本文是一篇农业论文，本研究在总结归纳噁唑烷酮类化合物构效关系的基础上，设计合成了一系列吡啶联异噁唑啉及噁唑烷酮类杂环衍生物，分析总结了其构效关系，这些化合物具有长效、稳定、优异的抗菌效果，具有进一步改造的价值和潜力，这些结果为新型噁唑烷酮类抗菌药物的开发提供了实验基础和理论依据。
1 前言
1.1 细菌感染发展现状
细菌感染是指由致病菌及条件致病菌入侵导致的，由于细菌及其代谢产物引发的局部性或全身性感染[1]。其主要临床表现包括炎症、腹泻、脓肿、病灶和皮疹等，伴随多种继发及并发症，对世界医疗卫生安全形成隐患并造成经济和社会负担[2]。随着我国畜牧业的快速发展和伴侣动物的普及，饲养动物的种类、数量和范围均逐年上升，动物饲养中由细菌感染引起的疾病也越发常见[3]。其中，金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus，Sa）和木糖葡萄球菌（Staphylococcus xylosus，Sx）常会导致奶牛乳房炎、鸡骨髓炎、犬脓皮病和猪渗出性表皮炎[4]，肺炎链球菌（Streptococcus pneumoniae，Sp）常会导致动物呼吸道感染[5]，而粪肠球菌（Enterococcus faecalis，Ef）常会导致动物尿路感染[6]。这些疾病不仅会直接和间接地导致动物死亡、造成经济损失，而且会通过多种方式传播给人，引发医疗卫生问题。20世纪初，随着抗生素的发现和抗菌药物的发展，这种情况得到了很大改善，但随着抗生素广泛用于防治传染病和促进动物生长，耐药性问题也在逐步出现[7]。
对抗生素作用抵抗能力弱、易被影响的细菌被称为敏感菌，相反地，对抗生素作用抵抗能力强、高度耐受的细菌被称为耐药（Antimicrobial resistance，AMR）菌，而这些AMR菌是21世纪主要的公共卫生威胁之一[8]。其产生机制可以从细胞和群落两个水平进行解释：细胞水平上的机制包括活性位点修饰、基因突变、膜通透性改变、抗药酶和外排泵的表达等[2]，群落水平上的机制常是指生物被膜（Biofilm，BF）的形成，细菌从浮游态变为固着态，通过其生产的胞外聚合物发挥增强菌体附着、抵抗药物作用、促进耐药酶和耐药基因传播、降低免疫易感性、减少药物摄入和辅助感染扩散的作用，从而达到长期存在、稳定耐药和逐步扩散的效果[9]。多重药物耐药（Multi-drug resistant, MDR）微生物是指由于AMR菌的大量产生和广泛传播导致的对3类以上抗菌药物耐药的微生物，也被称为“超级细菌”[10]。根据世界卫生组织和疾病控制和预防中心的报告，全球每年有至少70万人死于MDR菌，且耐药程度仍在增加，如果按照这种趋势发展到2050年，全球每年将有1000万人死于MDR菌感染，其死亡率或将高于癌症[2]。尽管全球现已努力限制耐药菌从动物向环境和人类的传播，但耐药菌的感染、进化和传播仍是亟待解决的重大问题[11]。
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1.2 抗菌药物的研究进展
抗菌药物指具有抑制或杀灭细菌能力的药物，主要包括抗生素和化学合成抗菌药。抗生素是指具有抗微生物作用且副反应较弱的微生物代谢产物或类似物，其主要来源是生物合成，后续也有通过化学合成进行制备或修饰的方法，最早发现的抗生素是青霉素[12]。化学合成抗菌药是指用化学合成方法发现和制备的抗菌药物，最早发现的药物是砷凡纳明和百浪多息[13]。随着新的抗菌药物不断发现，抗菌药物的结构愈发多样化，按照结构进行分类变得困难和复杂，因此本文按照抗菌药物的作用机制进行分类并描述。
1.2.1细胞壁合成抑制剂
细胞壁是位于细胞膜外的一层坚韧结构，起保护细胞、维持形状和辅助黏附等作用，因其特异性和保守性常作为抗菌药物研发的靶点[14]。革兰氏阳性（G+）菌细胞壁的主要成分为肽聚糖，其合成过程需要烯醇丙酮转移酶（MurA）、黄素依赖性还原酶（MurB）、氨基酸连接酶（MurC-F）、L-丙氨酸经丙氨酸消旋酶（Alr）、D-丙氨酸-D-丙氨酸连接酶（Ddl）、转位酶（MraY）、转移酶（MurG）、转糖基酶（TG）和转肽酶（TP）参与催化[15]。革兰氏阴性菌（G-）细胞壁的主要成分为脂多糖，其组成部分类脂A的合成过程需要脱乙酰基酶（LpxC）催化[16]。作用于细胞壁的抗菌药物包括MurA抑制剂（磷霉素）[17]、MurB抑制剂（MurB-IN-1）[18]、MurC-F抑制剂（次磷酸盐）[19]、Alr抑制剂（阿拉磷）[20]、Ddl抑制剂（环丝氨酸）[21]、MraY抑制剂（衣霉素）[22]、MurG抑制剂（雷莫拉宁）[23]、转肽酶抑制剂（β-内酰胺类抗生素）[24]、转糖基酶抑制剂（糖肽类抗生素）[25]和LpxC抑制剂（异羟肟酸类抗菌药物）[26]。
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2 材料与方法
2.1 实验材料
2.1.1 主要药品与试剂
实验用主要药品与试剂的纯度和生产厂商见表2-1。
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2.2 化学合成方法
2.2.1 中间体2-2的制备
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在250 mL圆底烧瓶中加入2-氯-5-氯甲基吡啶2-1（19.44 g，120 mmol）和无水N，N-二甲基甲酰胺（150 mL）。溶解后，加入醋酸钾（12.95 g，132 mmol），90°C搅拌过夜，TLC监测直至2-1消耗尽，加入乙酸乙酯和水萃取（3×200 mL），合并有机相，饱和食盐水洗，无水硫酸钠干燥，减压蒸馏蒸出溶剂得粗产物，硅胶柱层析分离[V（石油醚）：V（乙酸乙酯）=3：1]，得到目标产物2-2。
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3 合成结果与讨论 ........................... 23
3.1 目的化合物合成路线与讨论 ....................................... 23
3.1.1 吡啶联异噁唑啉类目标化合物的合成路线 .......................... 23
3.1.2 吡啶联噁唑烷酮类目标化合物的合成路线 .......................... 23
4 生物活性结果与讨论 .................................. 52
4.1 抑菌活性筛选结果与讨论 ................................ 52
4.2 扫描电镜结果与讨论 ............................ 58
4.3 生长曲线结果与讨论 ................................. 59
5 结论 ....................................... 66
4 生物活性结果与讨论
4.1 抑菌活性筛选结果与讨论
将所合成的59个目标化合物分别在易导致动物疾病[4-6]的金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus，Sa）、肺炎链球菌（Streptococcus pneumoniae，Sp）、粪肠球菌（Enterococcus faecalis，Ef）、木糖葡萄球菌（Staphylococcus xylosus，Sx）、枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis，Bs）和大肠埃希氏菌（Escherichia coli，Ec）上，采用肉汤稀释法进行MIC测试，结果见表4-1。
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5 结论
（1）以利奈唑胺为先导化合物，通过硝化、氯化、还原、关环、取代反应，设计并合成了59个吡啶联异噁唑啉及噁唑烷酮类杂环衍生物，总产率为35.8±16.4%，均表现出了体外抗菌活性，其中化合物2-34d表现出了与利奈唑胺相当的抗菌活性。
（2）形态学结果表明终产物会造成菌体黏连、溶解并损伤其细胞壁；动力学结果表明终产物造成细菌迟缓期延长与对数期斜率降低；分子对接结果表明C-5侧链与附近核苷酸残基形成不同种类的作用力；抗生物被膜活性结果与进一步的诱导耐药实验表明这些化合物具有抗耐药效果，不易诱导产生耐药性。
参考文献（略）