的抗菌药物的筛选研究.ppt

第六讲 新的抗菌药物的筛选研 究策略 胡海峰 本讲内容 n几类主要抗菌药物的简介 n细菌等病原微生物对抗菌药物的 耐药机制 n新的抗菌药物的筛选、研究策略 一.几类主要抗菌药物的简介 n内酰胺类 n氨基糖苷类 n大环内酯类 n安莎类 n喹诺酮类 n恶唑烷酮类 内酰胺类 n定义：分子内含有内酰胺结构的抗生素 n机制：与青霉素结合蛋白结合，抑制细胞壁合 成 n结构：青霉烷衍生物发展到氧青霉烷、青霉烯 、碳青霉烯、头孢烯、氧头孢烯、碳头孢烯和 单环内酰胺 n来源：真菌、放线菌和细菌，半合成和全合成 n分类：青霉素类、头孢菌素类、碳青霉烯类、 青霉烯类、单环内酰胺类、 内酰胺酶抑 制剂 单环内酰胺青霉烷氧青霉烷 碳青霉烷青霉烯氧青霉烯 碳青霉烯头孢烯氧头孢烯 碳头孢烯 内酰胺类抗生素的结构类型 青霉素及其衍生物 头孢菌素C及其衍生物 进展 n1983年至1999年共上市了40个-内酰胺抗生素。 n青霉烷类中，除了阿扑西林（aspoxicillin）和替莫西林 （temocillin）外基本上没有新品种。 n头孢菌素80年代中期至90年代中期则是发展的旺盛时期， 共发展了约25个品种。80年代中至1999年， n非典型的-内酰胺抗生素进展较快，上市和研究开发有 希望的品种据统计有30余个，是个很有希望的开发类别， 以碳青霉烯类、青霉烯类以及-内酰胺酶抑制剂等进展 较大。 碳青霉烯类抗生素 Peptidoglycan synthetic pathway in E. coli with known inhibitors indicated. 氨基糖苷类 由氨基环醇（aminocyclitol)、氨基 糖（aminosuger)与糖组成的抗生素 氨基糖苷类简介 n产生菌：链霉菌、小单孢菌和细菌 n物性：分子中多个氨基和羟基，碱性，水溶 性好，比较稳定； n数量：已经发现一百多种，衍生物几十种； n代表：链霉素（1944），新霉素，庆大霉 素，大观霉素等。 链霉胍 链霉糖 N甲基L葡萄糖胺 作用机制 作用于核糖体的16S亚基，抑制或干扰蛋白质的合成 大环内酯类(Macrolide) 分子中含有大内酯环的抗生素（十二元 环，十四元环，十六元环等） 大环内酯类(Macrolide)特点 抗菌谱窄，比青霉素略广，主要作用于需氧革兰阳性菌和阴性球菌、厌 氧菌，以及军团菌、胎儿弯曲菌、衣原体和支原体等； 细菌对本类各药间有不完全交叉耐药性； 在碱性环境中抗菌活性较强，治疗尿路感染时常需碱化尿液；口服后 不耐酸，酯化衍生物可增加口服吸收； 血药浓度低，组织中浓度相对较高，痰、皮下组织及胆汁中明显超过血 药浓度； 不易透过血脑屏障； 主要经胆汁排泄，进行肝肠循环； 毒性低微。口服后的主要副作用为胃肠道反应，静脉注射易引起血栓性 静脉炎。 红霉素A（Erythromycin）及其衍生物 Erythromycin Clarithromycin Biaxin Azithromycin Zithromax Spiramycin Provamicina, Rovamycina, Spiramycine, . Dirithromycin Dynabac converted to the active Erythromycyclamine 作用机制 nErythromycin prevents bacteria from growing, by interfering with their protein synthesis. Erythromycin binds to the subunit 50S of the bacterial ribosome, and thus inhibits the translocation of peptides. The structure of telithromycin Hoechst-Marion-Roussel (later Aventis) started phase II/III trials of telithromycin (HMR-3647) in 1998. Telithromycin was approved by the European Commission in July 2001 and subsequently came on sale in October 2001. In USA, telithromycin gained FDA approval April 1, 2004 . Telithromycin interfering with their protein synthesis. Binds to the subunit 50S of the bacterial ribosome, and thus inhibits the translocation of peptides. Telithromycin has over 10 times higher affinity to the subunit 50S than erythromycin. In addition, telithromycin binds simultaneously in to two domains of 23S RNA of the ribosomal subunit 50S, where older macrolides bind only in one. 进展 n继红霉素(Erythromycin)后，相继开发了麦迪霉 素(Midecamycin)、柱晶白霉素(LeucomyCin)、乙 酰螺旋霉素(Acetylspiramycin)，交沙霉毒 (Josamycin)等，但由于这些药物对胃酸不稳定， 口服吸收不完全，剂量大时消化道反应多，且对 嗜血流感杆菌作用差。八十年代以后，大环内脂 类(Macr01ide)新品种不断开发与应用，目前已用 于临床的有克拉霉素(C1arithromycin)，罗红霉 素( Roxithromycin)、阿齐红霉素 (Azithromycin)、地红霉素(Di6thromvcin)、氟 红霉素(F1urithromycin)、罗他霉素 (Rokifamycin)、美欧卡霉素(MiocamYcin) 安莎类抗生素 一个脂肪链连接于芳香环的两个不相连原 子间的化合物（利福霉素和曲张菌素） 抑制：依赖DNA的RNA聚会酶 利福平 (甲哌利福霉素） 对结核杆菌具有高质的抗菌 活性，对葡萄球菌、链球菌 、肺炎双球菌、脑膜炎球菌 、肠杆菌属、麻风杆菌，天 花病毒、沙眼衣原体均有抑 制作用，结核杆菌对本品易 产生耐药性，但与其他抗结 核药合用可加强作用并延迟 耐药菌的产生。 本品可与RNA聚合酶的B亚 基结合，从而阻碍核糖核酸 的合成，以起抑菌作用 安莎类抗生素利福平 n喹诺酮类 喹诺酮类（qunolones）抗菌药是指人工 合成的含有4-喹酮母核的一类抗菌药物 ，其中氟喹诺酮（fluoroquinolone）已 逐渐成为该类药物的主流 抗菌机理：DNA促旋酶和拓扑异构酶都是细菌生长所必 须的酶，其中任一种酶受到抑制都将使细胞生长被抑制 ，最终导致细胞死亡。喹诺酮类正是结合并阻断这两种 酶的使DNA断裂与再连接功能，致使DNA复制受阻，最后 导致DNA复制受阻，DNA降解及菌体死亡。例如：DNA促旋 酶的A亚基多肽链上有875个氨基酸，它的作用是使双股 的DNA打开，并在122位上用酪氨酸重新连结断裂的DNA， 形成了暂时的磷酸一酪氨酸连结体。喹诺酮类便能够紧 密结合A亚基，通过氢键、亲脂力和范德华力插入到酶- DNA袋状结构中，阻断酶的功能。 n喹诺酮类作用机 制 发展 n第一代（20世纪60年代初）：萘啶酸、恶喹酸、吡咯酸 ； n第二代（20世纪60年代末至70年代末）；奥索利酸、西 诺沙星、吡哌酸、吡咯米酸； n第三代（20世纪80年代以后）：按照药物中所含氟基团 的数量可分三类：（1）单氟化物：诺氟沙星（氟哌酸） 、环丙沙星、依诺沙星、氧氟沙星、氨氟沙星、 enrofloxacin、培氟沙星、芦氟沙星、左氧氟沙星；（2 ）双氟化物：洛美沙星、MF961、PD11759622；（ 3）三氟化物：氟罗沙星、托氟沙星。 恶唑烷酮类（Oxazocidiones） 利奈唑烷Linezolid 由 Pharmacia & Upjohn 公司研制的一 种氟恶唑烷酮类抗菌 药，用于治疗皮肤和 软组织感染。2000年4 月首次在美国上市。 該藥比其它產品在蛋白質合成的較早階段起作用， 具有較少的交叉扺抗力，它可作為較多需要的產品 ，特別是用於對付難以治療的G(+)感染，對G(-)菌 無抗菌作用。對G(+)菌殺菌效果頗佳，效果較萬古 黴素好，瑞典和美國的P&U 聯合藥物集團也在加緊 研製該藥。 利奈唑烷(Linezolid,或稱Zyvox) 二、细菌等病原微生物 对抗菌药物的耐药机制 耐药 n细菌耐药（antibiotic resistance）： （1）自然耐药（natural resistance），细菌通 过代谢产物来杀害其它细菌，是细菌的本能。 （2）获得性耐药（acquire resistance），是长 期抗生素使用不当引起的，包括基因突变 垂直途径（vertical）；基因改变水 平途径（horizontal），通过质粒（plasmids ）来传播耐药性 。 Antibiotic resistance Increase in antibiotic resuistance 抗性机制 耐药机制分类 n产生分解酶和钝化酶 n作用靶点的改变 n细胞膜通透性改变 n外膜微孔蛋白的缺少 n多重耐药 耐药机制 耐药扩散 耐药扩散 产生分解酶和钝化酶 n内酰胺酶（水解内酰胺环） n氨基糖苷类抗生素钝化酶（O磷酸 转移酶，O腺苷转移酶，N乙酰转 移酶） n氯霉素乙酰转移酶 内酰胺酶作用机制 内酰胺酶 内酰胺类抗生素的耐药 氨基糖苷抗生素在临床上 容易产生耐药菌。其原因 之一是细菌产生的磷酸转 移酶、腺苷转移酶和乙酰 转化酶分别作用于氨基糖 的3、2”、3”、5”OH 基使其磷酸化，6、4、 2”、3”C-NH2基使其腺苷 化，及3、2、6C-OH乙酰 化使其失活。 氨基糖苷类抗生素钝化酶 n氨基糖苷类耐药 Fig. (2). Kanamycin can be modified by three distinct enzymatic activities, leading to its inactivation: N-acetylation, O- phosphorylation, and O-adenylation (adapted from Walsh, 2000). 钝化酶钝化卡那霉素A n氯霉素耐药 n耐药对策 三、新的抗菌药物的筛选、 研究策略 1、青霉素结合蛋白（）筛选 体系 n青霉素结合蛋白（）变异导致铜绿 假单胞菌对碳青霉烯类抗生素耐药，这种耐 药机制相对罕见 。 nMRSA（methicillin-resistant Staphylococcus aureus) nMRSA可产生一种特殊的青霉素结合蛋白变体 ，它不容易与甲氧西林结合，在细菌中的其 他青霉素结合蛋白都因为与甲氧西林结合而 失活后，这种蛋白变体可替代它们完成细胞 壁合成的功能，从而产生抗药性。 筛选主要方向是：(1)增加对青霉素结合蛋白的亲 合力，可提高抗菌活性和扩展抗菌谱； 筛选方法：直接分离MRSA病原菌或青霉素结合蛋白 （：penicillin binding protein ）变异导致铜绿假单胞菌为试验菌；应用分子克隆 方法表达出变异的PBPs，建立亲和力检测模型。 青霉素结合蛋白（） 2、内酰胺酶抑制剂的筛选体系 n按Richmond-Sykes的分类，G+杆菌产生的-内酰胺酶分别由质粒介 导和染色体介导，前者包括TEM(class)、OXA和PSE(class)；后 者包括头孢菌素酶(class)、青霉素酶(class)和广谱酶 (class)。上述每一种酶可以有达数百种亚型。常见-内酰胺酶 检查结果见表3。 n表3 医院感染常见致病菌的-内酰胺酶检查结果 致病菌 株数 产酶率（%） 致病菌 株数 产酶率（%） 大肠杆菌 451 85 沙雷菌属 47 89 克雷伯菌属 418 93 铜绿假单胞菌 345 98 不动杆菌属 285 95 肠杆菌属 268 88 金葡球菌MSSA 75 90 金黄色葡萄球菌MRSA 184 100 阴性葡萄球菌MSCoN 71 85 阴性葡萄球菌MRCoN 153 100 其他假单胞菌 53 98 肠球菌属 165 0 筛选与成果 n目前临床常用的-内酰胺酶抑制剂均为青 霉烷类，克拉维酸(Clavulanic acid) 属氧 青霉烷类，舒巴坦(Sulbactam)和他唑巴坦 (Tazobactam)属青霉烷砜类，未上市的包括 溴巴坦(Brobactam)和BRL-42715等。 n筛选方法：耐药菌株平板法，酶反应系统法 ，敏感与耐药突变株法，颜色变化法等 超敏感菌株筛选体系 nSorbistin具有独特的化学结构、属于非氨基 环醇类抗生素，筛选其超敏感菌株，建立耐药 菌与超敏感菌株同时筛选的模型，筛选新的氨 基糖苷类抗生素，特别是抗耐药的新抗生素。 n例如应用这个筛选系统筛选20000个土壤菌株 ，发现