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环肽主要源于植物、真菌,以及海洋天然产物和绝大多数生物有机体中[1]。环肽是具有特殊的生物活性和较强的药理活性的一类化合物[2-3]。而且大多数环肽结构比直链肽更加稳定,且脂溶性高、穿膜性强、体内半衰期长等优点[4-5],从而使环肽在抗肿瘤、抗病毒、天然领域中起着重要的作用[6-9]。
Auyuittuqamide A是从极地海洋天然产物微孢子菌属(RKAG186)中分离得到的一种环肽化合物,它是由10个氨基酸残基组成。Russell等[10]从Sesquicillium microsporum中分离得到四个环十肽auyuittuqamide A-D。该类肽有一定的天然活性和对人体低毒性[11-12]。auyuittuqamide A经过核磁共振光谱法和串联质谱法证明了这类化合物的结构。用Marfey法[13]确定了氨基酸的绝对结构。然而,天然产物中分离提取的auyuittuqamide A的含量很低,很难推进构效关系和下一步的研究与应用。因此,采用固相合成法合成环十肽具有成本低、时间短、操作简单等优点[14-16]。
本文用2–氯三苯甲基氯(CTC)树脂为固相载体,通过HOBT/DIC为缩合体系,依次缩合氨基酸,完成全保护直链肽的合成。再以PyBOP/HOBT/DIPEA为缩合体系,在DCM溶液中液相环合[17-19],随后利用TFA进行保护基的脱除,进而得到环十肽auyuittuqamide A(图1)。
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Fmoc-L–亮氨酸(Fmoc-Leu-OH)、Fmoc–甘氨酸(Fmoc-Gly-OH)、Fmoc-L–缬氨酸(Fmoc-Val-OH)、Fmoc-O–叔丁基–L–丝氨酸(Fmoc-Ser(tBu)-OH)、Fmoc-L–异亮氨酸(Fmoc-Ile-OH)、N-(9–芴甲氧羰酰基)-N–甲基–L–苯丙氨酸(Fmoc-N-Me-L-Phe-OH)、Fmoc-N–甲基–L–缬氨酸(Fmoc-N-Me-L-Val-OH)、N-Fmoc-N–甲基–O–叔丁基–L–苏氨酸(Fmoc-N-Me-Thr(tBu)-OH)[希施生物科技(上海)有限公司];2–氯三苯甲基氯(CTC)树脂(上海吉尔生化有限公司);N,N–二异丙基乙胺(DIPEA)、六氟磷酸苯并三唑–1–基–氧基三吡咯烷基磷(PyBOP)、1–羟基苯并三氮唑(HOBT)、1,3–二异丙基碳二亚胺(DIC)、三氟乙醇(TFE)、三氟乙酸(TFA)购自北京百灵威科技有限公司;N,N–二甲基甲酰胺(DMF)、二氯甲烷(DCM)(国药集团化学试剂有限公司);乙腈为色谱纯。
CHA-S气浴恒温振荡器(江苏金坛国胜实验仪器厂);SK7200BT超声波清洗器(上海科导超声仪器有限公司);LD5-2A低速离心机(北京京立离心机有限公司);低温恒温反应浴(槽)、SHZ-D(Ⅲ)循环水式真空泵(上海东玺制冷仪器设备有限公司);WSZ-50A轨道式振荡器(上海-恒科技有限公司);Waters2695/E2695高效液相色谱仪(美国沃特世公司);LC-1型反向制备液相色谱仪(北京创新恒通科技有限公司);6538 UHD Accurate Mass Q-TOF LC/MS质谱仪(美国安捷伦公司)。
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按图2路线,固相合成天然环肽auyuittuqamide A。
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用称量纸称取2–氯三苯甲基氯(CTC)树脂1 g(载样量为0.45 mmol/g)于多肽固相合成反应管中,加入DCM(10 ml)和DMF(10 ml)溶胀树脂,20 min后抽干。用DMF和DCM冲洗5遍,加Fmoc-Gly-OH(600 mg,2 mmol)和DIPEA(666 μl)的DMF溶液入反应管中,反应管固定于CHA-S气浴恒温振荡器中常温震荡4 h。再用DCM和DMF各洗涤5遍,抽干之后再加入20%哌啶的DMF溶液(10 ml),重复2遍,每一遍10 min,从而脱去氨基酸上的Fmoc保护基,再依次使用DMF和DCM各洗涤5遍。之后将已经配置好的Fmoc–氨基酸–OH(2 mmol,5倍当量),HOBT(2 mmol,5倍当量),DIC(2 mmol,5倍当量)的DMF溶液加入到反应管中,反应管固定于CHA-S气浴恒温振荡器中常温震荡2 h,反应完成之后,再使用DMF和DCM冲洗5遍。重复上述步骤,依次偶联氨基酸Fmoc-N-Me-L-Val-OH、Fmoc-Val-OH、Fmoc-Ser(tBu)-OH、Fmoc-Ile-OH、Fmoc-Gly-OH、Fmoc-N-Me-L-Phe-OH、Fmoc-Val-OH、Fmoc-N-Me-Thr(tBu)-OH、Fmoc-Leu-OH。
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所有氨基酸完成偶联之后,获得直链肽–树脂复合物,使用无水乙醚将其挥干,加入TFE/DCM(1∶4,V/V)混合溶液10 ml,放置在轨道式振荡器,常温震荡4 h。过滤并收集滤液,滤液用旋转蒸发仪蒸干,获得直链肽粗品,粗品用制备型RP-HPLC进行纯化,再使用冻干机将其干燥,获得纯品直链肽。
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在0 ℃的条件下将直链肽溶于50 ml的DCM溶液缓慢滴加入HOBT(3 eq)、PyBOP(5 eq)、DIPEA(10 eq)溶于DCM 50 ml中,滴加完成之后,于常温搅拌反应过夜。反应结束后,使用旋转蒸发仪蒸干反应溶剂,获得目标粗品,再将粗品用制备型RP-HPLC纯化,再使用冻干机将其干燥,获得纯品环肽。
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先配置脱除侧链保护基溶液12 ml(TFA/DCM=1/3),将溶液加入到环肽冻干后的纯品中,固定于轨道式振荡器,常温震荡反应4 h。
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色谱条件:Ryoung C18色谱柱(20mm×250 mm,10 μm);流动相A:水+0.1%TFA,流动相B:乙腈+0.1%TFA,梯度洗脱:(0~5 min, 40% B;5~60 min,40%~70% B);流速:20ml/min; 紫外检测波长214 nm。
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本步是将直链肽从树脂上切割,得到油状物粗品360 mg,再将粗品进行纯化,得到纯品100 mg,收率为:[实际值100mg/(理论值1144×0.45 mmol)]×100%=19.42%,HPLC图谱如图3所示,HR-Q-TOF-MS质谱图中对应的[M+H]+峰1145.7444,[M+Na]+峰1167.7266显示的分子量与直链肽auyuittuqamide A相吻合。
本步是将直链肽纯品进行环合,得到油状物粗品,再将粗品进行纯化,得到纯品30 mg,此步收率为:[实际值30mg/(理论值1126×0.45 mmol)]×100%=5.92%,HPLC图谱如图4所示,HR-Q-TOF-MS质谱图中对应的[M+H]+峰1127.7346,[M+Na]+峰1149.7159显示的分子量与auyuittuqamide A直链肽环合后分子量相吻合。
本步是将环合后纯品脱除侧链保护基,得到油状物粗品,再用乙腈和水溶解,最后冻干得到纯品25 mg,收率为:[实际值25mg/(理论值1014×0.45mmol)]×100%=5.48%,HPLC图谱如图5所示,HR-Q-TOF-MS质谱图中对应的[M+H]+峰1015.6115,[M+Na]+峰1037.5937显示的分子量与环肽auyuittuqamide A分子量相吻合。
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本研究通过500MHz核磁共振氢谱对环肽进一步表征,确认与文献中auyuittuqamide A的核磁共振氢谱相符。1H-NMR (500MHz, d-DMSO) δ: 8.91 (d, J = 9.85 Hz, 1H), 8.70 (d, J = 9.5Hz, 1H), 8.55 (d, J = 6.95 Hz, 1H), 7.75 (t, J = 5.5 Hz, 1H), 7.47−7.43 (m, 3H), 7.27−7.17 (m, 5H), 5.01 (d, J = 9.75 Hz, 1H), 4.88 (m, 1H), 4.59−4.52 (m, 2H), 4.45 (t, J = 9.15 Hz, 1H), 4.39 (t, J = 8.8 Hz, 1H), 3.32 (dd, J = 4.3 Hz, 1H), 3.88−3.82 (m, 2H), 3.78 (t, J = 6.5 Hz, 2H), 3.74 (d, J = 4.45 Hz, 1H), 3.33−3.27 (m, 4H), 3.22 (s, 3H), 3.17−3.13 (m, 4H), 2.98−2.93 (m, 1H), 2.48−2.45 (m, 7H), 1.97 (m, 1H), 1.87−1.82 (m, 2H), 1.64−1.60 (m, 2H), 1.20−1.13 (m, 3H), 1.01 (d, J = 6.5 Hz, 3H), 0.86 (d, J = 5.75 Hz, 3H), 0.82−0.78 (m, 17H), 0.76−0.72 (m, 5H), 0.70 (d, J = 6.45 Hz, 3H)。
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本法采用先固相合成直链肽,再液相进行环合获得目标产物auyuittuqamide A。并且采用先环合,再脱除侧链保护基,从而有效地避免了侧链裸露的羟基对环合时的影响[20]。使用高效液相色谱进行纯化,得到纯品纯度大于95%,收率为5.48%的目标产物auyuittuqamide A。本研究首次完成了对auyuittuqamide A的全合成,本法优点:更为省时,方法简单,易于操作,且经济实用。缺点:产率还有待提高,方法需进一步优化。总的来说,本方法为该类环肽化合物的全合成提供了参考。
The total synthesis of natural cyclopeptide auyuittuqamide A
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摘要:
目的 用Fmoc固相直链合成和液相环合的方法合成天然环肽auyuittuqamide A。 方法 以2–氯三苯甲基氯(CTC)树脂为固相载体,1,3–二异丙基碳二亚胺(DIC)和1–羟基苯并三氮唑(HOBT)为缩合剂,9–芴基甲氧基羰基(Fmoc)保护的氨基酸,按照序列依次缩合,以三氟乙醇(TFE)作为切割试剂,获得全保护直链肽。以六氟磷酸苯并三唑–1–基–氧基三吡咯烷基磷(PyBOP)和1–羟基苯并三氮唑(HOBT)为环合试剂,全保护直链肽在二氯甲烷(DCM)溶液中环合,以三氟乙酸(TFA)为脱保护试剂,获得天然环肽auyuittuqamide A。用高效液相制备色谱进行纯化,采用HR-Q-TOF-MS, 500MHz 1H-NMR进行表征分析。 结果 获得纯度大于95%的天然环肽auyuittuqamide A,总收率5.48%。 结论 此法合成步骤简单,产率较高,首次建立天然环肽auyuittuqamide A的全合成方法,为auyuittuqamide A的进一步研究奠定基础。 -
关键词:
- auyuittuqamide A /
- 多肽固相合成 /
- 环肽
Abstract:Objective To synthesize the natural cyclopeptide auyuittuqamide A by Fmoc-based solid phase linear synthesis and liquid phase cyclization. Methods Using 2-chlorotriphenylmethyl chloride (CTC) resin as the solid support, 1,3-diisopropylcarbodiimide (DIC) and 1-hydroxybenzotriazole (HOBt) as the condensing agents, 9-fluorenylmethoxycarbonyl (Fmoc) to protect amino acids were assembled in sequence, and then the linear peptide bearing the protected groups was obtained in presence of trifluoroethanol (TFE) cutting reagent. The protected linear peptide was cyclized with the aid of benzotriazole hexafluorophosphate (PyBOP) and 1-hydroxybenzotriazole (HOBt) in dichloromethane (DCM) solution, followed by trifluoroacetic acid (TFA) deprotection to obtain the cyclic peptide, auyuittuqamide A that was purified by preparative HPLC and characterized by HR-MS and 500MHz 1H-NMR. Results The purity of auyuittuqamide A was more than 95% and the total yield was 5.48%. Conclusion This method has simple synthesis steps and high yield. It is the first to establish a fully synthesis method for the natural cyclic peptide auyuittuqamide A, which lays the foundation for further research of auyuittuqamide A. -
Key words:
- auyuittuqamide A /
- solid phase peptide synthesis /
- cyclopeptide
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近年来,随着肿瘤、器官移植和获得性免疫缺陷综合征(AIDS)等导致的免疫功能低下人群的增加,侵袭性真菌感染(IFIs)的发病率和病死率逐年上升[1-2]。念珠菌、隐球菌和曲霉菌是IFIs最主要的致病菌,并且造成的病死率超过90%[3]。在念珠菌属中,白念珠菌(Candida. albicans)是院内血液感染最常见的致病菌原体,其在重症监护病房(ICU)患者中致病率超过17%,病死率高达40%[4-5]。临床上治疗IFIs的抗真菌药物主要包括:多烯类(两性霉素B)、核酸类(5-氟胞嘧啶)、唑类(氟康唑)和棘白菌素类(卡泊芬净)药物(图1)[6-7]。然而,由于临床上出现抗真菌药物严重的耐药性和毒副作用,IFIs的治疗效果相当有限。因此,迫切需要研发全新机制的抗真菌药物。
组蛋白乙酰化修饰(包括组蛋白乙酰化和去乙酰化)是表观遗传学研究的重要组成部分。组蛋白去乙酰化酶(HDACs)将组蛋白和其他蛋白上的赖氨酸末端乙酰基去除,对染色体重塑和基因的表达起着重要作用[8-9]。目前HDAC抑制剂主要集中于抗肿瘤研究方向,且已有多个上市药物应用于肿瘤的治疗。据研究报道,真菌中的HDACs,如烟曲霉[10]、白念珠菌[11-12]、酿酒酵母[13]和新生隐球菌的HDACs[14-15]参与了毒力相关的过程和形态变化。因此,抑制真菌HDACs可能是治疗IFIs的有效策略。
联合药物治疗是提高临床一线药物疗效并克服真菌耐药性的有效策略之一。真菌的耐药性涉及转录调节,其中染色体重塑和组蛋白修饰起主要作用。HDACs调节的组蛋白修饰在应激信号通路中起着至关重要的作用,这可能与真菌对各种环境(包括药物)的应激反应有关[16]。此外,已有研究报道,HDAC抑制剂与唑类药物联用具有协同增效作用[17-18]。例如,HDAC抑制剂MGCD290与氟康唑联用具有协同抗多种临床真菌分离株的作用[19]。
基于此,本研究首先对8个市售的HDAC抑制剂(图2)进行体外协同抗真菌活性测试,筛选结果显示化合物Rocilinostat与氟康唑联用具有优秀的体外协同抗耐药白念珠菌活性。后续考察其与不同唑类药物联用时对不同念珠菌属的体外协同抗真菌活性,以及对正常细胞的毒性作用,以期为抗真菌药物的研发提供依据。
1. 材料和方法
1.1 实验试剂与菌株
临床分离的6株唑类耐药白念珠菌(编号:9893,10061,10060,9173,4108和0304103),2株唑类耐药热带念珠菌(编号:5008,10086),1株光滑念珠菌(编号:9073)和1株耳道念珠菌(编号:0029)由海军军医大学附属长征医院提供。菌株活化首先从−80 ℃中挑取菌株冻存液至YEPD液体培养基活化24 h,然后取10 μl菌悬液至1 ml YEPD中,并在30 ℃、200 r/min下培养16 h后待用。HUVEC细胞来源于中国科学院上海细胞库,并在新鲜配置的DMEM完全培养基中培养。
YEPD液体培养基:取10 g酵母浸膏、20 g葡萄糖、20 g蛋白胨溶解于1 000 ml三蒸水中,经高压蒸汽灭菌(121 ℃, 15 min)后,保存于4 ℃条件下备用。RPMI 1640培养基:取10 g RPMI 1640(Gibco)粉末、34.5 g吗啡啉丙磺酸、2 g NaHCO3、2.7 g NaOH溶解于1 000 ml三蒸水中,经0.22 μm的微孔滤膜过滤与灭菌后,置于4 ℃条件下保存和备用。DMEM完全培养基:按照89% DMEM基础培养基+10%胎牛血清+1%的双抗比例混匀制得,混匀后置于4 ℃条件下保存和备用。PBS缓冲液:10 × PBS 100 ml溶解于900 ml三蒸水中,经高压蒸汽灭菌(121 ℃, 15 min)后,置于4 ℃条件下保存和备用。
1.2 仪器
THZ-92A气浴恒温振荡器(上海博迅医疗生物仪器股份有限公司)、MJ-150-I霉菌培养箱(上海一恒科学仪器有限公司)、LW100T生物显微镜(北京测维光电技术有限公司)、HDC-15K高速离心机(上海泰坦科技股份有限公司)、C170二氧化碳培养箱(BINDER GmbH)、infinite M200多功能酶标仪(Tecan Austria GmbH)、高压蒸汽灭菌锅、无菌洁净工作台。
1.3 棋盘式微量液基稀释法
本实验参照美国临床和实验室标准协会(CLSI)公布的M27-A3方案中微量液基稀释法进行。首先,收集活化好的真菌细胞,PBS洗3次后用RPMI 1640培养基制成浓度为1×103 CFU/ml的菌悬液。按照每孔100 μl接种菌悬液至无菌96孔板中,1~9列加入倍半稀释的HDAC抑制剂,A~F行加入倍半稀释的氟康唑,其中G行只加氟康唑,第10列只加化合物,第11列为不加药的阴性对照组,后将96孔板置于35 °C条件下孵育48 h。测定每孔在630 nm处的吸光度A,依据公式:抑制率(%)=(A阳性对照孔−A化合物孔)/(A阳性对照孔−A阴性对照孔)× 100%,计算各孔对应的抑制率。如果某一孔和其左边孔对应的抑制率均大于80%,则该孔对应的化合物和FLC浓度分别作为FIC化合物和FIC氟康唑,利用协同指数公式:FICI =(FIC化合物./MIC80 化合物)+(FIC氟康唑/MIC80 氟康唑),计算各化合物对应的FICI。
1.4 时间-生长曲线实验
收集活化好的白念珠菌0304103稀释在RPMI 1640培养液中,保持菌浓度为1×105 CFU/ml。取5 ml稀释的菌悬液和不同浓度的待测药物加入50 ml的离心管中, DMSO组作为空白对照组和32 μg/ml FLC作为阳性对照。随后将50 ml的离心管置于30 °C条件下振荡培养(200 r/min),在多个时间点吸取不同药物组的真菌混悬液(100 μl)于96孔板上,测量A630值并使用GraphPad Prism 7作图。
1.5 真菌细胞总HDAC酶活性测试实验
收集指数生长期的白念珠菌0304103细胞(湿重为100 mg),然后用3 mg snailase、12 μl 2-巯基乙醇和3 ml snailase反应缓冲液等新鲜配置的真菌裂解液来处理它们,以制备真菌原生质体。真菌原生质体分散在PBS(20 ml)中以获得混悬液,然后往96孔板每孔中加入100 μl的混悬液和不同浓度的化合物Rocilinostat,并在35 °C下培育12 h。接着往每个孔中加入30 μmol/L的HDAC底物,于37°C下孵育6 h。随后添加100 μl HDAC酶促终止溶液并在37°C下孵育2 h。最后,在每个孔中取出100 μl培养物添加到黑板中,用Ex=360 nm,Em=460 nm来监测荧光强度并记录下来用于计算HDAC酶的抑制率。
2. 结果
2.1 化合物Rocilinostat与氟康唑联用具有协同抗真菌活性
表1列出了HDAC抑制剂单独使用或与氟康唑联合使用的体外抗真菌活性筛选结果。MIC80为抑制80%真菌细胞生长的最低药物浓度。实验结果表明,8个HDAC抑制剂单独使用对耐药白念珠菌均无直接的抗真菌活性(MIC80>64 μg/ml);而化合物Rocilinostat(FICI=0.039)和伏立诺他(FICI=0.125)与FLC联用时均表现出良好的协同抗真菌活性。其中,化合物Rocilinostat的协同活性最佳,值得进一步研究。
表 1 单用HDAC抑制剂或者与氟康唑联用对白念珠菌0304103的体外抗真菌活性(μg/ml)抑制剂 抑制剂 氟康唑 FICI 单用 联用 单用 联用 伏立诺他 >64 4 >64 4 0.125 Rocilinostat >64 2 >64 0.5 0.039 T3516 >64 64 >64 64 2 T6016 >64 64 >64 64 2 T6421 >64 32 >64 32 1 T2157 >64 32 >64 32 1 T1726 >64 64 >64 64 2 T3358 >64 32 >64 64 1.5 注: FICI值≤ 0.5表示协同,FICI值> 4表示拮抗;0.5<FICI<4表示不相关。 2.2 Rocilinostat与氟康唑或伏立康唑联用对多种白念珠菌的抗真菌活性
为进一步考察Rocilinostat是否具广谱的抗真菌作用,挑选9株临床分离的念珠菌属菌株进行协同抗真菌活性测试。如表2所示,Rocilinostat与FLC联合使用时,对两株耐FLC的白念珠菌(C. albicans 9173,FICI=0.094; C. albicans 4108, FICI=0.5)和对FLC敏感的光滑念珠菌(C. glabrata 9073)表现出协同增效作用,而对热带念珠菌(C. tropicis)和耳道念珠菌(C. auris)没有协同抗真菌活性。当Rocilinostat与伏立康唑(VRC)联用时,对耐VRC的白念珠菌(C. albicans 10060, FICI=0.033)表现出优异的协同抗真菌活性 (表3)。
表 2 Rocilinostat与氟康唑单用或联用对多种念珠菌菌株的体外抗真菌活性[MIC80 (μg/ml)]菌株 单用 联用 FICI Rocilinostat 氟康唑 Rocilinostat 氟康唑 9893 >64 >64 64 64 2 10061 >64 >64 64 64 2 10060 >64 >64 64 64 2 9173 >64 >64 4 2 0.094 4108 >64 >64 32 32 0.5 10186 >64 >64 64 64 2 5008 >64 >64 64 8 1.125 9073 32 4 32 8 0.375 0029 64 32 >64 32 1 表 3 Rocilinostat与伏立康唑单用或联用对白念珠菌菌株的体外抗真菌活性[MIC80 (μg/ml)]菌株 单用 联用 FICI Rocilinostat 伏立康唑 Rocilinostat 伏立康唑 0304103 >64 >64 32 2 0.531 10061 >64 >64 32 0.125 0.502 10060 >64 >64 2 0.125 0.033 2.3 Rocilinostat与氟康唑联用有效抑制真菌的生长
为进一步考察化合物Rocilinostat的协同抗真菌活性,我们又开展了时间-生长曲线实验。从图3结果可以看出,高浓度的氟康唑或Rocilinostat单独使用对真菌生长无抑制作用,而Rocilinostat与不同浓度的氟康唑联用能够有效抑制真菌的生长,且呈浓度依赖趋势 (图3中抑制剂为Rocilinostat)。
2.4 Rocilinostat对真菌细胞的选择性作用
采用HUVEC(人脐静脉内皮细胞)对化合物Rocilinostat进行细胞毒性的评价。结果如表4显示,化合物Rocilinostat对正常细胞表现出低毒性,IC50值为52.17 μmol/L (22.60 μg/ml),相当于其发挥协同抗耐药真菌(C. albicans 0304103)活性MIC80值的44倍,表明Rocilinostat对真菌细胞具有较强的选择性作用。此外,我们还测试了化合物Rocilinostat对真菌总HDAC酶的抑制活性,结果表明,Rocilinostat对真菌HDAC酶抑制活性(IC50=0.41 μmol/L)优于泛HDAC抑制剂伏立诺他(IC50=1.03 μmol/L)。
表 4 Rocilinostat对正常细胞的毒性和真菌总HDAC酶活性IC50 (μmol/L)化合物 HUVEC 白念珠菌(总HDAC酶) Rocilinostat 52.17 0.41 伏立诺他 — 1.03 注: “—”表示没有测试。 3. 讨论
本研究从市售的8个HDAC抑制剂中筛选出协同活性最佳的化合物Rocilinostat。进一步研究发现Rocilinostat与氟康唑联用对白念珠菌和光滑念珠菌具有协同增效作用。此外,化合物Rocilinostat与伏立康唑联用对临床分离的耐药白念珠菌株同样具有优秀的抗真菌活性。更值得关注的是,化合物Rocilinostat对正常细胞表现出低毒性,其对真菌细胞具有很好的选择性。因此,HDAC抑制剂Rocilinostat可以作为一种低毒、有效的唑类抗真菌药物增效剂,为抗真菌药物的发展提供了新的研究基础。
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