CN106800546A - 一类杂萜化合物及其在制备抗菌药物中的应用 - Google Patents

一类杂萜化合物及其在制备抗菌药物中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一类杂萜化合物及其在制备抗菌药物中的应用。所述的杂萜化合物命名为Callistrilone E和epi‑Callistrilone E，结构如式I所示。它们是由环聚酮‑间苯三酚‑单萜杂合形成的新化合物，在较低浓度下即对金黄色葡萄球菌、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌、万古霉素中介耐药金葡菌和耐万古霉素屎肠球菌等具有显著的抗菌活性，且对真核细胞毒性很低，预示它们具有良好的药用前景。

Description

一类杂萜化合物及其在制备抗菌药物中的应用
技术领域
本发明属于天然药物及化学药物领域，特别涉及一类新的杂萜化合物及其在制备抗菌药物中的应用。
背景技术
细菌感染可引发人体多种疾病。目前，临床上耐药菌感染日益严重，如耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)、耐青霉素肺炎链球菌(PRSP)，耐多药结核分枝杆菌(MDR-TB)等不断蔓延，且细菌耐药性逐渐呈多药耐药发展趋势。近些年来，临床上因耐药菌感染所致的病死率逐年升高，反映出传统抗菌药物已难满足现代临床治疗的需求。因此，研究开发新型抗菌药物具有重要的临床应用价值。
红千层(Callistemon rigidus)为桃金娘科(Myrtaceae)红千层属植物，原产澳大利亚，我国的广东、广西等地有引种，常被用作抗菌剂和杀虫剂等。研究表明红千层属植物的精油及乙醇提取物具有一定的抗菌活性(Antimicrobial Agents and Chemotherapy,1974,6:539-542)，然而其活性物质并不明确。Lounasmaa M等在1977年首次对红千层属植物的化学成分进行了研究，从中分离鉴定出间苯三酚衍生物Myrtucommulone A(Phytochemistry,1977,16(11):1851-52)及其他成分(Journal of Natural Products,1999,62:1666-1667)，但这些成分的抗菌活性未见报道。因此，红千层的化学成分研究尚不深入，抗菌活性物质还不明确，有待研究和发掘。
发明内容
本发明的首要目的在于提供一类结构新颖的杂萜类化合物。
本发明的另一目的在于提供上述杂萜化合物在制备抗菌药物中的应用。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一类新结构杂萜化合物，是由环聚酮-间苯三酚-单萜杂合而成，命名为Callistrilone E和epi-Callistrilone E，它们是一对差向异构体(C-13位构型不同)，结构如式I所示；Callistrilone E的构型为7bR,9R,11aR,13S；epi-Callistrilone E的构型为7bR,9R,11aR,13R；
上述杂萜化合物的提取分离方法包括以下步骤：将红千层(Callistemonrigidus)枝叶粉碎，用95％(w/w)乙醇渗漉提取，提取物浓缩后用石油醚萃取，再通过硅胶柱层析、Sephadex LH-20、十八烷基键合硅胶(ODS)柱层析及制备型HPLC分离纯化，得到上述杂萜化合物。
上述的杂萜化合物具有抗菌作用，并可以用于制备抗菌药物与制剂(含清创与消毒制剂)；
所述的菌包括金黄色葡萄球菌、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌、万古霉素中介耐药金黄色葡萄球菌、凝固酶阴性葡萄球菌、粪肠球菌和耐万古霉素屎肠球菌中的至少一种；
所述的抗菌药物还包括药学上可接受的辅料。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)本发明发现了红千层中一类结构新颖的杂萜化合物Callistrilone E和epi-Callistrilone E。该类化合物是由34个碳原子组成的环聚酮-间苯三酚-单萜杂合物，是一新型结构的化学实体。
(2)本发明发现Callistrilone E和epi-Callistrilone E在较低浓度(0.25～0.50μg/mL)下即对金黄色葡萄球菌、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌、万古霉素中介耐药金葡菌、凝固酶阴性葡萄球菌、粪肠球菌和耐万古霉素屎肠球菌均具有显著的抗菌活性。
(3)本发明的Callistrilone E和epi-Callistrilone E对真核细胞毒性较低。
附图说明
图1为杂萜化合物Callistrilone E的1H NMR谱图，
图2为杂萜化合物Callistrilone E的13C NMR谱图，
图3为杂萜化合物Callistrilone E的HSQC谱图，
图4为杂萜化合物Callistrilone E的HMBC谱图，
图5为杂萜化合物Callistrilone E的X射线衍射结构图，
图6为杂萜化合物epi-Callistrilone E的1H NMR谱图，
图7为杂萜化合物epi-Callistrilone E的13C NMR谱图，
图8为杂萜化合物epi-Callistrilone E的HSQC谱图，
图9为杂萜化合物epi-Callistrilone E的HMBC谱图,
图10为杂萜化合物epi-Callistrilone E的X射线衍射结构图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
化合物的提取分离和结构鉴定：
(1)干燥红千层(Callistemon rigidus)枝叶12kg，粉碎成粗粉，用30L 95％(w/w)乙醇渗漉提取，合并渗漉液并减压浓缩至无醇味，得到的总浸膏约1.8kg。浸膏加水混悬后用石油醚萃取，得到石油醚萃取部位560g。
(2)石油醚萃取部位进行硅胶柱层析，以石油醚-乙酸乙酯为洗脱剂，按照石油醚和乙酸乙酯体积比为100:0、100:1、100:3、100:5、100:7、100:10、100:30、100:50、100:100和0:100的洗脱梯度进行洗脱，经薄层色谱(TLC)分析并合并相似流份，得到15个主流份Fr.1～Fr.15。其中流份Fr.5(石油醚/乙酸乙酯100:7洗脱部分，45g)继续经硅胶柱层析，按照环已烷和乙酸乙酯体积比为100:1、100:3、100:5、100:7、100:10、100:30、100:50、100:100的洗脱梯度进行洗脱，得到8个亚流份Fr.5A～Fr.5H。
(3)①对亚流份Fr.5D(环已烷/乙酸乙酯100:7洗脱部分，17.5g)，进行反相ODS柱层析，以甲醇-水(MeOH-H2O)为洗脱剂，按照甲醇和水体积比为60:40、70:30、80:20、90:10、100:0的洗脱梯度进行洗脱，收集洗脱液(洗脱体积100-2500mL)，经TLC分析并合并相似流份，得到5个流份Fr.5Da～Fr.5De。
②取流份Fr.5Dd溶解后上样于Sephadex LH-20色谱柱，以氯仿-甲醇(CHCl3-MeOH)按体积比1:1混合得到的混合溶剂为洗脱剂，流速为0.5mL/min进行洗脱，收集洗脱液(洗脱体积100-1500mL)，经TLC分析并合并相似流份，得到3个流份Fr.5Dd1～Fr.5Dd3。
③取流份Fr.5Dd2浓缩后用甲醇溶解，然后用反相制备型HPLC分离纯化，以体积比为90:10的甲醇-水为洗脱剂，流速为3mL/min进行洗脱，先后得到Callistrilone E(17.2mg)和epi-Callistrilone E(10.2mg)。
(4)①Callistrilone E的结构鉴定
淡黄色块状晶体；香草醛-浓硫酸反应(TLC)显紫红色；m.p.196～198℃；UV(MeOH)λmax(logε)206(4.46),232(4.24),298(4.46)nm；IR(KBr)νmax 3188,2973,2934,2871,1720,1624,1585,1471,1424,1381,1231,1058cm-1；HR-ESI-MS m/z 567.3348[M+H]+(计算值C34H47O7:567.3316)。1H NMR、13C NMR、HSQC和HMBC核磁共振图谱见图1～4。X射线衍射结构见图5。由于该化合物的结构存在阻转异构现象，其氢谱(1H NMR)和碳谱(13C NMR)表现为两套类似的数据，归属见表1。
根据以上理化和光谱数据，鉴定Callistrilone E的结构如式I所示。
②epi-Callistrilone E的结构鉴定
淡黄色粉末；香草醛-浓硫酸反应(TLC)显紫红色；UV(MeOH)λmax(logε)206(2.54),234(2.59),298(3.46)nm；IR(KBr)νmax 3186,2972,2932,2870,1721,1624,1585,1471,1422,1381,1231,1055cm-1；HR-ESI-MS m/z 567.3334[M+H]+(计算值C34H47O7:567.3316)。1HNMR、13C NMR、HSQC和HMBC核磁共振图谱见图6～9。X射线衍射结构见图10。氢谱(1H NMR)和碳谱(13C NMR)数据归属见表2。
根据以上理化和光谱数据，鉴定epi-Callistrilone E的结构如式I所示。
表1.Callistrilone E的1H(500MHz)和13C(125MHz)NMR数据
*为OH信号；溶剂为CDCl3，δ单位为ppm，J单位为Hz
表2.epi-Callistrilone E的1H(500MHz)和13C(125MHz)NMR数据
*为OH信号；溶剂为CDCl3，δ单位为ppm，J单位为Hz
实施例2
Callistrilone E和epi-Callistrilone E对多种细菌的抑制作用
金黄色葡萄球菌S.aureus ATCC29213、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌S.aureusATCC33591(MRSA)、万古霉素中介耐药金黄色葡萄球菌S.aureus Mu50(VISA)、凝固酶阴性葡萄球菌S.epidermidis ATCC12228、粪肠球菌E.faecalis ATCC29212、耐万古霉素屎肠球菌E.faecium ATCC700221、大肠埃希菌E.coli ATCC25922、铜绿假单胞菌Ps.aeruginosaATCC 27853，以上菌株均来自中国医学科学院医药生物技术研究所。
采用肉汤微量二倍稀释法，测定化合物体外抑菌作用的最小抑菌浓度(MIC)，具体操作方法如下：
(1)细菌培养：以胰酪胨大豆肉汤(TSB)培养实验菌，35℃隔夜培养(12-16h)至约0.5个Mcfarland浓度(1×108CFU)时备用。
(2)先将测试样品在乙醇中溶解成较高浓度，继而用Cation-Adjusted MuellerHinton(CAMH)肉汤进行系列倍比稀释使样品浓度范围从256μg/mL到0.25μg/mL。另外，采用相同培养液配制好一定浓度的苯唑西林和万古霉素作为阳性对照。
(3)在96孔板上每孔加入100μL不同浓度的含药培养液和100μL经CAMH适当稀释的含菌培养液，使最终菌浓度达5×105CFU/mL。以不含药的CAMH肉汤加菌液作阴性对照(CAMH培养基、菌液各100μL)，以不加菌液的CAMH肉汤培养基作空白对照(CAMH培养基200μL)。将96孔板密封后置于35℃恒温培养箱中，孵育24h。
(4)以阴性对照孔内细菌明显生长为前提条件，通过肉眼观察，以加药后孔内细菌无明显生长的药物最低浓度为该药物的MIC(μg/mL)，实验平行重复三次。结果见表3。
表3.Callistrilone E和epi-Callistrilone E对多种细菌的抑制作用
结果显示，化合物Callistrilone E和epi-Callistrilone E对金黄色葡萄球菌、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌、万古霉素中介耐药金葡菌、凝固酶阴性葡萄球菌、粪肠球菌、耐万古霉素屎肠球菌均具有显著的抗菌活性，MIC值为0.25–0.50μg/mL，均优于阳性药苯唑西林和万古霉素。
尤其是上述化合物对耐甲氧西林金葡菌，万古霉素中介耐药金葡菌和耐万古霉素屎肠球菌的抗菌活性显著优于苯唑西林、万古霉素等现有临床药物，这对于将该类化合物作为新型抗耐药菌药物研发具有重要意义。
本发明的Callistrilone和epi-Callistrilone E作为分子结构完全不同于已有抗菌药物的新化学实体，对于耐药菌具有良好的活性，有可能作为新化学实体发展为新型抗菌药物。
实施例3
Callistrilone E和epi-Callistrilone E对正常细胞的影响
试验方法：人胚肾细胞HEK 293(购自中国科学院上海细胞库)于含有10％(v/v)胎牛血清及双抗(青霉素和链霉素各100U/ml)的DMEM培养基培养至对数期，用PBS洗涤，0.25％(w/v)的胰蛋白酶消化，然后用新鲜DMEM培养基悬浮细胞，调整细胞密度为1×106个/ml，铺96孔板，每孔200μl，待细胞贴壁后，加不同浓度的样品，在37℃、5％CO2条件下共培养24小时，培养结束后，每孔加入20μl 5mg/ml MTT溶液，继续培养4h，用移液枪吸出孔中液体，每孔加入100μl DMSO，室温下轻摇10分钟，用酶标仪在570nm波长处检测每个孔的吸光度OD值。按下列公式计算细胞生长抑制率，重复实验至少3次以上。细胞生长抑制率计算公式：抑制率(％)＝(1-加药组OD值)/对照组OD值×100％。结果见表4。
表4.Callistrilone E和epi-Callistrilone E对HEK 293的细胞毒性
试验结果显示：即使在200μg/ml的高浓度下，本发明的化合物Callistrilone E和epi-Callistrilone E对人正常细胞胚胎肾细胞HEK 293仅表现出很低的细胞毒作用，细胞生长抑制率为10.13％和12.75％。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一类杂萜化合物，命名为Callistrilone E和epi-Callistrilone E，其特征在于：Callistrilone E的构型为7bR,9R,11aR,13S；epi-Callistrilone E的构型为7bR,9R,11aR,13R，结构式如式I所示，
2.权利要求1所述的杂萜化合物在制备抗菌药物中的应用。
3.根据权利要求2所述的杂萜化合物在制备抗菌药物中的应用，其特征在于：所述的菌包括金黄色葡萄球菌、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌、万古霉素中介耐药金黄色葡萄球菌、凝固酶阴性葡萄球菌、粪肠球菌和耐万古霉素屎肠球菌中的至少一种。
4.根据权利要求2所述的杂萜化合物在制备抗菌药物中的应用，其特征在于：所述的抗菌药物包括Callistrilone E或epi-Callistrilone E以及药学上可接受的辅料。
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