氨基糖苷类抗生素的发展和结构特征上课讲义

氨基糖苷类抗生素的发展和结构特征氨基糖苷类抗生素的发展和结构特征

链霉素是由Waksman等于20世纪40年代初，年首先发现的由灰色链霉菌产生的氨基糖苷类抗生素。Waksman发现链霉素对人类具有两大贡献:

一是链霉素在临床上的应用,拯救了无数结核病患者；

二是系统地探讨土壤中微生物的拮抗作用,并指出放线菌作为抗生素来源的巨大潜力。氨基糖苷类抗生素的发展和结构特征

链霉素的发现极大地刺激了世界范围内的无数学者开始系统地、有计划地筛选新抗生素,特别是注重从放线菌中筛选新抗生素,迎来了抗生素的黄金时代。氨基糖苷类抗生素品种多达200余种，其中有实用价值的品种不下30种，以抗菌谱广、疗效好、性质稳定、生产工艺简单等优势，在市场上占据了相当的分额。

氨基糖苷类抗生素的发展和结构特征

根据这类抗生素结构特征，卡那霉素等被列为第一代氨基糖苷类抗生素（如表所示）。这一代抗生素的品种最多，应用范围涉及到农牧业，其结构特征为分子中含有完全羟基化的氨基糖与氨基环醇相结合。

本代抗生素均不抗铜绿假单胞菌。第一代氨基糖苷类抗生素品种

取代类型抗生素品种4、5—双取代新霉素(NM)、巴龙霉素(PM)、核糖霉素(RM)、里威杜霉素、杂交霉素、丁酰苷菌素(BT)4，6—双取代卡那霉素A/B、突变霉素、暗霉素、NK1001、JI—20A/B、庆大霉素B等小组分单取代阿泊拉霉素、潮霉素、越霉素、新霉素A和链霉素其它春日霉素、有效霉素，奇放线菌素第二代氨基糖苷类抗生素

以庆大霉素为代表的第二代氨基糖苷类抗生素的品种较第一代氨基糖苷类抗生素的品种少。但抗菌谱更广，对上述第一代品种无效的假单胞菌和部分耐药菌也有较强的抑杀作用，有替代部分前者抗感染品种的趋势。结构中含有脱氧氨基糖及对铜假单胞菌有抑杀能力是第二代品种的共同特征。

第二代氨基糖苷类抗生素

它们包括庆大霉素（GM）、妥布霉素（TOB）、西索霉素（Siso）、DKB（双脱氧卡那霉素B）、小诺霉素（NCR)和稀少霉素在内的拟三糖；以及包括福提霉素、istamycin、sporaricin、sanamycin、dictimicin在内的拟二糖药物。

第三代氨基糖苷类抗生素

以奈替米星(NTL)为代表的第三代产品，全系1—N—(2-DOS)取代的半合成衍生物。这部分内容将在第三节中加以阐述。

第一第二代都为直接来源于微生物代谢的天然产物。链霉素壮观霉素小诺霉素

核糖霉素抗生素RR1R2R3R4R5福提霉素ACH3HCOCH2-NH2OHHNH2福提霉素BCH3HH

HNH2SporaricinA(KA-6606-I)CH3HCOCH2-NH2HNH2HSporaricinB(KA-6606-II)CH3HHHNH2H

春雷霉素

潮霉素

阿泊拉霉素氨基糖苷类抗生素的发展和结构特征

有实用价值的氨基糖苷类抗生素应具有抗菌谱广、耐钝化酶强、低毒性的特点，这三者紧密相关。氨基越多，抗菌能力越强，但随之毒性也增大；而耐钝化酶广必然伴随着抗菌性能好。从第一代氨基糖苷类抗生素发展到第三代氨基糖苷类抗生素基本上反应了上述的发展规律。

第二节

氨基糖苷类抗生素的作用机制氨基糖苷类抗生素的作用机制氨基糖苷类抗生素抑制蛋白质合成起始过程的位点有三个:一是特异性地抑制30S合成起始复合体的形成,如春日霉素；二是抑制70S合成起始复合体的形成和使fMet-tRNA从70S起始复合体上脱离,如链霉素、卡那霉素、新霉素、巴龙霉素、庆大霉素等；氨基糖苷类抗生素的作用机制

三是这类抑制70S合成起始复合体的抗生素也能引起密码错读。链霉素等抗生素造成密码错读的原因是由于其分子中有造成读错密码的活性中心——去氧链霉胺或链霉胺的缘故,而春日霉素分子中没有这种结构,也就没有造成读错密码的作用。

其密码错读的结果影响了mRNA的密码子与tRNA的反密码子间的相互作用。

30S核糖体的结构

细菌的核糖体作为蛋白质翻译的器官，由RNA和多种蛋白质组成，核糖体可与mRNA和tRNA相结合，在多种其他蛋白质因子的参与下完成蛋白质的翻译过程，其中30S核糖体亚基与tRNA的结合是蛋白质合成的关键步骤之一。30S核糖体有三个tRNA结合位点：A（aminoacyl）P（peptidyl）E（exit）位点。在T.thermophilus的30S核糖体结构在T.thermophilus的30S核糖体中，RNA和蛋白质的分布是不对称的。20个蛋白质(命名为S2-S20和Thx)集中在30S核糖体的上部，侧部和背部；而在RNA内部区域及30S和50S的接合部，基本无蛋白质分布。16S的RNA分子则包含有超过50个规则的螺旋结构(helix,编号为H1-H45)构成，加上一些不规则的环(loop)连接其间。整个30S核糖体可大体分为四个区域：5’区域/中心域/3’主域和3’次域，前三个区域结合得较为紧凑，而最后一个区域则相对伸展在外部。T.thermophilus30S核糖体的晶体结构

RNA：红色；蛋白质：蓝色氨基糖苷类抗生素与30S核糖体的结合

在链霉素结合于30S核糖体的晶体结构中（无mRNA和tRNA分子），链霉素可通过氢键和盐桥与16SRNA结合，其中涉及的碱基有：U14,A914（作用于链霉胍）,G527（作用于链霉胺）,C526（作用于链霉胺）,A913（作用于链霉胺）,C1490（作用于链霉胍）和G1491（作用于链霉胍）；此外，链霉素还直接作用于蛋白质S12，S12的K45残基可与链霉胍形成两个氢键。

氨基糖苷类抗生素与30S核糖体的结合巴龙霉素结合于30S核糖体的RNA（主要是A位点）后，使两个重要的碱基A1492和A1493外翻，该构型与核糖体与mRNA和tRNA结合后的构型相似，因而处于该构型的核糖体更易与mRNA和tRNA结合(不用改变构型)，使一些非配对的tRNA有可能结合于mRNA上，引起解码的精确性降低，同时由于A1492和A1493也可与巴龙霉素结合，他们不能再有效地接触于mRNA-tRNA复合物，使之不能监控tRNA分子与mRNA的结合，这同样引起蛋白质解码的精确性降低。这一机制也似乎广泛存在于含2-脱氧链霉胺的其他氨基糖苷类抗生素中。此外，巴龙霉素似乎并不与核糖体的蛋白质部分有紧密地相互作用。氨基糖苷类抗生素与30S核糖体的结合在GMC1a-RNA的复合物中，RNA的螺旋状骨架因GMC1a的插入而发生扭曲，由于A1492的凸起以及在非规则位的A1408-A1493对使RNA的大沟间距扩大了大约6.6Å，GMC1a结合其间；氨基糖苷类抗生素与30S核糖体的结合GMC1a的多个羟基和氨基则与RNA形成氢键网络，如1位和3位氨基分别与U1495和G1494形成氢键，6′氨基在能与A1493和G1491形成氢键的距离范围之内，2″羟基在氨基在能与G1405和U1406形成氢键的距离范围之内，4″羟基可与G1405和U1406形成氢键；此外在GMC1a分子内也有氢键形成，如5-OH可与2′-NH2形成羟基，这可能有助于稳定GMC1a的分子构象。氨基糖苷类抗生素与30S核糖体的结合氨基糖苷类抗生素分子中的氨基和羟基对于保持抗菌活性十分重要，如被钝化酶修饰可导致丧失活性，从GMC1a和16SrRNA的A位点结合部位来看，这些位点均和RNA分子有直接的相互作用，例如2-脱氧链霉胺（2-deoxystreptamine，2-DOS）是GMC1a的活性中心，1位和3位氨基是乙酰化转移酶(AAC1和AAC3)的靶位，任何一个氨基如被乙酰化可使GMC1a失活；在GMC1a-RNA的复合物中这两个氨基分别与U1495和G1494形成氢键；氨基糖苷类抗生素与30S核糖体的结合绛红糖胺（purposamine）的6′氨基是另一个乙酰化转移酶(AAC6′)的靶位，它则作用于A1493和G1491，2′-NH2(AAC2′的作用靶位)则作用于A1493；加拉糖胺(garosamine)中的多个羟基及一个甲胺基也可分别与16SRNA形成多个羟基。可由此推测，这些活性基团对于GMC1a结合于A位点十分重要，修饰这些基团可能导致GMC1a与核糖体的亲和力降低，影响其与核糖体的结合。氨基糖苷类抗生素与30S核糖体的结合在Geneticin（G－418）与寡聚RNA（含两个A位点）的复合物晶体结构中，A1492和A1493突出在外，而Geneticin的3′和4′的羟基分别与A1492和A1493的磷酸键中的氧形成氢键，进而稳定这一构象；与GMC1a类似，Geneticin的氨基和羟基与RNA间形成多个氢键，如6′-OH与A1408(N1)形成氢键；重要的2-DOS的1-NH2与U1495和一个水分子形成氢键，3-NH2则与A1493(O1-P)，G1494（N7和O2-P）形成三重氢键。氨基糖苷类抗生素与30S核糖体的结合妥普霉素结构上接近于卡那霉素类抗生素，在结合于寡聚RNA后，A1492和A1493同样呈突出构型，相对于Geneticin，托普拉霉素3′位无羟基，与A1492间没有氢键形成；4′羟基依旧与A1493形成羟基，并额外与一个RNA内的水分子形成氢键；2′-N则通过两个水分子分别与A1492和A1493形成氢键；2-DOS与Genteticin的2-DOS一样与RNA分子形成众多氢键。氨基糖苷类抗生素与30S核糖体的结合在潮霉素B-30S核糖体复合物的晶体结构中，潮霉素B结合于H44的顶端，在helix的大沟中；它作用于RNA的特定区域，包括1490-1500和1400-1410的核苷酸。潮霉素B的结合似乎并未严重改变RNA的构型，但可观察到一系列氢键形成与潮霉素B和RNA分子之间。第三节细菌对氨基糖苷类抗生素

产生耐药性的作用机制

细菌对氨基糖苷类抗生素

产生耐药性的特异性作用机制一是细菌产生一种或多种有关的钝化酶来修饰进入胞内的活性抗生素使之失去生物活性；二是氨基糖苷类抗生素的作用靶位核糖体或是与核糖体结合的核蛋白的氨基酸发生突变，而使进入胞内的活性抗生素不能与之结合或结合力下降。一、钝化酶介导的耐药机制

（一）氨基糖苷类抗生素钝化酶的生物学特性对氨基糖苷类抗生素产生耐药的细菌往往是通过细菌产生的酰基转移酶(acetyltransferases,AAC)；腺苷转移酶(adenylytransferases,ANT)；磷酸转移酶(phosphotransferases,APH)对进入胞内的活性分子进行修饰使之失去生物活性。一、钝化酶介导的耐药机制

（一）氨基糖苷类抗生素钝化酶的生物学特性在这类耐药菌中，编码这些钝化酶的耐药基因通常是由质粒携带且其中很多与转座子相连，加速了这些耐药基因在种间的传递。一、钝化酶介导的耐药机制

（一）氨基糖苷类抗生素钝化酶的生物学特性对这些钝化酶所用的符号定义如下：AAC（酰基转移酶）、ANT（核苷酸或腺苷酸转移酶）、APH（磷酸转移酶）为酶修饰的类型；(1)、(3)、(6)、(9)、(2’)、(3’)、(4’)、(6’)、(2’’)和(3’’)表示酶的作用位点；I、II、III、IV和V表示独特的耐药模式；a、b、c为独特的蛋白类型；因此，AAC(6’)-Ia和AAC(6’)-Ib表示二种具有不同蛋白特性的同一种酶，其催化同一反应；编码这些酶的基因用相应的符号，如aac(6’)-

Ia和aac(6’)-Ib分别编码能够催化同一反应的两种酶蛋白的基因。

链霉素大观霉素

（二）氨基糖苷类抗生素的同源性和其他一些特性

1）APH亚类，它包括所有已知的3’磷酸化酶；2）AAC(6’)-Ib、AAC(6’)-IIa、AAC(6’)-IIb和AAC(6’)-APH(2’’)双功能蛋白的AAC(6’)部分；3）ANT(9)和ANT(3’’)两种修饰Sm的酶；4）AAC(３)-Ia和AAC(３)-Ib；5）APH(6)-I；6）AAC(6’)-Ic、AAC(6’)-Id、AAC(6’)-If和嘌呤霉素酰基转移酶（PUAT）；7）AAC(３)酶。一些抗生素产生菌对自身产物耐受的机制

产生菌产物耐受机制弗氏链霉菌新霉素APH(3’)，AAC(3)龟裂链霉菌巴龙霉素产生菌巴龙霉素APH(3’)，AAC(3)淡紫青链霉菌青紫霉素APH(3’)，AAC(3)核糖苷

链霉菌核糖霉素APH(3’)，AAC(3)环状芽孢杆菌丁酰苷菌素APH(3’)，AAC(3)卡那霉素链霉菌卡那霉素AAC(6’)黑暗链霉菌暗霉素复合物AAC(6`)，AAC(2’)灰色链霉菌链霉素SPH(6)，SPH(3’’)吸水链霉菌NRRL2387潮霉素BHPH白黑链霉菌嘌呤霉素PAC石榴链霉菌紫霉素VPH缠绕链霉菌卷曲霉素CPH,CAC链霉菌V-13-1链丝菌素STAT诺尔丝链霉菌诺尔丝菌素NAT吸水链霉菌ATCC21705双丙磷DPAT(PAT)Streptovericilliumsp.JCM4673杀假丝菌素S酰基转移酶轮丝浅绿链霉菌博莱霉素酰基转移酶春日链霉菌春日霉素酰基转移酶委内瑞拉链霉菌氯霉素水解酶红霉素链霉菌红霉素核糖体被甲基化弗氏链霉菌磷霉素谷光甘肽附加物（？）刺孢小单孢庆大霉素核糖体发生变异抗生链霉菌夹竹桃霉素葡基转移酶

鬼裂链霉菌四环素主动转运系统黑暗链霉菌妥普霉素酰基转移酶，

核糖体变异一些抗生素产生菌对自身产物耐受的机制

二、氨基糖苷类抗生素作用靶位16SrRNA和S16核蛋白发生变异的耐药机制

研究证实链霉素的作用靶位是在细菌的核体上，它的抗菌作用是通过使tRNA阅读错误来实现的。

氨基糖苷类抗生素作用靶位16SrRNA和S16核蛋白发生变异的耐药机制

临床分离的许多细菌对氨基糖苷类抗生素产生抗性，主要通过如上所述的各种钝化酶对抗生素的修饰作用来实现的，而至今对链霉素抗性的结核分枝杆菌的研究还未发现有这种耐药机制。

氨基糖苷类抗生素作用靶位16SrRNA和S16核蛋白发生变异的耐药机制

这种细菌对链霉素的抗性是由于链霉素的作用靶位16SrRNA的某些碱基发生了突变（编码该核糖体的基因为rrs），或是与核糖体结合的核蛋白S16（该蛋白起到稳定核糖体三维结构的作用）的某些氨基酸发生了突变所致（编码该蛋白的基因为rpsL）。大肠艾希氏菌16SrRNA的二级结构模型以及对链霉素产生抗性的结核分枝杆菌和大肠艾希氏菌的核糖体碱基发生突变的位点

对链霉素敏感的和具有抗性的结核分枝杆菌的遗传特性比较

菌株

基因型表型{对链霉素的MIC(mg/L)}敏感性a突变类型取代位点加Tween不加Tween2742/95Sms野生型野生型1.0~2.00.5~1.02744/95Sms野生型野生型1.0~2.00.5~1.02529/95Sms野生型野生型1.0~2.00.5~1.02082/95Sms野生型野生型1.0~2.00.5~1.04649/83SmrrpsL43-Lys→Arg>1,000>1,0004513/83SmrrpsL43-Lys→Arg>1,000>1,0005141/83SmrrpsL43-Lys→Arg>1,000>1,0003626/83SmrrpsL43-Lys→Arg>1,000>1,00011966/89SmrrpsL88-Lys→Arg250~500250~5003555/83SmrrpsL88-Lys→Arg500~1,000250~500K8/94SmrrpsL88-Lys→Arg>1,000>1,000K11/94SmrrpsL88-Lys→Arg>1,000>1,0004362/83Smrrrs523-A→Cb50~25025~505127/85Smrrrs523-A→Cb250~50025~50K4/94Smrrrs523-A→Cb50~25012.5~253976/83Smrrrs522-A→Tb50~25012.5~253601/84Smrrrs526-A→Tb50~25025~50K3/94Smrrrs526-A→Tb250~50025~503564/83Smr野生型野生型25~502.0~6.03660/83Smr野生型野生型25~502.0~6.03694/83Smr野生型野生型25~502.0~6.04931/83Smr野生型野生型25~502.0~6.04308/95Smr野生型野生型25~502.0~6.0

从表6-4的研究结果可知，对链霉素具有抗性的结核分枝杆菌具有以下三种遗传特性

对链霉素敏感的和具有抗性的结核分枝杆菌的遗传特性比较

从表中研究结果可知，对链霉素具有抗性的结核分枝杆菌具有以下三种遗传特性：由于编码S16核蛋白的基因rpsL发生了突变，从而使该蛋白的43位和88位的赖氨酸变成了精氨酸。结核分枝杆菌的这种突变使其对链霉菌的抗性增加了250～1000倍以上；由于编码16SrRNA的基因rrs发生了突变，使其523位的A变成了C；使522位和526位的C变成了T。结核分枝杆菌的这种突变使其对链霉素的抗性增加了50～250倍。从表中研究结果可知，对链霉素具有抗性的结核分枝杆菌具有以下三种遗传特性：

第三种耐药菌的遗传特性还不甚了解，它们对链霉素的耐药程度增加了25～50倍；另外，用细胞膜活性剂Tween80来试验细菌对药物的细胞通透性发现：对敏感菌和rpsL突变耐药菌基本无效；对rrs突变耐药菌有一定的效果；

但对上述第三种耐药菌的效果最为明显，说明这种耐药菌的耐药机制可能与细胞膜的渗透性有关。

表6-6由于编码16SrRNA的基因发生突变而引起对链霉素抗性的各种耐药菌的遗传特性各种菌株顺序（5’—3’）Chlamydomonasreinhardtii野生型5－ATGGAGAGTTTGATCCTG－22sr－u－sm3·····G······大肠埃希氏菌野生型4－TTGAAGAGTTTGATCATG－21C.reinhardtii野生型467－TGCCAGCAGCCGCGGTAA－484sr-u-2-60

·····C·······Chlamydomonaseugamctos野生型TGCCAGCAGCCGCGGTAA突变株···C······Nicotianatabacum野生型463－TGCCAGCAGCCGCGGTAA－480突变株······T······结核分枝杆菌野生型506－TGCCAGCAGCCGCGGTAA－523突变株·····C·······突变株·····T·······突变株······T······突变株····T········大肠埃希氏菌野生型516－TGCCAGCAGCCGCGGTAA－535结核分枝杆菌野生型483－AGAAGAAGCCSACCGGCCAA－497突变株·····T·······大肠埃希氏菌野生型493－AGAAGAAGCACCGGCTAA－507C.teinhardtii野生型849－TGAAACTCAAAGGAATTG－866sr-u-2-23·····T·······sr-u-sm5······C······sr-u-sm-3a······G······N.tabacum野生型853－TGAAACTCAAAGGAATTG－870突变株·····A·······Euglenagracilis野生型869－TGAAACTCAAAGGATTTG－886突变株·····T·······结核分枝杆菌野生型896－TAAAACTCAAAGGAATTG－915突变株·····G·······大肠埃希氏菌野生型905－TAAAACTCAAATGAATTG－924从不同国家和地区分离的对链霉素敏感的和耐受的结核分枝杆菌的遗传特性

来源菌株数耐受菌株数突变菌株数a突变位点rpsLbrrscrpsL位点rrs位点亚洲香港菲律宾日本越南

103101

1081

1041

NDd02ND

9,43

43,8888,93

876,904非洲（卢旺达）141100

欧洲（比利时）1000

中东（也门）651143906北美纽约得克萨斯

6127

436

340

32

43

491,512,798,513,516南美（秘鲁）631ND43

总数13978428

第四节具有抗耐药菌作用的新的

氨基糖苷类抗生素的研究开发具有抗耐药菌作用的新的

氨基糖苷类抗生素的研究开发到目前为止，研究开发具有抗产酶耐药菌作用的新的氨基糖苷类抗生素的最有效的方法是应用药物化学方法，即根据构效关系，在已知结构上进行各种化学修饰;而根据氨基糖苷类抗生素钝化酶的特性，来设计开发全新的氨基糖苷类抗生素尚未取得实质性的进展。具有抗耐药菌作用的新的

氨基糖苷类抗生素的研究开发应用化学修饰的方法对那些易被各种钝化酶作用的位点进行结构改造，能够得到一系列非常有效的新的氨基糖苷类抗生素;结构修饰的位点可以是专一性酶作用的位点，也可以是多酶作用的位点。一、对钝化酶作用位点进行结构修饰

（一）磷酸转移酶

对磷酸转移酶作用位点的结构修饰工作主要由Umezawa领导的科研小组于60年代至70年代早期开始，他们主要是设法保护卡那霉素免遭APH，特别是当时非常严重的APH(3’)对这一抗生素的钝化作用。一、对钝化酶作用位点进行结构修饰

（一）磷酸转移酶

由此开发获得了与妥布霉素性质相似的3’-脱氧卡那霉素，以及同时可以免遭APH(3’)和ANT(4’)作用的3’,4’-双脱氧卡那霉素B（地贝卡星）;后者的保护作用同样存在于天然的庆大霉素C和西梭米星以及西梭米星衍生物奈替米星的分子结构中。

一、对钝化酶作用位点进行结构修饰

（一）磷酸转移酶

尽管3’-脱氧氨基糖苷可以免遭磷酸化，但也只能起到部分的作用，因为AHP(3)酶中的APH(3’)-I酶虽然没有合适的底物，但也能够牢固地与这些3’-脱氧氨基糖苷分子结合，从而产生耐药性表型。（二）酰基转移酶

在酰基转移酶中，最令人们重视的是6’-N酰基转移酶，特别是AAC(6’)-I，因为这些酶不仅能够修饰天然的卡那霉素和妥布霉素，也同样能够修饰1-N取代的衍生物如阿米卡星和奈替米星。（二）酰基转移酶

临床使用的庆大霉素似乎对AAC(6’)-I是有抗性的，因为其中含有约三分之一的庆大霉素C1;确实，由于庆大霉素C1分子的N-6’含有甲基（同样在C-6’也含有甲基）从而对AAC(6’)不敏感;相模湾霉素和庆大霉素C2b由于都在N-6’甲基化而对AAC(6’)也不敏感;针对其它酰基转移酶如AAC(2’)和AAC(3)的化学修饰工作进行的不多，也没有进入临床应用的产品。（三）1-N-取代的衍生物

用短链氨酰基或烷基来取代N-1氨基的化学修饰工作取得了很大的成功;这一研究思路受到天然产物丁酰苷菌素（butirosins）的启发;该抗生素由于在N-1含有氨酰基而对很多钝化酶产生抗性。（三）1-N-取代的衍生物

尽管丁酰苷菌素本身没有应用于临床，但由此而开发获得了具有临床应用价值的阿米卡星{1-N-[（S）-4-氨基-2-羟丁酰基]-卡那霉素A}、

异帕米星{1-N-[(S)-4-氨基-2-羟丙酰基]-庆大霉素B};

阿贝卡星{1-N-[(S)-4-氨基-2-羟丁酰基]-3’,4’-双脱氧卡那霉素B}。依替米星、奈替米星及其母体庆大霉素C1a和西梭米星

阿米卡星阿贝卡星

地贝卡星

异帕米星（四）制备改变手性结构的衍生物通过改变受钝化酶作用的手性碳分子的结构，可能会对这类酶产生抗性；对西梭霉素类抗生素的5-OH从平伏键改变为竖键即为表西梭霉素，其对ANT(2’’)、AAC(2’)和AAC(3)都产生抗性；其原因可能是5-位羟基位置的改变使甙元4-C和6-C上糖基的旋转自由度更大；这一研究思路在阿米卡星和阿贝卡星的分子中也进行了尝试，但至今还未曾得到临床应用的改变手性特征的药物。（五）1-C取代衍生物在2-脱氧链霉胺C-1位进行了一系列的侧链取代工作，最为有效的是对庆大霉素C1中的C-1位的羟甲基取代所获得的S87351，它能够免遭所有临床上对庆大霉素产生耐药的耐药菌钝化酶的作用；但令人难以解释的是，同样对卡那霉素的C-1位结构修饰并不能得到同样的结果。（六）卤代衍生物

对氨基糖苷类抗生素进行卤代修饰的目的不仅在于试图避免钝化酶的作用，同时也能起到由于卤素的吸电子特性而保护邻近基团；对卡那霉素2-脱氧链霉胺中5位进行单氟或双氟原子的取代试验表明，它能够完全免遭ANT(2’’)和APH(3’)的作用，以及部分免遭AAC(2’)的作用；将氯原子引入卡那霉素A分子中的3’和6’’位以及阿米卡星分子中的6’’位，尽管得到的3’-脱氧-3’-氯卡那霉素能够免遭细菌钝化酶的作用，但对敏感菌的活性仅为3’-脱氧-3’-氟卡那霉素的六分之一，因此，终止了进一步的研究。（七）其它衍生物

曾在卡那霉素的糖基上用氧原子来取代C-3’内环形成双恶唑（dioxane），其构像发生了很大的变化，且由于3’-OH的脱去降低了分子中这部分结构的极性，从而降低了对钝化酶的敏感性，但可惜的是同时也大大地降低了其抗菌活性。二、应用酶学方法研究开发新的氨基糖苷类抗生素

（一）磷酸转移酶

第一种策略为如图A所示将卡那霉素A或新霉素1、6’或3’’位的氨基脱去，事实表明APH(3’)-IIa对1-脱氧卡那霉素A的催化常数和APH(3’)-Ia对新霉素的催化常数分别降低104和106，但可惜的是这些脱氨基衍生物的抗菌活性大大地下降，因而没有开发价值。

（一）磷酸转移酶

第二种策略为如图B所示开发APH(3’)酶自杀性底物。已经应用这种策略制备了2-硝基卡那霉素B和2-硝基新霉素衍生物，同样可惜的是虽然这些衍生物是很好的APH(3’)酶的自杀性底物，但其抗菌活性也大为降低。（一）磷酸转移酶

第三种策略为如图C所示，根据磷酸基转移过程中形成过度态中间体的原理，设计一种抗生素的结构类似物，其在磷酸基转移过程中形成的过度态中间体不能像母体抗生素那样能够转化成为被钝化酶作用的产物，即这种结构类似物起着酶抑制剂的作用。（一）磷酸转移酶

第四种策略为如图D所示，其原理是根据对酶结晶三维结构的X-衍射结果来寻找各种酶抑制剂。

几种克服或免遭APH(3’)酶钝化氨基糖苷类抗生素的有效策略

（二）核苷酰转移酶

在对这类酶的研究中，ANT(2’’)-I和ANT(4’)-I酶的研究最为深入，因为在临床上，前一种酶钝化庆大霉素和妥布霉素，后一种酶钝化妥布霉素、阿米卡星、异帕米星以及其它所有含4’’-羟基的氨基糖苷类抗生素;ANT(2’’)-I酶的反应机理比较复杂，除了酶对底物的识别外，还起码包括8步反应过程，因此，比较难以设计相应的酶抑制剂。

（二）核苷酰转移酶

但是，如上所述的1-N烷基或1-N酰基衍生物对这种酶还是有效果的;

另外，在一系列的氨基糖苷类抗生素中可以发现：其抗菌活性与对ANT(2’’)-I酶核苷酰化的敏感性具有惊人的平行关系，即这两种特性都很大程度上依赖于糖环上氨基的数目和位置（2’,6’-脱氨基->6’-氨基->2’-氨基->脱氨基的糖），以及如果同样的糖环上没有被羟基化，则这两种特性能够被加强（庆大霉素C由于在相应的糖环上没有被羟基化，因此它比卡那霉素要好，但同样它是一个比卡那霉素更好的ANT(2’’)-I酶的底物）。

（二）核苷酰转移酶

对ANT(4’)-I酶的研究表明：其酶分子中的145位谷氨酸是活性部位，因此，如何设计这种氨基酸的专一性抑制剂，有望得到能够克服ANT(4’)-I酶作用的新的氨基糖苷类药物。三、基于核糖体结构的新药设计

由于细菌核糖体结构的阐明，加之一系列氨基糖苷类抗生素和核糖体的复合物的结构也已有报道，使能以30S核糖体特别是A位点作为抗生素作用的靶位，进而有可能筛选和设计化合物，使之能有效地结合于细菌30S核