抗菌的α-螺旋阳离子多肽制造技术

本发明专利技术提供了一种具有高度径向两亲性的抗菌多肽(AMPs)。不同于以表面两亲性或带有随机分布带电和疏水基团的生物模拟抗菌聚合物为特征的典型的AMPs，这些新型AMPs是具有径向两亲性结构的同质多肽。它们具有稳定α‑螺旋构型，包括疏水螺旋核心和带电的外壳，其由长疏水性侧链和末端电荷基团形成。所述两亲性多肽，与传统的AMPs相比，具有对蛋白酶的稳定性和设计上的简单性的多种优点。它们对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌均表现出高度的抗菌活性，并具有低溶血活性。因此，所述AMPs为治疗耐药细菌感染提供了一种通用平台。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】抗菌的α-螺旋阳离子多肽相关申请本申请根据U.S.C.§119(e)的规定，要求下述在先申请的优先权：2015年6月26日提交的美国临时专利申请62/185,345，其在此通过引用纳入本文。政府支助本专利技术是在美国政府支助下，通过NationalInstitutesofHealth提供的拨款CHE-1153122以及NationalInstitutesofHealth提供的项目1DP2OD007246和1R21EB013379的资助进行的。美国政府对本专利技术享有某些权利。
技术介绍
抗菌肽(AMPs)通常含有～40-60个氨基酸，由阳离子和疏水氨基酸组成。它们具有各种二级结构(如α-螺旋)并且能够灭杀一些细菌。AMPs靶向细菌膜的一般的和必要的脂类组分而且较少依赖于特定的细菌代谢状态，从而耐药性的发展缓慢。由于这个特点，AMPs作为临床上潜在的抗菌剂受到很大关注。在已经开发的所有AMPs中，α-螺旋肽是被研究最多的，通过分开位于所述螺旋的相对面的阳离子和疏水氨基酸,表现出“表面两亲”(faciallyamphiphilic,FA)结构。这种结构与抗菌活性具有很好地相关性(Brogden(2005)NatRevMicrobiol3(3):238-250)。近期工作表明AMPs的氨基酸含量是如何通过特定类型膜曲率形成来支持这种活性(Schmidtetal.(2011)JAmChemSoc133(17):6720-6727)。AMPs的商业开发，虽经很大努力，成果却有限，其原因部分在于肽本身存在的缺点。尽管人们在有关AMP机理的基础研究方面已有不少了解，但是与偏离目标的真核细胞毒性相比，目前还不可能对AMP的活性、治疗指数和抗菌活性做到精确、定量的预测。对新的AMP相关抗生素的设计依赖于序列调控的肽合成以及参数的优化，而这些都是昂贵的并且需要耗费大量劳动。大多数AMP衍生抗生素的另一个缺点是它们在生物体系中的稳定性差，例如，LL-37和马盖宁(magainin)在血液循环中可在几分钟之内被蛋白酶降解并失去其抗菌活性。最后，AMPs的一个显著缺点与其具有暴露的疏水性螺旋面‘FA’结构有关(图1a)，这导致非期望的与血蛋白的多肽相互作用和自聚集。已有报道，AMP螺旋束会导致抗菌活性的显著下降(BaharandRen(2013)Pharmaceuticals(Basel)6(12):1543-1575)。对于开发AMP类似物，例如β-肽类、α/β-肽类、类肽类和芳香族低聚物，已经得到很大程度的关注。有些这类的化合物已经被证明比常规的AMPs具有更好的稳定性。它们通常是序列特异的，并且需要固相肽合成，因此与AMPs具有相似的优点和开发方面的缺陷。同时携带阳离子和疏水基团的基于合成聚合物的AMP模拟物也越来越受到关注，其可以通过成本有效的聚合方法来制备。例如，已经开发了简化的聚合体AMP类似物，包括聚(甲基丙烯酰胺)、聚(β-内酰胺)、多肽、聚(降冰片烯)和聚(碳酸酯)。这些化合物被认为比肽类更便宜，而且对于它们的优化已经开展了很多的工作。尽管有了一些进展，但仍需要制备新的AMPs，使其得到结构和组成控制，并且提高体内稳定性以及降低或消除对哺乳动物的毒性。另外还需要高度选择性的抗生素，避免出现抗性的抗生素，以及与现有抗生素可以协同作用的抗生素。
技术实现思路
本文描述了具有具有季铵基团和长的疏水性侧链的稳定的α-螺旋结构的一系列阳离子多肽。与相应的非螺旋多肽相比，所述螺旋多肽表现出径向两亲性(radialamphiphilicity)并且表现出显著更高的抗菌活性，并且相对于哺乳动物细胞针对细菌具有高选择性。所述螺旋阳离子多肽通过膜溶解机制破坏细菌膜，使得能够实质上规避抗药性。所述螺旋多肽的膜破坏机制也增加了细菌对小分子抗生素的渗透性，因此增强和协同了许多商业抗生素的抗菌活性。因此，所述抗菌的螺旋多肽是有前途的抗菌药物，用于治疗各种细菌感染和相关疾病。由此，本专利技术提供了一种径向两亲聚合物，包括式I：或其盐；其中m为约6至约100；n为1,2或3；以及X为脂肪族或芳香族季铵盐基团。在一个具体实施方式中，所述聚合物包括式II的聚合物：或其盐；其中：m为约6至约100。在各种实施方式中，所述聚合物可以是具有式III的聚合物：或其盐；其中R0为(C1-C60)烷基，以及Rx为H或甲硅烷基。所述径向两亲聚合物可用于制备包含所述聚合物和药学上可接受的稀释剂或载体的医药组合物。所述医药组合物还可以包含第二抗生素，例如氨基糖苷、四环素或β-内酰胺。本专利技术还提供了抑制细菌生长或灭杀细菌的方法，包括在足以灭杀或抑制细菌生长的条件下，使细菌与包含本文所述径向两亲性聚合物的组合物接触。本专利技术还提供了治疗哺乳动物细菌感染的方法，其包括向感染致病细菌的哺乳动物施用有效量本文所述的径向两亲性聚合物，从而通过灭杀细菌来治疗所述细菌感染，抑制所述细菌的生长，或其组合。该方法可以包括将所述径向两亲聚合物与第二抗生素组合同时或依次给药。发现所述组合给药的效果比不施用所述径向两亲聚合物显著地更为有效，而且观察到协同作用。因此，本专利技术提供了本文所述的新型肽，用于合成所述肽的中间体以及制备所述肽的方法。本专利技术还提供了可用作合成其它有用化合物和组合物的中间体的新型肽。本专利技术提供了本文所述的新型肽在制备用于治疗哺乳动物(例如人)的细菌感染的药物的用途。因此，本专利技术提供了用于医学疗法的本文所述的组合物。所述药物或组合物可以包括药学上可接受的稀释剂、赋形剂或载体。附图简要说明下述附图属于说明书的一部分并且是用来对本专利技术的一些实施方式或不同方面作进一步的描述。在一些实例中，本专利技术的实施方式可以通过参照附图并结合本文提供的详细描述得到更好地理解。这些描述和附图可以突出某些具体的实施例或者本专利技术的某些方面。然而，本领域技术人员应当理解这些部分的实施例或方面也可用于结合本专利技术的其他实施例或方面。图1A-I.示意描述(a)表面两亲性AMP和(b)径向两亲性(RA)AMP。(c)PHLG-BIm的化学结构,其中m为约6至约100。(d)PHLG-BIm40(三角形符号)、PHDLG-BIm40(正方形符号)和PHLG-BIm28(圆形符号)在pH＝7的水溶液中的CD光谱。(e)从全原子分子动力学模拟预测的RA肽结构。来自我们使用VMD获得的模拟轨迹的代表性肽抓拍照图片。为了观察清楚，水分子已被去除，主干和侧链分别以红色(中心核原子)和灰色(外部附属部位)着色。(f)在α-螺旋骨架周围的侧链N12原子的3D概率分布。(g)图1(f)中3D概率分布在与肽长轴垂直的平面上的2D投影。概率密度在0-0.83nm-2的范围，并且绘制为20个均匀间隔的等位轮廓图。(h)当与胰蛋白酶、链霉蛋白酶、来自绿脓杆菌的弹性蛋白酶或来自人类白细胞的弹性蛋白酶孵育8小时后，多肽PHLG-BIm40的稳定性。(i)当与胰蛋白酶、链霉蛋白酶、来自绿脓杆菌的弹性蛋白酶或来自人类白细胞的弹性蛋白酶孵育8小时后，多肽LL-37的稳定性(对照峰在4.5分钟)。图2A-D.PHLG-BIm40通过直接破坏细菌细胞膜来灭杀细菌。(a)用PHDLG-BIm40(非螺旋，没有径向两亲结构)或PHLG-BIm40(螺旋并具有径向本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种径向两亲性聚合物，具有式I：

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.26 US 62/185,3451.一种径向两亲性聚合物，具有式I：或其盐；其中：m为约6至约100；n为1,2或3；以及X为脂肪族或芳香族季铵盐部分。2.权利要求1所述的聚合物，其中所述聚合物具有α-螺旋的形式。3.权利要求1所述的聚合物，其中m为约10至约80。4.权利要求3所述的聚合物，其中m为约25至约50。5.权利要求1所述的聚合物，其中n为1。6.权利要求1所述的聚合物，其中n为2或3。7.权利要求1所述的聚合物，其中X为含有3到13个碳原子的芳香族季铵盐部分。8.权利要求7所述的聚合物，其中X为：其中R为(C1-C10)烷基。9.权利要求1所述的聚合物，其中X为脂肪族季铵盐部分，包含3到13个碳原子，或8到13个碳原子。10.权利要求9所述的聚合物，其中X为：其中R1、R2和R3各自为直链或支链(C1-C10)烷基，其中R1、R2和R3中组合的碳原子总数为3至13。11.权利要求10所述的聚合物，其中X为：12.权利要求1所述的聚合物，其中所述聚合物具有式II：或其盐；其中m为约6至约100。13.一种医药组合物，包括权利要求1-12任一项所述的聚合物以及第二抗生素。14.权利要求1-12任一项所述的聚合物，其中所述聚合物为式III的聚合物：或其盐；其中R0为(C1-C60)烷基，以及Rx为H。15.权...

【专利技术属性】
技术研发人员：程建军，熊孟华，宋自远，
申请(专利权)人：伊利诺伊大学董事会，
类型：发明
国别省市：美国,US