[发明专利]细菌群体感应的共价抑制

说明书

发明领域

本发明涉及细菌通讯的抑制剂、及其使用方法和制备方法。

发明背景

作为群体密度的函数，细菌之间的基因表达的化学协调(chemical coordination)是通过已知为“群体感应”(QS)的机制来调节。细胞间的通讯使得单细胞有机体能够协调它们的行为以适应改变的环境，允许其与多细胞有机体竞争及共存。由QS-控制的行为的实例包括生物膜的形成、毒力因子的表达、抗生素的产生及生物荧光的诱导。只有同时进行时，这些过程对细菌群体才是有益的。例如，由海洋细菌费氏弧菌(Vibrio fischeri)所产生的生物荧光对许多寄宿这种物种的有机体是有益的，但是只有在足够数量的细菌使其发光同步的时候。尽管已经发现了多种QS信号传导系统，在QS中所涉及的更多的蛋白和小分子仍有待描述(1-4)。

在细菌中QS的重要性及其对人类健康的影响是显著的，尤其是当认为，估计在成年人中的总微生物种群至少比哺乳动物细胞的数量多九倍时。仅胃肠道就含有500-1000种代表很大的遗传多样性的不同种类，且由于这些种类的大多数还未在体外培养，这个群体几乎还未表征。在协同重要过程方面，种内及种间的QS可很好地帮助这个共生群体，比如种群大小的维持及帮助或防止病原细菌的建群(5，6)。

QS由自诱导物(autoinducer)调节，根据共享的分子特征，自诱导物可分成几个类别(图1a，2-4)。超过70种的革兰氏阴性细菌采用N-酰基高丝氨酸内酯类(AHL)作为自诱导物，这个类别的QS信号内的差异出现在酰基侧链的长度与氧化状态方面。已表明来自不同种类的不同AHL在细菌感染中发挥着重要的作用。一个重要的实例是革兰氏阴性细菌，绿脓假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)。这种常见的环境微生物是一种条件性人病原体，例如，在患有囊性纤维化(CF，一种常见且致命的遗传性遗传疾病)的患者中是显著的，在该疾病中患者通常死于受损的肺防御功能。引起绿脓假单胞菌的发病机理及抗生素耐药性的一个重要因素在于其形成生物膜(微生物源的粘着到界面或相互粘着的固着细胞群)，占据胞外聚合物基体，并表现出在生长、基因表达及蛋白产生方面区别于浮游细胞的表型的能力。尽管生物膜的形成与特定的结构由不同QS系统(7)及其它因素比如环双-GMP来调节，已表明即使单一QS调节子的抑制可导致整体生物膜形成的显著降低。

在绿脓假单胞菌中的主要QS系统是通过3-氧代-C12-HSL的合成和分泌来调节的，当3-氧代-C12-HSL达到阈值浓度时，结合转录激活因子LasR。已提出，这种相互作用引起正确的折叠，之后二聚化且LasR二聚体结合到其靶DNA，导致基因表达。此外，已发现几个其他小分子在基因表达的调节中发挥着作用(例如，C4-HSL，PQS)，尽管由3-氧代-C12-HSL识别所发起的信号传导事件似乎处于QS序位(hierarchy)的上端(8-10)。由于其医学的重要性，在绿脓假单胞菌中的QS已被广泛研究。在这个领域中一个著名的突破性进展是伴随着LasR结合到其天然配体(3-氧代-C12-HSL)的晶体结构的测定而发生的，最近由BottomLey等报道(11)。

在最近几年，已经将QS信号传导的干预发展成战胜发病的新方法。几个小组已经鉴定出在绿脓假单胞菌中表现出显著抑制QS的化合物，尽管这些努力所得到的强效抑制剂的数量仍然很低。效力中等的抑制剂的实例及其IC₅₀值如表1b所示。

概述

背景技术未教导或表明充分有效的细菌通讯抑制剂、及其使用方法和制备方法。

通过提供细菌通讯的共价抑制剂及其使用方法和制备方法，本发明在至少某些实施方式中克服了这些背景技术的缺陷。抑制剂可任选地直接或间接地作用以抑制细菌通讯，且还可任选地作用于细菌通讯的任意阶段。

根据至少某些实施方式，这些抑制剂是包括反应性基团的抑制性化合物(小分子)，优选地是能与其靶蛋白的活性位点中的亲核体形成共价键且不与其它蛋白非特异性地相互作用的亲电体。反应性基团优选地连接到能与靶蛋白以允许反应性基团与亲核体相互作用并因此形成共价键的方式相互作用的部分上。这样的抑制剂优选地具有式A-B，其中A是亲电官能团且B是靶蛋白的天然配体或其一部分，使得抑制剂可与靶蛋白以如下方式相互作用，该方式使得A官能团能共价地结合到靶蛋白并因此抑制天然配体的结合。