改造結(jié)構(gòu)降低耐藥——惡唑烷酮類抗菌藥研究進(jìn)展概述

近年來，各類抗生素和抗菌藥的耐藥菌發(fā)展迅速，已嚴(yán)重威脅著感染性疾病患者的生命健康。例如：耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA）、耐甲氧西林表皮葡萄球菌（MRSE）、耐青霉素肺炎鏈球菌（PRSP）、多重耐藥性結(jié)核桿菌，尤其是耐萬古霉素腸球菌（VRE）的出現(xiàn)，給臨床治療造成了困難。因此，探索新的抗耐藥性的革蘭氏陽性菌的藥物已成為國內(nèi)外醫(yī)藥界的研究熱點(diǎn)。口惡唑烷酮類抗菌藥是繼磺胺類和氟喹諾酮類后的一類新型化學(xué)全合成抗菌藥，具有抑制多重耐藥革蘭氏陽性菌的作用。

1978年，美國杜邦公司報道了S-6123對細(xì)菌和真菌有活性后，又發(fā)現(xiàn)DUP105和DUP721對金黃色葡萄球菌等革蘭氏陽性菌有活性。1995年，美國Pharmacia＆Upjohn公司以DUP721為先導(dǎo)化合物合成了依哌唑胺(Eperzolid)與利奈唑酮(linezolid)，兩者對革蘭氏陽性菌具有和萬古霉素相似的抗菌活性。

利奈唑酮2000年4月在美國上市，主要用于治療由耐藥革蘭氏陽性菌引起的感染性疾病。該藥對骨骼、肺部、腦脊液等的滲透性和組織濃度的藥動學(xué)特征良好，也可用于外科感染性疾病的治療。臨床前研究時，曾認(rèn)為不太可能發(fā)生利奈唑酮耐藥。然而上市不到兩年，已有報道分離出耐利奈唑酮的葡萄球菌。而后臨床上又發(fā)現(xiàn)數(shù)株耐藥腸球菌。體外試驗(yàn)提示，本類藥物耐藥突變株有可能通過改變核糖體的結(jié)合位點(diǎn)而產(chǎn)生耐藥性。因此人們對口惡唑烷酮類化合物進(jìn)行了大量結(jié)構(gòu)修飾或改造，期待獲得更具應(yīng)用前景的抗菌藥物。

以口惡唑烷酮類結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的改造

長期以來，研究的熱點(diǎn)主要集中在C-5位側(cè)鏈和芳基-4’位的修飾。在文獻(xiàn)有關(guān)藥物構(gòu)效關(guān)系研究的基礎(chǔ)上，國內(nèi)研究人員郝金恒等保留了口惡唑烷酮母環(huán)，對環(huán)上3-位和5-位取代基進(jìn)行了改造，在3-位引入了3-氟-4-(2-甲基噻唑-4-基)苯基，在5-位亞甲基上引入含硫取代基團(tuán)及酰胺基團(tuán)，合成了10個目標(biāo)化合物，以期通過取代基的變化發(fā)現(xiàn)具有潛在抗菌活性的新化合物，并進(jìn)一步探索構(gòu)效關(guān)系。體外試驗(yàn)結(jié)果顯示：化合物Ⅱa的體外抗菌活性與利奈唑酮相當(dāng)，化合物Ⅱb-d均表現(xiàn)出一定的抗菌活性。

利奈唑酮及類似物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是口惡唑烷酮5-位連接乙酰胺甲基，3-位取代苯的4’-位帶有飽和的環(huán)狀脂肪胺基(如嗎啉基)，該基團(tuán)通過N原子與苯環(huán)相連。但杜邦公司早期研究表明，N原子與苯環(huán)4’位相連可能不是保持抗菌活性的必要因素。國內(nèi)研究人員李榮坡等在N原子與苯環(huán)4'-位之間插入亞甲基，設(shè)計并合成了51個未見報道的新型口惡唑烷酮衍生物：(S)-5-乙酰胺甲基-3-[(4-取代胺甲基)苯基]-2-口惡唑烷酮(IXa1-IXa22)和(S)-5-乙酰胺甲基-3-[3-氟-4-(取代胺甲基)苯基]-2-口惡唑烷酮(Ixbl-IXb29)。體外抗菌實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，它們對革蘭氏陽性菌有一定的活性，但插入亞甲基不能提高化合物的抗菌活性。

縮氨基(硫)脲類化合物是一類具有廣泛生物活性的物質(zhì)，具有抗細(xì)菌、抗真菌、抗結(jié)核、抗病毒等生物活性。天津藥物研究院劉登科等研究人員在口惡唑烷酮環(huán)5-位亞甲基上引入縮氨基脲和縮氨基硫脲基團(tuán)，苯環(huán)4-位上是嗎啉、哌啶和哌嗪等，設(shè)計合成了14個目標(biāo)化合物。通過體外抑菌實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該類化合物對表皮葡萄球菌、金黃色葡萄球菌、肺炎鏈球菌等有抑制作用，對大腸桿菌、綠膿桿菌等未見抑制作用，提示本類結(jié)構(gòu)的化合物具有抗革蘭氏陽性菌的作用。

用各種環(huán)等同體替換口惡唑烷酮環(huán)

早期的構(gòu)效關(guān)系研究曾認(rèn)為，口惡唑烷酮環(huán)是該類化合物的活性中心，是保持抗菌活性的必需基團(tuán)。近幾年，隨著研究的深入，科學(xué)家們運(yùn)用生物電子等排原理進(jìn)行藥物先導(dǎo)化合物結(jié)構(gòu)優(yōu)化，用各種環(huán)等同體替換口惡唑烷酮環(huán)，為進(jìn)一步尋找新型抗菌藥物提供先導(dǎo)結(jié)構(gòu)。

國外研究人員用異口惡唑環(huán)替換口惡唑烷酮環(huán)，苯環(huán)4’-位連接有各種雜環(huán)和取代雜環(huán)，5-位側(cè)鏈亞甲基氨基上連接有五元氮氧或五元氮硫雜環(huán)，共合成了35個新化合物。它們對金黃色葡萄球菌和鏈球菌都有較好抑制作用，最小抑菌濃度（MIC）均≤4微克/毫升，對卡他莫拉菌基本無效。

還有研究人員設(shè)計并合成了一系列苯基異口惡唑啉衍生物，這些化合物均表現(xiàn)出了與其相應(yīng)的口惡唑烷酮類似物相當(dāng)?shù)目咕钚裕苡行苟喾N人類和獸類病原體。包括革蘭氏陽性需氧菌，如多重耐藥葡萄球菌和鏈球菌；也包括厭氧菌，如類桿菌和梭狀芽孢桿菌等；還包括耐酸菌，如結(jié)核分桿菌和鳥分支桿菌等。其中哌嗪取代的衍生物顯示出了特別令人期待的體外抗菌活性，并且其體內(nèi)活性與利奈唑酮相當(dāng)，對甲氧西林敏感的金黃色葡萄球菌和卡他莫拉菌的MIC分別是2微克/毫升和8微克/毫升。

此外，構(gòu)效關(guān)系研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)5-位取代基中羰基換為硫代羰基時，抑菌活性基本不變，甚至有可能更好。其代表化合物對金黃色葡萄球菌、鏈球菌的MIC值均<0.125微克/毫升，對腸球菌的MIC值為0.25微克/毫升。

研究表明，包含1,2,3-三唑及苯并三唑結(jié)構(gòu)的化合物，具有廣泛的生物活性。DrReddy'sLaboratories公司用1,2,3-三唑替換了口惡唑烷酮環(huán)，合成的三唑類衍生物同樣獲得了成功。它的代表性化合物對金黃色葡萄球菌的MIC值是0.5微克/毫升，小鼠保護(hù)模型的半數(shù)有效量（ED50）是3.2毫克/千克。不同于以往的是，這是一類非手性碳帶有側(cè)鏈的化合物。

阿斯特拉捷利康公司研發(fā)的二聚口惡唑烷酮結(jié)構(gòu)，經(jīng)體外試驗(yàn)證明具有廣譜抗菌活性，包括抑制一些革蘭氏陰性需氧菌，被稱為“有潛力的生物藥效基團(tuán)”。其意義在于兩個替代的口惡唑烷酮類藥效基團(tuán)可能同時或獨(dú)自在1或2個結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合。對流感嗜血桿菌和卡他莫拉菌的MIC值分別是2微克/毫升和0.5微克/毫升。

復(fù)合體藥物

將兩個或三個不同作用機(jī)制和抗菌譜的化合物結(jié)合在一起，形成一個復(fù)合分子，也是對口惡唑烷酮類藥物進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造的一條途徑，且它們的構(gòu)效關(guān)系能夠互相支持，發(fā)揮協(xié)同作用。目前已有此類化合物較成功的報道。Vicuron制藥公司和Pharmacia&Upjohn公司共同合作開發(fā)了以依哌唑胺和環(huán)丙沙星為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的化合物，兩者的活性部位通過哌嗪或吡咯烷基結(jié)合在一起，所得到的化合物抑菌活性大都高于利奈唑酮或環(huán)丙沙星。其代表化合物對流感嗜血桿菌和卡他莫拉菌的MIC值分別是2微克/毫升和0.5微克/毫升。

Morphochem公司在這方面也進(jìn)行了大量工作，其中包括氟喹諾酮-口惡唑烷酮類復(fù)合物的研究。代表化合物MCB-3837的臨床試驗(yàn)從2005年下半年開始，它是一磷酸鹽前體藥。

隨著臨床上耐藥菌株的不斷增加，研制開發(fā)結(jié)構(gòu)新穎、作用機(jī)制獨(dú)特、安全性高以及抗菌譜廣的新型抗菌劑，是一項(xiàng)既有經(jīng)濟(jì)價值又有社會意義的工作。以口惡唑烷酮類結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，以環(huán)等同體替換以及形成復(fù)合體都為我們提供了新的結(jié)構(gòu)優(yōu)化思路，使得新型抗菌藥的誕生大有希望。