截短側(cè)耳素類抗生素的研究進展

湯有志，遠立國，劉雅紅

（1．華南農(nóng)業(yè)大學(xué)獸醫(yī)學(xué)院 廣東省獸藥研制與安全評價重點實驗室，廣東 廣州510642；2．華南農(nóng)業(yè)大學(xué)獸醫(yī)學(xué)院，廣東 廣州510642）

截短側(cè)耳素（pleuromutilin，化合物1）是由擔子菌產(chǎn)生的一種三環(huán)二萜類獸用抗生素，對革蘭陽性菌和支原體有強抗菌活性［1］。自1950年發(fā)現(xiàn)以來，以截短側(cè)耳素為先導(dǎo)化合物，已成功開發(fā)出泰妙菌素（tiamulin，化合物2）和沃尼妙林（valnemulin，化合物3）［2］兩種動物專用半合成截短側(cè)耳素類抗生素。有鑒于此，本文就截短側(cè)耳素及其衍生物的研究進展做一簡要綜述，以期為新的動物專用半合成截短側(cè)耳素類抗生素的研發(fā)提供參考。

圖1 截短側(cè)耳素、泰妙菌素及沃尼妙林的結(jié)構(gòu)式

1 截短側(cè)耳素及其衍生物的抗菌機制

1974年，Hogenauer等即對截短側(cè)耳素及其衍生物的抗菌機制進行過研究，結(jié)果表明，截短側(cè)耳素類化合物能與細菌的原核核糖體結(jié)合，進而選擇性抑制細菌的蛋白質(zhì)合成［3］。后期Schluenzen等［4］的研究表明，截短側(cè)耳素類化合物的三環(huán)骨架是該類化合物發(fā)揮抑菌作用的關(guān)鍵因素。

2007年，Davidovich等［5］發(fā)現(xiàn)，不僅截短側(cè)耳素分子中的C21位羰基能與核糖體上G2061相互作用，而且分子中的C14側(cè)鏈還能伸入核糖體中的疏水部分。在此基礎(chǔ)上，他們提出截短側(cè)耳素類化合物與細菌核糖體50s亞基之間的誘導(dǎo)契合作用，能使50s亞基發(fā)生重排，進而封閉截短側(cè)耳素類化合物伸入核糖體內(nèi)疏水部分的C14側(cè)鏈，增強該類化合物與50s亞基的結(jié)合［5］。后續(xù)的研究表明，分子中的C14側(cè)鏈也能影響截短側(cè)耳素類化合物的抗菌活性［6］。

圖2 泰妙菌素與核糖體50s亞基形成復(fù)合物晶體結(jié)構(gòu)示意圖［4］

這一現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，對于新型抗菌藥物的研發(fā)顯得尤為重要。有研究表明，通過改變截短側(cè)耳素類化合物C14側(cè)鏈基團，增強其與肽轉(zhuǎn)移酶的相互作用，有望得到具有優(yōu)異抗菌活性的化合物［7］。隨著對截短側(cè)耳素類化合物抗菌機制的深入研究，結(jié)合現(xiàn)有該類化合物的研究數(shù)據(jù)及現(xiàn)代藥物設(shè)計技術(shù)，相信在不久的將來，更多的截短側(cè)耳素類動物專用抗生素會陸續(xù)出現(xiàn)。而對現(xiàn)有抗生素抗菌機制的深入研究，以及計算機模擬現(xiàn)代藥物分子設(shè)計等技術(shù)在獸藥研發(fā)中的應(yīng)用，也會為動物專用抗生素的研發(fā)工作提供新的思路與方法。

2 截短側(cè)耳素及其衍生物的構(gòu)效關(guān)系

盡管截短側(cè)耳素類化合物具有良好的抗菌活性，但該類化合物水溶性差、半衰期短等問題長期制約著該類藥物在臨床上的開發(fā)利用，因而藥物研發(fā)人員一直嘗試根據(jù)其代謝特性、針對其代謝位點，對該類化合物母核進行修飾，以期能得到水溶性增強、代謝穩(wěn)定且具有優(yōu)異抗菌活性的截短側(cè)耳素類衍生物。迄今為止對于截短側(cè)耳素類化合物的結(jié)構(gòu)修飾位點包括C3位羰基、C11位羥基、C12位乙烯基、三環(huán)母核、C2位、C6位、C8位及C14位側(cè)鏈。

1976年，Sandoz研究所的Egger等人對截短側(cè)耳素衍生物進行過初步的構(gòu)效關(guān)系研究［8］，發(fā)現(xiàn)截短側(cè)耳素三環(huán)母核中五元環(huán)上C3位羰基及八元環(huán)上C11位羥基為該類化合物抗菌活性的必需基團，而C14側(cè)鏈的改變則能很好的改善該類化合物的抗菌活性及溶解性。Springer等人則發(fā)現(xiàn)，將截短側(cè)耳素三環(huán)母核中的五元環(huán)進行適當結(jié)構(gòu)修飾后能得到活性較好的化合物（如化合物5）；而將母核中的八元環(huán)改造為七元環(huán)后，則會使所得的絕大多數(shù)化合物抗菌活性顯著下降，僅少數(shù)化合物（如化合物6）具有較好抗菌活性［9］。

圖3 retapamulin及兩種截短側(cè)耳素衍生物的結(jié)構(gòu)式

對截短側(cè)耳素類化合物進行的最多，也最為成功的當屬對其三環(huán)母核上C14位酯基側(cè)鏈的結(jié)構(gòu)修飾。目前為止，成功上市的3種截短側(cè)耳素類抗生素均為改造截短側(cè)耳素C14酯基側(cè)鏈而得到。

3 已上市的截短側(cè)耳素類衍生物

3．1 泰妙菌素 泰妙菌素是第一個上市的截短側(cè)耳素類抗生素［10］，該化合物的水溶性和抑菌活性均有較大提高，具有毒性小、蓄積性弱、耐受性好等優(yōu)點，是目前市場上常用的獸用抗菌藥之一，對豬、禽類的支原體病、豬痢疾、雞的葡萄球菌滑膜炎有良好療效。Hampson等人［11］發(fā)現(xiàn)，泰妙菌素以25mg／kg體重的劑量連續(xù)給藥5d以上，對種雞和蛋雞的家禽腸道螺旋體病有很好的療效。Burch等人［12］的研究則表明泰妙菌素僅需以12．5mg／kg體重的劑量連續(xù)給藥3d，即能改善多毛結(jié)腸螺旋體感染蛋雞的臨床癥狀。盡管上述研究結(jié)果在數(shù)據(jù)上略有出入，但無一例外證實了泰妙菌素對禽支原體病的良好療效。

3．2 沃尼妙林 沃尼妙林是動物專用第二代截短側(cè)耳素類抗生素，由Sandoz研究所在1984年以截短側(cè)耳素為原料合成得到。沃尼妙林抗菌譜較廣，對多種霉形體、細菌及螺旋體均有良好的抗菌活性。1999年，鹽酸沃尼妙林被歐盟批準作為獸用處方藥，用于預(yù)防與治療由豬痢疾短螺旋體（Brachyspirahyodysenteriae）感染引起的豬痢疾及由肺炎支原體（Mycoplasmapneumoniae）感染引起的豬地方性肺炎，它也是歐盟批準的第一個獸用預(yù)混料［13］。2004年1月，沃尼妙林獲歐盟批準用于預(yù)防由結(jié)腸菌毛樣短螺旋體（Brachyspirapilosicoli）感染引起的豬結(jié)腸螺旋體病及治療由胞內(nèi)勞森菌（Lawsonia intracellularis）感染引起的豬增生性腸炎。

3．3 Retapamulin Retapamulin是第一個人用截短側(cè)耳素類抗生素［13］，由英國葛蘭素史克（Glaxo Smith Kline）公司開發(fā)，2007年4月通過美國FDA審批，用于膿皰癥的局部治療及皮膚感染后的外傷性病變繼發(fā)感染。Jones等［14］的研究表明，Retapamulin對目前臨床常用抗生素如苯唑西林、紅霉素、莫匹羅星等在內(nèi)的多種耐藥菌均具有良好的抗菌活性，此外，他們還發(fā)現(xiàn)Retapamulin與傳統(tǒng)的抗菌藥相比，更不易引起金黃色葡萄球菌的耐藥性。Gentry等［15］在此后的研究中發(fā)現(xiàn)，金黃色葡萄球菌必須連續(xù)發(fā)生三步基因突變才能對Retapamulin產(chǎn)生明顯的耐藥性。該研究結(jié)果進一步證實了Jones關(guān)于Retapamulin不易引起金葡菌耐藥的結(jié)論。

以上研究結(jié)果表明，截短側(cè)耳素類抗生素所獨有的抗菌機制，能使其區(qū)別于其他細菌蛋白質(zhì)合成抑制劑，也能使其對目前出現(xiàn)的耐藥菌產(chǎn)生良好的抑菌活性。因而，基于截短側(cè)耳素進行新型抗菌劑的設(shè)計與研發(fā)，可為日益嚴重的細菌耐藥性問題提供一種解決方案。

圖4 研發(fā)中的截短側(cè)耳素衍生物

4 展望

在細菌耐藥性日益嚴重的今天，尋找具有良好抑菌活性、獨特抗菌機制、不易與其他藥物產(chǎn)生交叉耐藥性、具有新結(jié)構(gòu)的化合物顯得尤為重要。Retapamulin的成功上市重新引起了藥物研發(fā)人員對截短側(cè)耳素類抗生素的關(guān)注。該類化合物抗菌機制的深入研究對于該類化合物的開發(fā)起著重要的指導(dǎo)作用?；谠擃惢衔锏目咕鷻C制，以截短側(cè)耳素為先導(dǎo)化合物，設(shè)計合成水溶性好、生物利用度高、抗菌活性優(yōu)異的目標化合物無疑是該類抗菌藥物研發(fā)的重點與難點。Nabriva therapeutics在截短側(cè)耳素類抗生素方面的研發(fā)工作進行的較為成功，該公司開發(fā)的BC－3205與BC－7013已進入一期臨床，此外該公司合成的化合物 BC－3004、BC－3080及BC－3291均具有較好的抗菌活性［6］。隨著對截短側(cè)耳素類化合物研究的不斷深入，更多活性強、生物利用度高的化合物會不斷出現(xiàn)。

［1］ Kavanagh F，Hervey A，Robbins W J．Antibiotic substances from Basidiomycetes．8．Pleurotus－Multilus（Fr．）Sacc．a(chǎn)nd Pleurotus－Passeckerianus Pilat［J］．Proc Natl Acad Sci USA，1951，37（9）：570－574．

［2］ Hannan P C T，Windsor H M，Ripley P H．In vitro susceptibilities of recent field isolates of Mycoplasma hyopneumoniae and Mycoplasma hyosynoviae to valnemulin（Econor），tiamu－lin and enrofloxacin and the in vitro development of resistance to certain antimicrobial agents in Mycoplasma hyopneumoniae［J］．Res Vet Sci，1997，63（2）：157－160．

［3］ Hodgin L A，Hogenauer G．The mode of action of pleuromutilin derivatives．Effect on cell－free polypeptide synthesis［J］．Eur J Biochem，1974，47（3）：527－533．

［4］ Schluenzen F，Pyetan E，F(xiàn)ucini P，etal．Inhibition of peptide bond formation by pleuromutilins：The structure of the 50Sribosomal subunit from Deinococcus radiodurans in complex with tiamulin［J］．Mol Microbiol，2004，54（5）：1287－1294．

［5］ Davidovich C，Bashan A，Auerbach－Nevo T，etal．Induced－fit tightens pleuromutilins binding to ribosomes and remote interactions enable their selectivity［J］．Proc Natl Acad Sci USA，2007，104（11）：4291－4296．

［6］ Rodger N，M S D．The pleuromutilin antibiotics：a new class for human use［J］．Curr Opin Investig Drugs，2010，11（2）：182－191．

［7］ Long K S，Hansen L H，Jakobsen L，etal．Interaction of pleuromutilin derivatives with the ribosomal peptidyl transferase center［J］．Antimicrob Agents Ch，2006，50（4）：1458－1462．

［8］ Egger H，Reinshagen H．New Pleuromutilin Derivatives With Enhanced Antimicrobial Activity 2．Structure－Activity Correlations［J］．J Antibiot，1976，29（9）：923－927．

［9］ Springer D M，Goodrich J T，Luh B，etal．Antibacterial pleuromutilin derivatives based on alternate core structures：Arigoni and Birch chemistry revisited［J］．Lett Drug Des Discovery，2008，5（5）：327－331．

［10］Hunt E．Pleuromutilin antibiotics［J］．Drugs Future，2000，25（11）：1163－1168．

［11］Hampson D J，Oxberry S L，Stephens C P．Influence of infeed zinc bacitracin and tiamulin treatment on experimental avian intestinal spirochaetosis caused by Brachyspira intermedia［J］．Avian Pathol，2002，31（3）：285－291．

［12］Burch D，Harding C，Alvarez R，etal．Treatment of a field case of avian intestinal spirochaetosis caused by Brachyspira pilosicoli with tiamulin［J］．Avian Pathol，2006，35（3）：211－216．

［13］Hu C，Zou Y．Mutilins derivatives：from veterinary to humanused antibiotics［J］．Mini－Rev Med Chem，2009，9（12）：1397－1406．

［14］Jones R N，F(xiàn)ritsche T R，Sader H S，etal．Activity of retapamulin（SB－275833），a novel pleuromutilin，against selected resistant gram－positive cocci［J］．Antimicrob Agents Ch，2006，50（7）：2583－2586．

［15］Gentry D R，Rittenhouse S F，Mccloskey L，etal．Stepwise exposure of Staphylococcus aureus to pleuromutilins is associated with stepwise acquisition of mutations in rplC and minimally affects susceptibility to retapamulin［J］．Antimicrob Agents Ch，2007，51（6）：2048－2052．