改造结构降低耐药——恶唑烷酮类抗菌药研究进展概述

来源：

近年来，各类抗生素和抗菌药的耐药菌发展迅速，已严重威胁着感染性疾病患者的生命健康。例如：耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）、耐甲氧西林表皮葡萄球菌（MRSE）、耐青霉素肺炎链球菌（PRSP）、多重耐药性结核杆菌，尤其是耐万古霉素肠球菌（VRE）的出现，给临床治疗造成了困难。因此，探索新的抗耐药性的革兰氏阳性菌的药物已成为国内外医药界的研究热点。口恶唑烷酮类抗菌药是继磺胺类和氟喹诺酮类后的一类新型化学全合成抗菌药，具有抑制多重耐药革兰氏阳性菌的作用。
1978年，美国杜邦公司报道了S-6123对细菌和真菌有活性后，又发现DUP105和DUP721对金黄色葡萄球菌等革兰氏阳性菌有活性。1995年，美国Pharmacia＆Upjohn公司以DUP721为先导化合物合成了依哌唑胺(Eperzolid)与利奈唑酮(linezolid)，两者对革兰氏阳性菌具有和万古霉素相似的抗菌活性。
利奈唑酮2000年4月在美国上市，主要用于治疗由耐药革兰氏阳性菌引起的感染性疾病。该药对骨骼、肺部、脑脊液等的渗透性和组织浓度的药动学特征良好，也可用于外科感染性疾病的治疗。临床前研究时，曾认为不太可能发生利奈唑酮耐药。然而上市不到两年，已有报道分离出耐利奈唑酮的葡萄球菌。而后临床上又发现数株耐药肠球菌。体外试验提示，本类药物耐药突变株有可能通过改变核糖体的结合位点而产生耐药性。因此人们对口恶唑烷酮类化合物进行了大量结构修饰或改造，期待获得更具应用前景的抗菌药物。
■以口恶唑烷酮类结构为基础的改造
长期以来，研究的热点主要集中在C-5位侧链和芳基-4’位的修饰。在文献有关药物构效关系研究的基础上，国内研究人员郝金恒等保留了口恶唑烷酮母环，对环上3-位和5-位取代基进行了改造，在3-位引入了3-氟-4-(2-甲基噻唑-4-基)苯基，在5-位亚甲基上引入含硫取代基团及酰胺基团，合成了10个目标化合物，以期通过取代基的变化发现具有潜在抗菌活性的新化合物，并进一步探索构效关系。体外试验结果显示：化合物Ⅱa的体外抗菌活性与利奈唑酮相当，化合物Ⅱb-d均表现出一定的抗菌活性。
利奈唑酮及类似物的结构特点是口恶唑烷酮5-位连接乙酰胺甲基，3-位取代苯的4’-位带有饱和的环状脂肪胺基(如吗啉基)，该基团通过N原子与苯环相连。但杜邦公司早期研究表明，N原子与苯环4’位相连可能不是保持抗菌活性的必要因素。国内研究人员李荣坡等在N原子与苯环4'-位之间插入亚甲基，设计并合成了51个未见报道的新型口恶唑烷酮衍生物：(S)-5-乙酰胺甲基-3-[(4-取代胺甲基)苯基]-2-口恶唑烷酮(IXa1-IXa22)和(S)-5-乙酰胺甲基-3-[3-氟-4-(取代胺甲基)苯基]-2-口恶唑烷酮(Ixbl-IXb29)。体外抗菌实验结果表明，它们对革兰氏阳性菌有一定的活性，但插入亚甲基不能提高化合物的抗菌活性。
缩氨基(硫)脲类化合物是一类具有广泛生物活性的物质，具有抗细菌、抗真菌、抗结核、抗病毒等生物活性。天津药物研究院刘登科等研究人员在口恶唑烷酮环5-位亚甲基上引入缩氨基脲和缩氨基硫脲基团，苯环4-位上是吗啉、哌啶和哌嗪等，设计合成了14个目标化合物。通过体外抑菌实验发现，该类化合物对表皮葡萄球菌、金黄色葡萄球菌、肺炎链球菌等有抑制作用，对大肠杆菌、绿脓杆菌等未见抑制作用，提示本类结构的化合物具有抗革兰氏阳性菌的作用。
■用各种环等同体替换口恶唑烷酮环
早期的构效关系研究曾认为，口恶唑烷酮环是该类化合物的活性中心，是保持抗菌活性的必需基团。近几年，随着研究的深入，科学家们运用生物电子等排原理进行药物先导化合物结构优化，用各种环等同体替换口恶唑烷酮环，为进一步寻找新型抗菌药物提供先导结构。
国外研究人员用异口恶唑环替换口恶唑烷酮环，苯环4’-位连接有各种杂环和取代杂环，5-位侧链亚甲基氨基上连接有五元氮氧或五元氮硫杂环，共合成了35个新化合物。它们对金黄色葡萄球菌和链球菌都有较好抑制作用，最小抑菌浓度（MIC）均≤4微克/毫升，对卡他莫拉菌基本无效。
还有研究人员设计并合成了一系列苯基异口恶唑啉衍生物，这些化合物均表现出了与其相应的口恶唑烷酮类似物相当的抗菌活性，能有效对抗多种人类和兽类病原体。包括革兰氏阳性需氧菌，如多重耐药葡萄球菌和链球菌；也包括厌氧菌，如类杆菌和梭状芽孢杆菌等；还包括耐酸菌，如结核分杆菌和鸟分支杆菌等。其中哌嗪取代的衍生物显示出了特别令人期待的体外抗菌活性，并且其体内活性与利奈唑酮相当，对甲氧西林敏感的金黄色葡萄球菌和卡他莫拉菌的MIC分别是2微克/毫升和8微克/毫升。
此外，构效关系研究发现，当5-位取代基中羰基换为硫代羰基时，抑菌活性基本不变，甚至有可能更好。其代表化合物对金黄色葡萄球菌、链球菌的MIC值均<0.125微克/毫升，对肠球菌的MIC值为0.25微克/毫升。
研究表明，包含1,2,3-三唑及苯并三唑结构的化合物，具有广泛的生物活性。DrReddy'sLaboratories公司用1,2,3-三唑替换了口恶唑烷酮环，合成的三唑类衍生物同样获得了成功。它的代表性化合物对金黄色葡萄球菌的MIC值是0.5微克/毫升，小鼠保护模型的半数有效量（ED50）是3.2毫克/千克。不同于以往的是，这是一类非手性碳带有侧链的化合物。
阿斯特拉捷利康公司研发的二聚口恶唑烷酮结构，经体外试验证明具有广谱抗菌活性，包括抑制一些革兰氏阴性需氧菌，被称为“有潜力的生物药效基团”。其意义在于两个替代的口恶唑烷酮类药效基团可能同时或独自在1或2个结合位点结合。对流感嗜血杆菌和卡他莫拉菌的MIC值分别是2微克/毫升和0.5微克/毫升。
■复合体药物
将两个或三个不同作用机制和抗菌谱的化合物结合在一起，形成一个复合分子，也是对口恶唑烷酮类药物进行结构改造的一条途径，且它们的构效关系能够互相支持，发挥协同作用。目前已有此类化合物较成功的报道。Vicuron制药公司和Pharmacia&Upjohn公司共同合作开发了以依哌唑胺和环丙沙星为基础结构的化合物，两者的活性部位通过哌嗪或吡咯烷基结合在一起，所得到的化合物抑菌活性大都高于利奈唑酮或环丙沙星。其代表化合物对流感嗜血杆菌和卡他莫拉菌的MIC值分别是2微克/毫升和0.5微克/毫升。
Morphochem公司在这方面也进行了大量工作，其中包括氟喹诺酮-口恶唑烷酮类复合物的研究。代表化合物MCB-3837的临床试验从2005年下半年开始，它是一磷酸盐前体药。
随着临床上耐药菌株的不断增加，研制开发结构新颖、作用机制独特、安全性高以及抗菌谱广的新型抗菌剂，是一项既有经济价值又有社会意义的工作。以口恶唑烷酮类结构为基础，以环等同体替换以及形成复合体都为我们提供了新的结构优化思路，使得新型抗菌药的诞生大有希望。