4″-O-取代紅霉素衍生物的研究進展

田 鑫， 畢小玲

(中國藥科大學藥物化學教研室，江蘇南京 210009)

紅霉素(erythromycin)是由美國禮來(Eli Lilly)公司于20世紀50年代開發上市的首個大環內酯類抗生素，具有療效確切、毒性較低等優點，但其抗菌譜窄、水溶性差，且在胃酸中不穩定，易分解失活，對胃腸道有刺激作用［1-2］。

為了提高紅霉素對酸的穩定性，研究人員根據紅霉素的酸縮酮化失效原理，在20世紀80年代末至90年代初開發出以羅紅霉素(roxithromycin)、克拉霉素(clarithromycin)、阿奇霉素(azithromycin)為代表的第2代半合成紅霉素衍生物。這些衍生物雖克服了對酸的不穩定性，且藥動學性質改善，抗菌譜拓寬，抗菌活性增強，胃腸道刺激等副作用明顯降低，但誘發的細菌耐藥現象也日趨嚴重［3-4］。

在研究大環內酯類抗生素的作用機制及細菌耐藥機制的基礎上，研究人員又開發出對耐藥菌有效、抗菌活性強，且藥動學性質優良的第3代紅霉素類衍生物［5］。其中，酮內酯類(ketolides)抗生素取得了較大進展，已獲準上市的有泰利霉素［6］(telithromycin，1)和喹紅霉素［7］(cethromycin，ABT-773，2)。

美國輝瑞(Pfizer)公司于1998年報道的CP-544372(3)則是在克拉定糖的4″位羥基上引入氨基甲酸酯的紅霉素衍生物［8］，其體外抗菌活性與泰利霉素相當，對mef E基因介導的耐藥肺炎鏈球菌的活性則約是泰利霉素的5倍，兩者的MIC分別為0.08和0.39 mg·L-1;小鼠經口給藥平均半衰期為6.5 h［9］。

ALLen很早就證明了紅霉素C3位的克拉定糖能誘導細菌產生大環內酯類-林可霉素-鏈陽菌素B (MLSB)交叉耐藥(Antimicrob Agent Chemother，1977年)，此后有報道稱在L-克拉定糖的4″位羥基上引入特定的基團會降低其對耐藥性的誘導作用，對抗菌活性的影響則甚小［10］。X-射線衍射分析顯示:紅霉素與細菌核糖體23S rRNA結合時，L-克拉定糖處在紅霉素結合位點結構域Ⅴ中由G2505、C2610和C2611組成的空腔內［11］，其4″位羥基雖指向核糖體肽基轉移酶中心，但尚未到達該中心，4″位上若連有氨基甲酸酯側鏈則可到達該中心位置并與細菌核糖體50S亞基A～P位核苷酸靶點結合，推測將克拉定糖的4″位羥基修飾成氨基甲酸酯側鏈(如化合物3)可有效克服MLSB耐藥［12-14］。

基于此，近年來對克拉定糖上4″位羥基的修飾逐漸成為研究熱點，其主要修飾方法是在4″位引入芳雜環取代的氨基甲酸酯、羧酸酯或醚的側鏈，同時結合其他部位的結構修飾，以期獲得對耐藥菌有效的新型紅霉素衍生物。

1 4″-氨基甲酸酯類紅霉素衍生物

1.1 4″-氨基甲酸酯類化合物

Ma等［15］合成了一系列對紅霉素敏感的肺炎鏈球菌、金葡菌和釀膿鏈球菌均顯示出很強活性的4″-氨基甲酸酯克拉霉素衍生物，其中一些化合物對紅霉素耐藥型菌株也有很高的活性。如化合物4對erm B和mef A基因介導的紅霉素耐藥型肺炎鏈球菌AB11的活性是克拉霉素的512倍，兩者MIC分別為0.25和128 mg·L-1;化合物5對erm B基因介導的紅霉素耐藥型肺炎鏈球菌B1的活性是克拉霉素的1 067倍，兩者MIC分別為0.06和64 mg·L-1。構效關系研究表明:4″位氧原子與芳環之間相隔3～8個原子時，化合物對紅霉素耐藥型肺炎鏈球菌的活性佳。4″-O-取代側鏈上的芳香基、烷基、烯基和環烷基等可能通過氫鍵、π-π堆積作用或范德華力增加對耐藥菌核糖體的親和力。

1.2 11，12-環碳酸酯-4″-氨基甲酸酯類化合物

Ma等［16］報道了一系列11，12-環碳酸酯-4″-氨基甲酸酯阿奇霉素衍生物。其中，化合物6和7對mef基因介導的紅霉素耐藥型肺炎鏈球菌A22072的活性(MIC=0.06 mg·L-1)均為阿奇霉素(MIC= 4 mg·L-1)的64倍，分別是未引入11，12-環碳酸酯-4″-氨基甲酸酯的阿奇霉素衍生物活性的16和8倍;化合物7對erm和mef基因介導的紅霉素耐藥型肺炎鏈球菌AB11的活性(MIC=2 mg·L-1)是阿奇霉素(MIC=256 mg·L-1)的128倍。構效關系研究表明:將15元大環內酯的4″位羥基修飾成氨基甲酸酯結構，同時使11，12位羥基形成環碳酸酯所得的阿奇霉素衍生物可有效增強對mef基因介導的紅霉素耐藥型肺炎鏈球菌的活性。

1.3 11，12-環氨基甲酸酯-4″-氨基甲酸酯類化合物

中國醫學科學院藥物研究所的研究人員Xu等［10］報道了一系列11，12-環氨基甲酸酯-4″-氨基甲酸酯類克拉霉素衍生物。其中，化合物8在11，12-環氨基甲酸酯和4″-氨基甲酸酯的氮原子上分別連接了2個相同的芳雜環側鏈，該化合物對紅霉素敏感型菌株的活性(MIC=0.5 mg·L-1)雖與阿奇霉素(MIC=0.125 mg·L-1)相當，但對紅霉素耐藥型肺炎鏈球菌03436和釀膿鏈球菌03740的活性(MIC分別為0.125和0.5 mg·L-1)卻為克拉霉素(MIC分別為64和256 mg·L-1)和阿奇霉素(MIC分別為64和不低于256 mg·L-1)的500倍以上，且對紅霉素耐藥型釀膿鏈球菌03480的活性也強于阿奇霉素，MIC分別為0.5 mg·L-1和不低于256 mg·L-1。

1.4 4″，11-二氨基甲酸酯類化合物

Ma等［17］合成了一系列4″，11-二氨基甲酸酯類阿奇霉素衍生物，與阿奇霉素相比，該系列化合物對紅霉素耐藥型菌株的活性更高。其中，化合物9對由erm介導的紅霉素耐藥型肺炎鏈球菌B1的MIC為0.25 mg·L-1，其活性是阿奇霉素(MIC=128 mg· L-1)的500倍;對由mef介導的紅霉素耐藥型肺炎鏈球菌A22072的活性(MIC=0.06 mg·L-1)是阿奇霉素(MIC=4 mg·L-1)的64倍。

2 4″-羧酸酯類紅霉素衍生物

2.1 4″-喹諾酮取代的羧酸酯類化合物

葛蘭素史克公司的研究小組利用拼合原理，將大環內酯骨架與喹諾酮通過適當的連接鏈連接得到一系列4″位支鏈含喹諾酮基團的大環內酯類新化學實體［18-22］。其中一些化合物對大環內酯類耐藥型菌株顯示出很好的活性。

例如，Fajdeti等［18］報道了一類4″-喹諾酮取代的羧酸酯類紅霉素衍生物。其中，化合物10～12對外排機制介導的大環內酯耐藥(M型耐藥)肺炎鏈球菌Ci137，誘導性大環內酯耐藥和內在性林可霉素、鏈陽霉素B耐藥(iMcLSB耐藥)肺炎鏈球菌134 GR M，以及內在性大環內酯類、林可霉素和鏈陽霉素B耐藥(cMLSB耐藥)釀膿鏈球菌166 GR-Micro的MIC均不高于0.125 mg·L-1，而泰利霉素對上述菌株的MIC分別為0.25、0.25和16 mg·L-1。

?kugor等［19］將大環內酯骨架與喹諾酮通過醚鍵延長連接鏈連接得到另一系列的4″-喹諾酮取代的羧酸酯類紅霉素衍生物。結果顯示:化合物13～15對cMLSB耐藥釀膿鏈球菌166 GR-Micro的活性(MIC均為0.125 mg·L-1及以下)明顯強于泰利霉素(MIC=16 mg·L-1);此外，化合物13對M型耐藥肺炎鏈球菌Ci137和cMLSB耐藥釀膿鏈球菌166 GR-Micro的活性(MIC≤0.125 mg·L-1)優于泰利霉素(MIC分別為0.25和16 mg·L-1)。在大鼠中進行的藥動學實驗顯示:化合物14和15以溶液劑經口給藥時的平均口服生物利用度分別為22%和16%;血漿清除率適中(分別占肝血流量的35%和43%)，分布容積大(分別為10.4和10.5 L·kg-1)，半衰期長(分別為9.4和6.7 h)，適用于1日1次給藥。

2.2 4″-非喹諾酮取代的羧酸酯類化合物

Hutinec等［23］合成了一系列芳(雜)環取代的羧酸酯類紅霉素衍生物，其對紅霉素敏感型肺炎鏈球菌和釀膿鏈球菌的活性(MIC≤0.13 mg·L-1)與阿奇霉素相當，大部分化合物對誘導性大環內酯耐藥和內在性林可霉素耐藥(iMcL耐藥)肺炎鏈球菌4636的活性明顯提高，是阿奇霉素的2～16倍。其中，化合物16對iMcL耐藥肺炎鏈球菌4636和iMLSB耐藥釀膿鏈球菌Finland 11的MIC分別為4和0.25 mg·L-1，活性分別是阿奇霉素的16倍(MIC≥64 mg·L-1)和64倍(MIC=16 mg·L-1)。

3 4″-醚類紅霉素衍生物

3.1 4″-喹諾酮取代的醚類化合物

Jakopovi等［24］合成了一系列4″位支鏈含喹諾酮結構的4″-醚類阿奇霉素衍生物。該類化合物對紅霉素敏感型革蘭陽性菌(如金黃色釀膿葡萄球菌和肺炎鏈球菌)的活性均很強(MIC≤0.125 mg· L-1)，且其中大多數化合物對cMLSB耐藥釀膿鏈球菌166GR-Micro的活性(MIC≤0.125 mg·L-1)明顯強于泰利霉素(MIC=16 mg·L-1)，而化合物17和18不僅對iMcLSB耐藥肺炎鏈球菌134 GR-M、M型耐藥肺炎鏈球菌Ci137和cMLSB耐藥釀膿鏈球菌166GR-Micro的活性(MIC≤0.125 mg·L-1)強于泰利霉素(MIC分別為0.25、0.5和16 mg·L-1)，且對流感嗜血桿菌ATTC 49247的活性(MIC均為0.5 mg·L-1)也均高于泰利霉素(MIC=1 mg·L-1)。

3.2 11，12-環碳酸酯-4″-醚類化合物

Pavlovi等［25］合成了一系列11，12-環碳酸酯-4″-醚類阿奇霉素衍生物，其對MLSB耐藥肺炎鏈球菌和釀膿鏈球菌均具有很好的活性，且對流感嗜血桿菌的活性強于泰利霉素和喹紅霉素。其中，化合物19對cMLSB耐藥肺炎鏈球菌和釀膿鏈球菌的MIC分別小于或等于0.125和0.5 mg·L-1，活性分別是阿奇霉素(MIC≥64 mg·L-1)的512倍和128倍，對M型耐藥的金葡菌和肺炎鏈球菌的MIC分別是0.25和小于或等于0.125 mg·L-1，活性分別是阿奇霉素(MIC≥64 mg·L-1，MIC=4 mg·L-1)的256倍和32倍。

4 結語

目前，細菌對抗生素的耐藥現象頗為嚴重，給臨床治療帶來很大困擾，開發對耐藥菌有效的第3代紅霉素衍生物是當前大環內酯類抗生素研究的主要任務。其中，4″-O-取代的紅霉素衍生物是近年來研究較多的一類化合物，其在對敏感菌保持良好抗菌活性的同時，對紅霉素耐藥型肺炎鏈球菌、金葡菌、流感嗜血桿菌等也有較強的抗菌活性，從而克服了第1、2代紅霉素類藥物會誘導細菌產生耐藥性的問題。相信對該類衍生物的研究還將進一步完善人們對其構效關系的認識。

筆者所在課題組目前正致力于在克拉霉素4″位羥基上引入芳(雜)環取代氨基甲酸酯側鏈的同時，對大環內酯骨架的其他部位進行修飾，以期得到對耐藥菌有效的新型紅霉素衍生物。初步藥理活性測試結果顯示其中一些衍生物對紅霉素耐藥型肺炎鏈球菌、金葡菌的活性為克拉霉素的2～32倍，相關研究將另文報道。

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