杂合抗菌药物成研发新热点

作者：中国医药报 来源：中国医药报 2011-7-19 11:48:53

人类和致病细菌的斗争已有很长的历史,自20世纪以来,科学家相继开发出许多强有力的抗菌药物,如磺胺药物、青霉素药物、大环内酯类药物等,后来又开发出氟喹诺酮药物、头孢类药物等多种崭新结构的抗菌药物,从而在和致病细菌的斗争中占得上风。

但是自20世纪80年代起,致病细菌的耐药性问题逐渐显现出来,随着时间的不断推移,如今这一问题已发展成世界性的难题,特别是耐药的堡曼不动杆菌、超广谱β-内酰胺酶大肠埃希菌、耐万古霉素铜绿假单胞菌和屎肠球菌、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌、耐药曲霉等等,更是给当今人类的健康带来越来越严重的威胁。

令人遗憾的是,近来新药的开发似乎比耐药菌的发展要慢半拍,最近这些年来,全世界针对耐药菌的药物研发一直没有大的进展,近十来年中全球更是没有任何崭新结构类型的抗菌药物成功开发并上市投入使用。在21世纪,虽然分别有恶唑烷酮类和酯肽类药物投放市场,但是这些药物仍然不能满足当前快速扩大的抗耐药菌感染的临床需求。

目前,全世界正在研发以及进入临床研究阶段中的抗感染药物有几十种之多,但是这些抗感染药物大多数是在已知的化学结构基础上进行部分改造及修饰的药物,由于其作用机制和母体药物有相似性,即使将来开发出来,也很容易导致细菌耐药性的产生。因此,开发具有崭新作用机制的抗菌药物已成为当前医药界一个十分紧迫的任务。

在人类与耐药菌斗争的长期过程中,科学家们发现,原先的药物研发模式存在一定的弊端。以前人们开发抗菌药物往往着眼于单一靶点的化合物,即使有针对细菌新靶标的具有全新化学结构的新药出现,细菌也会很快产生针对新靶标的耐药机制,从而产生对这类化合物的耐药菌来。

针对耐药菌的这些特点,现在不少科学家将目光移向杂合药物这一理念,即在原有开发单靶点化合物的基础上,开始研发多靶点化合物以及具有双重作用的抗菌药物。最近,福建医科大学的王娇艳等人也撰文对此进行了详细阐述。如今,杂合抗菌药物已成为当前国际药物研发的新热点,并已取得了一定的进展和成果。

三种方式成为研发主要方向

人们对杂合药物的研发主要集中在三个方面:一是将作用于致病菌不同靶标的两种化合物按一定比例混合,两种药物各自发挥作用,这一方法称之为双药系统。双药系统是最早开发和应用于临床的药物,如20世纪80年代上市的按15比例联合应用的甲氧苄胺嘧啶/磺胺甲恶唑(TMP/SMX),这种剂量比例设置是为了达到药物吸收后使血液和组织中磺胺甲恶唑和甲氧苄胺嘧啶之比为201,以得到最大的抗菌效果。磺胺类药物是对氨基苯甲酸结合的竞争性抑制剂,甲氧苄胺嘧啶则可防止二氢叶酸盐还原为四氢叶酸盐,两种药物均能阻断细菌叶酸的代谢环,联合用药的效果要明显优于单用其中任何一种药物。

二是将作用机制不同的两类化学结构体通过能被特定酶水解的连接基团组合在一起成为药物,该药物在体内被酶水解后形成与不同靶标结合的药物,称为双重作用的前药。如1999年上市的抗感染药物达福普丁-奎奴普汀(商品名辛内吉),它是由70%的大环内酯类达福普丁(dalfopristin)和30%的环肽类奎奴普汀(quinupristin)所组成的复方冻干粉制剂。达福普丁和奎奴普汀为链阳性菌素A和B经过化学修饰分别得到的衍生物。辛内吉对细菌核糖体通过不可逆的阻断作用而抑制其蛋白质合成,其中,达福普丁与细菌核糖体50S亚基中的蛋白质L10L11紧密结合,从而改变了L10和L11的空间构型,这种构型可增强奎奴普汀对蛋白质L24的亲和力,形成稳定的奎奴普汀-核糖体-达福普丁三维空间复合物。这种协同作用使细菌肽链合成后不能输出而聚集在肽酰转移酶部位,最终导致菌体细胞内游离tRNA耗竭致使菌体细胞死亡。由于这种协同作用,达福普丁-奎奴普汀的抗菌活性要比单一组分高出100倍以上,使单一组分时的抑菌作用变为杀菌作用,也使细菌对达福普丁-奎奴普汀产生耐药性的几率大大降低。目前达福普丁-奎奴普汀主要用于由多重耐药的革兰氏阳性菌引起的严重感染。

达福普丁-奎奴普汀的成功开发对其他双重作用的抗菌药物的研制开发起到了积极的推动作用。现在,不少具有双重作用的药物前体正在实验室研究阶段中,有一些药物已进入了临床试验阶段。

三是杂合药物,即结合方式与双重作用的药物前体相似,但连接基团稳定,不被酶水解,分子中的两类化合物结构各自与不同的靶标结合,又被称为双重作用的药物,也称为杂合分子。杂合药物的研发十分复杂,人们对其的研究工作开展的也最晚,是近十多年的事。经过科学家们不懈的努力,现在,杂合药物的研发工作也取得了显著的进展,全世界有不少该类药物研发成功并进入到临床试验阶段。

研发已取得一定成果

罗氏公司是全世界最早开始研发杂合抗菌药物的公司,该公司的研究人员通过将两种已上市的药物或它们的衍生物经过化学合成形成杂合体,以此来扩大药物的抗菌谱、增强对耐药菌的有效性、改善药代动力学和减少副作用。由于喹诺酮类药物在化学合成方面容易操作,因此成为了研究人员合成杂合药物的首选药物。

罗氏公司最早开发的杂合抗菌药物是喹诺酮类药物与β-内酰胺类药物结合的杂合药物ro-23-9424。体外实验表明,ro-23-9424的抗菌谱较广,对喹诺酮类和头孢类药物的耐药菌均有效,特别是对铜绿假单胞菌有较强的作用。但是它的不足之处是半衰期较短,这可能是连接的酯键不够牢固的原因。目前,ro-23-9424已经进入了Ⅱ期临床试验阶段。

现在已开发成功并进入临床试验阶段的杂合抗菌药物还有不少,如:

由Cumber公司开发的杂合药物CBR-2092,是喹诺酮类与利福霉素类药物的杂合药物,对这两类药物的耐药菌均有很强的抑制能力,特别是对多重耐药葡萄球菌等产生的生物膜有特效,临床可用于治疗由导尿管和假肢等植入医疗器械引起的生物膜感染。现在该药已经进入Ⅱ期临床试验阶段。
由Theravance公司开发的TD-1792,是糖肽类与β-内酰胺类药物的杂合药物,在已经结束的Ⅰ期临床试验中,它表现出良好的耐受性和线性药代动力学关系,该药具有很强的杀菌作用,体外试验表明它对MRSA的杀菌能力大约是万古霉素的30倍,对MSSA的灭菌能力是苯唑西林的100倍。现在该药已经进入了Ⅱ期临床试验阶段。

由biovertis公司(原Morphochem公司)研发的oraquin(MCB3837),是喹诺酮类与恶唑烷酮类药物的杂合药物。2000年上市的恶唑烷酮类药物利奈唑胺(linezolid)是一类新型的抗菌药物,主要抑制细菌蛋白质合成的起始步骤,对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌、耐药表皮葡萄球菌及耐万古霉素肠球菌等多种耐药菌都有抑菌作用。但近来已在临床上分离出耐利奈唑胺金黄色葡萄球菌和肠球菌,因此研发对恶唑烷酮耐药菌有效的新药十分紧迫。经研究发现,恶唑烷酮类药物和喹诺酮药物的杂合药物oraquin(MCB3837)能够抑制细菌DNA的复制和蛋白质的合成,对恶唑烷酮和喹诺酮的耐药株以及对这两类药物的耐药株均有效。

此外,还有一些杂合抗菌药物正处于临床前研究阶段,如AU-FQ化合物259C。近来的科学研究发现,金黄色葡萄球菌等革兰氏阳性菌对抗生素的耐药机理与DNA聚合酶ⅢC有关,这是革兰氏阳性耐药菌复制DNA合成过程中所必需的酶。因此,DNA聚合酶ⅢC成为克服革兰氏阳性耐药菌的一个新的重要靶标。经研究,3-取代-6-苯胺尿嘧啶被证明是DNA聚合酶ⅢC的强效抑制剂,将这类化合物与作用于细菌拓扑异构酶的喹诺酮类药物连接成杂合分子,有可能开发出一类针对革兰氏阳性耐药菌的新药物。AU-FQ化合物259C就是不久前开发的杂合药物,目前正处于临床前研究阶段,它对18种临床上分离出的革兰氏阳性耐药菌均有一定的作用,在动物体内进行的实验也表明它具有良好的制剂稳定性、有效性、低毒性和药代动力学特性。

再如小檗碱和细菌外排泵抑制剂杂合药物。小檗碱是生物碱类的抗菌药物,经研究发现,金黄色葡萄球菌的NorA外排泵机理是该菌对小檗碱和环丙沙星等抗菌药产生耐药的主要原因,而2-芳烃-5-硝基-1H-吲哚类化合物是NorA外排泵的强抑制剂,这类化合物和小檗碱衍生物连接的杂合抗菌药物如259C,对金黄色葡萄球菌有着较强的抑制能力。

还有如Nostocarboline和环丙沙星连接成的杂合分子,Nostocarboline是由毒蓝藻产生的生物碱类植物毒素,将它与环丙沙星连接成杂合分子后,既保留了Nostocarboline的植物毒素活性,也保留了环丙沙星的抗菌活性,实验表明它对一些革兰氏阴性菌具有一定的抗菌活性。

“杂合”研究已扩展到其他领域

现在,人们不光研究开发杂合抗菌药物,还把研究领域扩展到其他领域,并取得了不少进展。如:

抗恶性疟原虫的杂合药物  近来的研究发现,杂合分子也可用于抗疟疾等药物。奎宁类和青蒿素是目前临床上广泛应用的抗疟药物,但是恶性疟原虫产生的耐药性现已成为治疗疟疾的严重问题。科学家们发现,奎宁类和青蒿素的杂合分子Art-Qui-OH对耐药的恶性疟原虫有显著的作用效果。它对耐药的红内期恶性疟原虫的治疗效果要优于奎宁、青蒿素以及两者联用的作用效果。氯奎宁是一种被广泛使用的抗疟药物,但是恶性疟原虫对它产生的耐药性问题现在全世界任何一个疟疾高发区都普遍存在。经研究发现,这种耐药性与寄生的消化泡上膜蛋白的突变有关。现在科学家们已经找到一系列的针对该突变的耐药逆转剂,研究发现,如果将耐药逆转剂与氯奎宁组合成杂合分子,则对耐药的恶性疟原虫有很强的作用能力。现在已有公司开发出这样的杂合药物。

抗肿瘤的杂合药物  热休克蛋白70(Hsp70)的分子伴侣为ATP水解酶,在乳腺癌等恶性肿瘤的发生中起着非常重要的作用,Hsp70ATP的水解作用很弱,但是会被含J区域蛋白所增强,从而促使肿瘤的发生。有科学家研究发现一种称为吡啶酮-类肽的杂合分子对Hsp70导致的细胞增殖有很强的抑制作用,现正在对该杂合分子进行深入的研究。

与肿瘤相关的热点领域  格尔德霉素及其衍生物17-丙烯胺基-17-去甲氧基格尔德霉素(17-AAG)通过抑制Hsp90而发挥其抗肿瘤作用。但由于格尔德霉素同时作用于其他蛋白而难以成药,于是科学家们合成了许多格尔德霉素与磷酸肌醇-3激酶(PI3K)抑制剂LY系列化合物的杂合分子,这些杂合分子能增强磷酸肌醇-3激酶的活性和对DNA依赖的蛋白激酶的抑制能力。

如今,也有一些科学家将目光移向天然产物,期望能从中找出可抗菌的杂合药物。在自然界中,本身就存在着许许多多天然的杂合分子,它们可以通过不同的生物合成途径组合而产生,又称为结构杂合分子。天然杂合分子也可通过不同官能团的组合而形成,以扩大其生物活性。如由海洋交替单胞产生的thiomarinol是由假单胞菌产生的假单胞酸C衍生物和由链霉菌产生的去乙酰全霉素组成的杂合分子,它对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌(包括MRSA)都有较高的抗菌活性,远强于假单胞酸C和乙酰全霉素。目前,日本三共等公司正在对该杂合分子进行抗菌和抗支原体衍生物的研发工作。

现在,世界上许多大的医药公司正在集中力量进行杂合药物的开发,主要方向是杂合抗菌药物的研发,并取得了一些令人瞩目的成绩。有人认为,药物拼合技术作为一种经济、高效的新药研发手段,必将在21世纪的药物研发中发挥着重要的作用。但是目前国内在这一领域的研发工作还正处于起步阶段,和国际先进水平相比还有不小的差距,今后一定要加强该领域的投入和研发,争取走在世界的前列。