第二代糖肽类抗生素研究论文

1、第二代糖肽类抗生素研究论文【摘要】随着细菌耐药的不断升级，耐万古霉素肠球菌、高度耐糖肽类抗生素的金葡菌的出现，给临床抗感染治疗带来极大困难。开发新型糖肽类抗生素刻不容缓。人们对万古霉素等天然糖肽类抗生素进行化学修饰，得到了一系列有价值的衍生物，其中oritavancin、dalbavancin和telavancin已进入期临床和新药注册。本文对第二代糖肽类抗生素的结构特征、药效学与药动学特征以及临床应用作一综述。 【关键词】第二代糖肽类抗生素OritavancinDalbavancinTelavancin ABSTRACTDevelopmentofresistancetoantibacteri

2、alagents,especiallytheadventofvancomycinresistantEnterococcus(VRE)andglycopeptideresistantStaphylococcusaureus(GRSA)isamountingproblemthatcontinuestocompromisetheclinicaleffectivenessofantiinfectiousdrugs.Itisessentialtodevelopnewglycopeptideantibiotics.Threeofthesenewderivativesobtainedbysemisynthe

3、sisstartingfromnaturalcompounds,arenowinclinicaldevelopment(oritavancinandtelavancin,asderivativesofvancomycin;anddalbavancin,asaderivativeofteicoplanin).Thereviewfocusesonthestructures,pharmacokineticandpharmacodynamicparametersandtheclinicalresearchstatusrelatedtothesecondgenerationglycopeptideant

4、ibiotics. KEYWORDSThesecondgenerationglycopeptideantibiotics;Oritavancin;Dalbavancin;Telavancin 自从青霉素被发现并用于临床后，抗生素为人类解除细菌性感染发挥了巨大的作用。当抗生素第一次被临床使用后，耐药性问题逐渐成为人们关注的热点，它对人类生命健康所构成的威胁绝不亚于艾滋病、癌症和心血管疾病。万古霉素和替考拉宁这两个重要的糖肽类抗生素诞生之初，缓解了耐药细菌的问题，人们称它们为“人类对付顽固性耐药菌株的最后一道防线”。但随着在临床上耐万古霉素肠球菌(VRE)、对万古霉素中度敏感的金葡菌(VISA)以

5、及耐万古霉素金葡菌(VRSA)的出现，这道防线也渐渐趋于瓦解。人们必须重视细菌耐药性的升级，并不断寻找开发一系列新的糖肽类抗生素及其衍生物。 1第二代糖肽类抗生素的开发背景 第一代糖肽类抗生素直接来源于微生物的代谢产物，20世纪50年代开始发展起来。万古霉素于1956年被发现1，但由于其纯度问题、抗菌谱窄(仅针对革兰阳性菌和部分厌氧菌)，市场需求不大。当耐甲氧西林金葡菌(MRSA)成为导致社区、医院内严重细菌感染的主要致病菌后，人们发现MRSA对各主要抗生素种类都存在耐药性，这时，万古霉素和替考拉宁发挥了极大的作用。然而以糖肽类抗生素作为MRSA的经验治疗导致了细菌耐药的进一步发展，人们不得不

6、寻找新一代糖肽类抗生素。 第二代糖肽类抗生素是通过研究糖肽类抗生素的构效关系，对微生物来源的天然产物进行化学修饰而得到的衍生物。它们对敏感或耐药菌株均有明显的体外杀菌活力，与第一代糖肽类抗生素相比，具有显著的药效学、药动学和临床治疗特性，作用机制与第一代糖肽类抗生素也稍有区别。谈及第二代糖肽类抗生素的研究开发必须正视20世纪80年代后耐药菌的发展。 1988年首次分离得到第一株VRE，其在美国快速传播，至2000年检出率增长至26%。研究发现其耐药机制为细菌转座子编码一种酶催化形成新的细胞壁肽聚糖前体其末端为DAlaDLac或DAlaDSer而代替原来的前体(末端为DAlaDAla)，前者对糖

7、肽类抗生素的亲和力明显低于后者2，3。 1996年在日本分离到一株VISA。如今VISA、GISA(对糖肽类抗生素中度敏感的金葡菌)在世界各地皆有发现，估计目前其约占所有MRSA菌株的1%20%。国外研究者发现GISA的细胞壁比敏感菌厚得多，同时VISA细胞壁结构发生改变，细胞壁中未被酰化氨基酸增加，两者导致糖肽类抗生素与细胞壁亲和力下降，从而阻断抗生素的作用。另有报道称VISA菌株青霉素结合蛋白(PBPS)量均比MRSA增多，推测增加的PBPS与万古霉素竞争结合肽聚糖前体的靶位，抑制万古霉素活性4，5。2002年7月美国疾病控制中心确证并发布了世界第一例VRSA。体外试验已证实VRSA株是获

8、得性耐药基因转移结果。在肠球菌中编码万古霉素耐药的vanA基因簇可转移至金葡菌，成为VRSA。粪肠球菌可产生一种信息素，促进质粒编码的vanA的转移。2002年美国报道VRSA感染者感染部位VRE株和MRSA株相伴，推测VRE的vanA基因转移到MRSA株的DNA上，导致VRSA的出现6。 抗生素耐药和金葡菌的毒力发展已被描述成一个“令人沮丧的进化过程”。1995年权威部门推行严格限制使用糖肽类抗生素治疗MRSA感染的指导方针，因此寻找能够对耐药菌株改善活力的第二代糖肽类抗生素迫在眉睫。 2第二代糖肽类抗生素的结构特征 所有糖肽类抗生素几乎都是由7种氨基酸构成的肽类物质，其中有5种肽属于芳香氨

9、基酸，并且每一种糖肽类抗生素均有此5种芳香氨基酸7。糖肽类抗生素的空间构象基本相似，在七肽骨架的氨基酸残基间形成特异的氧桥和CC键，在第2和第4、第4和第6位芳香族氨基酸之间(图1，氨基酸顺序从右往左)，通过2个二苯基酯键形成2个相连接的环，另外第5和第7位氨基酸通过苯基部分以CC键相连形成另一个环。各类糖肽类抗生素的差异在于肽链上的取代基的数量、类型和取代位置的不同。通常天然形成的糖肽类抗生素以一系列类似物(多组分)的形式存在，各组分结构相近，仅在取代基的类别或取代位置上存在小的差异。我们对这7种氨基酸进行分析，发现在各氨基酸上的不同修饰会使糖肽类抗生素活性有很大差异8，9。 第1位氨基酸从

10、结构上可以发现其氨基酸为亮氨酸，对它进行甲基化修饰可导致活性的下降。如果把这重要的末端氨基酸除去，发现它的药理活性丧失。 第2位氨基酸主要是体现在芳香环上的氯原子的重要性。其氯原子的存在有利于二聚体的形成，若脱去氯原子则活性将减少，dalbavancin在此位置上缺少了氯原子，但活性没有减少。 第3位氨基酸在糖肽类抗生素的骨架中，第3位氨基酸是脂肪族氨基酸天冬酰氨，它的修饰物都能在自然界找到，如A5568B和M43G是万古霉素相似物，这两种抗生素是在谷氨酸上进行甲基化，但活性都有所下降。 第4位氨基酸是唯一一个在氨基酸上的石碳酸相互作用的羟基基团上接有一个糖基的氨基酸。几种万古霉素相似的糖肽类

11、抗生素中，石碳酸羟基上携带一个二糖单位，第一个糖是D葡萄糖，第二个糖通常是L万古糖胺，或者是4L表万古糖胺。与葡萄糖的糖苷键相连。这个氨基糖的存在与否将导致其药物活性25倍的变化。如果把第二个糖去除，体外实验发现仍保持原有活性。但在体内测试发现其活性将减少5倍。在糖基上进一步进行烷基化化学修饰发现，将会产生许多更具药物活性的化合物。第二代糖肽类抗生素皆在此位置上增加了疏水侧链，它有利于锚向膜、延长半衰期以及增加对肠球菌的抗菌活力。因此，这种糖在此担当糖肽类抗生素的药物动力学特征的角色。 第6位氨基酸在第6位氨基酸苯环上的氯的存在与否对其活性的影响不是很大，区别于第2位上氨基酸的氯原子。实验证明

12、，在脂肪族氨基酸上的石碳酸羟基基团上加上一些糖基对提高药物活有很大的作用。某些糖肽类抗生素在自然界已被发现，例如LY264826(oritavancin的母体)。 第5和7位氨基酸在此二个位置上的氨基酸修饰尽管已被人所知，但都是人工修饰所得的化合物。在第7位氨基酸的酰基位上，dalbavancin被修饰为酰胺链，它有利于增加对葡萄球菌的活力；在第7位氨基酸上，telavancin则增加了磷酸氨基的极性基团。 3第二代糖肽类抗生素的药效及药动学特征 3.1Oritavancin Oritavancin(LY333328)是chloroeremomycin(LY264826，来源于Nocardia

13、orientalis)的4氯联苯基甲基衍生物(图2)，抗菌谱与万古霉素类似。体外试验表明，其对耐糖肽类抗生素的金葡菌(GRSA)、VanB型肠球菌和耐青霉素的肺炎链球菌均比dalbavancin、telavancin有更好的疗效(表1)。万古霉素和oritavancin对DAlaDAla和DAlaDLac的亲和力相似，它们之间的活力差异可能是由于oritavancin有更强的二聚化能力，以及疏水侧链的存在，使药物更容易结合至细胞膜上10。 Oritavancin最突出的药效学特性在于极长的保留时间和蛋白结合率，临床可以一日1次给药(表2)，静脉注射3mg/kg，半衰期达360h。如此长的半衰期

14、也意味着oritavancin在机体中有结合、储存位点。研究巨噬细胞发现药物的积累很缓慢(通过内吞方式)，而且在溶酶体中溢出物流动缓慢。这解释了oritavancin对胞内金葡菌或肠球菌感染的杀菌效力，而对细胞质内感染细菌无效，如Listeriamonocytogenes。另外，oritavancin有较长的抗生素后效应，能与内酰胺类抗生素或氨基糖苷类抗生素协同作用，抗菌活力是浓度依赖型、时间依赖型11。EliLilly公司对其进行开发，现转让InterMune公司，在临床上用于治疗革兰阳性菌引起的并发性皮肤/皮肤结构感染(CSSI)。Dalbavancin(BI397)为A40926(来源于

15、Nonomuraeasp.ATCC39727)的衍生物，末端氨基糖的氮同一分子的异十二烷酸酰基化(图3)。在第二代糖肽类抗生素中，dalbavancin的活性最强，尤其对敏感和耐药肺炎链球菌和金葡菌有更强的活力。但对VanA型肠球菌活力不高(表1)。 Dalbavancin与青霉素具有协同作用，药动学特点是也有较长的半衰期，静脉注射15mg/kg，血清中峰值可达312mg/L，半衰期为149h，药时曲线下面积更达到了27103mgh/L(表2)。由于它独特的药动学特点，在临床中可一周给药1次12。该产品由Vicuron公司开发进行，在临床上用于治疗复杂的皮肤/软组织感染(SSTI)与导尿管引起

16、的血液感染(CRBSI)，药物耐受性良好。 3.3Telavancin Telavancin(TD6424)是THRX689909(来源于Amycolatopsisorientalis)的衍生物，在万古糖胺上有疏水性侧链，在骨架上连接磷酸氨基(图4)。疏水侧链的长度决定了telavancin对MRSA和VanA型肠球菌的活力。Telavancin对MRSA、MRSE和VanA型肠球菌的活力均高于万古霉素和替考拉宁，在第二代糖肽类抗生素中活力一般(表1)，但其作用机制有显著差别13。Telavancin对金葡菌、肺炎链球菌以及VanA 型金葡菌或肠球菌的杀菌活力提高是通过干扰脂合成，同时使细胞膜

17、破裂，破坏细菌细胞膜的完整性。与oritavancin相比没有直接的数据表明telavancin增加了与细胞壁前体的结合或直接抑制糖基转移酶的合成。 结构中极性基团的取代，改善了药物在体内的分配，缩短了半衰期，但仍比万古霉素长，临床上用药可一日1次(表2)。Telavancin的药动学特点包括有较长的抗生素后效应，抗菌活力为浓度依赖型14。Telavancin由Theravance公司研究开发，在临床上用于治疗革兰阳性菌引起的CSSI以及医院获得性肺炎。 4第二代糖肽类抗生素的临床研究 4.1Oritavancin InterMune公司的资料显示，在一项纳入517例革兰阳性菌引起的CSSI患

18、者的期双盲临床研究中，比较了oritavancin与万古霉素/头孢氨苄组治疗方案的疗效差异，本品静注剂量为1.5和3.0mg/kg，连用37d，结果显示高剂量组的临床治疗成功率为63%，达到治愈或改善的时间为5.5d；相同标准治疗组分别为65%和11.9d。另一项纳入1267例患者的期临床研究，比较本品与万古霉素的安全性和疗效。表2糖肽类抗生素人体药动学及药效学参数cmax：血清中最大浓度(峰值)；Vd：表观分布容积；AUC：药时曲线下面积。本品静注剂量为200mg，一日2次，连用37d，之后使用安慰剂；万古霉素组静注一日2次，连用37d，之后口服头孢氨苄，总疗程1014d。感染痊愈和细菌学清

19、除率均达到研究目的。本品治疗5.3d的疗效与万古霉素/头孢氨苄组治疗10.9d相当，且安全性显著改善，不良反应较少。本品与万古霉素/头孢氨苄组临床治愈率分别为78.6%和76.2%。 Oritavancin如今处于期临床，它对革兰阳性菌引起的CSSI有潜在用途，由于FDA要求进行一项附加临床安全性研究，该公司推迟了它的新药上市申请(NDA)。FDA的这项要求是在两项小规模临床试验观察到出现不良事件，主要是静脉炎和皮疹之后提出的。现在正补充其临床安全性报告并递交NDA15。 4.2Dalbavancin 据来自Vicuron公司的报道，一项随机、双盲、对照的期临床研究，完成研究的1580例患者，

20、其中854例为复杂性的SSTI患者。d1静脉滴注本品1000mg，d8再滴注500mg。使用许可剂量的利奈唑胺治疗14d，结果两组所有可评价患者的有效率分别为88.9%和91.2%，而意向治疗(intenttotreat，ITT)分析分别为76.5%和82.7%。第二项随机、双盲、对照研究，共纳入565例非复杂性SSTI患者，本品治疗方案为d1静脉滴注1000mg，d8再静脉滴注本品500mg。头孢唑林/头孢氨苄组为静脉滴注头孢唑林，之后口服头孢氨苄，两组有效率均为89.1%。ITT分析表明，本品有效率为76.0%，头孢唑林/头孢氨苄组为75.8%。第三项随机、开放、多中心的期临床研究共纳入1

21、56例由MRSA引起的复杂或非复杂性SSTI患者，在d1和d8静脉滴注本品，万古霉素组静注一日2次，连续治疗14d。实验结果显示，在可评价患者中，本品组的有效率为89.9%，万古霉素组为86.7%，ITT分析表明分别为86.0%和65.3%。所有三项期临床研究均达到首要和次要目的，且耐受性良好。 2004年12月Vicuron公司正式向FDA递交治疗SSTI的上市申请(NDA)，并将寻求优先审查，同期，治疗CRBSI的II期临床正在进行中。 4.3Telavancin 据来自Theravance公司的报道，在一项多国进行的双盲、对照、多中心的期临床研究中，针对CSSI和医院获得性肺炎，对照万古

22、霉素确定了其安全性与疗效。另一项在南非、美国进行的随机、双盲的II期临床研究(FAST2)共纳入201例CSSI患者，本品静注剂量10mg/kg，一日1次或2次，临床治愈率为96.1%；标准治疗万古霉素一日2次或葡萄球菌青霉素耐药株感染一日4次，临床治愈率为93.5%。针对患者感染的MRSA，telavancin的细菌学清除率为92.3%，相应的标准治疗为68.4%。所有治疗组的不良反应类似。在II期临床(FAST)中，telavancin7.5mg/kg的剂量较为安全并有良好的耐受性。 Telavancin现已处于治疗由革兰阳性细菌引起的CSSI和医院获得性肺炎的致病菌MRSA的期临床。 5

23、结语 由于第二代糖肽类抗生素具有显著的药效学及药动学特性，在临床上较之第一代糖肽类抗生素有其独特性，应用前景非常可观；不同于第一代糖肽类抗生素的作用机制，意味着交叉耐药会有改善；半衰期都较万古霉素长，使临床上剂量方案得到改善(尤其是dalbavancin，一周给药1次)，可有效降低医疗成本支出。 【参考文献】 1McCormickMH,McguireJM,PittengerGE,etal.Vancomycin,anewantibiotic,I.ChemicalandbiologicpropertiesJ.AntibiotAnnu,19551956,3:606 2PootoolalJ,NeuJ,WrightGD.GlycopeptideantibioticsresistanceJ.AnnuRevPharmacolToxicol,2002,42:381 3HanYX,SunX,YangHJ.ThemechanismsofresistanceinvancomycinresistantEnterococcusJ.HebeiMedJ(河北医药),2004,26(8):672 4SmithTL,PearsonML,WilcoxKR,etal.EmergenceofvancomycinresistanceinStaphylococcusaureus,g