生物制药第七章氨基酸糖苷类抗生素ppt课件

第七章氨基糖苷类和多肽类抗生素,第一节氨基糖苷类抗生素氨基糖苷类抗生素是由氨基糖与分子中其它部分(配糖基)以糖苷键形式相结合的苷类衍生物。在结构上的特点是组成这类抗生素的单糖与氨基糖，其中大部分都是从未见于天然化合物的新型糖。,1,氨基糖苷类抗生素的理化性质,氨基糖苷类抗生素，一般均为白色或微带黄色的结晶或无定形的粉末，易溶于水，微溶或几乎不溶于有机溶媒。由于这类抗生素的化学结构相似，所以其性质亦相似。例如链霉素、卡那霉素、新霉素和巴龙霉素等的碱性都很强，能与酸结台成多种盐类。其各种盐类较游离碱要稳定，因此临床上都使用它们的盐类。,2,一、链霉素,1944年人们发现了链霉素(Streptomycin)，它是继青霉素之后临床上使用的第二个重要的抗生素，国内于1958年以来大量生产。这类抗生素包括链霉素、双氢链霉素、羟链霉素，共同化学结构如下：,3,链霉素的理化性质,链霉素游离碱为白色粉末，链霉素的盐类多数也是白色或微带黄色的粉末或结晶，无臭，味微苦，有吸湿性，在空气中易潮解。链霉素是一个高极性并有很大亲水性的有机碱。整个分子成为一个三价盐基强碱物质，其盐以三价阳离子形成存在于溶液中，这是离子交换法提取链霉素的理论依据。,4,链霉素的溶解性,由于链霉素分子中含有多个亲水基团(羟基和胺基)；故链霉素碱或盐类太多数很易溶于水，而难溶于有机溶媒中。盐酸链霉素易溶于甲醇(而硫酸链霉素很难溶解)难溶于乙醇，不溶于氯仿等。,5,链霉素稳定性,链霉素比青霉素稳定得多，但链毒素无论游离碱或盐类均易吸收空气中的水分而潮解；干燥的链霉素相当稳定，但其潮解后身分解破坏。一般成品中水分在3%左右，在室温下保存不影响效价，如水分大幅度增加则稳定性显著下降。此外，成品中含有杂质也将影响链霉素的稳定性。链霉素水溶液的稳定性受pH和温度的影响较大，链霉素盐类水溶液在pH4-7间，室温下数星期内稳定。如在冰箱中保存，则三个月内活性几无变化。,6,链霉素抗菌作用和应用范围,链霉素也是国内应用较广的抗生素之一。它是用于治疗结核杆菌感染的首选药物。链霉素对多数革兰氏阴性菌有抗菌作用，可补青霉索对革兰氏阴性菌之不足。链霉素与青霉素联合应用时常呈协同作用而发挥杀菌功能。链霉素在临床上适用于急性粟粒性结核、结核性脑膜炎、活动性肺结核、各种粘膜结核、浆胞结核、泌尿生殖系统结核，骨及关节结核等。此外，对淋巴结核、结核性瘘管，结核性中耳炎、眼及皮肤结核等亦有一定的疗效。,7,链霉素临床应用后副作用,链霉素临床应用后约30左右发生副作用，常见的以口唇周围或面部有麻木感，甚至有头晕、头痛等症状。头晕与口唇周围麻木常同时存在，麻木感一般于停药后迅速消失。链霉素对某些病人的听神经(第八对颅神经)有损害；能引起耳鸣、眩晕，少数严重者可导致耳聋。双氢链霉素对老人和小孩引起耳聋的机会更多。故此品种已被淘汰。对肾脏的损害较轻，较多见者为管型尿和蛋白尿。此外，还可引起过敏反应如皮疹，甚至个别有导致过敏休克等。,8,二、卡那霉素,卡那霉素(Kanamycin)是1957年从放线菌(S.kanamyceticus)培养液中分离出的氨基糖苷类抗生素。国内于1965年从云南西双版纳土壤中分离得到的卡那霉素链霉菌，研究试制成功国产的卡那霉素。其化学结构如下：,9,卡那霉素理化性质,硫酸卡那霉素为白色或类白色粉末，无臭，味苦，有吸湿性。易溶于水，在乙醚或氯仿中几乎不溶，不溶于乙醇、丙酮、苯及醋酸乙酯。在pH2-11范围内较稳定，在pH6-8加热煮沸时，其活力可维持半小时，加热至1201小时，其活力仅破坏5%左右，暴露在阳光中变黑，但对效价没有影响。,10,卡那霉素抗菌作用,卡那霉素是广谱抗生素。对耐药性金葡菌、大肠杆菌，产气杆菌、肺炎杆苗、痢疾杆菌等有抗菌作用，对耐链霉素的结核杆菌亦有抑制效能，但能迅速产生对卡那霉素的耐药性。卡那霉素的作用机制与链霉素相同。在临床上适于用耐药金葡菌和一些革兰氏阴性杆菌所引起的各种严重感染，如败血症、肺部感染、胆道感染、屎路感染等。,11,硫酸卡那霉素的副作用,硫酸卡那霉素的副作用是对第八对颅神经和肾脏的损害，其所引起的肾脏损害是可逆的。其它副作用有头晕、耳鸣、恶心、食欲不振，荨麻疹、注射处局部硬结等，但并不严重。对肾功能有损害者应慎用。,12,三、庆大霉素,1963年发现了庆大霉素(Gemtamycin)，1966年开始用于临床。我国于1965年由中国科学院福建微生物研究所从福州湖泥内分离得到产生菌小单孢菌(Micromonospora)，经研究试制成功后并投人生产。,13,庆大霉素的理化性质,庆大霉素的化学结构亦属于氨基糖苷类抗生素。它是一族由小单孢菌产生的三个庆大霉素主要组分C1、C2、C1A及许多庆大霉素小组分组成的多组分抗生素。目前临床上使用的庆大霉素对三个主要组分的比例有严格的要求，并尽量减少以至排除小组分。,14,庆大霉素的理化性质,庆大霉素是碱性抗生素，临床上常用其硫酸盐。硫酸庆大霉素为白色或微黄白色的粉末，无臭，对光、空气、广泛pH值及热稳定易溶于水，不溶于乙醇、丙酮、氯仿、乙醚。,15,庆大霉素的抗菌作用和应用范围,庆大霉素是一种杀菌力较强的广谱抗生索，对多种革兰氏阴性菌和阳性菌均有较强抗菌作用，特别是对绿脓杆菌比卡那霉素和新霉素强5-10倍(但不及多粘菌素E效用好)对金黄色葡萄球菌有良好的抗菌作用。在临床上主要适用于败血症、呼吸道感染、尿路感染、眼、耳、鼻、喉部感染、治疗严重大面积烧伤、手术后的感染以及作为胰部手术前的肠道消毒均有一定的疗效。庆大霉素因使用剂量小，而毒副反应较新霉素、卡那霉素为轻。,16,四、新霉素,新霉素(Neomycin)是在1949年从费氏链霉菌(Streptomycesfradiae)菌株中分离出来的抗生素，在1951年得到它的产品。我国于1959年正式投产。,17,新霉素理化性质,新霉素的化学结构亦属于链霉素类，是具有糖类衍生物和氨基糖的糖苷类的抗生素。新霉素中含有化学结构与生物活性不相近的A、B和C三种，主要成分为B和C，A仅微量。新霉素B和C是立体异构体，新霉素A则是B和C的水解产物。其化学结构如下,18,新霉素理化性质,新霉素也是碱性抗生素，能和酸结合成盐，临床上常用其硫酸盐。硫酸新霉素(是B和C的混合物，以B为主，但不应含有A的成分)为白色或微黄色结晶，无臭，对热稳定。易溶于水，微溶于乙醇，不溶于丙酮、氯仿和乙醚等有机溶媒。吸湿性强，在空气中暴露，易吸收水分而潮解。,19,新霉素抗菌作用和应用范围,新霉素也是广谱抗生素，其抗菌范围与卡那霉素相仿，其中包括革兰氏阴、阳性菌，结核杆菌等。但由于毒性过太，而且对第八对颅神经的毒性反应是不可逆的，故不宜作肌肉注射用于全身感染，只适用于肠道感染，皮肤感染、五官科疾病的治疗和腹部手术前的消毒等。,20,五、春雷霉素,春雷霉素(Kasugamycin)是由金色放线菌类群的小金色放线菌产生的抗生素，其化学结构如下:,21,春雷霉素理化性质,春雷霉素是一种弱碱性抗生素，临床上使用的是盐酸春雷霉素。其盐酸盐呈白色针状或片状结晶性粉末，无臭，味微甜。易溶于水，难溶于甲醇、乙醇、丙酮，醋酸乙酯、醋酸丁酯，氯仿、苯及石油醚。很稳定，在50时存放，10周不降低效价，pH值5的水溶液亦同样稳定。,22,春雷霉素抗菌作用和应用范围,春雷霉素既为医用抗生素又为农用抗生素。临床上主要用于绿脓杆菌、大肠杆菌等所引起的各种感染，对其它革兰氏阴性杆菌也有一定作用，且毒性较低。农业上主要用于防止水稻稻瘟病。,23,第二节多肽类抗生素,凡抗生素分子中含有较多个氨基酸，并以肽键(一CONH一)相互结合成环状或锁链状的化学结构，且具有多肽物的特性能降解为三肽、二肽或单个氨基酸者，称为多肽类抗生素。这类抗生素大多数是由细菌和链霉菌产生的，细菌中以需氧芽孢杆菌产生的最多。到目前为止临床上应用的多肽类抗生素约二十余种，其中大多数化学结构已经阐明，尚有部分如双霉素、巴西诺霉素等化学结构尚未肯定。,24,多肽类抗生素特性,(一)多肽类一般均具有复杂的化学结构，分子结构中不仅合有由多种氨基酸所组成的多肽，而且还带有游离的氨基和羧基，一般为碱性抗生素。当有碱或酶存在的条件下易发生降解反应。生成三肽、二肽等，若降解条件强烈可彻底降解为单个氨基酸。多肽类抗生素一般熔点较高，少数溶于水，一般溶于丙酮、甲醇、乙醇，不溶于乙醚等有机溶剂。,25,多肽类抗生素特性,(二)多肽类抗生素具有多种作用，不同的抗生素有不同的作用，如可以抗革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、绿脓杆菌，分枝杆菌、真菌、病毒和肿瘤细胞，有的还有可抗螺旋体和原虫的作用。小剂量为抑菌作用，大剂量为杀菌作用。,26,多肽类抗生素特性,（三）这类抗生素作用机制各有不同，如多粘菌素类抗生素及恩拉霉素是改变细菌细胞浆膜的功能。杆菌肽不仅作用于细胞壁，也影响细胞质。白霉素可干扰传氧的酶系统，而显示抑苗或杀菌作用。原始霉素、威里霉素等是抑制蛋白质的合成。抗肿瘤多肽抗生素干扰核酸代谢或有关酶系统。细菌对多肽类抗生素的耐药性发展较慢,27,多肽类抗生素特性,(四)多肽类抗生素的毒性一般很大，主要是引起神经毒性症和对肾脏有毒性，近年来新生产的多肽抗生素毒性一般较低，如结核放线菌素A和N、恩拉霉素、威里霉素等。,28,一、多粘菌素E,又称为可力霉素，我国商品名称为抗敌素。其化学结构如下：,29,抗敌素的理化性质,抗敌素为白色晶体或晶性粉末，无臭。硫酸抗敌素易溶于水、苯甲醇，微溶于甲醇，不溶于丙酮和乙醚等，其游离碱微溶于水。在pH3-7.5范围内较稳定，虽在100放置数小时，几乎不破坏。但在强酸强碱下，室温48小时就完全分解。在干燥状态下，低温避光保藏，活力能保持多年不变。硫酸抗敌素无论粉剂或片剂，在室温下可保存三年。,30,硫酸抗敌素抗菌作用和应用范围,硫酸抗敌素是抗革兰氏阴性抗生素，对绿脓杆菌、大肠杆菌、沙门氏菌、痢疾杆菌，百日咳杆菌等有较大的活性，具有杀菌作用。其作用机制主要是改变细菌细胞膜的渗透性。临床主要用于儿童及婴儿由于革兰氏阴性杆菌引起的感染，为抗绿脓杆菌的首选药物。也用于大肠杆菌引起的败血症，急性肠炎及尿路感染、菌痢、绿脓杆菌的混合感染、中耳炎，百日咳，败血症、呼吸系统感染、胆道感染等。大剂量对肾脏有毒性，也可引起神经毒性反应，如头晕、口唇周围及手足麻木等。此外有注射区疼痛，药热、头痛等。,31,二、杆菌肽,杆菌肽(Bacitracin)是枯草杆菌或地衣形芽肽杆菌所产生的多组分的抗生素。杆菌肽A是其主要成分，结构如下：,32,杆菌肽的理化性质,杆菌肽为白色或淡黄色粉末。无臭或微臭，味苦。有吸湿性。易游于水、乙醇、甲醇、异丙醇、冰醋酸，环己醇。不溶于丙酮、氯仿及乙醚。其溶液在室温很快变质，但在pH5-7和置冰箱中则相当稳定，很多重金属可使其沉淀而失效。,33,杆菌肽作用和应用范围,杆菌肽对大多数革兰氏阳性菌(包括对青霉素耐药的金葡菌)都具有较强的抗菌作用，对革兰氏阴性菌，除淋球菌，胸膜炎双球菌、流感杆菌外，无明显作用。其抗菌作用不受血、痰，坏死组织的影响，且为杀菌作用。其作用机制不仅限于细菌的细胞壁，而且还影响细胞膜的渗遣性。临床主要用于耐青霉素金葡菌所引起的各种严重感染如败血症，肺炎、心内膜炎等，常与其它抗生素联合使用。皮肤粘膜局部应用对敏感菌所致皮肤感染、伤口感染及口腔、咽喉、眼部感染等有效，且刺激性小，很少引起过敏性反应。但对肾脏毒性大临床应用受到限制，一般不作全身应用，除非对生命有危险而其他抗生素无效才考虑注射用药。,34,链霉素的发现1945年，弗莱明、弗洛里、钱恩三人分享诺贝尔医学奖，这是为了表彰他们发现了有史以来第一种对抗细菌传染病的灵丹妙药青霉素。但是青霉素对许多种病菌并不起作用，包括肺结核的病原体结核杆菌。肺结核是对人类危害最大的传染病之一，在进入20世纪之后，仍有大约1亿人死于肺结核，包括契诃夫、劳伦斯、鲁迅、奥威尔这些著名作家都因肺结核而过早去世。世界各国医生都曾经尝试过多种治疗肺结核的方法，但是没有一种真正有效，患上结核病就意味着,35,被判了死刑。即使在科赫于1882年发现结核杆菌之后，这种情形也长期没有改观。青霉素的神奇疗效给人们带来了新的希望，能不能发现一种类似的抗生素有效地治疗肺结核？果然，在1945年的诺贝尔奖颁发几个月后，1946年2月22日，美国罗格斯大学教授赛尔曼瓦克斯曼（SelmanA.Waksman）宣布其实验室发现了第二种应用于临床的抗生素链霉素，对抗结核杆菌有特效，人类战胜结核病的新纪元自此开始。和青霉素不同的是，链霉素的发现绝非偶然，而是精心设计的、有系统的长期研究的结果。和青霉素相同的是，这个同样获得诺贝尔奖的发现，其发现权也充满了争议。,36,瓦克斯曼是个土壤微生物学家，自大学时代起就对土壤中的放线菌感兴趣，1915年他还在罗格斯（Rutgers）大学上本科时与其同事发现了链霉菌链霉素就是在后来从这种放线菌中分离出来的。人们长期以来就注意到结核杆菌在土壤中会被迅速杀死。1932年，瓦克斯曼受美国对抗结核病协会的委托，研究了这个问题，发现这很可能是由于土壤中某种微生物的作用。1939年，在药业巨头默克公司的资助下，瓦克斯曼领导其学生开始系统地研究是否能从土壤微生物中分离出抗细菌的物质，他后来将这类物质命名为抗生素。,37,瓦克斯曼领导的学生最多时达到了50人，他们分工对1万多个菌株进行筛选。1940年，瓦克斯曼和同事伍德鲁夫（H.B.Woodruff）分离出了他的第一种抗生素放线菌素，可惜其毒性太强，价值不大。1942年，瓦克斯曼分离出第二种抗生素链丝菌素。链丝菌素对包括结核杆菌在内的许多种细菌都有很强的抵抗力，但是对人体的毒性也太强。在研究链丝菌素的过程中，瓦克斯曼及其同事开发出了一系列测试方法，对以后发现链霉素至关重要。,38,链霉素是由瓦克斯曼的学生阿尔伯特萨兹（AlbertSchatz）分离出来的。1942年，萨兹成为瓦克斯曼的博士研究生。不久，萨兹应征入伍，到一家军队医院工作。1943年6月，萨兹因病退伍，又回到了瓦克斯曼实验室继续读博士。萨兹分到的任务是发现链霉菌的新种。在地下室改造成的实验室里没日没夜工作了三个多月后，萨兹分离出了两个链霉菌菌株：一个是从土壤中分离的，一个是从鸡的咽喉分离的。这两个菌株和瓦克斯曼在1915年发现的链霉菌是同一种，但是不同的是它们能抑制结核杆菌等几种病菌的生长,39,。据萨兹说，他是在1943年10月19日意识到发现了一种新的抗生素，也即链霉素。几个星期后，在证实链霉素的毒性不大之后，梅奥诊所的两名医生开始尝试将它用于治疗结核病患者，效果出奇的好。1944年，美国和英国开始大规模的临床试验，证实链霉素对肺结核的治疗效果非常好。它随后也被证实对鼠疫、霍乱、伤寒等多种传染病也有效。与此同时，瓦克斯曼及其学生继续研究不同菌株的链霉菌，发现不同菌株生产链霉素的能力也不同，只有4个菌株能够用以大规模生产链霉素。1946年，萨兹博士毕业，离开了罗格斯大学。在离开罗格斯大学之前，萨兹,40,在瓦克斯曼的要求下，将链霉素的专利权无偿交给罗格斯大学。萨兹当时以为没有人会从链霉素的专利获利。但是瓦克斯曼另有想法。瓦克斯曼早在1945年就已意识到链霉素将会成为重要的药品，从而会有巨额的专利收入。但是根据他和默克公司在1939年签署的协议，默克公司将拥有链霉素的全部专利。瓦克斯曼担心默克公司没有足够的实力满足链霉素的生产需要，觉得如果能让其他医药公司也生产链霉素的话，会使链霉素的价格下降。于是他向默克公司要求取消1939年,41,的协议。奇怪的是，默克公司竟然慷慨地同意了，在1946年把链霉素专利转让给罗格斯大学，只要求获得生产链霉素的许可。罗格斯大学将专利收入的20发给瓦克斯曼。三年以后，萨兹获悉瓦克斯曼从链霉素专利获得个人收入，并且合计已高达35万美元，大为不满，向法庭起诉罗格斯大学和瓦克斯曼，要求分享专利收入。1950年12月，案件获得庭外和解。罗格斯大学发布声明，承认萨兹是链霉素的共同发现者。根据和解协议，萨兹获得12万美元的外国专利收入和3,42,的专利收入（每年大约1.5万美元），瓦克斯曼获得10的专利收入，另有7的专利收入由参与链霉素早期研发工作的其他人分享。瓦克斯曼自愿将其专利收入的一半捐出来成立基金会资助微生物学的研究。用现在流行的话来说，萨兹的这种做法破坏了行业潜规则，虽然赢得了官司，却从此难以在学术界立足。他申请了50多所大学的教职，没有一所愿意接纳一名“讼棍”，只好去一所私立小农学院教书。虽然在法律上萨兹是链霉素的共同发现者，但是学术界并不认帐。1952年10月，瑞典卡罗林纳医学院,43,宣布将诺贝尔生理学或医学奖授予瓦克斯曼一个人，以表彰他发现了链霉素。萨兹通过其所在农学院向诺贝尔奖委员会要求让萨兹分享殊荣，并向许多诺贝尔奖获得者和其他科学家求援，但很少有人愿意为他说话。当年12月12日，诺贝尔生理学或医学奖如期颁给了瓦克斯曼一人。瓦克斯曼在领奖演说中介绍链霉素的发现时，不提萨兹，而说“我们”如何如何，只在最后才把萨兹列入鸣谢名单中。瓦克斯曼在1958年出版回忆录，也不提萨兹的名字，而是称之为“那位研究生”。,44,瓦克斯曼此后继续研究抗生素，一生中与其学生一起发现了20多种抗生素，以链霉素和新霉素最为成功。瓦克斯曼于1973年去世，享年85岁，留下了500多篇论文和20多本著作。萨兹则从此再也没能到一流的实验室从事研究，1960年代初连工作都找不到，只得离开美国去智利大学任教。1969年他回到美国，在坦普尔大学任教，1980年退休，2005年去世，享年84岁。萨兹对链霉素的贡献几乎被人遗忘了。他是在退休以后才逐渐又被人想起来。这得归功于英国谢菲尔德大学的微生物学家米尔顿,45,威恩莱特（MiltonWainwright）。1980年代，威恩莱特为了写一本有关抗生素的著作，到罗格斯大学查阅有关链霉素发现过程的档案，第一次知道萨兹的贡献，为此做了一番调查，并采访了萨兹。威恩莱特写了几篇文章介绍此事，并在1990年出版的书中讲了萨兹的故事。此时瓦克斯曼早已去世，罗格斯大学的一些教授不必担心使他难堪，也呼吁为萨兹恢复名誉。为此，1994年链霉素发现50周年时，罗格斯大学授予萨兹奖章。在为萨兹的被忽略而鸣不平的同时，伴随着对瓦克斯曼的指责。例如，英国自然在2002年2月发表的一篇评论，就举了链,46,霉素的发现