间过长会引入杂质。该反应伴随有颜色变化，体系由最初的浅黄色澄明溶液变紫黑色浑浊液，并不断有黄色固体析出，反应结束后需要加入大量的乙酸乙酯将固体析出完全，体系由紫黑色变为黄色。具体合成过程如下：具体步骤：称取1.0ml的化合物A（2-甲基喹啉）于100ml带有干净搅拌子的防爆瓶（作为高压反应釜）中，接着加入5.0ml的溶剂环丁砜（若室温较低使环丁砜凝固，还需加热使其融化成液体），超声使其充分混合，并在通风橱下加入稍过量碘甲烷1.2ml，将混合物放置于恒温磁力油浴锅中，60℃反应8小时后取出，冷却至室温，加入过量的乙酸乙酯，搅拌摇匀使黄色固体析出完全，减压抽滤并用乙酸乙酯再次洗涤，放入70℃恒温烘箱中烘干，得黄色固体粉末化合物B，经薄层色谱法检验，初步表明产物纯净。性能测试：（氢谱）B→C：（接醛）该反应高温容易引入杂质，所以常温搅拌即可。当反应一段时间可以发现溶液伴有颜色反应，并且在瓶壁上沾附有固体，此时为了使反应更充分，可以用超声波震荡仪将瓶壁上的固体重新溶解进溶液中继续反应