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朱奎/沈建忠团队发现新型广谱抗菌增效剂

自青霉素发现以来,大量天然和合成型的抗菌药物被开发和使用,成为人类对抗细菌感染的有力武器。然而,由于抗菌药物的大规模、不合理使用加速了耐药性细菌的产生和传播,导致多种抗菌药物对细菌感染的疗效降低,甚至无效。为保障人类健康和畜牧业健康持续发展,开发有效的治疗方案和寻找新型抗菌药物或抗菌增效剂势在必行。新型抗菌药物及替代物的研发成本高昂,周期长;相较于新药开发,提高现有抗菌药物的疗效,成本相对较低,且安全高效,成为近年的研究热点。目前临床上常用的抗菌增效剂主要有两类,分别是上世纪七十年代和八十年代上市的磺胺增效剂和β-内酰胺酶抑制剂。这两类增效剂均只能增强某一类抗菌药物的治疗效果,但随着多重耐药菌特别是革兰氏阴性耐药菌的广泛流行,由于其作用机制的单一性已导致这两类增效剂在临床上的应用凸显不足。

2020年5月18日,中国农业大学朱奎教授和沈建忠院士在Nature Microbiology在线发表题为“A broad-spectrum antibiotic adjuvant reverses multidrug resistant Gram-negative pathogens”的研究论文。该研究发现一种新型线性短肽SLAP-S25,对多种革兰氏阴性菌均具有抗菌效果。同时,SLAP-S25可作为抗生素增效剂,提高多种抗生素包括四环素、万古霉素、氧氟沙星、利福平和多粘菌素对多重耐药大肠杆菌的抗菌效果。

朱奎/沈建忠团队发现新型广谱抗菌增效剂

在该研究中,首次报道了一种新型线性短链广谱抗菌增效剂SLAP-S25,可以提高多种临床常用抗菌药物如四环素、万古霉素、氧氟沙星、利福平和多粘菌素对多重耐药大肠杆菌以及其它耐药的革兰氏阴性菌的抗菌效果。研究表明SLAP-S25和多粘菌素联合应用恢复了10种不同的多粘菌素耐药革兰氏阴性菌对多粘菌素的敏感性,但对肺炎克雷伯菌则需采用SLAP-S25和其他种类抗菌药联用策略。同时,SLAP-S25和多粘菌素联合应用有效抑制了87株临床分离的多粘菌素耐药大肠杆菌的生长。此外,SLAP-S25不仅能恢复携带多粘菌素耐药基因mcr的革兰氏阴性菌对多粘菌素的敏感性,还能降低其用药量,为保障多粘菌素类药物作为抗革兰氏阴性菌感染的“最后一道防线”提供了新思路和技术支持。

通过构效关系分析揭示SLAP-S25的苯环侧链是其发挥作用的活性中心。发现SLAP-S25与革兰氏阴性菌外膜主要成分脂多糖(LPS)结合后破坏外膜完整性,导致外膜通透性增加。有趣的是,SLAP-S25与LPS的结合不受MCR酶修饰的影响。随后,SLAP-S25靶向识别细菌内膜的磷脂酰甘油(PG),推测其与PG头部基团的磷酸根结合,增加细菌内膜的通透性。SLAP-S25通过双重作用大大提高了革兰氏阴性菌内膜和外膜的通透性,促进多种抗菌药物在细菌的胞内累积,从而发挥增效作用。值得注意的是PG作为细菌内膜组分中普遍存在的膜磷脂分子,但在哺乳动物中含量很低。这进一步解释了SLAP-S25的高选择性和安全性,保障了低细胞毒性和溶血性,有较好的成药潜力。在动物感染模型,包括大蜡螟细菌感染模型,小鼠腹膜炎-败血症模型,小鼠腿部感染模型中,SLAP-S25与多粘菌素联合应用显著提高了多耐药大肠杆菌感染大蜡螟和小鼠的存活率,降低了小鼠心、肝、脾、肺、肾等脏器中的细菌载量。此外,在腿部感染模型中,SLAP-S25及多粘菌素联合应用也显著降低了小鼠腿部的细菌载量。

以上结果表明,SLAP-S25是一种新型抗菌增效剂的先导化合物,具有较理想的成药性。同时,新发现的药物作用靶点PG为活性分子筛选和新型抗菌药物开发提供了新思路。

朱奎/沈建忠团队发现新型广谱抗菌增效剂

后续将围绕SLAP-S25的作用机制展开深入的研究,为其临床应用奠定基础,实现多药耐药革兰氏阴性病原菌感染的高效治疗。

原文链接: https://www.nature.com/articles/s41564-020-0723-z

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