用于治疗生物膜病症和感染的组合物和方法与流程

本公开涉及含有机硫的组合物，具体是硫代亚磺酸二正丁酯、硫代磺酸二甲酯、硫代磺酸二苯基酯、硫代亚磺酸双(对甲苯基)酯、硫代亚磺酸二异丙酯、硫代亚磺酸二苄酯、硫代磺酸二苄酯、s-丙基-4-甲基苯硫代磺酸酯、硫代亚磺酸二正丙酯和硫代磺酸二正丙酯。此类组合物可用于在体内和体外治疗感染并减少或降解生物膜。具体地，此类组合物可用于治疗生物膜相关病症，包括但不限于乳腺炎、指疣皮炎和慢性伤口感染。

背景技术：

1、无论从健康角度还是从经济角度来看，乳房的健康状况对乳业动物起着至关重要的作用。乳业动物(诸如奶牛)的乳腺感染，即乳腺炎，对全世界乳业产生重大经济影响。全球每年的总体损失估计为40亿至50亿欧元。在乳业动物乳腺炎中，乳房无法对入侵的微生物做出有效的防御反应。众所周知，有几种因素会破坏乳房层面的平衡，从而损害乳业动物杀死导致乳腺炎的微生物的能力。因此，宿主反应机制可能无法触发有效的防御反应来消灭入侵的病原体，从而导致乳房细菌定植和临床或亚临床乳腺炎的发生。

2、奶牛乳房中的细菌定植，尤其是细菌库的形成通常很难防治，从而导致慢性感染，尽管有一定的治疗策略，无论是否使用抗生素，感染都可能持续存在。与奶牛乳房细菌感染持续存在相关的重要因素是上皮粘附、生物膜的产生以及细菌对吞噬作用的敏感性。

3、已经采用了多种策略(诸如抗生素治疗和疫苗接种)以控制或预防奶牛乳腺炎，来减少该疾病的临床和经济后果。然而，大多数治疗方法和策略对改善病情的效果甚微或根本没有效果。造成疗效不佳的原因有几个。第一，尽管有许多毒力因子被认为是单一组分疫苗的潜在抗原，但实验证明，针对导致奶牛乳腺炎的细菌，诱导对单一因子的免疫不足以产生强大的保护作用。第二，细菌抗原的免疫原性低，需要充足的佐剂。第三，控制乳腺炎的主要挑战是使有效的抗生素能够到达乳房中的细菌池，例如细菌形成的生物膜。

4、微生物(诸如细菌)并不一定需要形成生物膜，但如果它们能粘附在例如上皮细胞，就更有可能在宿主体内存活。粘附是一个主动过程，涉及一系列附着和脱离，并由此形成生物膜，并伴随着显著的微生物遗传和随后的生理变化，导致微生物对几乎所有类别的抗生素失去敏感性。因此，由于对抗生素具有抗药性的细菌病原体的出现和流行，细菌性乳房感染的治疗变得越来越困难。在一些情况下，低剂量的抗生素甚至会促进生物膜的形成，这表明细菌有天然的防御机制来避免抗生素的致命影响。由于这种复杂且有问题的情况，尽管近年来在改善总体乳房健康方面取得了进展，但乳腺炎仍然是奶牛最重要的疾病之一。

5、此外，当牛经常或持续接受抗生素治疗时，粪便中也会发现抗生素和降解产物。包含抗生素和降解产物的粪便被撒在土壤上。抗生素的存在会影响土壤中细菌的多样性。这对环境造成了不良影响。治疗牛感染的替代性成分可防止抗生素通过环境传播，并恢复土壤的微生物群。

6、尽管细菌生物膜的描述可以在更早的科学文献中找到，但生物膜的含义在1982年才为人所知，当时costerton观察到金黄色葡萄球菌在心脏起搏器导线上形成了生物膜。随后的研究和临床观察表明，细菌生物膜存在于植入物和导管、假肢装置和其它植入生物材料上。更相关的是，观察到微生物生物膜也可以在人类和动物组织的生物表面上形成，诸如口腔中的牙周粘膜(牙菌斑)、鼻窦(慢性窦炎(chronic sinusitis))、内耳(中耳炎)、血管和心脏瓣膜(心内膜炎)、肺泡表面(多种肺部疾病)或胆道和膀胱。

7、生物膜形成的第一阶段包括细胞附着到表面。在第二阶段，细胞开始繁殖，并伴随具有多层细胞的成熟结构的形成。粘液层也会形成以进一步保护细菌。参见，例如melchior等.veterinary journal 2006 171:398-407。一旦达到临界质量，生物膜的最外层细胞层可能会释放“浮游生物”。这些生物体可能会进一步定殖于其它表面。生物膜可能形成在多种表面上，包括活体组织、留置医疗装置、工业或饮用水系统管道或自然水生系统。如本领域技术人员所理解的，并非所有感染都会导致生物膜的形成。

8、过去20年的研究表明，集体生物膜的形成是由细菌通讯系统(被称为群体感应(qs))来促进的。qs是通过细菌永久分泌到环境中的小化学分子(所谓的自诱导物(auto-inducers)，ai)来实现的。这些信号分子(例如寡肽(aip)或n-乙酰基高丝氨酸内酯(ahl))可通过特定受体被邻近的其它细菌识别和监测。当ai达到特定密度(群体)时，细菌细胞会集体改变基因表达，并产生毒力因子攻击体细胞，或活化代谢途径以在组织表面形成生物膜。生物膜的形成涉及胞外基质的形成，该基质由大型聚合物组成，最初主要是多糖，成熟后由蛋白质和脂质稳定，形成三维结构。

9、生物膜感染一旦形成，就很难根除。成熟的生物膜会间歇性地释放浮游细胞。这可能导致慢性感染和间歇性恶化。虽然抗生素或宿主的免疫反应可以解决浮游细胞引起的症状，但成熟的生物膜可能仍然存在。

10、在生物膜保护下的微生物细胞通常对抗生素和人体的天然免疫反应更具抵抗力。休眠细菌的新陈代谢不活跃，因此不会表达许多抗生素的典型靶标，诸如合成细菌细胞壁成分(β-内酰胺类抗生素的靶标，诸如青霉素类、头孢菌素类和万古霉素)和快速蛋白(氨基糖苷类、四环素类、大环内酯类和利奈唑胺的靶标)以及dna合成(氟喹诺酮类和利福平(rifampicin))或叶酸合成(磺胺类、氨基嘧啶类(诸如甲氧苄啶))。因此，单独使用抗生素治疗通常不足以根除生物膜感染(另请参见wu等，int j oral sci.2015年3月；7(1)：1-7)。虽然抗生素可能对分散(浮游)细菌有效，但很难在生物膜内达到根除生物膜内微生物所需的最低抗生素浓度。各种体外实验已证明，与同一菌株的浮游细菌相比，在生物膜中生长的细菌对各种抗微生物剂的耐药性高出10至1,000倍(参见，例如，amorena等，1999j.antimicrob.chemother.44:43-55；ceri等，1999j.clin.microbiol.37:1771-1776；和olson等，2002can.j.vet.res.66:86-92)。olsen等对生物膜诱导的抗生素耐药性和耐受性的各种机制(eur j clin microbiol infect dis 2015 34:877-886)进行了综述。

11、对于牛乳腺炎，已在一项针对金黄色葡萄球菌(staphylococcus aureus)田间菌株的研究中报道(melchior，gaastra&fink-gremmels，j.vet.med.2006 53：326-332)。测定了从感染乳腺炎的奶牛中分离出的7株菌株的mic50、最低细菌浓度(bmic)和mbec(最小生物膜根除浓度)。测试的抗生素包括那些常用于治疗牛乳腺炎的抗生素，诸如青霉素、阿莫西林、氯唑西林、头孢噻吩、头孢哌酮、头孢喹肟、氯唑西林/青霉素组合、氯唑西林/青霉素组合、林可霉素、吡利霉素、酪氨酸、新霉素、庆大霉素、甲氧苄啶/磺胺甲噁唑、氟苯尼考(florfenicol)和达氟沙星(danofloxacin)。对于所有测试的抗生素，mic(浮游细菌)和mbec(生物膜根除浓度)之间的差异超过256倍，通常超过2048倍。

12、还有证据表明抗生素可能会刺激生物膜的形成。例如，一些抗生素(诸如四环素、喹诺新碱-达福普汀(dalfopristins)和红霉素)会刺激细菌基因(例如ica基因)的表达，从而促进细菌的粘附(melchior等，同上)。有趣的是，已经表明在金黄色葡萄球菌乳腺炎分离株中ica基因的流行率很高(综述于melchior等，见上文)。这些结果支持了乳腺感染与生物膜形成相关的假设。

13、生物膜还可以包含休眠细菌。生物膜采用多种机制来逃避宿主的免疫反应，包括活化能影响免疫细胞活性的调节剂/抑制剂，以及充当免疫细胞的物理屏障(gonzalezpathog dis.2018年4月；76(3))，但也可以摆脱休眠而变得活跃。一般来说，免疫系统只针对活性细菌起作用，因此休眠细菌可以逃避个体的免疫系统。休眠细菌能够从生物膜上脱离并迅速变得活跃并对宿主有害。

14、还已知与浮游细胞相比，真菌相关生物膜对抗真菌药物更具抵抗力(参见，例如fanning和mitchell plos pathog 2012 8：e1002585的综述)。因此，具有抗微生物作用的化合物并不总是适合于治疗或预防生物膜。

15、在成熟的生物膜中，通过初级代谢的下调(基因转移)进入休眠阶段。休眠意味着生物膜细菌几乎完全抑制抗生素典型靶标的表达，诸如蛋白质和dna合成以及细胞壁重建。因此，生物膜本质上对抗生素不敏感，并且对抗生素的耐药性通常比浮游(自由浮动)细菌高1000倍。此外，生物膜中较高的细胞密度大大增加了水平基因转移的可能性，这使耐药性增加或毒力谱改变的菌株出现的可能性增加。临床结果是对常见(甚至现代)抗生素的表型耐药。

16、在这种生物膜的保护环境下，细菌的存活时间会增加。此外，自构建的富含多糖的惰性基质是非免疫原性的，可以保护生物膜嵌入的细菌免遭宿主免疫细胞的识别(通过pamps——病原体相关分子模式)和吞噬。

17、生物膜的形成会对医疗、工业和自然环境产生严重的负面影响。尤其是生物膜相关感染(即生物膜相关病症)对于人类和动物来说都是一个严重的问题。此类病症可以表征为具有反复急性发作的慢性炎症反应以及对抗菌疗法和/或宿主防御的抗性。伤口生物膜延缓了组织修复，导致慢性伤口。有研究表明，目前生物膜感染占人类所有微生物感染的80％(bartell ja等，细菌持续感染的20条进化途径(20evolutionary highways topermanentbacterialfection).nature communications(2019)10:629和sharma等，2019antimicrobial resistance and infection control 8:76))。jamal等报道称，美国国立卫生研究院(national institute of health)指出，65％的微生物感染和80％的慢性感染与生物膜形成有关(journal of chinese medical association 81：7-11)。生物膜和生物膜相关病症已在文献中进行了广泛讨论；参见，例如，sharma等，2019antimicrobialresistance and infection control 8:76；roy等.2018virulence 9：522-554；和jamal等.2018journal of the chinese medical association 81:7-11。vestby等，对细菌生物膜及其在疾病中的角色进行综述(antibiotics(巴塞尔).2020年2月；9(2):59)。欧洲微生物学和传染病临床学会(european clinical society of microbiology and infectiousdisease)于2014年对生物膜感染进行了全面概述，另请参阅david lebeaux等.microbiol.mol.biol.rev.2014；doi:10.1128/mmbr.00013-14。

18、例如，铜绿假单胞菌(一种引起医院感染的生物体)会在囊性纤维化肺组织、隐形眼镜和导管等各种表面上形成生物膜。在慢性伤口中也发现了以生物膜形式生长的铜绿假单胞菌，可能导致伤口愈合受损。生物膜，尤其是铜绿假单胞菌(p.aeruginosa biofilms)生物膜，还会引起呼吸道疾病(诸如支气管扩张、慢性阻塞性肺病和慢性鼻窦炎)的慢性感染。医疗装置上形成的生物膜是细菌的储存库，可以流入体内，导致慢性全身感染。白色念珠菌(一种酵母)是医院中最常见的真菌生物膜，但治疗起来极其困难，并且对典型的抗真菌治疗反应不佳。

19、细菌生物膜形成的开创性研究集中在金黄色葡萄球菌(革兰氏阳性)和铜绿假单胞菌(革兰氏阴性)上，因为它们与奶牛复发性乳腺炎和复杂的伤口感染有关。此外，链球菌、禽致病性大肠杆菌(apec)和空肠弯曲菌生物膜的形成引起了人们的关注，因为这些细菌种类与公共卫生相关。随后，其它重要的动物病原体，包括胸膜肺炎放线杆菌(猪的严重肺部感染，可能致命)、大肠杆菌(局部和全身感染以及全身性败血症，通常对家禽致命)、狗和猫的皮肤和肠道疾病以及马的伤口感染和子宫内膜炎被认为是生物膜感染。该列表是非排他性的，因为生物膜形成是几乎所有微生物的普遍特征。

20、因此，需要抗微生物化合物以及生物膜相关病症的替代性治疗。

技术实现思路

1、本公开内容提供了以下优选的实施方式。

2、-式i的化合物，或包含式i的化合物的组合物：

3、

4、其中n是2，

5、其中一个x是-s-并且另一个x选自以下组：-s-、-s(o)-和-s(o)2-；

6、并且r1和r2独立地选自任选取代的烷基或任选取代的芳基；其中所述式i的化合物选自以下组：二正丁基二硫、二甲基二硫、二乙基二硫、二正丙基二硫、硫代亚磺酸二乙酯、硫代亚磺酸二正丙酯、硫代亚磺酸二正丁酯、硫代磺酸二正丙酯、硫代磺酸二甲酯和硫代磺酸二苯酯；

7、用于治疗生物膜相关病症。

8、-式i的化合物，或包含式i的化合物的组合物：

9、

10、其中n是2，

11、其中一个x是-s-并且另一个x选自以下组：-s-、-s(o)-和-s(o)2-；

12、并且r1和r2独立地选自任选取代的烷基或任选取代的芳基；

13、用于治疗生物膜相关病症中。

14、-根据前述实施方式中任一项应用的化合物或组合物，其中所述生物膜相关病症是慢性和/或持续性感染。

15、根据前述实施方式中任一项应用的化合物或组合物，其中所述生物膜相关病症是指疣皮炎、乳房裂性皮炎或慢性伤口感染。

16、-根据前述实施方式中任一项应用的化合物或组合物，其中所述生物膜包含细菌、酵母、真菌、微藻或其组合。

17、-式i的化合物，或包含式i的化合物的组合物：

18、

19、其中n是2，

20、其中一个x是-s-并且另一个x选自以下组：-s-、-s(o)-和-s(o)2-；

21、并且r1和r2独立地选自任选取代的烷基或任选取代的芳基；

22、用于治疗或预防微生物感染，优选细菌或真菌感染。

23、-根据前述实施方式中任一项应用的化合物或组合物，其中所述应用进一步包括给予抗微生物剂，优选选自抗真菌剂或抗生素。

24、-根据前述实施方式中任一项应用的化合物或组合物，其中所述应用进一步包括给予抗炎剂。

25、-包含式i的化合物的组合物：

26、

27、其中n是2，

28、其中一个x是-s-并且另一个x选自以下组：-s-、-s(o)-和-s(o)2-；

29、并且r1和r2独立地选自任选取代的烷基或任选取代的芳基；

30、其中所述组合物是药物组合物、功能性食品或清洁产品。

31、-一种用于预防或减少表面上的生物膜形成或生长或用于降解或减少表面上的生物膜的体外方法，

32、所述方法包括将组合物施用到表面，例如以防止或减少表面上的生物膜形成或生长，

33、或者诸如以降解或减少表面上的生物膜，其中所述组合物包含式i的化合物：

34、

35、其中n是2，

36、其中一个x是-s-并且另一个x选自以下组：-s-、-s(o)-和-s(o)2-；

37、并且r1和r2独立地选自任选取代的烷基或任选取代的芳基。

38、-根据前述实施方式中任一项所述应用的化合物或组合物、方法或组合物，其中所述组合物基本上不含硫代亚磺酸二烯丙酯。

39、-根据前述实施方式中任一项应用的化合物或组合物、方法或组合物，其中所述组合物进一步包含抗微生物剂，优选选自抗真菌剂或抗生素。

40、-根据前述实施方式中任一项所述应用的化合物或组合物、方法或组合物，其中所述组合物进一步包含抗炎剂。

41、一种制品，其具有至少部分涂覆有式i的化合物的表面：

42、

43、其中n是2，

44、其中一个x是-s-并且另一个x选自以下组：-s-、-s(o)-和-s(o)2-；

45、并且r1和r2独立地选自任选取代的烷基或任选取代的芳基；优选地，其中所述制品是医疗装置或手术装置。

46、-根据实施方式中任一项所述应用的化合物或组合物、方法、制品或组合物，其中所述r1和r2独立地选自c1-6烷基和苯基；优选地，r1和r2独立地为c1-4烷基。

47、-根据实施方式中任一项所述应用的化合物或组合物、方法、制品或组合物，其中r1和r2相同。

48、-根据实施方式中任一项所述应用的化合物或组合物、方法、制品或组合物，其中各x是-s-，并且r1和r2独立地为c1-4烷基。

49、-根据实施方式中任一项所述应用的化合物或组合物、方法、制品或组合物，其中一个x是-s-并且另一个x选自以下组：-s(o)-和-s(o)2-；并且r1和r2独立地选自烷基、芳基、烷基芳基和芳基烷基。

50、-根据实施方式中任一项所述应用的化合物或组合物、方法、制品或组合物，其中一个x是-s-并且当另一个x是-s(o)-时，r1和r2独立地选自以下组：正丙基、异丙基、丁基、苄基和对甲苯基；和/或其中当另一个x为-s(o)2-时，r1和r2独立地选自以下组：甲基、苯基、苄基、4-甲基苯和正丙基。

51、优选地，其中当一个x为-s-并且当另一个x为-s(o)-时，r1和r2独立地选自以下组：异丙基、丁基、苄基和对甲苯基；并且，其中当另一个x为-s(o)2-时，r1和r2独立地选自以下组：甲基、苯基、苄基、4-甲基苯和正丙基。

52、-根据实施方式中任一项所述应用的化合物或组合物、方法、制品或组合物，其中式i的化合物选自以下组：二甲基二硫、二乙基二硫、二正丙基二硫、二正丁基二硫、硫代亚磺酸二乙酯、硫代亚磺酸二正丙酯、硫代亚磺酸二正丁酯、硫代磺酸二正丙酯、硫代磺酸二甲酯和硫代磺酸二苯酯。

53、-根据实施方式中任一项所述的应用的化合物或组合物、方法、制品或组合物，其中所述式i的化合物选自以下组：硫代亚磺酸二正丁酯、硫代磺酸二甲酯、硫代磺酸二苯基酯、硫代亚磺酸双(对甲苯基)酯、s-丙基-4-甲基苯硫代磺酸酯、硫代亚磺酸二异丙酯、硫代亚磺酸二苄酯、硫代磺酸二苄酯、硫代亚磺酸二正丙酯和硫代磺酸二正丙酯。

54、根据实施方式中任一项所述应用的化合物或组合物、方法、制品或组合物，其中所述式i的化合物选自以下组：硫代亚磺酸二正丁酯、硫代磺酸二甲酯和硫代磺酸二苯基酯。

55、还公开了治疗方法，其包括向有此需求的个体给予式i的化合物。此类方法可用于治疗本文公开的生物膜病症。此类方法还可用于治疗本文公开的感染。