CN106588813A

CN106588813A - 一种抗变形链球菌的新型噻唑类化合物xqh‑2‑92及其应用

Info

Publication number: CN106588813A
Application number: CN201611156422.3A
Authority: CN
Inventors: 胡玮; 李荀; 王川东; 李星; 王艳; 吴波; 吴一波; 陆地; 吴昊; 张云曦
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2016-12-14
Filing date: 2016-12-14
Publication date: 2017-04-26
Anticipated expiration: 2036-12-14
Also published as: CN106588813B

Abstract

本发明公开了一种能抑制变形链球菌的新型噻唑类化合物，该化合物编号为XQH‑2‑92，分子式为C₁₆H₁₇BrN₆O₄S，分子量为469.31，中文名称为N‑(3‑溴苯基)‑4‑(2‑((5‑硝基噻唑‑2‑基)氨基)‑2‑氧代乙基)哌嗪‑1‑甲酰胺。实验证实本发明的化合物对浮游状态下的变形链球菌模式菌株和临床菌株均呈现出良好的抑菌活性和杀菌活性。同时，当培养基中化合物XQH‑2‑92终浓度达到4mg/L时对变形链球菌生物膜的抑制率达到99％以上。本发明涉及的化合物分子量小、结构相对简单，抑菌实验证实具有抑制性强、杀伤效果好等特点，能够显著抑制变形链球菌浮游细胞和生物膜的形成，可以作为预防龋齿的新型先导化合物，应用前景广阔。

Description

一种抗变形链球菌的新型噻唑类化合物XQH-2-92及其应用

技术领域

本发明涉及一种噻唑类化合物，尤其涉及一种抗变形链球菌的新型噻唑类化合物XQH-2-92及其应用。该化合物可以抑制口腔中牙周细菌的生长，可用于防治龋齿，属于口腔疾病防治药物制备技术领域。

背景技术

人体口腔中存在着大量的微生物，他们利用代谢碳水化合物产生的酸类物质和口腔中的唾液寄居在人体牙齿的表面形成生物膜(biofilm)。正常情况下，口腔中的微生物在牙齿表面处于一种相对稳定的生理平衡状态，一旦这种平衡被打破就会引发龋齿(Selwitzet al.,2007)。在龋齿的形成过程中，变形链球菌(Streptococcus mutans)起着至关重要的作用。变形链球菌能够代谢碳水化合物产生大量的酸类物质，同时自身又能够在低pH的酸性环境中存活。除此之外，变形链球菌能够通过产生葡聚糖转移酶将口腔内残留的蔗糖转变为葡聚糖。葡聚糖很容易被吸附在牙齿上并且不易被清除，并且能够选择性地吸附口腔中其他细菌，形成菌斑。菌斑中的细菌代谢产生酸性产物长期作用于牙齿会使牙齿脱矿，从而形成龋齿(Lemos et al.,2013)。

龋齿俗称虫牙、蛀牙，其特点是牙釉质、牙本质脱矿和有机质的分解，属于细菌诱发的一种世界范围内的慢性疾病，在青少年和儿童中尤其常见。由于其发病率高、流行范围广等特点，龋齿现已成为严重危害人类身体健康的主要口腔疾病之一(Pitts,2004)。龋齿初期表现为牙釉质出现褐色或黑褐色斑点或斑块，表面粗糙。当龋蚀逐渐深入达到牙本质时便会形成龋洞，此时病人对冷热酸甜等刺激变得敏感并伴随着疼痛(Fejerskov andKidd,2009)。龋洞一旦形成牙齿便失去了自身修复能力，病变开始向牙体深部发展，可以引发牙髓病、根尖病等一系列并发症，严重者会失去整个牙齿进而影响身体健康和生活质量。

1940年人们首次发现口腔中链球菌和乳酸杆菌在体外培养时其碳水化合物的代谢能力可以被氟化物所抑制(Bibby and Van Kesteren,1940)。自此以后，人们便尝试利用氟化物来预防龋齿的产生，例如在牙膏中添加氟化钠。然而，随着氟化物的大量长期使用，变形链球菌已经开始产生了耐氟性(Hoelscher and Hudson,1996)，这使得龋病的预防形势变得十分严峻。这就迫切需要人们开发新的预防龋病的措施及治疗药物。

发明内容

针对现有技术的需求，本发明的目的是提供一种抗变形链球菌的新型噻唑类化合物XQH-2-92及其应用。

本发明所述抗变形链球菌的噻唑类化合物XQH-2-92，其特征在于：该化合物化学分子式为C₁₆H₁₇BrN₆O₄S，中文名称为N-(3-溴苯基)-4-(2-((5-硝基噻唑-2-基)氨基)-2-氧代乙基)哌嗪-1-甲酰胺，英文名称为N-(3-bromophenyl)-4-(2-((5-nitrothiazol-2-yl)amino)-2-oxoethyl)

piperazine-1-carboxamide，分子量为469.31，其化学结构如式(1)所示：

上述化合物易溶于二甲基亚砜(DMSO)，难溶于水。

上述化合物XQH-2-92的合成路线见如下反应式：

其中：(a)三乙胺，二氯甲烷，0℃至室温；(b)无水碳酸钾；无水乙腈；60℃；(c)无水甲醇，乙酰氯，室温；(d)三光气；乙酸乙酯；0℃至室温；(e)三乙胺，四氢呋喃，0℃至室温。

本发明所述噻唑类化合物XQH-2-92在制备抑制和杀伤变形链球菌(Streptococcus mutans)模式菌株和临床菌株的浮游细胞药物中的应用。

本发明所述噻唑类化合物XQH-2-92在制备抑制变形链球菌(Streptococcusmutans)模式菌株和临床菌株生物膜的形成药物中的应用。

本发明所述噻唑类化合物XQH-2-92在制备口腔变形链球菌(Streptococcusmutans)生物膜抑制剂中的应用。

本发明所述噻唑类化合物XQH-2-92在制备防治龋齿的靶向药物中的应用。

本发明所述噻唑类化合物XQH-2-92作为抑菌添加成分在制备牙膏、漱口水或消毒液中的应用。

实验时用DMSO将化合物XQH-2-92溶解，配成终浓度为1024mg/L的母液贮存。

本发明测定了化合物XQH-2-92对变形链球菌模式菌株和临床菌株的抑制效果。

结果显示，化合物XQH-2-92对浮游状态下的变形链球菌具有很好的抑菌活性和杀菌活性，其对变形链球菌UA159菌株的最小抑菌浓度为2mg/L，最小杀菌浓度为8mg/L，半数最大抑制浓度(IC50)为0.957mg/L。当培养基中化合物XQH-2-92终浓度达到4mg/L时对变形链球菌UA159菌株生物膜的抑制率为99.52％。化合物XQH-2-92对变形链球菌UA246菌株的最小抑菌浓度为4mg/L，最小杀菌浓度为32mg/L，半数最大抑制浓度(IC50)为0.679mg/L。当培养基中化合物XQH-2-92终浓度达到4mg/L时对变形链球菌UA246菌株生物膜的抑制率为99.18％。

其中，所使用的变形链球菌UA159菌株为模式菌株，在NCBI数据库(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/)中的参考基因组编号为NC_004350。本发明所使用的变形链球菌UA246菌株为临床菌株，分离自患有龋齿病人的口腔当中。其最适的培养基优选脑心浸液(Brain Heart Infusion)培养基(Brain infusion solids 12.5g/L，Beef heartinfusion solids 5.0g/L，Proteose peptone 10.0g/L，Glucose 2.0g/L，Sodiumchloride 5.0g/L，Di-sodium phosphate 2.5g/L，pH 7.4±0.2)，最适的培养条件优选厌氧，37℃静置培养。

本发明公开的噻唑类化合物XQH-2-92分子量小、结构相对简单，抑菌实验证实具有抑制性强、杀伤效果好等特点，能够显著抑制变形链球菌浮游细胞和生物膜的形成，可以作为预防龋齿的新型靶向候选药物。应用前景广阔。

具体实施方式

下面结合本发明提供的一种抗变形链球菌的新型噻唑类化合物XQH-2-92，进一步描述其在杀伤、抑制变形链球菌浮游细胞及其生物膜形成过程中的应用。所述内容是对本发明的解释而不是限定。

实施例1：化合物XQH-2-92的制备

化合物XQH-2-92的合成路线见如下反应式：

具体反应过程如下：

(1)中间体2-氯-N-(5-硝基噻唑-2-基)乙酰胺(1)的制备

将5-硝基-2-氨基噻唑(1eq)和三乙胺(1.2eq)溶解于CH₂Cl₂中，在0℃下逐滴滴加氯乙酰氯(1.2eq)，滴加完毕自升温继续反应5h，用TLC检测反应，原料无剩余，停止反应。向反应液中加100ml的蒸馏水，水相用CH₂Cl₂萃取三次(3×100ml)，有机相用饱和NaCl洗两次(2×100ml)，无水硫酸镁干燥，然后蒸发浓缩得粗品。粗品经硅胶柱纯化分离(二氯甲烷:甲醇＝150:1,v:v)得到纯品黄色固体，产率82％。

(2)中间体4-叔丁基-(2-((5-硝基噻唑-2-基)氨基)-2-氧代乙基)哌嗪-1-羧酸(2)的制备

将上一步中间体1(1eq)，4-Boc-哌嗪(1.2eq)和K₂CO₃(1.2eq)溶解于CH₃CN中，在60℃下反应8h，用TLC检测反应，原料无剩余，停止反应。蒸出CH₃CN，向反应液中加100ml的蒸馏水，水相用乙酸乙酯萃取三次(3×100ml)，有机相用饱和NaCl洗两次(2×100ml)，无水硫酸镁干燥，然后蒸发浓缩得粗品。粗品经硅胶柱纯化分离(二氯甲烷:甲醇＝v:v,100:1)得到纯品黄色固体，产率78％。

(3)中间体2-((5-硝基噻唑-2-基)氨基)-2-氧代乙基-哌嗪-1-羧酸(3)的制备

方法1：将乙酰氯慢慢滴入无水乙醇中(V:V＝4:5)，生成HCl和乙酸乙酯，再将上一步中间体2溶于其中,在常温下搅拌15分钟，用TLC检测反应完全，蒸干溶剂，得黄色固体，粗产品产率100％，未经处理直接进行下一步。

方法2：冰浴下，将上一步中间体溶于少量的无水二氯甲烷中，逐滴滴加三氟乙酸溶液(2eq)，该溶液自然升温至室温后，继续反应3小时，至TLC监测反应已经完毕。整除有机溶剂，所得的粗产品未经处理直接投入到下一步中。

(4)中间体3-溴苯胺(4)的制备

将三光气(0.5eq)溶解于乙酸乙酯中。在0℃下搅拌待三光气完全溶解，再逐滴加入3-溴苯胺(1eq)的乙酸乙酯溶液，滴加完毕，回流5h用TLC检测反应，原料无剩余，停止反应。蒸出乙酸乙酯，油状物，产率100％，未经处理直接做下一步。

(5)N-(3-溴苯基)-4-(2-((5-硝基噻唑-2-基)氨基)-2-氧代乙基)哌嗪-1-甲(XQH-2-92)的制备

在0℃将中间体3(1eq)和TEA(1.2eq)溶解于THF中，再逐滴滴加3-溴苯基异氰酸酯(1.2eq)，搅拌3h，用TLC检测反应，蒸出THF，向反应液中加50ml的蒸馏水，水相用乙酸乙酯萃取三次(3×50ml)，有机相用饱和NaCl洗两次(2×50ml)，无水硫酸镁干燥，然后蒸发浓缩得粗品。粗品经硅胶柱纯化分离(二氯甲烷:甲醇＝60:1)得到纯品得类白色固体，产率73％。

¹H NMR(400MHz,DMSO-d₆)：δ8.72(s,1H),8.64(s,1H),7.78(t,J＝1.9Hz,1H),7.43(d,J＝9.2Hz,1H),7.19(t,J＝8.1Hz,1H),7.11(d,J＝9.7Hz,1H),3.53(s,2H),3.50(d,J＝5.2Hz,4H),2.69～2.61(m,4H)ppm；ESI-MS:468.9[M-H].

实施例2：变形链球菌的准备

(1)培养变形链球菌的培养基为脑心浸液(Brain Heart Infusion)培养基(品牌OXOID，货号CM1135)，培养基主要成分为Brain infusion solids 12.5g/L，Beef heartinfusion solids 5.0g/L，Proteose peptone 10.0g/L，Glucose 2.0g/L，Sodiumchloride 5.0g/L，Di-sodium phosphate2.5g/L，pH 7.4±0.2。如需配置成固体，需要添加琼脂粉15g/L。115℃灭菌30min，冷却后待用。

(2)培养变形链球菌生物膜的培养基为脑心浸液-蔗糖培养基，即在脑心浸液培养基中添加终浓度为1％的蔗糖。蔗糖需事先配成20％贮存液并用0.22μm的无菌滤器过滤除菌。

(3)用无菌接种环将变形链球菌模式菌株UA159和分离自龋齿病人口腔中的变形链球菌菌株UA246在含有脑心浸液琼脂固体培养基的平板上进行划线，倒置于37℃的厌氧培养箱中培养直至出现明显的单菌落。

(4)用无菌的接种铲刮取变形链球菌UA159和UA246菌株，分别转接到装有脑心浸液液体培养基的试管中，在37℃的厌氧培养箱中静置，培养至液体浑浊。

(5)用紫外可见分光光度计检测变形链球菌在600nm下的吸光度值(OD600nm)。

(6)用分析天平精确称量化合物XQH-2-92，加入DMSO将其溶解，然后用孔径为0.22μm的无菌滤器过滤除菌，配成终浓度为1024mg/L的贮存液，存放于-20℃待用。

实施例3：化合物XQH-2-92对变形链球菌浮游细胞的活性检测

(1)按照实施例1中描述的方法准备变形链球菌菌液和化合物XQH-2-92，将培养制对数期的变形链球菌UA159和UA246菌液(OD600nm＝0.8～1.0)用脑心浸液培养基稀释至终浓度为5×10⁵cfu/ml待用。

(2)采用微量肉汤稀释法检测化合物XQH-2-92对变形链球菌UA159和UA246浮游细胞的最小抑菌浓度。即将倍比稀释后不同浓度的化合物XQH-2-92溶液分别加到无菌的96孔板中，第1至第11孔为加药液的实验组，第12孔为不加药作为生长对照组，每个孔中变形链球菌菌液终浓度为5×10⁵cfu/ml，此时，第1孔至第12孔药物浓度分别为256、128、64、32、16、8、4、2、1、0.5、0.25、0μg/ml。以在小孔内完全抑制细菌生长的最低浓度定位最小抑菌浓度(MIC)。

(3)将小孔内的菌液均匀涂布到脑心浸液琼脂固体培养基上后，在37℃厌氧培养箱中倒置培养24小时，以没有细菌生产的最低浓度定位最小杀菌浓度(MBC)。

(4)用酶标仪检测每个小孔内在600nm下的吸光度值，计算每个药物浓度条件下细胞的抑制率，计算公式为抑制率＝(1-实验组/生长对照组)×100％，所得数据使用SPSS统计软件计算半数最大抑制浓度(IC₅₀)，实验结果如表1所示。

表1.化合物XQH-2-92对变形链球菌UA159和UA246浮游细胞的活性检测

MIC：最小抑菌浓度；MBC：最小杀菌浓度；IC₅₀：半数最大抑制浓度

从表1我们可以看出，化合物XQH-2-92对变形链球菌UA159和UA246浮游细胞具有很好的抑菌活性和杀伤活性。化合物XQH-2-92对变形链球菌UA159浮游细胞的活性要明显好于变形链球菌UA246。

实施例4：化合物XQH-2-92对变形链球菌生物膜的抑制活性

(1)按照实施例1和2中描述的方法准备变形链球菌菌液和化合物XQH-2-92，用脑心浸液-蔗糖培养基将处于对数期的变形链球菌稀释至终浓度为5×10⁵cfu/ml待用。

(2)向无菌的96孔板中加入(1)中的菌液150μl，并以加入化合物XQH-2-92的孔(终浓度4mg/L)作为实验组，以不加化合物XQH-2-92的孔作为对照组。放于37℃厌氧培养箱中静置培养40小时。

(3)将每个孔中的浮游细胞移走，并用大量的水冲洗未吸附的细胞。

(4)向每个孔中加入0.1％的结晶紫溶液200μl，在室温的条件下静置5min进行染色，然后移除结晶紫溶液，并用大量水冲洗掉除去未吸附的结晶紫。

(5)向每个孔中加入33％的乙酸溶液200μl溶解吸附的结晶紫，然后使用酶标仪检测590nm下的吸光度值，计算生物膜的抑制率，计算公式同实施例1。

结果显示，当培养基中化合物XQH-2-92终浓度达到4mg/L时对变形链球菌UA159菌株生物膜的抑制率为99.52％，对变形链球菌UA246菌株生物膜的抑制率为99.18％。

Claims

1.一种抗变形链球菌的噻唑类化合物XQH-2-92，其特征在于：该化合物化学分子式为C₁₆H₁₇BrN₆O₄S，中文名称为N-(3-溴苯基)-4-(2-((5-硝基噻唑-2-基)氨基)-2-氧代乙基)哌嗪-1-甲酰胺，英文名称为N-(3-bromophenyl)-4-(2-((5-nitrothiazol-2-yl)amino)-2-oxoethyl)piperazine-1-carboxamide，分子量为469.31，其化学结构如式(1)所示：

2.权利要求1所述噻唑类化合物XQH-2-92在制备抑制和杀伤变形链球菌(Streptococcus mutans)模式菌株和临床菌株的浮游细胞药物中的应用。

3.权利要求1所述噻唑类化合物XQH-2-92在制备抑制变形链球菌(Streptococcusmutans)模式菌株和临床菌株生物膜的形成药物中的应用。

4.权利要求1所述噻唑类化合物XQH-2-92在制备口腔变形链球菌(Streptococcusmutans)生物膜抑制剂中的应用。

5.权利要求1所述噻唑类化合物XQH-2-92在制备防治龋齿的靶向药物中的应用。

6.权利要求1所述噻唑类化合物XQH-2-92作为抑菌添加成分在制备牙膏、漱口水或消毒液中的应用。