大环内酯类抗生素研究进展

1、大环内酯类抗生素 酮内酯的研究进展姓名：黄晓俊 学号：S1211W213摘 要 ：综述了近年来对酮内酯类抗生素 C-6 位、C-9 位、6,11-O- 桥酮内酯、C-11,12 位等处结构修饰方面的新进展，重点介绍了化合物对金黄色葡萄球菌、肺炎链球菌等细菌的体外抗菌活性。关键词：酮内酯类抗生素；结构改造；1 发展史 第一代大环内酯类抗生素于20世纪50-70年代相继问世，包括红霉素（1952 年）、竹桃霉素（oleandomycin, 1960年）、泰乐霉素（tylosin, 1961年）、马立霉素（maridomycin, 1971 年）和罗沙米星（玫瑰霉素，rosaramicin, 197

2、2 年）等。红霉素是第一个14元环大环内酯类抗生素，1952 年由礼莱公司开发上市。红霉素对革兰阳性菌有较强的抗菌活性，治疗肺炎球菌等所致呼吸道感染以及军团菌肺炎、支原体肺炎等有较好的疗效。但红霉素对胃酸不稳定，胃肠道不良反应较明显 1 。20年后，16元环大环内酯类抗生素罗沙米星和马立霉素相继上市，它们对革兰阳性菌的抗菌活性与14元环大环内酯类抗生素相似，但抗流感嗜血杆菌和卡他莫拉菌等革兰阴性菌的活性更强，还可用于治疗由奈瑟菌、衣原体或溶脲脲原体引起的性传播疾病。国内在同期引进或仿制了麦地霉素、螺旋霉素、乙酰螺旋霉素和交沙霉素等大环内酯类抗生素。这些抗生素的抗菌活性虽均不如红霉素，但肝毒性和

3、消化道不良反应较轻微，临床上主要用于口服治疗敏感菌所致呼吸道、五官和口腔等轻症感染。 第二代大环内酯类抗生素主要于20世纪80年代上市，主要有克拉霉素（1986 年）、阿奇霉素（1986 年）、罗红霉素（1986 年）、罗他霉素（1988 年）和地红霉素（1988 年）。与红霉素相比，第二代大环内酯类抗生素不仅对酸稳定，而且抗菌谱扩大、抗菌活性增强，对支原体、衣原体和军团菌等胞内病原体作用强，同时口服吸收好、体内分布广、组织浓度高、半衰期长、不良反应少，临床应用十分广泛2 。但第二代大环内酯类抗生素主要是药动学性质得到改善，对耐药菌的抗菌活性仍较弱，不能完全满足临床的新要求。随着对第一和第二代

4、大环内酯类 - 林可霉素类 - 链阳性霉素B类抗生素（macrolidelincosamidestreptogramin B, MLSB ）以及 - 内酰胺类抗生素耐药的肺炎链球菌、酿脓链球菌、黏膜炎莫拉菌和流感嗜血杆菌等耐药菌的增多，治疗这些耐药菌所致呼吸道感染变得越来越困难。因此，医药研究人员通过对红霉素及其衍生物进行结构改造，又研发出了第三代大环内酯类抗生素酮内酯类抗生素（ketolides），并正在研发桥酮类抗生素（bicyclolides）和酰内酯类抗生素（acylides）等。这些抗生素因与细菌核蛋白体亚基的结合位点有所改变，故能部分克服细菌的耐药性，不仅对原大环内酯类抗生素敏感菌

5、有效，且还对部分多重耐药菌有活性，目前已成为研究热点。2 C-6 位的结构改造与修饰 赛红霉素是继泰利霉素后又一倍受关注的酮内酯类抗生素，主要用于治疗社区获得性肺炎和其它呼吸道感染。本品对肺炎链球菌、流感嗜血杆菌有更长的抗生素后效应，对具有主动外排耐药机制的肺炎链球菌比泰利霉素更有效，MIC 为 0.002 0.001 5 µg/ml。Luna等3 进行的体外活性研究显示赛红霉素对社区获得性耐甲氧西林金黄色葡萄球菌 (CA-MRSA) 的 MIC 为 0.002 0.125 µg/ml，MIC 50 和 MIC 90 均小于 0.002 µg/ml。 赛红霉素的成

6、功促进了C-6位的结构改造。化合物1（图1）的活性与赛红霉素相比4 ，对化脓性链球菌 (Streptococcus pyogenes) 的MIC较高 ( 分别12.5和0.39 µg/ml)，但对肺炎链球菌 (Streptococcus pneumoniae)的MIC显著改善( 分别为 0.25和4 µg/ml )。2 （图1）的胃肠道耐受性较好，在口服剂量的研究中 ( 雪貂，30 mg/kg ), 与泰利霉素相比，2 的呕吐 ( 分别为0和50 ) 及恶心 ( 分别为0.17和1.8 ) 现象显著降低5 。3（图1） 对含有 erm(B) 基因的肺炎链球菌1017 菌株的

7、 MIC 为 0.12 µg/ml 6 。4（图1）对肺炎链球菌5979菌株的MIC为0.03 µg/ml，明显优于泰利霉素的 8 µg/ml 7 。5（图1）对含有erm(B) 基因的肺炎链球菌5979菌株的MIC为0.008 µg/ml ；对含有 erm(A) 基因的金黄色葡萄球菌A5177 菌株的 MIC为0.008 µg/ml 8 ( 泰利霉素为0.1 µg/ml)。Henninger 等9 报道6（图1）对含有 erm(B) 基因的肺炎链球菌分离株MIC显著优于红霉素( 分别为 0.06和16 µg/ml)，对含有

8、红霉素耐药mef(A) 基因的亦优于红霉素( 分别为 0.06 和 4 µg/ml)。7（图1）和8（图1）对含有 erm(B) 基因、mef(A) 基因的肺炎链球菌分离株MIC与6 相当。而且这3个化合物的体内外活性与泰利霉素相当。Yong 等10设计合成了系列6-位芳炔丙基取代的三环酮内酯类衍生物( 如化合物9 11（图1）)，对红霉素耐药的革兰阳性菌、流感嗜血杆菌均有很强的抗菌活性，且药物动力学性质优良，其中11的半衰期长达13.9 h，口服生物利用度为57.4。 1 2 3 4 5 图1 C-6位酮内酯类抗生素 Xu等11合成了C-2 位氟代的一类新颖的C-6位氨甲酰氧基取代

9、的酮内酯，体外活性优于红霉素，与泰利霉素相当。其中12 14 （图1）对含有erm 和mef基因的链球菌MIC为0.03 0.12 µg/ml，对流感嗜血杆菌的MIC为2 4 µg/ml。C-2 位的氟代对体外活性有以下影响 ：(1) 对含有 erm(B) 基因的肠球菌MIC 降低 ；(2) 对鼠血清中金黄色葡萄球菌的MIC增加。C-9 位肟化的14体外活性与12和13相近。Tennakoon 等12 合成了一系列C-6位- 氮取代的肼基甲酰氧基衍生物，研究发现连接杂双芳环与肼基甲酰氧基官能团之间的最佳碳链长度为乙基，体外抗菌活性研究表明15（图1）和16图1）对金黄色葡萄

10、球菌、含erm(B) 基因的肺炎链球菌及含有mef(A) 基因的肺炎链球菌等菌株的MIC与泰利霉素相当。Henninge 等13合成了一系列C-6 位取代氧甲酰氧基的酮内酯化合物，其中17（图1） 的体外抗erm(B) 介导耐药链球菌活性优于泰利霉素，目前处于临床前研究阶段。3 C-11，12 位结构修饰的酮内酯类抗生素 泰利霉素（telithromycin，HMR3647，图 2）是 第一个上市的 C-11，12 位修饰的酮内酯，具有广谱抗菌活性和较低的选择耐药性。但是泰利霉素会对肝脏造成损伤，而通过降低红霉素环的疏水性或者增加质子化基团可改善这种损伤。Xu 等 14 合成咪唑4，5-b并吡

11、啶硫并含烷基侧链的酮内酯化合物（图 3），咪唑4，5-b并吡啶硫基团增加了质子化基团，与泰利霉素相比，其肝损伤性降低；同时对红霉素耐药菌株肺炎链球菌 07Z001、肺炎链球菌 05Z001抑菌活性与泰利霉素相当（MIC 值为 0.016 g/mL）；对红霉素耐药的化脓链球菌 07Z011 抑菌活性与泰利霉素相当（MIC 值为 0.062 g/mL），对红霉素易感菌株化脓链球菌07U0084（MIC 值为 0.016 g/mL）抑菌活性优于泰利霉素（MIC 值为 0.031 g/mL）。而化合物 CE-101（图 4） 15 除了末端连接的芳杂环不同外，2 位还连接氟原子，增加了其抗菌活性，研究

12、表明，CE-101是截止 2010 年具有最广泛抗菌谱的酮内酯类化合物。 图2 泰利霉素结构式 图3 含咪唑并吡啶硫酮内酯类抗生素结构式 图4 CE-101结构式 Magee 等16合成了氮杂环丁烷取代的酮内酯化合物（图5），氮杂环丁烷的氮原子增加了该化合物的极性，更容易与靶位点绑定，具有更好的理化性质。通过肺炎链球菌1095型感染鼠产生的呼吸道感染模型和流感嗜血杆菌1325感染产生的沙鼠中耳炎模型，证明小鼠口服该化合物有效，与泰利霉素相比，肝清除率提高，肝毒性降低，可以用来治疗易感染和多药耐药性获得性呼吸道感染疾病。Baker等17 通过肼基与芳杂环相连得到酮内酯化合物（图 6），这种与泰利

13、霉素的结构差异，使得其抗菌活性更高，尤其是针对MLSB耐药黄色葡萄球菌的活性提高。 图5 含氮杂环丁烷酮内酯化合物结构式 图6 含肼基与芳杂环酮内酯化合物结构式 综上所述，此类化合物都具有C-11，12 位氨基甲酸酯环，环上的N原子与带有芳杂环的侧链相连，侧链一般为2-4个碳原子，根据电子等排体原理对该侧链进行改造，侧链长短、极性都影响抗菌活性。母环2-位上连接杂原子尤其是F 原子，使得抗菌谱更加广泛。氨基甲酸酯类能够抑制致病菌mef 基因编码的主动外排蛋白，有助于克服红霉素的诱导耐药性，因此此类化合物对耐药菌有很高抗菌活性18-20 。4 C-9 肟基结构修饰酮内酯类抗生素 泰利霉素为C-9

14、肟基修饰酮内酯，关于该类酮内酯报道较少。Nomura 等21 对C-9位酮基的酮内酯C-11，12连接不同基团，对其构效关系进行研究。研究发现，在化合物的X、Y 位点连接不同基团（图 7），图 11-1、11-4、11-5、11-6 对红霉素耐药金黄色葡萄球菌SR17367 的抑菌活性均强于11-3，而11-2 基本无抑菌活性，表明X、Y的空间效应可影响其与细菌核糖体的靶点结合；图11-6对红霉素耐药金葡萄球菌SR1736（MIC值为0.36g/mL）和对于易感肺炎1型菌（MIC值为0.025g/mL）活性优于11-5（MIC值为0.78g/mL、0.05g/mL），氟原子增加了其与细菌核糖体

15、的结合能力，表明电子效应对于活性也有一定影响。综合电子效应和空间位阻，发现化合物 12（图 8） 对红霉素耐药金黄色葡萄球菌SR17367有较好的活性（MIC值为0.2g/mL），但其对耐药性肺炎球菌无活性。 图7 C-9位酮基修饰酮内酯结构式 图8 C-11，12位修饰酮内酯结构式Nomura等22对9-位肟基连接的侧链空间构型及其电子效应进行研究，发现化合物的酰胺基和NH基团是C-9 亚胺醚抗菌活性的必须基团（图 9），且体外抑菌活性较强。该化合物对红霉素耐药的肺炎链球菌SR16651的抑菌活性（MIC值为0.78g/mL）与泰利霉素（MIC值为0.78 g/mL）相当，对红霉素耐药的金黄

16、色葡萄球菌SR17347的抑菌活性（MIC值为0.39g/mL）稍弱于泰利霉素（MIC值为0.2g/mL），小鼠体内感染实验表明，肺部组织分布优于泰利霉素，可用来治疗肺部感染。 图9 C-9亚胺醚类酮内酯结构式 Liang等23对C-9 肟基连接不同基团进行筛选，发现6-O-甲基红霉素 A 9-O-（3-芳基-2-烯丙基） 肟酮内酯，2，3-烯醇醚烷基类似物（图 10），当Ar为3-喹啉基、6-喹啉基、4-（1-咪唑）苯基，尤其是当Ar为4-（1-咪唑）苯基时，其对红霉素耐药的金黄色葡萄菌PU-32的抑菌活性（MIC值为0.016g/mL）优于克拉霉素（MIC值为 64g/mL）4000 倍，

17、对erm和mef 基因介导的耐药肺炎链球菌PU-27的抑菌活性（MIC值为1g/mL）优于克拉霉素（MIC值为16 g/mL）16倍；而当Ar为3-吡啶环和5-嘧啶环时，其对erm和mef基因介导的耐药肺炎链球菌和由 mef 基因介导的金黄色葡萄球菌的MIC值均大于取代基为联苯类，由于联苯环增加疏水作用，同时氢键使芳杂环N原子与核糖体键合更加牢固。一类新的衍生物（图 11），发现一对异构体17-1（R 型）、17-2（S 型），其活性差异较大，10位S型异构体MIC值高于10位R型异构体2-32 倍，R型异构体对红霉素易感金黄色葡萄球菌OC4172 的抑菌活性（MIC值0.12 g/mL）和泰

18、利霉素（MIC值为0.12g/mL）相当，对由erm基因编码由核糖体甲基转移酶引起的红霉素耐药的肺炎链球菌OC4051 的抑菌活性（MIC值为 0.06g/mL）与泰利霉素（MIC值为0.06g/mL）相当，对于由mef基因编码的细菌外排导致红霉素耐药的肺炎链球菌OC4421 的抑菌活性（MIC 值为0.25 g/mL）稍弱于泰利霉素（MIC值为0.12g/mL）。 图10 C-9肟基修饰酮内酯类抗生素结构式 图11-1 6-O-芳杂环取代修饰衍生物R型异构体 图11-2 6-O-芳杂环取代修饰衍生物S型异构体 综上所述，C-9位修饰的构效关系表明，9肟基侧链以3个碳原子活性最佳，末端的芳香基

19、团以联苯类活性最佳。5 6,11-O- 桥酮内酯新型6,11-O- 桥酮内酯是6位11位羟基通过3 4个碳链连接而成的桥酮结构。Enanta制药公司合成了系列6,11-O- 桥酮内酯化合物24，其中EP-13159的体外抗菌活性研究显示对MRSA的MIC为4 µg/ml，对万古霉素耐药的粪肠球菌、蜜蜂屎肠球菌的MIC为1 µg/ml，对肺炎链球菌与化脓性链球菌的MIC均低于0.06 µg/ml。此外，动物实验显示本品药物动力学特性优良，口服生物利用度达84，体内半衰期为12.4 h。EP-13159对革兰阳性呼吸道致病菌的体内外抗菌活性优于克拉霉素、阿奇霉素和泰利

20、霉素25 。EDP-420于2006年在北美进行期临床研究以评估其在治疗社区获得性肺炎中的安全性、耐受性及有效性。在兔脑膜炎模型中，EDP-420对喹诺酮和青霉素耐药的肺炎双球菌表现出非常好的杀菌活性 , 可与万古霉素/头孢曲松的标准治疗方案相媲美26。6 其它类结构修饰的酮内酯类抗生素6.1 环状酮内酯 环状酮内酯分为三环酮内酯和四环酮内酯，前者又可分为三环14，5，7酮内酯化合物（图 12）、三环14，5，5酮内酯化合物（图 13）及三环14，5，6酮内酯化合物（图 14）。其中最有代表性的是TE-802 27 ，如图 19，R1、R2 均为 H 时，其结构新颖，虽不具有泰利霉素和喹红霉素

21、结构中芳杂环侧链，但对红霉素诱导耐药的金黄色葡萄球菌、肺炎链球菌等也有较高活性，目前处于临床前研究阶段。根据 Ma等28报道，四环酮内酯类则基本没有活性。 图12 三环14,5,7酮内酯化合物结构式 图13 三环14,5,5酮内酯化合物结构式 图14 三环14,5,6酮内酯化合物结构式6.2 桥环酮内酯桥联双环酮内酯类抗生素分为6，9-桥环酮内酯化合物和6，11-桥环酮内酯化合物(图 15），后者中的EDP-420 29 已于2006年进入期临床试验阶段，主要用于治疗社区获得性肺炎。通过对肺炎链球菌、金黄色葡萄球菌、流感嗜血杆菌、化脓链球菌的MIC值比较，EDP-420和泰利霉素具有相当的活性

22、、甚至优于泰利霉素，具有良好的药物代谢动力学性质，消除半衰期是克拉霉素和泰利霉素2-3倍，作用时间长30。 图15 6,1-桥环酮内酯化合物结构式展望抗生素耐药性问题越来越引起人们的重视，尤其是泰利霉素、喹红霉素的研究成功，给该类化合物带来了巨大推动力，使得国内外学者的研究不断深入。通过对酮内酯类抗生素的化学结构修饰、母环的修饰、环上侧链的改进，一些新化合物可以克服部分耐耐药性问题，尤其是针对耐药的肺炎链球菌、金黄色葡萄球菌、流感嗜血杆菌都有良好效果。C-11，12 位的氨基甲酸酯、肼基甲酸酯类酮内酯对 MLSB 的耐药菌也较好的抗菌效果，是该类耐药性问题的一个有前景的研究方向。随着国内外对酮

23、内酯类抗生素作用机制的研究不断深入及新的先导化合物的不断研发，相信会有更好的抗耐药的酮内酯类先导化合物出现，也必将有更多酮内酯类抗生素应用于临床。参考文献：1 董毅 . 大环内酯类抗生素的研究进展J国外医药合成药生化药制剂分册，2001，22(3): 134-136.2 孙路路 .第二代大环内酯类抗生素的临床应用评价J中国医院用药评价与分析，2004，4(2): 79-83.3 Luna VA, Xu ZQ, Eiznhamer DA, et al. Susceptibility of 170 isolates of the USA300 clone of MRSA to macrolides

24、, clindamycin and the novel ketolide cethromycin J. J Antimicrob Chemother, 2008, 62(3): 639-640.4 Yat SOR, Clark RF, Ma ZK, et al. 6-O-Substituted macrolides having antibacterial activity: WO, 2000055168 P. 2000-09-21. 5 Ma ZK, Pham LT, Clark RF, et al. 6-O-Substituted erythromycin derivatives havi

25、ng improved gastrointestinal tolerance: WO, 2002032919 P. 2002-04-25.6 Shimazaki Y, Manaka A, Sugimoto T, et al. 2-Fluoro-6-O-substituted ketolide derivative: WO, 2005087787 P. 2005-09-22.7 Keyes RF, Carter, JJ, Englund EE, et al. Synthesis and antibacterial activity of 6-O-arylbutynyl ketolides wit

26、h improved activity against some key erythromycin-resistant pathogens J. J Med Chem, 2003, 46(10): 1795-1798. 8 Beebe X, Yang F, Bui MH, et al. Synthesis and antibacterial activity of 6-O-arylpropargyl-9-oxime-11,12-carbamate keto-lides J. Bioorg Med Chem Lett, 2004, 14(10): 2417-2421.9 Henninger TC

27、, Xu X, Abbanat D, et al. Synthesis and antibacterial activity of C-6 carbamate ketolides, a novel series of orally active ketolide antibiotics J. Bioorg Med Chem Lett, 2004, 14(17): 4495-4499. 10 Yong H, Gu GY, Clark RF, et al. Design, synthesis and structure-activity relationships of 6-O-arylpropa

28、rgyl diazalides with potent activity against multidrug-resistant Streptococcus pneumoniae J. Bioorg Med Chem Lett, 2005, 15(10): 2653-2658.11 Xu X, Henninger T, Abbanat D, et al. Synthesis and antibacterial activity of C2-uoro, C6-carbamate ketolides, and their C9-oximes J. Bioorg Med Chem Lett, 200

29、5, 15(4): 883-887.12 Tennakoon MA, Henninger TC, Abbanat D, et al. Synthesis and antibacterial activity of C6-carbazate ketolides J. Bioorg Med Chem Lett, 2006, 16(24): 6231-6235.13 Henninger TC, Macielag MJ, Tennakoon MA, et al. 6-O-Acyl ketolide derivatives of erythromycine useful as antibacterial

30、s: WO, 2003050132 P. 2003-06-19. 14 Xu P，Liu L，Lei P S，et al. Synthesis of novel macrolide derivatives with imidazo 4，5 -bpyridinyl sulfur contained alkyl side chains and their antibacterial activityJ.Journal of Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters，2009，19（15）：4079-4083.15 Putnam S D，Castanh

31、eira M，Moet G J，et al. CEM-101，anovel fluoroketolid：antimicrobial activity against a diverse collection of gram-positive and gram -negative bacteria J.Diagnostic Microbiology and Infectious Disease，2010，66（4）：303-401.16 Magee T V，Ripp S L，Li B，et al. Discovery of Azetidinyl Ketolides for the treatme

32、nt of susceptible and multidrugesistant J. Journal of Medicinal Chemistry，2009，52（23）：7446-7457.17 Baker W R，Clark J D，Stephens R L，et al.Modification of macrolide antibiotics. Synthesis of 11 -deoxy -11 -（carboxyamino）-6-O-methylerythromycin A 11，12-（cyclicesters） via an intramolecular michael reac

33、tion of O -carbamates an alphabeta -unsaturated ketone J.Journal of Organic Chemistry，1998，53（10）：2340-2345.18 Douthwaitc S. Structure activity relationships of ketolides vs.macrolides J.Clinical Microbiology and Infection，2001，7（s3）：11-17.19 Bryskier A. Ketolides -telithromycin，an example of a new

34、class of antibacterial agentsJ.Clin Microbial Infect，2000，6（12）：661-669.20 Low D E，Felmingham D，Brown S D，et al. Activity of telithromycin against key pathogens associated with community-acquired respiratory tract infectionsJ.Journal of Infection ，2004，49（2）：115-125.21 Takashi N，Tatsuro Y，Yukitoshi

35、N，et al. 9 -Oxime -3 -ketolides：Modification at the C-11，12-diol moiety andantibacterial activities against key respiratory pathogens J.Journal of Bioorganic & Medicinal Chemistry，2005，13（21）：6054-6063.22 Takashi N，Iwaki T，Narukawa Y，et al. A new type of ketolide bearing an N-aryl-alkyl acetamid

36、e moiety at the C-9 iminoether：Synthesis and structure activity relationships（2）J.Journal of Bioorganic & Medicinal Chemistry，2006，14（11）：3697-3711.23 Liang J H，Dong L J，Pan Z C，et al. Synthesis and biological evaluation of novel hybrid Chalcone derivatives as vasorelaxant agents J.European Journal of Medicinal Chemistry，2010，45（9）：3625-3635.24 (a) Qiu YL,