1. 研究背景

土拉弗菌F. tularensis是兔热病的致病菌。目前治疗该细菌感染的药物有：链霉素和庆大霉素为主的氨基糖苷类药物、四环素和氯霉素。然而，氨基糖苷类药物需要静脉注射，儿童和孕妇使用四环素具有禁忌症，氯霉素具有骨髓毒性。因此开发出新型的安全高效的口服抗生素，用于治疗土拉弗菌感染十分必要。

土拉弗菌依赖烯酰基载体蛋白（enoyl-ACP）还原酶FabI催化enoyl-ACP中的烯双键还原，使其形成饱和的酰基载体蛋白（acyl-ACP），以合成脂肪酸并入其细胞膜中。因此FabI是细菌脂肪酸合成的关键酶。由于人体中缺乏FabI，这使得FabI成为抗菌药物开发的良好靶标。因为靶蛋白在结合抑制剂时，关键柔性环区的构象发生变化，使得基于受体筛选方法存在着缺陷。因此选择基于配体形状和静电相似性来发现新型抑制剂。

2. 实验流程

   图1 筛选流程

研究选择已知抑制剂作为提问结构筛选ASDI数据库，依次进行形状相似性筛选、静电相似性筛选、2D指纹筛选，命中了65个化合物。然后进行分子对接，分析其与关键氨基酸的相互作用，得到15个化合物。最后进行生物活性测定，得到5个抑制活性较好的化合物。

3. 实验结果

3.1 虚拟筛选结果

研究选择已知抑制剂作为提问结构，筛选ASDI数据库。首先进行形状相似性筛选，得到形状相似性排名在前 10%的化合物。然后继续进行静电相似性筛选、指纹结构筛选，得到65个化合物。最后对命中化合物进行购买和活性测定。活性良好的化合物继续进行筛选和活性测定。

   图2  提问结构与命中化合物结构

3.2 活性测定结果

研究选择菌株：革兰氏阴性细菌（F.tularensis、鼠疫杆菌、大肠杆菌）和革兰氏阳性细菌（炭疽杆菌、金黄色葡萄球菌、甲氧西林金黄色葡萄球菌）进行抗菌活性测定。实验结果表明，化合物9对革兰氏阴性细菌和革兰氏阳性细菌均表现出显著的抑制活性。化合物6、8、9和17对革兰氏阴性细菌F.tularensis的抑制活性MIC分别为：15.6 mg/mL、4.3 mg/mL、7.8 mg/mL、9.4 mg/mL。其中化合物9可穿透革兰氏阴性和革兰氏阳性细菌菌膜，进一步靶向FabI蛋白发挥抑制活性。

   表1 命中化合物的结构和抑菌活性结果

4. 结论

研究基于已知抑制剂的形状、静电性质进行筛选，从ASDI数据库中命中了几个抑制率在微摩尔水平的化合物。然后选择活性最高的化合物继续进行数据库的筛选，命中的部分化合物活性可达到纳摩尔水平。研究命中的化合物对多种革兰阳性菌和阴性菌均表现出较好的抑制效果，有可能发展成为抑制FabI的先导物进行下一步研究。

使用模块：

• OMEGA

• ROCS

• EON

参考文献：

1. Hevener K E, Mehboob S, Su P C, et al. Discovery of a Novel and Potent Class of F. tularensis Enoyl-Reductase (FabI) Inhibitors by Molecular Shape and Electrostatic Matching[J]. Journal of Medicinal Chemistry, 2012, 55(1):268-279.