第1章微生物制药绪论简洁版

微生物制药学 第一章绪论 第一节微生物药物的定义和组成以及微生物药学的研究内容第二节从抗生素到微生物药物的发展概况第三节微生物来源的其它生理活性物质 微生物药物的最新组成第四节当前寻找新微生物药物的主要途径 生物制药的概念和研究内容 概念 生物制药是指利用生物体或生物过程生产药物的过程研究内容 1 发酵工程制药2 基因工程制药3 细胞工程制药4 酶工程制药 1 发酵工程制药发酵工程制药是微生物学 生物化学和化学工程学的有机结合 是利用微生物的特定形状 通过现代工程技术在生物反应器中生产药用物质的一种技术 它是生物技术的支柱 发酵工程技术可用于抗生素 氨基酸类药物 核酸类药物 维生素等药物的生产 2 基因工程制药通过DNA重组技术 将外源DNA与载体连接形成重组体 然后将重组体转入宿主细胞进行高效表达 获得利用传统技术难以得到的珍贵药品 基因工程药物主要包括重组蛋白药物 多肽药物 反义核酸药物 DNA药物和基因工程抗体等 我国从20世纪80年代初开始基因工程药物的开发研究 2 基因工程制药 目前 基因工程和细胞工程两大技术出现互相渗透 通过基因操作 可获得具有新遗传特性的转基因动 植物体 用于生产转基因药物 目前研究发展的大方向 3 细胞工程制药以细胞为对象 应用生命科学理论 借助工程学原理与技术 有目的地利用或改造生物遗传特性 以获得特定的细胞 组织产品或新型物种的一门综合性科学技术 细胞工程制药包括 A 动物细胞工程制药B 植物细胞工程制药A 动物细胞工程 采用细胞培养 细胞融合 单克隆抗体等技术生产多种蛋白质药品 如疫苗 干扰素 单抗等 B 植物细胞工程 应用植物组织培养和植物体细胞杂交技术制备细胞因子和重组DNA产品 4 酶工程制药利用酶的催化性质 动力学性质 可固定性质生产一种药物或药物中间体 优点 利用酶特性进行药物生产 可以克服药物在化学合成过程中出现的许多不可避免的缺点 简化生物工程下游技术的操作难度 节约工业化生产成本 第一节微生物药物与微生物制药 抗生素的定义 Waksman 1942 抗生素是微生物在其代谢过程中所产生的 具有抑制或杀灭其它微生物性能的化学物质 抗生素的一般定义 抗生素 是在低微浓度下有选择地抑制或影响它种生物机能的 是在微生物生命过程中产生的具有生物活性的次级代谢产物及其衍生物 抗生素与抗菌药物的区别 完全通过化学合成方法制备的磺胺类 氟喹诺酮类和恶唑烷酮类等抗细菌药物 以及像酮康唑类抗真菌药物被称之为抗菌药物 而不属于抗生素的范畴 而对于像磷霉素和氯霉素这些原来是来源于微生物的次级代谢产物 但由于结构简单而用化学合成的方法代替微生物发酵法来生产制备的品种 以及像源于微生物次级代谢产物硫霉素 后完全用化学合成方法制备的一系列碳青霉烯类 内酰胺抗生素等 通常将其归纳在抗生素的范畴 微生物药物的定义 由微生物 包括重组微生物 在其生命活动过程中产生的 在低微浓度下具有生理活性的次级代谢产物及其衍生物 包括 具有抗微生物感染 抗肿瘤和抗病毒的所谓传统的抗生素 以及具有调节原核生物和真核生物生长 复制等生理功能的特异性酶抑制 免疫调节 受体拮抗 抗氧化等作用的化学物质 微生物制药定义 利用微生物技术 通过高度工程化的新型综合技术 以利用微生物反应过程为基础 依赖于微生物机体在反应器内的生长繁殖及代谢过程来合成一定产物 通过分离纯化技术进行提取精制 并最终制剂成型来实现药物产品的生产 微生物药物的分类 微生物药物通常按其化学本质和化学特征进行分类 主要分为右侧6类 1 抗生素类药物何谓抗生素 抗生素是在低微浓度下能抑制或影响活的有机体生命过程的次级代谢产物及其衍生物 目前各国实际生产和应用于医疗的抗生素大约有120种 各种半合成衍生物及盐类约230种 抗生素类型A 抗细菌型抗生素eg 青霉素 红霉素 四环素等 青霉素图片 亚历山大 弗莱明 年 月 中国第一批国产青霉素诞生 揭开了中国生产抗生素的历史 截至 年年底 我国的青霉素年产量已占世界青霉素年总产量的 居世界首位 右图为青霉素分子结构 B 抗真菌型抗生素eg 两性霉素B 制霉菌素 灰黄霉素等 两性霉素B 二性霉素B 作用与用途 为多烯类抗真菌抗生素 通过影响细胞膜通透性发挥抑制真菌生长的作用 临床上用于治疗严重的深部真菌引起的内脏或全身感染 两性霉素B副作用1毒性较大 可有恶心 呕吐 食欲不振 发热 寒战 头痛等不良反应 静脉给药可引起血栓性静脉炎 2对肾性毒性较常见 可出现蛋白尿 管型尿 3白细胞下降 贫血 血压下降或升高 周围神经炎 复视和肝损害 C 抗肿瘤型抗生素eg 丝裂霉素 诺卡霉素等 作用与用途 慢性淋巴瘤 慢性骨髓性白血病 胃癌 结肠 直肠癌 肺癌 胰癌 肝癌 子宫颈癌 子宫体癌 乳癌 头颈部肿瘤 膀胱肿瘤 D 抗病毒抗生素eg 阿糖腺苷 金刚烷胺等 金刚烷胺 英文名称 Amantadine中文别名 三环癸胺 三环葵胺 盐酸金刚烷胺 盐酸金刚乙胺颗粒 2 氨基酸类药物A 复方氨基酸输液 B 治疗性药物C 多肽类药物 A 复方氨基酸输液可用于改善患者在手术前的营养状态 也可以作为消化吸收障碍患者的营养原料 还可在临床上作为血浆的代用品 B 治疗性药物eg 消化道疾病 呼吸道疾病等 R是可变基团 B1 必需氨基酸 赖氨酸 Lysine 促进大脑发育 是肝及胆的组成成分 能促进脂肪代谢 调节松果腺 乳腺 黄体及卵巢 防止细胞退化 色氨酸 Tryptophan 促进胃液及胰液的产生 苯丙氨酸 Phenylalanine 参与消除肾及膀胱功能的损耗 蛋氨酸 又叫甲硫氨酸 Methionine 参与组成血红蛋白 组织与血清 有促进脾脏 胰脏及淋巴的功能 苏氨酸 Threonine 有转变某些氨基酸达到平衡的功能 异亮氨酸 Isoleucine 参与胸腺 脾脏及脑下腺的调节以及代谢 脑下腺属总司令部作用于甲状腺 性腺 亮氨酸 Leucine 作用平衡异亮氨酸 缬氨酸 Valine 作用于黄体 乳腺及卵巢 9 精氨酸 arginine 10 组氨酸histidine人体虽能够合成Arg和His 但合成的量通常不能满足正常的需要 因此 这两种氨基酸又被称为半必需氨基酸 前8种人体必需氨基酸的记忆口诀 笨蛋来宿舍 晾一晾鞋笨 苯丙氨酸 蛋 蛋氨酸 来 赖氨酸 宿 苏氨酸 舍 色氨酸 晾 亮氨酸 一晾 异亮氨酸 鞋 缬氨酸 B2 非必需氨基酸指人 或其它脊椎动物 自己能由简单的前体合成 不需要从食物中获得的氨基酸 例如甘氨酸 丙氨酸等氨基酸 C 多肽类药物eg 谷胱甘肽 GSH 对糖尿病 肝病等有一定的疗效 生产方法 发酵法和酶转化法 Eg 发酵法是指经净制或处理后的药物 在一定的温度和湿度条件下 由于霉菌和酶的催化分解作用 使药物发泡发芽的炮制方法 3 核苷酸类药物体内合成核酸的前身物 并作为核酸的组成成分参与生物的遗传 发育 生长等基本生命活动 以游离形式存在的核苷酸 三磷酸腺苷在细胞能量代谢中起着主要的作用 三磷酸尿苷 三磷酸胞苷及三磷酸鸟苷是有些物质合成代谢中能量的来源 某些辅酶 如辅酶 及辅酶A等的组成成分 在临床上 核苷酸类药物可用于治疗恶性肿瘤 病毒感染和遗传性疾病 4 维生素类药物维生素是一类维持正常生命活动所必需的小分子有机化合物 需要量很少 但是大都不能自身合成 维生素又名维他命 5 甾体类激素类固醇类物质 通常指 肾上腺皮质激素 雄激素 雌激素 非甾体类药物主要 双氯芬酸类 布洛芬类 COX2抑制剂类 5 甾体类激素 甾体类药物一般采用化学合成和微生物转化法相结合的方法生产 eg 雌醇雄酮 醋酸泼尼松 氢化可的松 皮质醇 醋酸可的松等 在临床上可用于治疗风湿性关节炎 控制炎症 6 治疗酶及酶抑制剂治疗酶 主要有助消化酶 消炎酶 心血管疾病治疗酶 抗肿瘤酶类以及其它酶类 eg 蛋白酶 天冬酰胺酶 尿激酶等 酶抑制剂抑制抗生素钝化酶的抑制剂 抑制来自动物体的酶 eg 有些可以降低血压 有些可以阻止血糖上升 如淀粉酶抑制剂能在服用糖时达到阻止血糖浓度增加的目的 即糖尿病 微生物药物学的研究内容 微生物药物生物合成的代谢调控 产物的分离纯化 作用机制和耐药机制的研究 产生菌的菌种选育 寻找新微生物药物的方法和途径等 第二节从抗生素到微生物药物的发展概况 1 传统微生物制药技术的产生1676 荷兰人制造显微镜 19世纪60年代 发酵由微生物引起 19世纪末到20世纪40年代 以微生物发酵生产产品 20世纪40年代以后 抗生素大量生产 微生物制药进入新阶段 2 现代微生物制药技术的产生20世纪70年代重组DNA技术的产生3 中国微生物制药业的发展1953年青霉素在上海第三制药厂正式投产 第二节从抗生素到微生物药物的发展概况 微生物药物的重要地位 来源于微生物次级代谢的生理活性物质具有独特的化学结构 其作为先导化合物开发成为药物的可能性大大地增加 最近几年 我国政府把中药现代化作为开发自主知识产权新药的 重中之重 因为中药资源是我国特有的资源 从中发现新药的可能性极大 同样 960万平方公里领域中的微生物资源也是我国特有的资源 从中发现微生物新药的可能性也是极大的 开创抗生素时代的渊源 1876年 发现 Tyndall现象 的物理学家Tyndall曾记载过青霉菌属的一个菌株对细菌的生长有抑制作用 但他认为青霉菌的作用是妨碍细菌吸收氧气 1877年 Pasteur和Jonbert发现空气中某些细菌能够抑制炭疽杆菌的生长 但他们的注意力似乎集中在免疫学上面 而未注意到细菌间的拮抗作用 开创抗生素时代的渊源 1885年 Babes用固体培养基及液体培养基试验出一种微生物可以产生一种物质来阻止另一种微生物的生长 1887年 Garre记述了用明胶培养基检测拮抗性细菌的方法 1889年 Bouchard注意到铜绿假单胞菌有拮抗其他细菌的能力 1894年 研究了微生物间的拮抗作用并指出 散布在自然界和人类机体内的微生物 会在对抗传染病的斗争中给予我们很大的帮助 他建议应用乳酸杆菌来抑制在肠中生长的腐败微生物 他又详细描述了细菌给予霍乱弧菌的影响致使霍乱弧菌变成巨大的细胞 这种细菌细胞受到细菌代谢产物作用而引起的形态学上的变化 在其后研究青霉素的作用机制时也有发现 图1 1细菌间的相互作用使霍乱弧菌的细胞形态发生改变1 正常的霍乱弧菌2 受球菌作用后的霍乱弧菌 微生物产生拮抗作用的可能原因 1 营养物质被消耗 2 培养基的理化性质被改变 3 微生物产生的酶的作用 4 产生毒物或抗生素 5 空间的争夺 抗生素时代的开创 青霉素发现的前后 1916 1940年 1912年 从某种真菌中分离得到曲酸1913年 从上述真菌中分离得到青霉素酸1924年 报道白放线菌素和绿脓菌蓝素1927年 报道紫色杆菌素1929年 报道青霉素 但不受重视 1931年 发现橘霉素1936年 枝霉粘毒素1939年 Dubos发现短杆菌素 抗生素时代的开创 青霉素的发现 图1 2污染的青霉菌抑制周围葡萄球菌的生长 青霉素发现者AlexanderFleming 抗生素时代的开创 青霉素的发现 1929年 Fleming偶尔发现音符型青霉菌对葡萄球菌有拮抗作用 这种青霉菌的液体培养液能够抑制或杀死多种病原菌 并得到了粗品 但没有做进一步的研究 1932年Clutterbuck 1935年Reid对这种青霉菌的代谢产物进行过研究 都认为其性质不稳定而不值得研究 另外 当时都热衷于飞黄腾达的磺胺类药物的研究而将其放弃 青霉素的发现 FloreyandChain的作用 Florey是使青霉素重见天日的中心人物 他早期邀请Chain研究Fleming发现的具有抗菌作用的溶菌酶 从而熟悉了关于自然界的抗生物质的大量文献 他们计划系统研究这些抗生物质的动机有两个 一是他们的研究兴趣 这是主要的 二是当时的资助即将结束 而目前申请的课题对医药又有一定的用途 容易获得资助 青霉素的发现 FloryandChain具体选择青霉素研究的原因 第一 Fleming已经指出青霉素对葡萄球菌有抗菌作用 他用纯度不到5 的粗品进行小鼠实验 取得了惊人的效果 而当时普遍使用的磺胺药对葡萄球菌相对来说已经没有作用 第二 青霉素是一个不稳定的化学物质 对作为生物化学家的Chain来说具有挑战性 他希望在青霉素提纯过程中有所创新 青霉素的发现 希特利的功劳 由于Chain受溶菌酶的影响 认为青霉素也是一种蛋白质 故一直得不到纯品 希特利发明了反萃取 得到了纯度很高的青霉素 抗生素时代的开创 青霉素的工业化生产 1941年 美国政府邀请Chain和Florey到美国帮助开发青霉素的生产 最早采用牛奶瓶固体培养后分离提取 抗生素时代的开创 实现青霉素工业化生产的主要贡献 1 有机酸等浸没深层发酵技术已经成熟 2 用X 线照射进行青霉素菌种的诱变育种取得了成功 3 使用玉米浆发酵使青霉素发酵单位有了很大的提高 抗生素发展的黄金时代 研究系统化 进行了有目的 有计划的科学研究 并且所使用的方法也十分严谨 生产方法工业化 建立了大规模的抗生素制药工业 且产品达到一定的纯度以及有明确的作用和疗效 传染病治疗方式的改变 推广了化学治疗的范围并开辟了新的用途 链霉素发现者Worksman 表1 1早期发现并在临床应用的一些重要的抗生素品种 其他抗生素的发展 抗肿瘤抗生素柔红霉素 丝裂霉素C 博莱霉素 抗虫抗生素盐霉素 莫能菌素 阿弗米丁 农用抗生素春雷霉素 有效霉素 井岗霉素 抗病毒抗生素阿糖腺苷 偏端霉素A等都是目前具有应用价值的天然抗生素 抗生素的发展 历年上市的新抗生素数量 抗生素的发展 2001年以来上市的新抗生素 6种 半合成抗生素的发展 半合成抗生素的发展 6 APA的发现 大量使用青霉素而引起的严重的细菌耐药性问题 1959年 英国的Chain利用大肠杆菌酰胺酶裂解青霉素G获得了6 氨基青霉烷酸 6 aminopenicillanic 6 APA 同年 英国Beecham公司从6 APA合成了苯乙青霉素 以后又合成了一系列具有抗耐药菌作用的半合成青霉素 半合成抗生素的发展 7 ACA的发现 受半合成青霉素研究成功的启发 英国Glanxo公司的研究人员 从低活性的头孢菌素C经化学裂解得到了7 氨基头孢烷酸 7 aminocephalosporinacid 7 ACA 从此 半合成头孢菌素的工作开始活跃起来 并大大地推动了整个天然抗生素结构改造工作的开展 目前临床使用的抗感染抗生素中 发达国家beta 内酰胺类占60 以上 我国占20 30 左右 化学修饰的目的 1 扩展抗菌谱的修饰 通过向青霉素G侧链导入氨基等的修饰 开发出氨苄西林 ampicillin 与阿莫西林 amoxicillin 等广谱青霉素 向侧链导入羧基等的修饰 研制出对铜绿假单胞菌等难控制的革兰阴性菌也有良好作用的抗菌谱更广的羧苄西林 carbenicillin 与磺苄西林 sulbenicillin 继而开发出哌拉西林 piperacil lin 与美洛西林 mezlocillin 等活性更强的广谱青霉素 化学修饰的目的 2 增强抗菌活性的修饰 天然头孢菌素C 头霉素 cephamycins 与头菌素 cephabacins 抗菌谱广 但抗菌活性极低 都不能应用 经过适当的修饰非但提高了抗菌活性 而且扩展了抗菌谱 临床应用的头孢菌素类抗生素已由第一代发展到第四代 成为当前最重要的一类抗感染药物 化学修饰的目的 2 增强抗菌活性的修饰 利用超敏感菌株筛选出的磺酰胺菌素 sulfazecin 等单环 内酰胺类化合物抗菌活性低微 不能应用 经过大量结构修饰 筛选出的安曲南 azteronam 与卡鲁莫南 carumonam 具有很强抗革兰阴性细菌 包括铜绿假单胞菌活性 已临床应用 化学修饰的目的 2 增强抗菌活性的修饰 去掉土霉素的6位氧 制得多西环素 doxycycline 抗菌谱同四环素 但抗菌活性比四环素强2 8倍 将四环素4位的二甲氨基再导入7位 合成出米诺环素 minocycline 抗菌活性比四环素强8 12倍 化学修饰的目的 3 克服耐药性的修饰 降低底物对酶的结构适应性 向青霉素分子中受 内酰胺酶攻击部位附近导入障碍性基团 使酶难与之结合 从而保护青霉素免遭分解 例如 甲氧西林 萘夫西林 苯唑西林 氯唑西林 二氯西林 氟氯西林等都在 内酰胺基附近有甲氧基 乙氧基 苯基等空间位阻较大的基团 对青霉素酶稳定 用于治疗产青霉素酶的金黄色葡萄球菌 表皮葡萄球菌感染 化学修饰的目的 3 克服耐药性的修饰 降低底物对酶的结构适应性 向侧链导入Z 氧亚胺基 肟基 或O 烷基取代的肟基 可增强对广谱 内酰胺酶的稳定性 如头孢呋辛 cefuroxime 头孢噻肟 cefotaxime 与头孢地尼 cefdinir 等氨噻肟型第三代以及第四代头孢菌素等 但可被超广谱 内酰胺酶 氧亚胺 内酰胺酶 分解 化学修饰的目的 3 克服耐药性的修饰 降低底物对酶的结构适应性 向 内酰胺环上引入甲氧基或甲酰氨基 增强酶稳定性 例如 头孢西丁 cefoxitin 头孢美唑 cefmetazole 头孢替坦 cefotetan 头孢拉腙 cefbuperazone 与头孢米诺 cefminox 等头霉素对超广谱 内酰胺酶稳定 化学修饰的目的 3 克服耐药性的修饰 消除钝化酶作用基团 选择地消去氨基糖苷分子中的某些羟基 烷化氨基或以羟基氨基酸酰化特定的氨基可有效地克服耐药性 地贝卡星 dibekacin 双去氧卡那霉素B 奈替米星 netimicin N 乙基西梭霉素 阿米卡星 amikacin 氨羟丁酰卡那霉素 阿贝卡星 arbekacin 是地贝卡星的1位氨基被 S 4 氨基 2 羟基丁酰化的新衍生物 活性比阿米卡星强 特别对MRSA有强大的抗菌力 MIC50与MIC90分别为0 39与1 56 g ml 是一抗MRSA的氨基糖苷 化学修饰的目的 3 克服耐药性的修饰 增辟新作用点 3位为酮基的十四元大环内酯 酮内酯有两个以上的作用点 例如 泰利霉素对大环内酯耐药菌 尤其对肺炎球菌有很强作用 于2001年上市 化学修饰的目的 3 克服耐药性的修饰 增辟新作用点 例如 赛霉素 cethromycin ABT 773 是进入临床试验的第二个酮内酯 性能与泰利霉素相似 对大环内酯敏感与耐药的肺炎链球菌 化脓性链球菌有良好作用 对流感嗜血杆菌 卡拉莫拉菌 奈瑟菌属 李斯特菌 葡萄球菌 MSSA 肺炎支原体 衣原体 军团菌 幽门螺杆菌 棒状杆菌与革兰阳性厌氧菌亦有较好作用 对鸟分枝杆菌有中度作用 t1 23 6 6 7h 血清蛋白结合率90 预期疗效与泰利霉素相似 A 217213抗肺炎链球菌包括耐大环内酯的菌株活性比泰利霉素强 对金黄色葡萄球菌亦有较强活性 化学修饰的目的 3 克服耐药性的修饰 增辟新作用点 向四环素类抗生素的9位引入甘氨酰氨基得到的甘氨环素类 glycylcyclines 对起源于核糖体保护与外排机制的耐药菌都有作用 其中替吉环素 tigecycline 叔丁基甘氨酰氨基米诺环素 GRA 936 在低浓度 0 12 g ml 下 即可抑制四环素的高度耐药菌 MIC 128 g ml 对临床分离的重要致病菌 包括耐四环素 糖肽与氟喹诺酮类的革兰阳性菌 有广泛活性 对MRSA 耐青霉素肺炎链球菌 PRSP 与耐万古霉素肠球菌 VRE 的MIC90分别为0 5 0 03与0 12 g ml 优于万古霉素 共杀菌素 synercid 与利奈唑酮 linezolid 口服300mg Cmax2 8 g ml AUC17 9 g h ml t1 2长达36h 已进入III期临床试验 化学修饰的目的 3 克服耐药性的修饰 增辟新作用点 化学修饰的目的 3 克服耐药性的修饰 增强青霉素结合蛋白 PBPs 亲和力的修饰 向 内酰胺类抗生素分子中导入适当的亲脂性取代基 探索既增强PBP2a亲和力 又不过分增大血清蛋白结合率的物质 新头孢菌素MC 02479对革兰阳性菌有很强抗菌活性 抗MRSA 粪肠球菌与肺炎链球菌的MIC分别为0 25 4 0 06 0 5与0 008 1 g ml BMS 247243对MRSA的MIC90为4 g ml NB 2001抗MRSA活性比万古霉素强 S 3578对MRSA疗效与万古霉素相似 TAK 599对MRSA的MIC为0 88 4 72 g ml 4 改善药物动力学性能的修饰 适当地结构修饰可改善抗生素的药物动力学性质 如增强稳定性 改善吸收 提高血药浓度 延缓消除半衰期和提高生物利用度等 4 改善药物动力学性能的修饰 增强稳定性的修饰 1 消除四环素分子中不稳定部分 四环素遇酸 6位羟基与5a位氢脱水形成去水四环素 anhydrotetracycline 失去抗菌活性 经修饰除去6位羟基的6 甲烯基土霉素 美他环素 methacycline 6 去氧土霉素 多西环素 doxycycline 米诺环素 minocycline 以及全合成的6 去甲基 6 去氧 6 硫杂四环素 硫四环素 thiatetracycline 等对酸稳定并兼具优异的药物动力学性能 4 改善药物动力学性能的修饰 增强稳定性的修饰 2 消除红霉素分子中不稳定部分 红霉素的6 羟基与9 羰基在酸性下易缩合形成6 9 半缩酮 进而失水转化成脱水红霉素与6 9 9 12 螺缩酮而失去抗菌活性 适当地修饰参与上列反应的有关基团 如6 羟基 9 羰基 12 羟基乃至8位质子 均可阻断此降解反应 提高对酸的稳定性 将红霉素的6 羟基转变为6 甲氧基的克拉霉素 clarithromycin 红霉素9 羰基肟醚化的罗红霉素 roxithromycin 红霉素肟经Beckmann重排 N 甲基化制得的阿奇霉素 azithromycin 9 红霉胺经进一步修饰筛选出的地红霉素 dirithromycin 等对酸稳定 药物动力学性能都有明显改善 称为第二代大环内酯抗生素 4 改善药物动力学性能的修饰 增强稳定性的修饰 3 消除头孢菌素分子中不稳定部分 头孢菌素3 位乙酰氧基在体内被酯酶或非酶水解 降解成羟基化合物 使抗菌活性大幅度降低 将R改变成H 烷基 烯基 烷氧基 卤素等可阻断此种降解 而保持抗菌活性 以适当的含氮杂环基团取代 非但可阻断水解 而且可增强抗菌活性 以适当的带有季氮的杂环取代 与4 位羧基形成内盐 除阻断代谢降解 增强抗菌活性之外 还可以增大水溶性 提高胞膜穿透力 第四代头孢菌素都是这样的化合物 4 改善药物动力学性能的修饰 增强稳定性的修饰 4 硫霉素稳定化修饰 硫霉素 thienamycin 极不稳定 甚至10 g ml以上浓度自身即加速分解 经化学修饰获得的亚胺培南 imipenem 增强了稳定性 可注射给药 抗菌谱广 抗菌活性强 是当前临床评价最高的抗生素之一 4 改善药物动力学性能的修饰改善吸收提高血药浓度的修饰 1 制备前药改善口服吸收 有些抗生素口服吸收差 制成适当的前药 可增加口服吸收率 提高血药浓度 口服氨苄西林250mg Tmax2 0h Cmax仅为1 7 g ml 制成前药叔丁酰氧基甲酯 ampicillinpivoxil 口服同样剂量 Tmax1 5h Cmax为5 5 g ml 头孢帕肟口服吸收率为9 4 Cmax为0 62 g ml 其前药头孢帕肟乙酰氧基乙酯 cefpodoximeproxetil 口服吸收率提高到58 1 Cmax可达8 4 g ml 制备氨苄西林前药改善口服吸收 合成头孢菌素酯型前药改善口服吸收 4 改善药物动力学性能的修饰改善吸收提高血药浓度的修饰 2 引入适当基团提高血药浓度 向苯唑西林的苯环上导入氯或氟 可提高血药浓度 如邻氯西林 cloxacillin 二氯西林 dicloxacillin 氟氯西林 flucloxacillin 等异恶唑类青霉素对青霉素酶稳定 血药浓度明显高于苯唑西林 用于治疗产生青霉素酶的金黄色葡萄球菌感染 林可霉素口服吸收差 且易受进食影响 将其7 R 羟基转变成7 S 氯的克林霉素 口服与肌肉注射后形成的血药浓度都有明显提高 林可霉素口服吸收差 且易受进食影响 将其7 R 羟基转变成7 S 氯的克林霉素 口服与肌肉注射后形成的血药浓度都有明显提高 给药途径口服肌肉注射抗生素剂量TmaxCmax剂量TmaxCmaxt1 2林可霉素500mg2h2 6 g ml600mg0 5h1 0 g ml4 6h克林霉素300mg0 75 2h4 g ml300mg26 g ml3 5h 4 改善药物动力学性能的修饰改善吸收提高血药浓度的修饰 3 修饰侧链提高生物利用度 酯肽类抗生素A 21978不吸收 经Actinoplanesutahensis脱去N 末端的脂肪酸 再重新葵酰化 开发出新抗生素达托霉素 daptomycin 该抗生素能改变细菌细胞膜电位 阻断细胞膜输送氨基酸 主要抗革兰阳性细菌 包括耐甲氧西林金黄色葡萄球菌 MRSA 耐万古霉素的肠球菌 VRE 等革兰阳性耐药菌 t1 28 5 9h 24h尿中排泄出60 蛋白结合率92 2003年美国FDA批准用于革兰阳性菌 MRSA与VRE等所致皮肤感染 4 改善药物动力学性能的修饰延缓消除半衰期的修饰 利福霉素中的利福平的消除半衰期 t1 2 为2 3h 进一步修饰得到的利福定t1 2为4 5h 利福喷丁为18 30h 利福布丁为36 45h 而利福拉吉则长达55 60h 亚胺培南等碳青霉烯类抗生素消除半衰期较短 亚胺培南 帕尼培南与美洛培南分别为54min 60min与70min 经修饰筛选出的厄他培南 ertapenam 消除半衰期延至3 3 4h 1日静注1次治疗严重感染获得良好疗效 碳青霉烯类抗生素抗菌谱广 抗菌活性强 且对多数 内酰胺酶 包括超广谱 内酰胺酶 稳定 但消除半衰期较短 碳青霉烯亚胺培南帕尼培南美洛培南t1 254min 60min 70min 近年经修饰制得的厄他培南 ertapenem t1 2延长到3 3 4h 5 降低毒副反应的修饰 为改善氨苄西林口服吸收 曾将其羧基酯化制成前药 有些已临床应用 但有的品种在消化道内水解可产生醛 甲醛或其他醛 而引起消化系统症状 临床评价指出 水解不产生醛的前药如棱氨西林 lenampicillin 等消化系统副作用轻微 5 降低毒副反应的修饰 早期的碳青霉烯有一定中枢神经毒性 可引起痉挛 构效关系研究表明 中枢神经毒性与2位含氮取代基有关 例如 直接向鼠脑中注入亚胺培南 imipenem 引起间歇性与强直性痉挛的ED50分别为11与17 g 小鼠 注入培尼培南 penipenem 引起间歇性与强直性痉挛的ED50分别为29与41 g 小鼠 经过修饰获得的比阿培南 biapenem 直接注入鼠脑 300 g 小鼠亦不引起间歇性与强直性痉挛 临床应用中从未出现中枢神经毒性反应 直接向鼠脑中注入碳青霉烯引起痉挛的ED50碳青霉烯间歇性痉挛强直性痉挛亚胺培南 Imipenem 11 g 鼠17 g 鼠培尼培南 Penipenem 2941比阿培南 Biapenem 300 300 比阿培南 Biapenem Omegacin 抗菌活性 抗G 活性相当于亚胺培南的1 2 1 4 抗G 活性比亚胺培南强 抗铜绿假单胞菌活性比亚胺培南强2倍 酶稳定性 对 内酰胺酶包括超广谱 内酰胺酶稳定 对肾脱氢肽酶比美洛培南稳定 药动力学 Cmax8 8 g ml 静滴150mg t1 21h 24h尿中排除60 70 血清蛋白结合率3 7 10 2 临床疗效 各科感染有效率87 7 1101 1255 不良反应 2 2 29 1340 未出现中枢神经症状 0 3g 2 div 5 降低毒副反应的修饰 脂肽类抗生素毒性大 且有溶血作用 不能临床应用 修饰酯肽肺囊康定 pneumocandin B0与A0分别开发出卡帕芬净 caspofungin 与米卡芬净 micafungin 两者均为1 3 葡聚糖合成酶抑制剂 作用于真菌细胞壁 具有良好抗真菌活性 且不与现有的抗真菌药物交叉耐药 毒副反应远低于作用于真菌细胞膜的两性霉素B等多烯类抗生素 已分别于2001与2002上市 用于治疗侵袭性曲霉菌病与念珠菌病 6 适应制剂需要的修饰 有些抗生素为了适应制剂要求 需进行必要的修饰 例如 红霉素 氯霉素味苦 经修饰制成无味红霉素 2 O 丙酰红霉素十二烷基硫酸盐 与无味氯霉素 氯霉素棕榈酸酯 便于服用 四环素经Mannich反应制得的吡咯烷甲基四环素 rolitetracycline 水溶性大 便于注射应用 抗生素的结构修饰的重要性 抗生素结构的适当修饰 可扩展天然抗生素的抗菌谱 增强抗菌活性 克服耐药性 改善药物动力学性能与降低毒副反应 但不是所有抗生素经过修饰都能如愿地得到良好的修饰物 有些天然抗生素仅经过微小的修饰 即全然丧失抗菌活性 而在众多的修饰物中性能都不如原天然物的实例亦不罕见 在筛选新抗生素困难重重的今天 对获得的天然物进行适当的修饰是必要的 第三节微生物来源的其它生理活性物质 微生物药物的最新组成 微生物来源酶抑制剂筛选的先驱 HamaoUmezawa 继Fleming和Waksman后 在抗生素研究领域中作出卓越贡献的第三位科学家 20世纪50年代 由他领导的科研小组发现了卡那霉素 阐明耐药机制合成得到了阿米卡星 并很快被应用于临床 60年代 他把研究方向确立在寻找抗肿瘤抗生素上 首先发现了抗肿瘤抗生素sakamycin 随后又很快发现了具有临床应用价值的抗肿瘤抗生素博莱霉素 国内曾称争光霉素 并通过应用定向生物合成原理 筛选获得了更为有效的第二代博莱霉素 培罗霉素 peplomycin 继Fleming和Waksman后 在抗生素研究领域中作出卓越贡献的第三位科学家 梅泽滨夫在其一生的研究生涯中 发现了许多新的抗生素 其中不少已被应用于临床 为抗生素事业作出了巨大的贡献 梅译滨夫的另一个重要贡献是提出了酶抑制剂的概念 这里所指的酶是动物和人体内产生的参与各种生命活动的有关的酶 而不是指由微生物产生的诸如 内酰胺酶等 对开创从微生物代谢产物中寻找其它生理活性物质的新时代具有深远的意义 酶抑制剂 酶学研究的几个阶段 第一代的研究是以阐明各种酶的一级结构和高级结构为标志 第二代的研究以阐明酶的催化机制和限定分解机制为标志 这对理解酶的生理意义有着重要的作用 第三代的酶学研究 对酶抑制剂的研究有可能对炎症 免疫 补体反应 致癌 癌的转移 病毒感染 肌肉营养障碍和自身免疫等各种疾病的病因予以阐明并提出治疗方案 从微生物代谢产物中寻找酶抑制剂也正是一个新的研究领域 是学科间相互渗透 共同发展的结果 酶抑制剂 酶学研究的几个阶段 微生物药物的最新组成 已经用于临床的HMG CoA还原酶抑制剂 开创了治疗高脂血症的新纪元普伐他丁洛伐他丁辛伐他丁 合成 氟伐他丁 合成 阿伐他丁 合成 得伐他丁 合成 日本 生命科学与工业 杂志引述医药界权威的评价 认为这种新型药物对治疗高血脂症是一场革命 其深远影响就如同青霉素治疗感染性疾病一样 微生物药物的最新组成 已经用于临床的alpha 葡萄糖苷酶抑制剂 开创了治疗糖尿病的新方法阿卡波糖伏格列波糖米格列醇乙格列酯 微生物药物的最新组成 已经用于临床的免疫抑制剂 环孢菌素A他克莫司 tacrolimus FK 506 西罗莫司 sirolimus 也称雷帕霉素 rapamycin 霉酚酸咪唑立宾 微生物药物的最新组成 其他一些已经用于临床的微生物药物 免疫增强剂 乌本美司胰脂酶抑制剂 奥利司他抗帕金森氏 溴隐亭耐药肿瘤细胞外泵抑制剂 PSC833 微生物药物的最新组成 筛选模型引导的微生物新药的发现 随着对各种疾病发生机理的逐步阐明 药物作用靶的发现以及体外筛选模型的建立 估计目前世界上有3000种左右 使愈来愈多的 以往不可能被发现的微生物来