专利名称：广谱抗生素Arylomycin类似物的制作方法
广谱抗生素Ary I omyc i η类似物政府支持声明本发明在海军研究部(Office of Naval Research)授予的基金批准号N00014-08-0478的政府支持下完成。美国政府对本发明拥有某些权利。相关申请的交叉引用本申请要求于2010年9月15日提交的标题为“BROAD SPECTRUM ANTIBIOTICARYLOMYCIN ANALOGS (广谱抗生素Arylomycin类似物)”的美国专利申请系列号61/382，988的优先权权益，其通过引用整体并入本文。
背景技术：
Arylomycin类天然产物(其包括arylomycin A和B系列)最初由Hans-PeterFrielder的研究组发现，并描述在Journal of Antibiotics的2002年出版物中(J.Schimana,等人，J.Antibiotics (2002)，55 (6)，565-570 和 571-577)。如在该出版物中所表征的，arylomycins包含一类具有独特结构的由六肽组成的天然产物,其具有在N-甲基-4-羟基苯基甘氨酸5 (MeHpg5)和酪氨酸7之间的独特联芳基桥和不同长度的N-端酰基尾。参见
图1，该图显示了由Frielder研究组确定的arylomycin A和B类天然产物的结构。描述arylomycins的初始报告提供了描述这些化合物针对下述生物的抗生素活性的数据:土壤细菌、球形节杆菌(Arthrobacter globiformis) DSM20124、氧化节杆菌(Arthrobacter oxygans)DSM6612、滋养节杆菌(Arthrobacter pascens)DSM20545、红串红球菌(Rhodococcus erythropolis)DSM1069 (目前表征为混池红球菌(Rhodococcusopacus))、绿色产色链霉 菌(Streptomyces viridochromogenes)Tu57 和短短芽抱杆菌(Brevibacillus brevis)DSM30,以及真菌冻土毛霉(Mucor hiemalis)Tu179/180 所述数据似乎提示，并且所述作者得出结论:arylomycins对除了混浊红球菌和短短芽孢杆菌以外的试验细菌具有有限活性至无活性。此外，尽管没有提供数据，所述作者声称，arylomycin不缺乏针对下述生物的活性:革兰氏阴性细菌大肠杆菌(Escherichiacoli) K12、奇异变形杆菌(Proteus mirabilis) ATCC35501、突光假单胞菌(Pseudomonasfluorescens)DSM50090,和真核生物酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)ATCC9080、灰葡萄抱霉(Botrytis cinerea)Tul57,以及绿藻 Chlorella fusca 和浮萍青萍(Lemnaminor)。在2004年,Kulanthaivel等人独立地发现了 arylomycins的一个亚类，即脂糖肽类(Iipoglycopeptides),其与arylomycin A和B系列的差别在于:轻基苯基甘氨酸残基的糖基化和芳族羟基化，以及N-端酰基尾的长度。提供了动力学证据来支持下述结论:月旨糖肽类在体外会抑制必需细菌酶(essential bacterial enzyme) I型信号肽酶。但是,月旨糖肽类的大多数有活性的成员对人病原体肺炎链球菌(Streptococcus pnemoniae)R6仅表现出中等的全细胞活性，并表现出对人病原体金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)ATCC13709、流感嗜血杆菌(Haemophilus influenzae)ATCC49247和大肠杆菌K12极微小的活性至无活性。此外，基于遗传数据，将大肠杆菌K12对arylomycins的脂糖肽亚类的固有抗性归因于药物流出的外膜穿透，这提示，arylomycins不适合作为针对革兰氏阴性细菌的抗微生物剂。参见2005年10月4日授权的美国专利号6，951，840 ;也参见P.Kulanthaivel，等人，J.Biol.Chem.(2004)，279 (35)，36250-36258。由Frielder和Kulanthaivel描述的天然产物显不在图1中；Frielder的研究组将所述化合物称作“arylomycins”, Lilly研究人员(包括Kulanthaivel)将所述化合物称作“脂糖肽类”。本发明的发明人已经报道了 arylomycin A2的整个合成，参见T.Roberts,等人(2007)，J.Am.Chem.Soc.129，15830-15838。
发明内容
本发明涉及天然产物arylomycin的类似物用于治疗微生物感染,例如用于治疗细菌感染的用途。在不同的实施方案中，本发明提供了用于治疗细菌感染的在结构上与arylomycin有关的化学化合物的类别和亚类。在不同的实施方案中，所述细菌感染对天然产物arylomycin的治疗具有抗性,但是对本发明的arylomycin类似物的治疗敏感。在不同的实施方案中，本发明提供了式(I)的化合物或其盐
权利要求
1.式(I)的化合物或其盐
2.根据权利要求1所述的式I的化合物，其中当G1是H或6-脱氧己吡喃糖基残基，G2是H，R1具有式(IIA)，R2是氢或羟基，R3是氢或硝基，Rai和Ra2和Ra4是H，Ra3和Ra5是甲基，且B是CO2H时，那么R5不是未取代的(C1-C22)烷基。
3.根据权利要求1所述的化合物或其盐，其中所述化合物具有式(IA)
4.根据权利要求1所述的化合物或其盐，其中R1是式(IIAS)或(IIBS)的基团
5.根据权利要求1所述的化合物，其中R5是(C1-C22)直链或支链烷基。
6.根据权利要求1所述的化合物，其中R3是(C1-C22)直链或支链烷基，所述(C1-C22)直链或支链烷基包含权利要求1中的基团(A)、(B)、(C)或(D)中的一个或多个。
7.根据权利要求3或4所述的化合物，其中R3是(C1-C22)直链或支链烷基。
8.根据权利要求3或4所述的化合物，其中R5是(C1-C22)直链或支链烷基，所述(C1-C22)直链或支链烷基包含权利要求1中的基团(A)、(B)、(C)或⑶中的一个或多个。
9.根据权利要求1所述的化合物，其中R5是下述基团中的任一个
10.根据权利要求1所述的化合物，其中R5是下述中的任一个:甲基、乙基、(C3-C22)-正烷基、(C3-C22)-异烷基、(C4-C22)-反异烷基、萘基、(C2-Cltl)萘基、萘基甲基、(C2-Cltl)萘基甲基、联苯基、(C2-Cltl)烷基联苯基、联苯基甲基、(C2-Cltl)烷基联苯基甲基、(C4-C12)苯基、(C4-C12)苄基、(C2-Cltl)-1, 2-二苯基乙炔基，或(Z)-或(E)-(C2-Cltl)-1, 2-二苯基乙烯基，其中波形线指示R5与式(IIA)、(IIB)或(IIC)中与R5键合的原子的连接点。
11.根据权利要求1所述的化合物，其中带有一个或多个X1或X2的环分别是苯基、批啶基、吡嗪基、嘧啶基或哒嗪基，任选地，其中R2和R3均为氢。
12.根据权利要求1所述的化合物，其中R2和R3中的至少一个是氢。
13.根据权利要求1所述的化合物，其中R2和R3中的至少一个是硝基、齒代、氰基、羟基、糖氧基、氨基、(C1-C4)烷氧基或(C1-C4)烷基，并且η2或η3分别是I，或同时为I。
14.根据权利要求1所述的化合物，其中2个G均为氢。
15.根据权利要求1所述的化合物，其中RA1、Ra2和Ra4中的任一个是氢，Ra3和Ra5中的任一个是甲基，或它们的任意组合。
16.根据权利要求1所述的化合物，其中Ra3是氢、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、3-轻基丙基、4-轻基丁基或2, 2, 2- 二氣乙基。
17.根据权利要求1所述的化合物，其中所有的R4和R6独立地选自氢或甲基。
18.根据权利要求1所述的化合物或其盐，其中所述化合物是下述式(III)化合物中的任一种
19.根据权利要求3所述的化合物或其盐，其中所述化合物是下述式(IV)化合物中的任一种
20.—种化合物，其包含权利要求1所述的化合物的水合物、溶剂化物、前药或代谢物。
21.—种药物组合物，其包含权利要求1所述的化合物和药学上可接受的赋形剂。
22.权利要求1所述的化合物用于制备药物的用途，所述药物用于治疗患者的细菌感染。
23.—种治疗动物的细菌感染的方法，所述方法包括:以足以给所述动物提供有益效果的频率和持续时间，给所述动物施用有效量的权利要求1所述的化合物。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述细菌感染的致病菌种具有对arylomycinA2治疗的抗性的基因型。
25.根据权利要求23所述的方法，其中所述细菌感染是涉及白喉棒状杆菌(Corynebacterium diphtheriae)、谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)、空肠弯曲杆菌(Campylobacter jejuni)、沙眼衣原体(Chlamydia trachomatis)、肺炎衣原体(Chlamydophila pneumoniae)、土拉热弗朗西斯氏菌(Francisella tularensis)、幽门螺杆菌(Helicobacter pylori)、乳酸乳球菌乳脂亚种(Lactococcus Iactissubsp.Cremoris)、乳酸乳球菌乳酸亚种(Lactococcus lactis subsp.1actis)、疮疱丙酸杆菌(Propionibacterium acnes)、马红球菌(Rhodococcus equi)、混池红球菌(Rhodococcus opacus)、头状葡萄球菌(Staphylococcus capitis)、山羊葡萄球菌(Staphylococcus caprae)、肉葡萄球菌(Staphylococcus carnosus)、科氏葡萄球菌(Staphylococcus cohnii)、表皮葡萄球菌(Staphylococcus epidermidis)、溶血葡萄球菌(Staphylococcus haemolyticus)、人葡萄球菌(Staphylococcus hominis)、人葡萄球菌人亚种(Staphylococcus hominis subsp.hominis)、人葡萄球菌耐新霉素败血症亚种(Staphylococcus hominis subsp.novobiosepticus)、路邓葡萄球菌(Staphylococcuslugdunensis)、无乳链球菌(Streptococcus agalactiae)、停乳链球菌(Streptococcusdysgalactiae)、缓症链球菌(Streptococcus mitis)、口腔链球菌(Streptococcusoralis)、酿胺链球菌(Streptococcus pyogenes)、肺炎链球菌(Streptococcuspnemoniae)和/或鼠疫耶尔森氏菌(Yersinia pestis)的感染。
26.根据权利要求23所述的方法，其中所述细菌感染是涉及革兰氏阴性细菌的感染。
27.一种治疗动物的细菌感染的方法,所述方法包括:给所述动物施用arylomycin A和/或arylomycin B和/或权利要求1所述的化合物，其中所述感染涉及表达信号肽酶的微生物物种，所述信号肽酶在信号肽酶催化丝氨酸的N-端10个氨基酸内不具有脯氨酸残基。
28.根据权利要求27所述的方法，其中所述细菌物种编码或表达SPase酶，所述SPase酶在SPase催化丝氨酸的N-端5_7个氨基酸处不具有脯氨酸残基。
29.根据权利要求27所述的方法，其中所述细菌感染是涉及白喉棒状杆菌、谷氨酸棒杆菌、空肠弯曲杆菌、沙眼衣原体、肺炎衣原体、土拉热弗朗西斯氏菌、幽门螺杆菌、乳酸乳球菌乳脂亚种、乳酸乳球菌乳酸亚种、疮疱丙酸杆菌、马红球菌、肉葡萄球菌、科氏葡萄球菌、溶血葡萄球菌、人葡萄球菌、人葡萄球菌人亚种、人葡萄球菌耐新霉素败血症亚种、路邓葡萄球菌、无乳链球菌、停乳链球菌、缓症链球菌、口腔链球菌、酿脓链球菌和/或肺炎链球菌的感染。
30.根据权利要求27所述的方法，其中所述细菌感染是涉及革兰氏阴性细菌的感染。
31.根据权利要求27所述的方法，其中施用包括局部施用。
32.—种治疗动物的细菌感染的方法，所述方法包括:给所述动物施用权利要求1所述的化合物中的任一种或任意组合，其中所述细菌感染包括编码或表达SPase酶的细菌的感染，所述SPase酶在SPase催化丝氨酸的N-端约10个氨基酸内具有脯氨酸。
33.根据权利要求32所 述的方法，其中所述细菌编码或表达SPase酶，所述SPase酶在SPase催化丝氨酸的N-端5_7个氨基酸处不具有脯氨酸。
34.根据权利要求32所述的方法，其中所述细菌感染涉及头状葡萄球菌、山羊葡萄球菌和/或鼠疫耶尔森氏菌。
35.一种治疗动物的细菌感染的方法,所述方法包括:给所述动物施用arylomycin A或arylomycin B,其中所述微生物感染是涉及白喉棒状杆菌、谷氨酸棒杆菌、空肠弯曲杆菌、沙眼衣原体、肺炎衣原体、土拉热弗朗西斯氏菌、幽门螺杆菌、乳酸乳球菌乳脂亚种、乳酸乳球菌乳酸亚种、疮疱丙酸杆菌、马红球菌、头状葡萄球菌、山羊葡萄球菌、肉葡萄球菌、科氏葡萄球菌、溶血葡萄球菌、人葡萄球菌、人葡萄球菌人亚种、人葡萄球菌耐新霉素败血症亚种、路邓葡萄球菌、无乳链球菌、停乳链球菌、缓症链球菌、口腔链球菌、酿脓链球菌、肺炎链球菌和/或鼠疫耶尔森氏菌的感染。
36.根据权利要求35所述的方法，其中施用包括局部施用。
37.根据权利要求23或权利要求35所述的方法，所述方法还包括:施用第二种治疗剂。
38.根据权利要求37所述的方法，其中所述第二种治疗剂是非arylomycin抗生素。
39.根据权利要求38所述的方法,其中所述非arylomycin抗生素是氨基糖苷类抗生素、氟喹诺酮类抗生素、青霉素类抗生素、头孢菌素类抗生素、大环内酯类抗生素、糖肽类抗生素、利福平、氯霉素、f Iuoramphenicol、多粘菌素E、莫匹罗星、杆菌肽、达托霉素或利奈唑 胺。
40.一种检测测试样品是否含有对arylomycin抗生素敏感的细菌的方法，所述方法包括:检测细菌信号肽酶是否存在于所述测试样品中，其中所述细菌信号肽酶在细菌信号肽酶的催化丝氨酸的N-端约10个氨基酸内不具有脯氨酸。
41.根据权利要求40所述的方法，所述方法还包括:检测测试样品是否含有鼠疫耶尔森氏囷。
42.根据权利要求40所述的方法，其中检测所述细菌信号肽酶核酸或所述细菌信号肽酶多肽。
43.根据权利要求40所述的方法，所述方法还包括:使所述测试样品与抗-信号肽酶抗体接触，并检测所述抗体是否与所述测试样品中的细菌信号肽酶形成复合物。
44.根据权利要求43所述的方法，其中所述抗体选择性地结合信号肽酶，所述信号肽酶在细菌信号肽酶的催化丝氨酸的N-端约10个氨基酸内不含有脯氨酸。
45.根据权利要求40所述的方法，所述方法还包括:使所述测试样品与选择性地结合信号肽酶的抗-信号肽酶抗体接触，所述信号肽酶在细菌信号肽酶的催化丝氨酸的N-端约10个氨基酸内不含有脯氨酸，并检测所述抗体是否与所述测试样品中的细菌信号肽酶形成复合物。
46.根据权利要求40所述的方法，所述方法还包括:使分离自所述测试样品的核酸与探针或引物接触，所述探针或引物选择性地与编码细菌信号肽酶的DNA杂交，所述细菌信号肽酶在细菌信号肽酶的催化丝氨酸的N-端约10个氨基酸内不含有脯氨酸。
47.根据权利要求46所述的方法，其中所述探针或所述引物在严谨杂交条件下与所述DNA杂交。
48.根据权利要求46所述的方法，其中所述探针或引物与所述信号肽酶DNA杂交，所述信号肽酶DNA编码包含所述细菌信号肽酶的约4至约15个氨基酸的区域，所述细菌信号肽酶包含所述催化丝氨酸。
49.根据权利要求40所述的方法，其中检测包括核酸扩增、核酸测序或单核苷酸多态性检测。
50.根据权利要求40所述的方法，其中所述信号肽酶在细菌信号肽酶的催化丝氨酸的N-端7个氨基酸内不具有脯氨酸。
51.根据权利要求40所述的方法，其中所述信号肽酶在细菌信号肽酶的催化丝氨酸的N-端5个氨基酸内不具有脯氨酸。
52.根据权利要求40所述的方法，其中所述细菌是真细菌，和/或所述抗体选择性地结合得自真细菌的选定物种的信号肽酶，和/或所述探针或引物选择性地与编码得自真细菌的选定物种的信号肽酶的DNA杂交。
53.一种细菌，其被基因工程改造成编码和/或表达信号肽酶，所述信号肽酶在信号肽酶的催化丝氨酸的N-端5-7个氨基酸处具有脯氨酸，其中所述细菌选自:白喉棒状杆菌、谷氨酸棒杆菌、空肠弯曲杆菌、沙眼衣原体、肺炎衣原体、土拉热弗朗西斯氏菌、幽门螺杆菌、乳酸乳球菌乳脂亚种、乳酸乳球菌乳酸亚种、疮疱丙酸杆菌、马红球菌、混浊红球菌、肉葡萄球菌、科氏葡萄球菌、表皮葡萄球菌、溶血葡萄球菌、人葡萄球菌、人葡萄球菌人亚种、人葡萄球菌耐新霉素败血症亚种、路邓葡萄球菌、无乳链球菌、停乳链球菌、缓症链球菌、口腔链球菌、酿脓链球菌和肺炎链球菌。
54.一种细菌，其被基因工程改造成编码和/或表达信号肽酶，所述信号肽酶在信号肽酶的催化丝氨酸的N-端5-7个氨基酸处不具有脯氨酸，其中所述细菌是大肠杆菌(Escherichia coli)、肺炎克雷伯氏菌(Klebsiella pneumoma)、肠沙门氏菌(Salmonellaentericia)、霍乱弧菌(Vibrio cholera)、铜绿假单抱菌(Pseudomonas aerugmosa)、鲍氏不动杆菌(Acinetobacter baumanii)、脑膜炎奈瑟氏球菌(Neiserria meningitides)、流感嗜血杆菌(Haemophilus influenza)、柯氏朽1樣酸杆菌(Citrobacter koseri)、弗氏志贺氏菌(Shigella flexneri)、百日咳博德特氏菌(Bordetella pertussis)、结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis)、金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aurues)、炭疽芽抱杆菌(Bacillus anthracis)、变异链球菌(Streptococcus mutans)、艰难梭菌(Clostridium diff icile)、幾肠球菌(Enterococcus faecalis)和 / 或单核细胞增生利斯特氏菌(Listeria monocytogenes)。
55.一种突变型信号肽酶，其具有白喉棒状杆菌、谷氨酸棒杆菌、空肠弯曲杆菌、沙眼衣原体、肺炎衣原体、土拉热弗朗西斯氏菌、幽门螺杆菌、乳酸乳球菌乳脂亚种、乳酸乳球菌乳酸亚种、疮疱丙酸杆菌、马红球菌、混浊红球菌、肉葡萄球菌、科氏葡萄球菌、表皮葡萄球菌、溶血葡萄球菌、人葡萄球菌、人葡萄球菌人亚种、人葡萄球菌耐新霉素败血症亚种、路邓葡萄球菌、无乳链球菌、停乳链球菌、缓症链球菌、口腔链球菌、酿脓链球菌或肺炎链球菌信号肽酶氨基酸序列，所述信号肽酶氨基酸序列被修饰成在信号肽酶的催化丝氨酸的N-端5位或7位氨基酸处具有脯氨酸置换。
56.一种突变型信号肽酶，其具有大肠杆菌、肺炎克雷伯氏菌、肠沙门氏菌、霍乱弧菌、铜绿假单孢菌、鲍氏不动杆菌、脑膜炎奈瑟氏球菌、流感嗜血杆菌、柯氏柠檬酸杆菌、弗氏志贺氏菌、百日咳博德特氏菌、结核分枝杆菌、金黄色葡萄球菌、炭疽芽孢杆菌、变异链球菌、艰难梭菌、粪肠球菌或单 核细胞增生利斯特氏菌信号肽酶氨基酸序列，所述信号肽酶氨基酸序列通过用选定的氨基酸置换脯氨酸而被修饰，其中所述脯氨酸是在信号肽酶的催化丝氨酸的N-端5-7个氨基酸处。
57.根据权利要求56所述的突变型信号肽酶，其中所述选定的氨基酸是丝氨酸。
58.—种鉴定可有效地治疗涉及arylomycin-抗性细菌物种的细菌感染的抗生素的方法，所述方法包括:使所述arylomycin-抗性细菌与测试剂接触,并观察所述测试剂是否抑制所述arylomycin-抗性细菌的生长,其中所述arylomycin-抗性细菌编码或表达信号肽酶，所述信号肽酶在信号肽酶催化丝氨酸的N-端5-7个氨基酸处具有脯氨酸残基。
59.—种鉴定具有对抗细菌的抗生素活性的化合物的方法，所述方法包括:使细菌的培养物与测试化合物接触，并鉴定所述测试化合物是否抑制所述细菌的生长，其中所述培养物中的细菌表达修饰的SPase,所述修饰的SPase具有天然的细菌SPase氨基酸序列,所述细菌SPase氨基酸序列通过置换或替换在相对于催化丝氨酸的-5至_7位处的氨基酸而在所述位置处被修饰。
60.根据权利要求59所述的方法，其中用脯氨酸替换在相对于催化丝氨酸的-5位和/或-7位处的氨基酸。
61.根据权利要求59所述的方法，其中所述在相对于催化丝氨酸的-5位和/或-7位处的氨基酸是被选定的氨基酸替换的脯氨酸。
62.根据权利要求61所述的方法，其中所述选定的氨基酸是丝氨酸。
63.根据权利要求58-62所述的方法，其中所述抑制细菌生长的测试化合物具有抗生素活性 。
全文摘要
提供了arylomycin类似物，其中所述类似物可以具有广谱生物活性。已经发现，在多种致病性菌种中对天然产物arylomycin的抗生素生物活性的抗性依赖于在细菌信号肽酶(SPase)的确定位置处的单氨基酸突变，其中脯氨酸残基的存在会赋予arylomycin抗性。本文提供了arylomycin类似物，所述类似物可以克服所述抗性，并提供比天然产物arylomycin诸如arylomycinA2更广谱的抗生素生物活性。提供了用于确定细菌菌株是否对窄谱arylomycin抗生素敏感的方法，或者用于确定是否需要广谱类似物用于治疗的方法。提供了用于治疗细菌感染的药物组合物和方法，以及合成arylomycin类似物的方法。
文档编号A61K38/04GK103209700SQ201180055018
公开日2013年7月17日 申请日期2011年8月31日 优先权日2010年9月15日
发明者弗洛伊德·E·罗梅斯伯格, 彼得·A·史密斯, 塔克·C·罗伯茨 申请人:斯克里普斯研究所