第二章之喹诺类抗菌药_《兽医药理学》课件

1、三、喹诺酮类抗菌药为化学合成抗菌药，因其含有喹诺酮的基本结构而命名。从美国的Sterlingwinthrop研究所在1962年合成第一代产品萘哌酸以来，许多学者致力于开发研制本类药物。目前，国际学术界将喹诺酮类药物的发展分为4个阶段。来源第一代喹诺酮类药物以萘啶酸为代表，此外还包括恶喹酸、吡咯酸等品种，主要用于部分革兰氏阴性杆菌，对革兰氏阳性菌和绿脓杆菌无效。内服吸收差，不良反应严重，目前已经淘汰。第一阶段(19621969年)喹诺酮类药物于此阶段在其结构改造上有了很大突破，即在其喹啉环的第6位上用氟取代，故这类为数众多的药物又称氟喹诺酮类药物（FQS）。如诺氟沙星(氟哌酸)、氧氟沙星 、环丙

2、沙星 (环丙氟哌酸 )等。第三阶段(19781996年)第二代喹诺酮类药物以吡哌酸为代表，此外还包括吡咯米酸等品种，在抗菌谱和抗菌或性上比第一代产品 扩大和增强，对绿脓杆菌有活性但不高，革兰氏阳性菌仍然不敏感，内服可少量吸收，不良反应也明显减少，主要用于泌尿系统和肠道感染。第二阶段(19701977年)此阶段的喹诺酮类药物。如莫西沙星、巴洛沙星、格替沙星等。与前三代喹诺酮类药物相比，第四代喹诺酮类药物基本结构中的萘啶环被进行了各种修饰，并对其所含的氟基团加以改变，从而使其作用特点又有了改善。第四阶段(1997年至今)1、抗菌谱广，抗菌活性高，对G-菌包括绿脓杆菌均有较强的抗菌作用，对G+菌、支

3、原体、衣原体均有良好抗菌作用。2、对细胞组织穿透力强、易吸收，在体内分布广泛，血浆蛋白结合率低，血浆半衰期相对较长，对各组织系统的感染均有良好疗效，多数经尿排泄，尿中浓度高。3、细菌对其不易产生耐药性，与其它抗菌药无交叉耐药性。4、多数品种半衰期相对较长，给药次数少，便于使用。5、不良反应少，大多轻微。 作用特点结构特征 喹诺酮类药物的母核为4喹诺酮，在其1、5、6、7、8位引入不同的基团，即合成本类各种药物。 其分子结构的基本骨架均为氮 (杂 )双并环结构，即由 4-吡啶酮 -3 -羧酸与另一个六元环，按照骨架双并环结构中的两个组成环的不同，大致可将喹诺酮类药物分为吡啶并吡啶酮酸、嘧啶并吡啶

4、酮酸、噌啉酸和喹啉酸四大类。早期开发的喹诺酮类药物多属于吡啶并吡啶酮酸类 (如：萘啶酸)、嘧啶并吡啶酮酸类(如：吡啶酸和吡咯米酸 )和噌啉酸类(如：西诺沙星)，而近年来开发的多属于喹啉酸类。 喹诺酮类药物的基本结构分类N-1位取代基直接影响喹诺酮类药物的抗菌活性。 早期研究认为：N-1位取代基的最佳立体摩尔长度为 0.42nm ，近似于一个乙基的长度。如：萘啶酸、吡哌酸和氟哌酸即含有一个N-1位乙基 。从立体体积、电子供给和空间效应等方面综合考虑 ，环丙基取代N-1位，比乙基更有利，可进一步扩大抗菌谱和增强了抗菌活性（增强了衣原体和支原体的作用），典型代表如：环丙沙星，恩诺沙星和奥比沙星但环丙

5、基的细胞毒性较高。于上世纪末开发的N-1位上以顺式氟环丙基取代的西他沙星不仅降低了其对细胞的毒性 ，同时还大大增强了抗菌活性。此外，氟苯基也是目前N-1位上常见的取代基。N-1位2-位引入取代基会引起药物活性下降或消失，因为2-位靠近酶结合部位（即3-位），会干扰3-位羧基和4-位羰基的共平面，从而改变3-位羧基和4-位羰基的二面角数值，使药物活性降低，所以2-位多为H。 C-2位C-3位的羧基和C-4位的酮基被认为是喹诺酮类药物与其作用靶酶-细菌的DNA旋转酶相结合的必要部分，因此是其活性所必需的基团。有人用磺酸、醋酸等取代C-3位的羧基，结果导致喹诺酮类药物活性降低；而用其他基团取代C-4

6、位上的酮基，未能得到有活性的化合物。研究表明C-3位羧基和C-4位酮基的共平面性是喹诺酮类药物发挥药效的重要前提条件，因为羧基与酮基上的O及N-1位上的N的电荷密度与其生物活性具有一致性关系。当羧基与酮基间的二面角约大于20时，化合物即失去活性。C-3和C-4位在早期人们认为C-5位被取代会降低化合物的抗菌活性。研究证明，在此位置上适当的取代还是有益的。结果显示，C-5位上用氨基取代时，抑制革兰氏阳性及阴性菌的活性为最高。如：司帕沙星对革兰氏阳性菌厌氧菌、衣原体有作用，而对结核分枝杆菌的抗菌活性为最强。 5-氨基取代物的活性还与N-1位取代基有关。当N-1位上为 2 ，4-二氟苯基和乙基取代基

7、时，将导致其药物活性降低；当N-1位为环丙基时，则可改善药物对革兰氏阳性菌的抗菌活性。 此外5-氨基取代物的活性还与C-8位取代基有关。经比较发现，C-8位用氟取代，效果较好，如：司帕沙星。而正在开发研制中的HSR-903的C-8位上是用甲基取代，其抗革兰氏阳性菌和阴性菌的活性分别为环丙沙星的 864倍和26倍，且没有光毒性。C-5位在C-6位引入氟原子，不仅可增强该化合物的脂溶性及对细菌细胞壁的穿透力（1-70倍），而且还可提高该化合物与细菌组织之间的亲和力及与细菌DNA旋转酶之间的亲和力。所以，第三代喹诺酮类抗菌剂的C-6位几乎都被氟所取代。 但将-6位氟移至X-8位后，发现其抗菌活性几乎

8、没有变化。人们对C-6位非氟取代化合物及其活性进行了研究，发现 6-氨基取代物的抗菌活性并不弱于 6-氟取代物。C-6位C-7位的结构主要影响药物的药代动力学、抗菌谱及抗菌作用强度等；此外，还影响药物的亲水性及与药物神经毒性的强弱有关。第三代氟喹诺酮类药物的C-7位上几乎全部为哌嗪类似物，且均为离子型亲水化合物，抗菌活性也明显高于第一代和第二代喹诺酮类药物。 此后开发的氟喹诺酮类药物的C-7位上，绝大多数以各种氨基吡咯烷取代 ，其最大的优点是抗菌谱更广。如克林沙星几乎对临床上所有的致病菌均有良好的抗菌活性，它对金黄色葡萄球菌、链球菌等革兰氏阳性菌的抗菌活性是环丙沙星的16-32倍，比司帕沙星强

9、 2-4倍。C-7位8-位取代基主要影响抗菌谱和体内抗菌活性。 在8-位引入第二个氟原子，可显著提高抗G菌和G+菌的活性，如洛美沙星。当1-位和8-位连接成环，即三环喹诺酮，明显延长了药物的半衰期，如氧氟沙星和芦氟沙星。但与此同时，含此类结构的喹诺酮类药物的光毒性也在增强。引入烷氧基可降低光毒性，如8位引入甲氧基后与引入卤素原子相比，对抗G+、G-菌活性影响不大，但是光毒性却大为降低；引入乙氧基光毒性最低但是抗菌活性降低。此外5位取代也与光毒性有一定的关系。如司帕沙星，8位F取代，5位有氨基取代，在喹诺酮类药物中光毒性最大，小剂量即可引起光敏反应。X-8位 单胃动物和未反刍的犊牛口服吸收迅速而

10、完全，0.5-2h内血药浓度达到峰值，但成年反刍动物内服吸收差。肌肉注射本类药物能迅速完全的吸收。 本类药物在体内分布广泛，可进入组织细胞内，肺脏、乳腺组织中浓度较高，可透过胎盘屏障。在体内代谢复杂，常因药物种类和动物品种的不同有明显的差异。一般连续给药无蓄积作用，2-3天全部排出体外，多以原形随尿排出。药动学氟喹诺酮类药物为广谱杀菌药。对革兰氏阴性菌(如大肠杆菌、沙门氏菌、变形杆菌、肺炎杆菌、绿脓杆菌、巴氏杆菌)、革兰氏阳性菌(如链球菌、金葡菌、丹毒杆菌)、支原体和厌氧菌均有效。但对革兰氏阳性菌的作用不如革兰氏阴性菌，尤其是对革兰氏阳性球菌作用较差。本类药物的理想杀菌浓度为0.1-10ug/

11、ml，在较高浓度时杀菌效果降低。此外对链球菌、金葡菌、大肠杆菌绿脓杆菌等能产生PAE，一般可维持几个小时。抗菌作用需氧菌厌氧菌 G+球G+杆G-球 G-杆 葡萄球菌属：金黄色、表皮、腐生葡萄球菌链球菌属：肺炎球菌 丹毒、猩红热 1白喉杆菌；2炭疽杆菌奈瑟氏菌属：1淋球菌；2脑膜炎双球菌；3卡他莫拉菌除常见的两种G+杆外，其余杆菌多为G-杆, 如伤寒、鼠疫、痢疾、绿脓、大肠杆菌等1破伤风杆菌；2产气夹膜杆菌；3肉毒杆菌；4艰难杆菌；5放线菌喹诺酮类药物的作用机制主要是通过抑制DNA拓扑异构酶而抑制DNA的合成，从而发挥抗菌作用。细菌DNA拓朴异构酶有I、II、III、IV，分两大类，第一类有拓朴

12、异构酶I、III，主要参与DNA的松解，第二类包括拓朴异构酶II、IV，其中拓朴异构酶II又称DNA螺旋酶，参与DNA超螺旋的形成，拓朴异构酶IV则参与细菌子代染色质分配到子代细菌中。大量研究证实，喹诺酮类药物在细菌细胞内的作用靶位是第2类拓扑异构酶，即拓朴异构酶和拓扑异构酶IV，拓朴异构酶I和III对喹诺酮类药物不敏感。多数喹诺酮类药物对革兰氏阴性菌的作用机制是抑制拓朴异构酶，对许多革兰氏阳性菌是抑制拓朴异构酶。 抗菌机理拓朴异构酶为2个A亚基和2个B亚基组成的四聚体，催化依赖于ATP提供能量的DNA负超螺旋，在DNA复制和转录的起始阶段起重要作用。其中A亚基负责DNA断裂和重接；B亚基催化

13、ATP的水解。其具体过程是：拓朴异构酶与环状DNA结合产生正超螺旋，A亚基使DNA双链（后链）断裂形成缺口。于是前链移到缺口后，这一过程由B亚基介导，使ATP水解而完成。之后在A亚基参与下断裂的链再连接形成负超螺旋。（1）拓朴异构酶拓扑异构酶 IV为2个C亚基和2个E亚基组成的四聚体，在DNA复制后期姊妹染色体的分离过程中起重要作用。其中C亚基负责DNA的断裂和重接；E亚基催化ATP的水解。氟喹诺酮类药并不是直接与拓朴异构酶结合，而是与DNA双链中非配对碱基结合，抑制拓朴异构酶的A亚单位，使DNA超螺旋结构不能封口，从而影响DNA的复制而呈现迅速的杀菌作用。（2）拓扑异构酶 IVDNA螺旋酶D

14、NA螺旋酶ATPADP负超螺旋正超螺旋DNA螺旋酶对DNA负超螺旋形成模型图喹诺酮类抗菌药(-)(-)(+)(-)(-)(-)DNA螺旋酶DNA螺旋酶ATPADP负超螺旋正超螺旋DNA螺旋酶对DNA负超螺旋形成模型图喹诺酮类抗菌药(-)(-)(+)(-)(-)(-)不易产生耐药性,本类药物之间有交叉耐药性。产生机制主要是细菌细胞壁通透性发生改变，使进入细胞的药物减少或药物主动外排，而产生低浓度耐药；而由于DNA螺旋酶发生突变的产生的耐药相对很少。耐药性由于喹诺酮类药物结构的差异及细菌的菌属不同，作用的主要靶位点也不同。对于革兰氏阴性菌，A改变最常见; 其次是B。B突变促进A突变耐药性的产生，尚

15、无资料表明B突变作为独立的耐喹诺酮类的机制。对于革兰阳性菌，A改变通常只发生在C/E突变之后，只有在C/E突后，A的改变才能提高耐药性。1、喹诺酮类药物作用靶位的变异研究显示，细菌对药物的主动外排是导致菌体内药物浓度下降的主要机制，此机制单独作用即可导致细菌发生高水平耐药。所发现的与喹诺酮类耐药性有关的主动外排系统多为多重耐药泵。当较长时间受到环境中的作用底物诱导时，泵系统的基因被激活，表达增加，细菌外排药物的功能增强并发生耐药。对多重耐药泵基因的激活与调控过程尚未完全了解。可引起革兰阴性菌产生喹诺酮类耐药的多重外排泵，均由内膜转运蛋白和外膜膜孔蛋白经连接蛋白结合成一个横跨两膜的直接通道，将进

16、入内膜的药物直接排出菌体外。 2、主动外排增强由于喹诺酮类药物的作用靶点都存在于菌体内，因此药物必须进入菌体内才会发挥抗菌效力。药物到达靶位需经细胞外膜和胞质膜， 后者对于喹诺酮类不构成屏障，因其可通过简单扩散进入。革兰阴性菌的外膜是用来抵御外来毒物的有效屏障，某些细菌对抗菌药的固有耐药性即可由此来解释，这种屏障作用与外膜的膜孔蛋白和脂多糖(LPS)有关。外膜通透性下降导致对喹诺酮耐药目前仅见于革兰阴性菌，且使其MIC值提高相对较低，很多时候有其他抗菌药的交叉耐药，但交叉多不完全， 取决于药的亲(疏)水性。 3、外膜通透性下降软骨毒性：所有的FQS均能引起幼畜的软骨病，大剂量和长期使用本类药物

17、时成年动物也有相似的软骨毒性，但有种间差异，以犬和马较为敏感。消化系统毒性：FQS在治疗过程中出现呕吐、腹泻和消化不良是人类最常见的不良反应，对动物的胃肠道菌群的破坏，轻则影响饲料利用率，降低增重，严重时可导致一系列胃肠道反应。环丙沙星对禽类可引起严重的肝脏损害。神经毒性：FQS比第一、二代产品毒性低，但也有发生，动物表现为不安或神经症状，雏鸡中毒表现为尖叫、旋转，最后头颈和两肢强直、痉挛而亡；猫犬还可诱发癫痫。生殖毒性：药物之间有一定的差异，可引起精子畸变率增高，睾丸萎缩，胎儿死亡率增高。5、泌尿系统毒性：在剂量过大或动物饮水不足时易发生。不良反应一、协同1、氟喹诺酮类药物与杀菌性抗菌药(青

18、霉素类、氨基苷类)以及TMP在治疗特定细菌感染方面有协同作用，如环丙沙星+氨苄青霉素对金黄色葡萄球菌表现协同作用，而对大肠杆菌、沙门氏菌、巴氏杆菌均表现无相关作用；环丙沙星+TMP对金葡菌、链球菌、大肠杆菌、沙门氏菌有协同作用。与氨基糖苷类联用对大肠杆菌有协同作用，但应注意肾脏毒性。2、与四环素类药物可配伍使用，如氟哌酸与强力霉素的复方制剂可有效防治包括呼吸道在内的混合感染。3、林可霉素配伍，用于猪气喘病和其他细菌混合感染治疗。4、与磺胺类药物配伍应用，如环丙沙星与磺胺二甲嘧啶合用对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀灭作用有相加作用。联合用药二、拮抗、氟苯尼考、氯霉素和利福平对喹诺酮类药物有拮抗作用。同时使用可降低喹诺酮类药物的疗效。、喹诺酮类药物与嘌呤化合物如咖啡因、茶碱类等药物联合应用，可降低其消除率，增加这类药物不良反应，引起中枢神经系统过度兴奋。三、理化性质、含铝、钙、镁、铁等多价阳离子制剂，由于阳离子与喹诺酮类发生络合反应，若需要连用时，可先服用喹诺酮类，2h后再服用阳离子制剂。 、在中性或弱碱性环境中杀菌力最强，且不易产生抗药性；在偏酸性时抗菌作用最弱，因此不宜与酸性药物合用。恩诺沙星还应避免与四环素类、氯霉素、大环内酯类抗生素合用。环