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编号:10239740
链阳性菌素衍生物的半合成及构效关系
http://www.100md.com 《中国现代应用药学》 2000年第4期
     作者:金志华 吴亚铭 岑沛霖

    单位:吴亚铭(新昌 312500 浙江医药股份有限公司新昌制药厂);金志华 岑沛霖(杭州 310027 浙江大学化工学院生物化工系)

    关键词:链阳性菌素;半合成;构效关系;RP59500

    中国现代应用药学000419 摘要 目的:介绍链阳性菌素半合成修饰的研究进展。方法 :总结链阳性菌素衍生物的半合成及构效关系。结果和结论:原 始霉素两主组分的半合成修饰产生了新的水溶性原始霉素衍生物,这些衍生物具有与天然产 物相同的所有生物学特性,并能通过静脉给药。新的水溶性复合剂RP59500具有治疗由革兰 氏阳性菌引起的严重感染所需的特性。

    Semisynthesis and structure-activity relationships of streptogramin de rivatives
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    Jin Zhihua(Jin ZH),Wu Yaming(Wu YM),Cen Peilin(Cen PL )

    (Department of Biochemical Engineering,Chemical Engineering Col lege,Zhejiang University,Hangzhou 310027)

    ABSTRACT OB JECTIVE:To review advances of semisynthetic modifications of streptogrami ns.METHODS:To summarize methods of semisynthesis and the relationshi ps of structure-activity of streptogramin derivatives.RESULTS and CONCLUS IONS:With semisynthetic modifications of the major components of pristinam ycins,novel water-soluble pristinamycin derivatives,which retains all the biolo gical properties of the natural products and can be administered by the intraven ous route, were obtained.The new water-soluble complex,RP59500,is of the proper ties required for the treatment of severe infections caused by Gram-positive ba cteria.
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    KEY WORDS streptogramin,semisynthesis,structure-activity relationships,RP59500

    近年来,临床致病菌感染出现了较大的变化,包 括:①金葡球菌尤其是耐甲氧西林金葡球菌(MRSA)感染急剧增加;②与异物及介入性医疗器 械相关的凝固酶阴性葡萄球菌感染增加;③耐青霉素和大环内酯类抗生素的肺炎球菌的扩散 ;④出现了耐万古霉素和替考拉宁的肠球菌。因此,迫切需要新的抗生素以抵抗这些耐药菌 株的感染,链阳性菌素类(straptogramins)抗生素提供了一个有效的解决途径[1]

    链阳性菌素是由链霉菌产生的一类结构独特的抗生素,在20世纪50年代被发现[2 ]。到目前为止,这类抗生素中进行工业化生产的只有原始霉素(pristinamycin)和维吉 尼霉素(virginiamycin)。链阳性菌素是由具有协同作用的A族链阳性菌素和B族链阳性菌素 混合构成,其中A族链阳性菌素为多不饱和环内酯,B族链阳性菌素为环六肽内酯,其化学结 构见图1。 t29801.gif (2232 字节)
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    图1 原始霉素和维吉 尼霉素主组分的化学结构

    链阳性菌素的一个显著特点是A族、B族组分之间具有协同作用。体外实验表明A族、B族联合 使用可使其抗菌活性比各组分单独使用高10倍以上[3,4]。这种协同作用扩展了该 类抗生素的抗菌谱,使之对细菌表现为杀菌作用,而各组分单独使用则表现为抑菌作用 [5]。同时,由于存在两种结构完全不同的组分,该类抗生素耐药性获得较缓慢。

    但天然链阳性菌素水溶性差,不易制成肠外制剂,限制了它在重症感染患者中的应用,临床 上并未引起广泛的注意。因此如何提高天然链阳性菌素的水溶性而又不降低其抗菌活性是该 类抗生素结构改造的关键之一。

    1 B族链阳性菌素的半合成及 构效关系

    在链阳性菌素的结构被阐述后,化学家即开始探索如 何化学修饰这些分子,他们试图通过修饰这些分子以建立构效关系,并得到水溶性衍生物。 很明显,内酯环对链阳性菌素的生物活性是必需的,开环导致完全失活,主要在以下位点进 行了改造。 29802.gif (3759 字节)
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    图2 B族链阳性菌素的化学修饰

    1.1 3-羟基甲基吡啶基团(基团1′)的反应

    用图2方法制备的吡啶 基团的酰化衍生物3显示比原始霉素Ⅰ较低的体外和体内活性[6]

    用重氮烷烃处理原始霉素Ⅰ,得到羟基的烷化衍生物4和内铵盐5的混合物(图2),化合物4单 独使用无活性,说明羟基对B族链阳性菌素活性的重要性。内铵盐5单独使用或与原始霉素Ⅱ 联合使用仅显示微弱的生物活性。

    1.2 4-二甲基氨基的反应

    在基团4中具有二甲基氨基取代基的链 阳性菌素能与卤代烃反应,产生相应的四价氨的衍生物6(图2),无任何抗菌活性。

    1.3 4-酮基甲基哌啶酸基团的修饰
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    4-酮基甲基哌啶酸基团的修 饰主要选择酮基和酮基α-位进行试验。

    1.3.1 酮基的修饰 还原氨化作用。用图2方法制备的衍生物7单独使用 的活性比原始霉素低;然而当它与原始霉素Ⅱ联合使用时,却具有协同作用,具有与天然原 始霉素同样的活性[8]。该衍生物的酸盐易溶于水。

    1.3.2 酮基α-位的修饰 与该位点反应有关的主要问题是寻找能保留 内酯环并能生成通用中间体的试剂。在各种选择中,二甲基甲酰胺-缩醛与活性亚甲基的反 应引人注意。因为它能在中性介质中反应,生成有许多反应可能性的烯胺酮。对二甲基甲酰 胺-缩醛及类似物与原始霉素Ⅰ的反应进行了研究后,选择了Bredereck试剂:在室温下原 始霉素Ⅰ与该试剂反应,区域选择性地生成了烯胺酮8,收率75%(图2)[7]。该区域 选择性是分子构象的结果:基团4的苯基隐蔽了5-β亚甲基,而另一亚甲基(5-δ)是易接 近的。
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    对烯胺酮8进行了一系列可能的反应试验。图2描述了从该中间体得到的最感兴趣的 几个产品。

    在酸性介质中烯胺酮8与二胺进行转烯胺反应得到水溶性衍生物10。烯胺酮在 水溶液中稳定,因为烯胺氮的氢,能与酮基形成稳定的氢键。用氨基硫进行相似的反应生成 了衍生物11,其相应的酸盐可溶于水[9]。这两类化合物单独使用其体外活性比天 然产物低,但与原始霉素Ⅱ联合使用则显示与天然产物同样的活性。

    为了抑制酮基α-位的双键,在酸性介质中用硼氢化钠还原烯胺酮8,形成甲叉酮9。该甲叉 酮再与氨基硫进行Michael反应,形成5-δ硫甲基衍生物12[9]。这一情形中分子 构象形成立体选择性:生成90%以上的平展的异构体。这类衍生物单独使用或与原始霉素Ⅱ 联合使用均显示了与原始霉素Ⅰ相同的体外抗菌活性,而且显示了比天然化合物较好的体内 活性。

    根据化学的、细菌学的、毒理学的标准,对这一系列化合物进行最优化选择,确定 3-奎宁环硫甲基衍生物(图4)作为进一步开发的最佳化合物。
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    2 A族链阳性菌素的半合成及构效关系

    A族化合物的化学修饰比B族化合物要困难得多,因为A族化合物较不稳定[6]。 其不稳定是基于以下特性:①大环内酯容易切断;②羟基(二烯的烯丙基或酮基的β-位)在 酸性介质中容易脱氢,形成失活的三烯酮,三烯酮在碱性介质中能发生逆醛醇反应,导致混 合物。

    在A族链阳性菌素的结构被阐述以后,就在羟基和酮基附近部位进行化学修饰。用 图3方法制备的酰化衍生物单独使用没有任何体外生物学活性。该结果与菌株S. aureus的抗 性机制(酰化羟基抑制原始霉素Ⅱ)是一致的。酮基能与羟胺或腙反应,但相应的衍生物都没 有任何生物学活性。 t29901.gif (4052 字节)

    图3 A族链阳性菌素的化学修饰
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    近年来,通过 二烷化或与二甲基甲酰胺-缩醛反应,制备了在受酮基和口 恶唑基激活的亚甲基上被取代的衍生物(图3)。以这些方法得到的化合物 都失去了抗细菌活性。因而认为分子中羟基和酮基附近的部位在作用机制中是重要的,促使 化学家去研究分子的其它部位。

    迄今得到的最感兴趣的衍生物是二氢吡咯环的双键位经Mi chael反应引入硫醚侧链的衍生物(图3)[10]

    在氯化剂和醇混合后与二乙基氨基乙基硫醚的加成反应,降低反应温度至20℃以下能够控制 加成反应的立体化学。这些26-S衍生物16(其相应的酸盐可溶于水)单独使用和与原始霉素 Ⅱ联合使用都失去了体外活性,但在动物模型中显示了极好的体内活性。该结果说明在体内 发生了变化,产生了活性代谢物。这促使化学家去合成氧化衍生物。用间氯过苯甲酸(mcPBA )或Oxone R氧化硫原子,形成两种亚砜的混合物17[11]。这些化合物单独使用和与 原始霉素Ⅰ联合使用都显示与原始霉素Ⅱ相同的活性。
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    为了避免氧硫基产生的不对称问题 ,合成了相应的砜。经过大量试验后,找到两种方法:①用高碘酸钠和三氯化铷氧化硫或亚 砜衍生物[12];②在两相介质中用过氧化氢和钨酸钠氧化硫衍生物[13]

    根据化学的、细菌学的和毒理学的标准,在这一系列化合物中选择化合物18进一步开发。 26-磺酰原始霉素Ⅱ显示与天然化合物相同的生物学活性。

    3 RP59500的特性t30001.gif (1517 字节)

    图4 RP59500的组成

    RP59500为半合成水溶性链阳性菌素,由原始霉素的衍生物RP57669和RP54476以30∶70(W/ W)混合制成,其中RP57669为5δR-[(3S)-奎宁环基]硫甲基原始霉素Ⅰ,RP54476为26S -二乙基氨乙基磺酰原始霉素ⅡB(图4)[14]。RP59500在pH4.5左右溶解度为5%,剂 型为注射用甲烷磺酸盐。
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    由于以上合成原始霉素Ⅰ衍生物的路线不易放大制备,因此设计 了利用Mannich反应在酮基α-位引入甲叉的新方法(图5)[15,16]t30002.gif (2962 字节)

    图5 RP57669的制备

    RP59500对大多数革兰氏阳性菌包括MRSA、万古霉素耐药肠球菌、抗生素多重耐药菌和部分 革兰氏阴性都有很强的杀菌作用,其抗生素后效应(PAE)较长,同时又是一种快速杀菌剂, 因此对治疗严重感染病人具有显著优越性。此外,RP59500的耐药性获得较缓慢,毒副作用 小。

    RP59500目前已进入Ⅲ期临床,发现它对各类万古霉素耐药肠球菌感染患者治疗总有 效率和细菌清除率分别为78%和82%[17]。由于万古霉素为临床上治疗多重耐药菌的 最后用抗生素,上述万古霉素耐药菌感染往往是致命性的,RP59500在治疗中显示的良好疗 效,为该类抗生素开拓了广阔的应用前景。
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    收稿日期:1999-04-27, 百拇医药