CN109730984A - 1,4-萘醌在抗结核分枝杆菌感染中的应用 - Google Patents

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杨海涛
米亚茹
张晴晴
刘祥
蔡岩
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Abstract

本发明提供了一种针对结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis，Mtb)中的硫辛酰胺还原酶(LpdC)的化合物，该化合物为1,4‑萘醌，对结核分枝杆菌中的硫辛酰胺还原酶具有显著的抑制活性，因此本发明提供的化合物能够用来制备针对结核分枝杆菌中硫辛酰胺还原酶的小分子抑制剂，有望成为抗Mtb感染的潜在药物。

Description

1,4-萘醌在抗结核分枝杆菌感染中的应用
技术领域
本发明涉及药学的技术领域，具体说是1,4-萘醌在抗结核分枝杆菌感染中的应用。
背景技术
结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis，Mtb)是引起结核(TB)的致病性细菌，主要通过呼吸道传播，能够引起咳嗽、胸痛、咯血，呼吸困难等症状。健康人感染结核菌并不一定发病，只有在机体免疫力下降时才发病。世界卫生组织(WHO)统计表明，全世界每年发生结核病800～1000万，每年约有300万人死于结核病，是造成死亡人数最多的单一传染病。1993年WHO宣布“全球结核病紧急状态”，认为结核病已成为全世界重要的公共卫生问题。
结核菌属分枝杆菌，于1882年由德国微生物学家Robert Koch发现。在显微镜下，结核菌为细长稍弯曲或直的杆菌。结核分枝杆菌是专性需氧菌，生长很缓慢，在固体培养基上，结核菌增代时间为18-20h，培养时间需8天以上至8周，在大部分培养基上菌落呈粗糙型。Mtb具有蜡质细胞壁，对干燥环境以及强酸强碱都具有极强的抵抗力，也不会被多种化学消毒剂渗透。结核菌实际上包括人型、牛型、鼠型和非洲型，为结核分枝杆菌复合群，其中人型、牛型和非洲型为致病菌。
结核病是一个全球性的健康问题，每年都能引起100多万人的死亡，近年来，在结核病的控制方面，由于抗生素的滥用及其联合用药，导致多种耐药菌株的出现，尤其是Mtb和HIV的协同感染已被证实是致死性的。近年来，来自TB高发国家的移民、HIV携带者和社会边缘人群(如药物成瘾者和囚犯)中TB的发病率也呈上升趋势，这些现状都使我们控制结核分枝杆菌的面临严峻的挑战。所以，我们迫切的需要寻找结核分枝杆菌中的新型靶点，进而针对这些靶点开发新型的抗结核分枝的药物。
硫辛酰胺还原酶(LpdC)属于I组黄素蛋白二硫键还原酶蛋白家族，是含有FAD的NADH依赖性氧化还原酶。LpdC也是丙酮酸脱氢酶复合物和支链酮酸脱氢酶复合物的一部分。LpdC还是作NADH依赖性过氧亚硝酸盐还原酶的组分，以及和DlaT(PDH的E2组分)独特地参与活性氧和氮中间体的解毒。
因此，硫辛酰胺还原酶(LpdC)是Mtb毒力和生存严重依赖的潜在靶点。也成为一个关键的抗结核分枝杆菌的药物靶标，所以针对硫辛酰胺还原酶进行抑制剂的筛选对结核分枝杆菌感染的相关的药物研发具有很大的意义。
1,4-萘醌，英文名是1,4-Naphthoquinone，用于合成农药杀菌剂2,3-二氯-1,4-萘醌。也用于合成染料中间体蒽醌，是一种重要的农用杀菌剂，除草剂。用于防治小麦腥黑穗病、稻瘟病、马铃薯晚疫病和蔬菜幼苗的立枯病等。但迄今为止，1,4-萘醌在抗结核分枝杆菌感染中的应用未见报道。
发明内容
针对相关技术中的问题，本发明提供1,4-萘醌在抗结核分枝杆菌感染中的应用。
本发明还提供了针对结核分枝杆菌中硫辛酰胺还原酶的抑制剂。
本发明所涉及1,4-萘醌CAS号为130-15-4，购买于天津希恩思生化科技有限公司。在分子水平上，通过设立阴性对照，发现1,4-萘醌对结核分枝杆菌中的硫辛酰胺还原酶有很好的抑制活性，因此该化合物有望作为抑制结核分枝杆菌感染的潜在药物。
本发明提供一种用于预防或治疗结核分枝杆菌中的硫辛酰胺还原酶(LpdC)感染的药物，其活性成分为1,4-萘醌，该药物包含上述一种或多种药学上可接受的载体。所述载体包括药学领域常规的稀释剂、赋形剂、填充剂、粘合剂、湿润剂、崩解剂、吸收促进剂、表面活性剂、吸附载体、润滑剂、增效剂。该药物可制成注射剂、片剂、丸剂、胶囊、悬浮剂或乳剂的形式使用。其给药途径可为口服、经皮、静脉或肌肉注射。
本发明具有的优点和积极效果是：
本发明的针对结核分枝杆菌中的硫辛酰胺还原酶(MtLpdC)的抑制剂，这种抑制剂为1,4-萘醌。1,4-萘醌对结核分枝杆菌中的硫辛酰胺还原酶活性具有显著的抑制效果。
附图说明
图1是1,4-萘醌对结核分枝杆菌中的硫辛酰胺还原酶的抑制作用示意图
图2是1,4-萘醌对结核分枝杆菌中的硫辛酰胺还原酶的IC50的测定示意图
具体实施方式：
为了更好地说明本发明，在下面将详述本发明的具体实施方式。
1.结核分枝杆菌中硫辛酰胺还原酶(LpdC)的表达与纯化
根据文献(Crystal Structure and Functional Analysis of Lipoamide
Dehydrogenase from Mycobacterium tuberculosis,2005；280(40)：33977-83)
(1)将含有编码MtLpdC基因的pET28a载体转化Escherichia coli BL21(DE3)的菌株，并用LB平板培养基(含50mg/L卡那霉素)筛选阳性克隆。
(2)在平板上挑取阳性克隆，37℃培养过夜后转入0.8L的LB培养基(含50mg/L卡那霉素)，当其在600nm波长处的吸光值(即OD600)达到0.6时，加入0.1mM IPTG(异丙基硫代半乳糖苷，Isopropylβ-D-Thiogalactoside)在20℃培养16小时。
(3)用5000rpm离心10min收集细胞后高压破菌；破菌液用10000rpm离心30min后收集上清液。
(4)将上清液加入破菌buffer(20mM Tris-HCl,350mM NaCl,1mMβ-巯基乙醇，20％(w/v)蔗糖pH 8)预平衡的Ni-NTA亲和层析柱中，使目的蛋白与Ni充分结合，使目的蛋白充分富集。
(5)用含有30mM咪唑的破菌buffer洗掉未结合的杂蛋白，考马斯亮蓝G250检测流出液不变蓝时，说明大部分杂蛋白被冲洗干净。用含200mM咪唑的破菌buffer洗脱MtLpdC，然后用30kD的浓缩管浓缩换液，用superdex200进行纯化来获得分子大小均一的目的蛋白。
2.MtLpdC的活性测定
采用NADH，硫辛酰胺和DTNB作为底物；吸光度强度测定的仪器为THERMOMultiskan*FC Microplate Photometer，测定的吸光度波长为405nm。
蛋白缓冲液组分为100mM磷酸二氢钠，pH＝7.0，用缓冲液配置MtLpdC(终浓度125nM)，加入溶解于DMSO(二甲基亚砜)的化合物(终浓度为20μM),室温放置30min,迅速加入100u M NADH，1m M硫辛酰胺，75u M DTNB。每10s记录一次吸光度读数，共测定1096s。654rpm震荡5s，检测吸光度。阴性对照不加备选样品，其它实验条件均相同。
以时间为X轴，吸光度值为Y轴可得酶活动力学曲线。通过酶标仪记录的酶反应的相关参数，根据吸光度值以及反应时间，采用GraphPad Prism5软件分析前150s的酶促反应的速率。设定V0为不加抑制剂的酶促反应的初速度，Vi为加抑制剂的酶促反应的初速度。根据酶促反应速率，计算出每个化合物的剩余活性Ra(Residual Activity,Ra)(Vi/V0)以及抑制率Ir(Inhibition Rate,Ir)(1-Vi/V0)。
对于剩余活性<30％的化合物进行复筛，排除操作失误造成假阳性的可能。就可以判断化合物对MtLpdC的抑制效果。
3、化合物1,4-萘醌IC50的测定
在测定IC50时，我们首先配置实验所需的蛋白MtLpdC,终浓度为125nM，再配置底物NADH，硫辛酰胺，DTNB。我们首先根据初筛结果粗略的设定8个抑制剂浓度(一般是通过梯度稀释得到)，1,4-萘醌的浓度分别是100uM、50uM、25μM、12.5μM、0.78125μM、0.195313μM、0.09756μM。之后与之前的操作基本一样，先将蛋白加入酶标板中在室温与抑制剂孵育30min后，迅速加入底物100u M NADH，1m M硫辛酰胺，75u M DTNB，记录时间与吸光度变化曲线。我们通过Graphpad prism 6.0软件得到蛋白酶吸光度反应初速率，并拟合化合物浓度与剩余活性的量效关系曲线，得出IC50值。
本发明涉及药学的技术领域，具体说是1,4-萘醌在抗结核分枝杆菌感染中的应用，1,4-萘醌在抑制结核分枝杆菌中硫辛酰胺还原酶时候Ir>75％以上,在制备抗结核分枝杆菌中硫辛酰胺还原酶的小分子抑制剂方面有很大应用潜力，有望成为抗结核分枝杆菌感染的潜在药物。
以上所使用的方法，如无特殊说明，均为本领域常用的方法。
以上仅为本发明的具体实施方式，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.1,4-萘醌在治疗结核分枝杆菌感染中的应用。
2.1,4-萘醌是结核分枝杆菌中硫辛酰胺还原酶的小分子抑制剂。
3.根据权利要求1或2所述的应用，其中，1,4-萘醌的结构式为：
4.一种治疗结核分枝杆菌感染的药物，其特征在于它包含权利要求书1或2所述的1,4-萘醌以及一种或多种药学上可接受的载体；所述载体包括药学领域常规的稀释剂、赋形剂、填充剂、粘合剂、湿润剂、崩解剂、吸收促进剂、表面活性剂、吸附载体、润滑剂、增效剂。
5.根据权利要求书4所述的治疗结核分枝杆菌感染的药物，其特征是它是含有所述药物的注射剂、片剂、丸剂、胶囊、悬浮剂或乳剂。
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