一种新型抗生素Teixobactin的全合成

Teixobactin的简介：

2015年，东北大学的Kim Lewis研究小组在《Nature》上发文称发现了一种新型抗生素Teixobactin(如图1)。该研究小组通过采用新的iChip技术，成功从暂时被命名为Eleftheria terrae的革兰氏阴性菌中提取出了可抑制金黄色葡萄球菌生长的化合物——Teixobactin。该化合物是由十一个氨基酸组成的多肽。其主要特征是包含一个非蛋白氨基酸enduracididine、N-甲基苯丙氨酸和四个D型氨基酸。

图1. Teixobactin结构式

体外抗菌实验研究表明，Teixobactin对革兰氏阳性菌具有很好的抑制作用，其对大多数细菌的MIC(最低抑菌浓度)在1μg/ml以下，其中更包括难治疗的肠球菌和结核分枝杆菌。Teixobactin尤其能够抑制艰难梭菌和炭疽杆菌的生长，各自的MIC是5和20ng/ml。此外，其对金黄色葡萄球菌具有非常显著的杀菌活性，针对处于对数生长期末期的细菌其活性高于万古霉素，同时对于VISA也有杀菌活性。但是，Teixobactin对大多数的革兰氏阴性菌没有活性，却对缺失细胞外膜渗透屏障的大肠杆菌具有抑制作用。令人惊喜的是，Teixobactin并没有检测到对其耐药的突变菌株，且对哺乳动物细胞无毒性，而且无溶血作用和基因毒性。

为了对Teixobactin的药理学、药效学和药代动力学作进一步研究，科学家们对其全合成也做出了很多努力。Teixobactin的合成难点主要是非天然氨基酸L-allo-enduracididine的合成和十三元环的构建。

①非天然氨基酸L-allo-enduracididine的合成

非天然氨基酸L-allo-enduracididine的合成难点在于C4位手性中心的建立。Rudolph及其同事以起始原料3经四步合成得到L-allo-enduracididine(图2)。然而L-allo-enduracididine的非对映体L-enduracididine也被合成得到，与L-allo-enduracididine的比例为1:6。

图2. Rudolph及其同事的合成方法

Yuan和其同事建立了一个高立体选择性的合成L-allo-enduracididine的方法。该合成路线以反式羟基脯氨酸为起始原料，经过十步反应得到目标产物，产率约31%，并且非对映体比例甚至超过50:1(图3)。C4位的手性中心是通过SN2反应建立的。在该路线中，胍基被古德曼氏试剂引入，然后将羟基甲磺酸化后，发生分子内亲核取代反应，最终构建出了胍基环。值得注意的是，该合成方法中，羧基是被体积较大的叔丁基保护，这样有效避免了中间体5和6的内酯化，保证了L-allo-enduracididine顺利合成。

图3. Yuan和其同事的合成方法

Payne和其研究小组完成了双Cbz保护的L-allo-enduracididine的合成(图4)。该合成方法以Boc-L-Asp-OtBu (7)为起始原料，经一系列反应得到受Fmoc和双Cbz保护的L-allo-enduracididine。该合成的难点在于羰基的立体选择性还原为醇羟基。该路线用了三仲丁基硼氢化锂作为还原剂，得到了两个产(2S,4R)和(2S,4S)，其比例为5:1。这两个产物为一对非对映体，经Flash柱层析可以得到单一的产物8。

图4. Payne和其研究小组的合成方法

②Teixobactin的全合成

在合成得到L-allo-enduracididine后，Teixobactin可以通过固相多肽合成法被合成。目前，有两种方法可以合成得到Teixobactin。

Payne和其研究小组采用固态多肽合成法，先合成出了直链状多肽，再通过液相反应关环得到Teixobactin(图5)。值得注意的是，在采用固态多肽合成的时候，该合成方法用的是经处理得到的HMPB-NovaPEGresin树脂，另外中间体化合物9需要采用稀释的哌啶(10%DMF溶液)来脱除双Cbz保护的L-allo-enduracididine的α氨基上的Fmoc保护基，这样可以有效避免L-allo-enduracididine的α氨基与L-异亮氨酸上的α羧基形成二酮哌嗪这一副产物。

图5. Payne和其研究小组合成Teixobactin的方法

香港大学的李学臣教授成功完成了Teixobactin的全合成(图6)。该路线将Teixobactin的合成分成了两个部分，分别是直链六肽和环状五肽的合成。该路线先通过液相合成获得由D-苏氨酸和L-异亮氨酸通过酯键形成的二肽10，随后再将苏氨酸的羧基与树脂2-Cl-Trt连接，通过固相合成法，依次接上Boc-Ser(OtBu)-OH，Fmoc-End(Cbz)2-OH和Fmoc-Ala-OH。然后在AcOH/TFE/DCM条件下形成11，在偶联试剂HATU/HOAt/oxymapure下在丙氨酸的氨基与苏氨酸的羧基形成内酰胺键，构建大环。最后脱去保护基得到五肽环12。直链六肽采用Boc-SPPS法合成得到13。最后，12和13发生胺酯交换反应，以37%的收率得到Teixobactin。经验证，合成过程中并没有差向异构化产物。本合成路线将Teixobactin的合成分成两个主要部分，这样有利于对这两个部分分别进行修饰，为Teixobactin以后的构效关系研究提供了更便捷的路径。

图6. 李学臣及其同事合成Teixobactin的方法

Teixobactin因其卓越的抗菌作用，得到广泛关注。为了更加深入地研究Teixobactin，对其合成方法的研究更是尤为重要。科学家目前已经找到了化学合成Teixobactin的方法。希望看到后续对Teixobactin的突出研究成果。

参考文献：

[1]Losee L. Ling, et al. A new antibiotic kills pathogens without detectable resistance[J]. Nature, 2015, 517 (7535):311

[2] J. Rudolph, F. Hannig, H. Theis, R.Wischnat, Org Lett. 2001, 3, 3153 –3155.

[3] W. Craig, J. Chen, D. Richardson,R. Thorpe, Y. Yuan, Org Lett. 2015, 17,4620 –4623.

[4] A. M. Giltrap, L. J. Dowman, G.Nagalingam, J. L. Ochoa, R. G. Linington,W. J. Britton, R. J. Payne. TotalSynthesis of Teixobactin[J] .Org. Lett. 2016, 18, 2788 –2791.

[5] K. Jin, I. H. Sam, K. H. Po, D.Lin, E. H. Ghazvini Zadeh, S. Chen, Y. Yuan,

[6] X. Li. Total synthesis of Teixobactin[J].Nat. Commun. 2016, 7, 12394