1、第六讲 新的抗菌药物的筛选研究策略胡海峰本讲内容n几类主要抗菌药物的简介n细菌等病原微生物对抗菌药物的耐药机制n新的抗菌药物的筛选、研究策略一.几类主要抗菌药物的简介n内酰胺类n氨基糖苷类n大环内酯类n安莎类n喹诺酮类n恶唑烷酮类内酰胺类n定义：分子内含有内酰胺结构的抗生素n机制：与青霉素结合蛋白结合，抑制细胞壁合成n结构：青霉烷衍生物发展到氧青霉烷、青霉烯、碳青霉烯、头孢烯、氧头孢烯、碳头孢烯和单环内酰胺n来源：真菌、放线菌和细菌，半合成和全合成n分类：青霉素类、头孢菌素类、碳青霉烯类、青霉烯类、单环内酰胺类、内酰胺酶抑制剂单环内酰胺青霉烷氧青霉烷碳青霉烷青霉烯氧青霉烯碳青霉烯头孢烯氧头孢烯
2、碳头孢烯内酰胺类抗生素的结构类型青霉素及其衍生物头孢菌素C及其衍生物进展n1983年至2019年共上市了40个-内酰胺抗生素。n青霉烷类中，除了阿扑西林（aspoxicillin）和替莫西林（temocillin）外基本上没有新品种。n头孢菌素80年代中期至90年代中期则是发展的旺盛时期，共发展了约25个品种。80年代中至2019年，n非典型的-内酰胺抗生素进展较快，上市和研究开发有希望的品种据统计有30余个，是个很有希望的开发类别，以碳青霉烯类、青霉烯类以及-内酰胺酶抑制剂等进展较大。NSNHCOOHHOHOHCONMe2CH3MeropenemNSCH2CH2NHCOOHHHOOHNHIm
3、ipenemNSNNOHHCH3COHHOO-CH3NBiapenemNSOOHOHCHHOOHCH3HFaropenem碳青霉烯类抗生素Peptidoglycan synthetic pathway in E.coli with known inhibitors indicated.氨基糖苷类由氨基环醇（aminocyclitol)、氨基糖（aminosuger)与糖组成的抗生素氨基糖苷类简介n产生菌：链霉菌、小单孢菌和细菌n物性：分子中多个氨基和羟基，碱性，水溶性好，比较稳定；n数量：已经发现一百多种，衍生物几十种；n代表：链霉素（1944），新霉素，庆大霉素，大观霉素等。链霉胍链霉糖N甲
4、基L葡萄糖胺作用机制作用于核糖体的16S亚基，抑制或干扰蛋白质的合成大环内酯类(Macrolide)分子中含有大内酯环的抗生素（十二元环，十四元环，十六元环等）大环内酯类(Macrolide)特点抗菌谱窄，比青霉素略广，主要作用于需氧革兰阳性菌和阴性球菌、厌氧菌，以及军团菌、胎儿弯曲菌、衣原体和支原体等；细菌对本类各药间有不完全交叉耐药性；在碱性环境中抗菌活性较强，治疗尿路感染时常需碱化尿液；口服后不耐酸，酯化衍生物可增加口服吸收；血药浓度低，组织中浓度相对较高，痰、皮下组织及胆汁中明显超过血药浓度；不易透过血脑屏障；主要经胆汁排泄，进行肝肠循环；毒性低微。口服后的主要副作用为胃肠道反应，静脉
5、注射易引起血栓性静脉炎。氨基苷类氨基苷类氨基苷类四环素类大环内酯类氯霉素类林可霉素类抑抑制制细细菌菌蛋蛋白白质质合合成成抑抑制制细细菌菌蛋蛋白白质质合合成成红霉素A（Erythromycin）及其衍生物Erythromycin Clarithromycin Biaxin Azithromycin Zithromax Spiramycin Provamicina,Rovamycina,Spiramycine,.Dirithromycin Dynabac converted to the active Erythromycyclamine 作用机制nErythromycin prevents ba
6、cteria from growing,by interfering with their protein synthesis.Erythromycin binds to the subunit 50S of the bacterial ribosome,and thus inhibits the translocation of peptides.The structure of telithromycinHoechst-Marion-Roussel(later Aventis)started phase II/III trials of telithromycin(HMR-3647)in
7、2019.Telithromycin was approved by the European Commission in July 2019 and subsequently came on sale in October 2019.In USA,telithromycin gained FDA approval April 1,2019.Telithromycin interfering with their protein synthesis.Binds to the subunit 50S of the bacterial ribosome,and thus inhibits the
8、translocation of peptides.Telithromycin has over 10 times higher affinity to the subunit 50S than erythromycin.In addition,telithromycin binds simultaneously in to two domains of 23S RNA of the ribosomal subunit 50S,where older macrolides bind only in one.进展n继红霉素(Erythromycin)后，相继开发了麦迪霉素(Midecamycin
9、)、柱晶白霉素(LeucomyCin)、乙酰螺旋霉素(Acetylspiramycin)，交沙霉毒(Josamycin)等，但由于这些药物对胃酸不稳定，口服吸收不完全，剂量大时消化道反应多，且对嗜血流感杆菌作用差。八十年代以后，大环内脂类(Macr01ide)新品种不断开发与应用，目前已用于临床的有克拉霉素(C1arithromycin)，罗红霉素(Roxithromycin)、阿齐红霉素(Azithromycin)、地红霉素(Di6thromvcin)、氟红霉素(F1urithromycin)、罗他霉素(Rokifamycin)、美欧卡霉素(MiocamYcin)安莎类抗生素一个脂肪链连接于
10、芳香环的两个不相连原子间的化合物（利福霉素和曲张菌素）抑制：依赖DNA的RNA聚会酶利福平利福平 (甲哌利福霉素）甲哌利福霉素）对结核杆菌具有高质的抗菌活性，对葡萄球菌、链球菌、肺炎双球菌、脑膜炎球菌、肠杆菌属、麻风杆菌，天花病毒、沙眼衣原体均有抑制作用，结核杆菌对本品易产生耐药性，但与其他抗结核药合用可加强作用并延迟耐药菌的产生。本品可与RNA聚合酶的B亚基结合，从而阻碍核糖核酸的合成，以起抑菌作用安莎类抗生素利福平n喹诺酮类喹诺酮类（qunolones）抗菌药是指人工合成的含有4-喹酮母核的一类抗菌药物，其中氟喹诺酮（fluoroquinolone）已逐渐成为该类药物的主流抗菌机理：DNA
11、促旋酶和拓扑异构酶都是细菌生长所必须的酶，其中任一种酶受到抑制都将使细胞生长被抑制，最终导致细胞死亡。喹诺酮类正是结合并阻断这两种酶的使DNA断裂与再连接功能，致使DNA复制受阻，最后导致DNA复制受阻，DNA降解及菌体死亡。例如：DNA促旋酶的A亚基多肽链上有875个氨基酸，它的作用是使双股的DNA打开，并在122位上用酪氨酸重新连结断裂的DNA，形成了暂时的磷酸一酪氨酸连结体。喹诺酮类便能够紧密结合A亚基，通过氢键、亲脂力和范德华力插入到酶-DNA袋状结构中，阻断酶的功能。n喹诺酮类作用机制发展n第一代（20世纪60年代初）：萘啶酸、恶喹酸、吡咯酸；n第二代（20世纪60年代末至70年代末
12、）；奥索利酸、西诺沙星、吡哌酸、吡咯米酸；n第三代（20世纪80年代以后）：按照药物中所含氟基团的数量可分三类：（1）单氟化物：诺氟沙星（氟哌酸）、环丙沙星、依诺沙星、氧氟沙星、氨氟沙星、enrofloxacin、培氟沙星、芦氟沙星、左氧氟沙星；（2）双氟化物：洛美沙星、MF961、PD11759622；（3）三氟化物：氟罗沙星、托氟沙星。恶唑烷酮类（Oxazocidiones）利奈唑烷Linezolid 由 Pharmacia&Upjohn 公司研制的一种氟恶唑烷酮类抗菌药，用于治疗皮肤和软组织感染。2000年4月首次在美国上市。該藥比其它產品在蛋白質合成的較早階段起作用，具有較少的交叉扺抗
13、力，它可作為較多需要的產品，特別是用於對付難以治療的G(+)感染，對G(-)菌無抗菌作用。對G(+)菌殺菌效果頗佳，效果較萬古黴素好，瑞典和美國的P&U 聯合藥物集團也在加緊研製該藥。利奈唑烷(Linezolid,或稱Zyvox)二、细菌等病原微生物对抗菌药物的耐药机制耐药n细菌耐药（antibiotic resistance）：（1）自然耐药（natural resistance），细菌通过代谢产物来杀害其它细菌，是细菌的本能。（2）获得性耐药（acquire resistance），是长期抗生素使用不当引起的，包括基因突变垂直途径（vertical）；基因改变水平途径（horizontal
14、），通过质粒（plasmids）来传播耐药性。Antibiotic resistanceIncrease in antibiotic resuistance抗性机制耐药机制分类n产生分解酶和钝化酶n作用靶点的改变n细胞膜通透性改变n外膜微孔蛋白的缺少n多重耐药耐药机制耐药扩散耐药扩散产生分解酶和钝化酶n内酰胺酶（水解内酰胺环）n氨基糖苷类抗生素钝化酶（O磷酸转移酶，O腺苷转移酶，N乙酰转移酶）n氯霉素乙酰转移酶内酰胺酶作用机制内酰胺酶内酰胺类抗生素的耐药氨基糖苷抗生素在临床上容易产生耐药菌。其原因之一是细菌产生的磷酸转移酶、腺苷转移酶和乙酰转化酶分别作用于氨基糖的3、2”、3”、5”OH基使其
15、磷酸化，6、4、2”、3”C-NH2基使其腺苷化，及3、2、6C-OH乙酰化使其失活。氨基糖苷类抗生素钝化酶n氨基糖苷类耐药Fig.(2).Kanamycin can be modified by three distinct enzymatic activities,leading to its inactivation:N-acetylation,O-phosphorylation,and O-adenylation(adapted from Walsh,2000).钝化酶钝化卡那霉素An氯霉素耐药n耐药对策三、新的抗菌药物的筛选、研究策略1、青霉素结合蛋白（）筛选体系n青霉素结合蛋白（）
16、变异导致铜绿假单胞菌对碳青霉烯类抗生素耐药，这种耐药机制相对罕见。nMRSA（methicillin-resistant Staphylococcus aureus)nMRSA可产生一种特殊的青霉素结合蛋白变体，它不容易与甲氧西林结合，在细菌中的其他青霉素结合蛋白都因为与甲氧西林结合而失活后，这种蛋白变体可替代它们完成细胞壁合成的功能，从而产生抗药性。筛选主要方向是：(1)增加对青霉素结合蛋白的亲合力，可提高抗菌活性和扩展抗菌谱；筛选方法：直接分离MRSA病原菌或青霉素结合蛋白（：penicillin binding protein）变异导致铜绿假单胞菌为试验菌；应用分子克隆方法表达出变异的P
17、BPs，建立亲和力检测模型。青霉素结合蛋白（）2、内酰胺酶抑制剂的筛选体系n按Richmond-Sykes的分类，G+杆菌产生的-内酰胺酶分别由质粒介导和染色体介导，前者包括TEM(class)、OXA和PSE(class)；后者包括头孢菌素酶(class)、青霉素酶(class)和广谱酶(class)。上述每一种酶可以有达数百种亚型。常见-内酰胺酶检查结果见表3。n表3医院感染常见致病菌的-内酰胺酶检查结果 致病菌 株数 产酶率（%）致病菌 株数 产酶率（%）大肠杆菌 451 85 沙雷菌属 47 89 克雷伯菌属 418 93 铜绿假单胞菌 345 98 不动杆菌属 285 95 肠杆菌属
18、 268 88 金葡球菌MSSA 75 90 金黄色葡萄球菌MRSA 184 100 阴性葡萄球菌MSCoN 71 85 阴性葡萄球菌MRCoN 153 100 其他假单胞菌 53 98 肠球菌属 165 0 筛选与成果n目前临床常用的-内酰胺酶抑制剂均为青霉烷类，克拉维酸(Clavulanic acid)属氧青霉烷类，舒巴坦(Sulbactam)和他唑巴坦(Tazobactam)属青霉烷砜类，未上市的包括溴巴坦(Brobactam)和BRL-42715等。n筛选方法：耐药菌株平板法，酶反应系统法，敏感与耐药突变株法，颜色变化法等超敏感菌株筛选体系nSorbistin具有独特的化学结构、属于非
19、氨基环醇类抗生素，筛选其超敏感菌株，建立耐药菌与超敏感菌株同时筛选的模型，筛选新的氨基糖苷类抗生素，特别是抗耐药的新抗生素。n例如应用这个筛选系统筛选20000个土壤菌株，发现10个菌株产生丁苷菌素、BMY26251（新抗）、卷曲霉素等抗生素。微生物基因组与新作用靶位n微生物基因组已完成122122种(株)微生物全基因组分析析，17种微生物全基因组在注释，100100多种(株)微生物全基因组在测序；n微生物基因组发现：新的致病因子与机理如受体配体、黏附因子、体外与体内微生物繁殖与代谢、细菌染色体、质粒中的新致病因子、新耐药机制等。结核分支杆菌新的致病基因与药物作用靶点：1 异枸橼酸盐分解酶(i
20、cl)与在小鼠中持续有关 2 pceA(环己烷合成酶)是生成分枝菌酸的关键酶绿脓杆菌(6.3 Mb)(6.3 Mb)1 具有最高比例的调控基因，有多的分解代谢；2 转移物质的酶，有4个潜在的趋向系统，与在外界生存，利用外界物质有关。阐述耐药的机理也可能发现新的药物靶点。新作用靶位蛋白质合成过程中的靶位细胞壁与细胞膜中的靶位补充部分生物武器n类别：国际上公认的生物战剂有30余种，可以分类：细菌、病毒、立克次体、衣原体、真菌和毒素等。n细菌：炭疽、霍乱、鼠疫、土拉菌热、布鲁菌病、结核菌等；n病毒：天花、委内瑞拉马脑炎、病毒性出血热等；n立克次体：Q热、伤寒；n毒素：肉毒毒素、葡萄球菌肠毒素B、石房蛤毒素、霉菌毒素。生物武器特点n面积效应大n危害时间长n具有传染性n具有生物专一性n渗透性n难以防护n生产容易、成本低廉、具有自我增殖能力本讲完毕再见！诸位同学
