第二章之喹諾類抗菌藥_《獸醫(yī)藥理學(xué)》課件

1、三、喹諾酮類抗菌藥為化學(xué)合成抗菌藥，因其含有喹諾酮的基本結(jié)構(gòu)而命名。從美國的Sterlingwinthrop研究所在1962年合成第一代產(chǎn)品萘哌酸以來，許多學(xué)者致力于開發(fā)研制本類藥物。目前，國際學(xué)術(shù)界將喹諾酮類藥物的發(fā)展分為4個階段。來源第一代喹諾酮類藥物以萘啶酸為代表，此外還包括惡喹酸、吡咯酸等品種，主要用于部分革蘭氏陰性桿菌，對革蘭氏陽性菌和綠膿桿菌無效。內(nèi)服吸收差，不良反應(yīng)嚴(yán)重，目前已經(jīng)淘汰。第一階段(19621969年)喹諾酮類藥物于此階段在其結(jié)構(gòu)改造上有了很大突破，即在其喹啉環(huán)的第6位上用氟取代，故這類為數(shù)眾多的藥物又稱氟喹諾酮類藥物（FQS）。如諾氟沙星(氟哌酸)、氧氟沙星 、環(huán)丙

2、沙星 (環(huán)丙氟哌酸 )等。第三階段(19781996年)第二代喹諾酮類藥物以吡哌酸為代表，此外還包括吡咯米酸等品種，在抗菌譜和抗菌或性上比第一代產(chǎn)品 擴大和增強，對綠膿桿菌有活性但不高，革蘭氏陽性菌仍然不敏感，內(nèi)服可少量吸收，不良反應(yīng)也明顯減少，主要用于泌尿系統(tǒng)和腸道感染。第二階段(19701977年)此階段的喹諾酮類藥物。如莫西沙星、巴洛沙星、格替沙星等。與前三代喹諾酮類藥物相比，第四代喹諾酮類藥物基本結(jié)構(gòu)中的萘啶環(huán)被進(jìn)行了各種修飾，并對其所含的氟基團加以改變，從而使其作用特點又有了改善。第四階段(1997年至今)1、抗菌譜廣，抗菌活性高，對G-菌包括綠膿桿菌均有較強的抗菌作用，對G+菌、支

3、原體、衣原體均有良好抗菌作用。2、對細(xì)胞組織穿透力強、易吸收，在體內(nèi)分布廣泛，血漿蛋白結(jié)合率低，血漿半衰期相對較長，對各組織系統(tǒng)的感染均有良好療效，多數(shù)經(jīng)尿排泄，尿中濃度高。3、細(xì)菌對其不易產(chǎn)生耐藥性，與其它抗菌藥無交叉耐藥性。4、多數(shù)品種半衰期相對較長，給藥次數(shù)少，便于使用。5、不良反應(yīng)少，大多輕微。 作用特點結(jié)構(gòu)特征 喹諾酮類藥物的母核為4喹諾酮，在其1、5、6、7、8位引入不同的基團，即合成本類各種藥物。 其分子結(jié)構(gòu)的基本骨架均為氮 (雜 )雙并環(huán)結(jié)構(gòu)，即由 4-吡啶酮 -3 -羧酸與另一個六元環(huán)，按照骨架雙并環(huán)結(jié)構(gòu)中的兩個組成環(huán)的不同，大致可將喹諾酮類藥物分為吡啶并吡啶酮酸、嘧啶并吡啶

4、酮酸、噌啉酸和喹啉酸四大類。早期開發(fā)的喹諾酮類藥物多屬于吡啶并吡啶酮酸類 (如：萘啶酸)、嘧啶并吡啶酮酸類(如：吡啶酸和吡咯米酸 )和噌啉酸類(如：西諾沙星)，而近年來開發(fā)的多屬于喹啉酸類。 喹諾酮類藥物的基本結(jié)構(gòu)分類N-1位取代基直接影響喹諾酮類藥物的抗菌活性。 早期研究認(rèn)為：N-1位取代基的最佳立體摩爾長度為 0.42nm ，近似于一個乙基的長度。如：萘啶酸、吡哌酸和氟哌酸即含有一個N-1位乙基 。從立體體積、電子供給和空間效應(yīng)等方面綜合考慮 ，環(huán)丙基取代N-1位，比乙基更有利，可進(jìn)一步擴大抗菌譜和增強了抗菌活性（增強了衣原體和支原體的作用），典型代表如：環(huán)丙沙星，恩諾沙星和奧比沙星但環(huán)丙

5、基的細(xì)胞毒性較高。于上世紀(jì)末開發(fā)的N-1位上以順式氟環(huán)丙基取代的西他沙星不僅降低了其對細(xì)胞的毒性 ，同時還大大增強了抗菌活性。此外，氟苯基也是目前N-1位上常見的取代基。N-1位2-位引入取代基會引起藥物活性下降或消失，因為2-位靠近酶結(jié)合部位（即3-位），會干擾3-位羧基和4-位羰基的共平面，從而改變3-位羧基和4-位羰基的二面角數(shù)值，使藥物活性降低，所以2-位多為H。 C-2位C-3位的羧基和C-4位的酮基被認(rèn)為是喹諾酮類藥物與其作用靶酶-細(xì)菌的DNA旋轉(zhuǎn)酶相結(jié)合的必要部分，因此是其活性所必需的基團。有人用磺酸、醋酸等取代C-3位的羧基，結(jié)果導(dǎo)致喹諾酮類藥物活性降低；而用其他基團取代C-4

6、位上的酮基，未能得到有活性的化合物。研究表明C-3位羧基和C-4位酮基的共平面性是喹諾酮類藥物發(fā)揮藥效的重要前提條件，因為羧基與酮基上的O及N-1位上的N的電荷密度與其生物活性具有一致性關(guān)系。當(dāng)羧基與酮基間的二面角約大于20時，化合物即失去活性。C-3和C-4位在早期人們認(rèn)為C-5位被取代會降低化合物的抗菌活性。研究證明，在此位置上適當(dāng)?shù)娜〈€是有益的。結(jié)果顯示，C-5位上用氨基取代時，抑制革蘭氏陽性及陰性菌的活性為最高。如：司帕沙星對革蘭氏陽性菌厭氧菌、衣原體有作用，而對結(jié)核分枝桿菌的抗菌活性為最強。 5-氨基取代物的活性還與N-1位取代基有關(guān)。當(dāng)N-1位上為 2 ，4-二氟苯基和乙基取代基

7、時，將導(dǎo)致其藥物活性降低；當(dāng)N-1位為環(huán)丙基時，則可改善藥物對革蘭氏陽性菌的抗菌活性。 此外5-氨基取代物的活性還與C-8位取代基有關(guān)。經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)，C-8位用氟取代，效果較好，如：司帕沙星。而正在開發(fā)研制中的HSR-903的C-8位上是用甲基取代，其抗革蘭氏陽性菌和陰性菌的活性分別為環(huán)丙沙星的 864倍和26倍，且沒有光毒性。C-5位在C-6位引入氟原子，不僅可增強該化合物的脂溶性及對細(xì)菌細(xì)胞壁的穿透力（1-70倍），而且還可提高該化合物與細(xì)菌組織之間的親和力及與細(xì)菌DNA旋轉(zhuǎn)酶之間的親和力。所以，第三代喹諾酮類抗菌劑的C-6位幾乎都被氟所取代。 但將-6位氟移至X-8位后，發(fā)現(xiàn)其抗菌活性幾乎

8、沒有變化。人們對C-6位非氟取代化合物及其活性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn) 6-氨基取代物的抗菌活性并不弱于 6-氟取代物。C-6位C-7位的結(jié)構(gòu)主要影響藥物的藥代動力學(xué)、抗菌譜及抗菌作用強度等；此外，還影響藥物的親水性及與藥物神經(jīng)毒性的強弱有關(guān)。第三代氟喹諾酮類藥物的C-7位上幾乎全部為哌嗪類似物，且均為離子型親水化合物，抗菌活性也明顯高于第一代和第二代喹諾酮類藥物。 此后開發(fā)的氟喹諾酮類藥物的C-7位上，絕大多數(shù)以各種氨基吡咯烷取代 ，其最大的優(yōu)點是抗菌譜更廣。如克林沙星幾乎對臨床上所有的致病菌均有良好的抗菌活性，它對金黃色葡萄球菌、鏈球菌等革蘭氏陽性菌的抗菌活性是環(huán)丙沙星的16-32倍，比司帕沙星強

9、 2-4倍。C-7位8-位取代基主要影響抗菌譜和體內(nèi)抗菌活性。 在8-位引入第二個氟原子，可顯著提高抗G菌和G+菌的活性，如洛美沙星。當(dāng)1-位和8-位連接成環(huán)，即三環(huán)喹諾酮，明顯延長了藥物的半衰期，如氧氟沙星和蘆氟沙星。但與此同時，含此類結(jié)構(gòu)的喹諾酮類藥物的光毒性也在增強。引入烷氧基可降低光毒性，如8位引入甲氧基后與引入鹵素原子相比，對抗G+、G-菌活性影響不大，但是光毒性卻大為降低；引入乙氧基光毒性最低但是抗菌活性降低。此外5位取代也與光毒性有一定的關(guān)系。如司帕沙星，8位F取代，5位有氨基取代，在喹諾酮類藥物中光毒性最大，小劑量即可引起光敏反應(yīng)。X-8位 單胃動物和未反芻的犢?？诜昭杆俣?/p>

10、完全，0.5-2h內(nèi)血藥濃度達(dá)到峰值，但成年反芻動物內(nèi)服吸收差。肌肉注射本類藥物能迅速完全的吸收。 本類藥物在體內(nèi)分布廣泛，可進(jìn)入組織細(xì)胞內(nèi)，肺臟、乳腺組織中濃度較高，可透過胎盤屏障。在體內(nèi)代謝復(fù)雜，常因藥物種類和動物品種的不同有明顯的差異。一般連續(xù)給藥無蓄積作用，2-3天全部排出體外，多以原形隨尿排出。藥動學(xué)氟喹諾酮類藥物為廣譜殺菌藥。對革蘭氏陰性菌(如大腸桿菌、沙門氏菌、變形桿菌、肺炎桿菌、綠膿桿菌、巴氏桿菌)、革蘭氏陽性菌(如鏈球菌、金葡菌、丹毒桿菌)、支原體和厭氧菌均有效。但對革蘭氏陽性菌的作用不如革蘭氏陰性菌，尤其是對革蘭氏陽性球菌作用較差。本類藥物的理想殺菌濃度為0.1-10ug/

11、ml，在較高濃度時殺菌效果降低。此外對鏈球菌、金葡菌、大腸桿菌綠膿桿菌等能產(chǎn)生PAE，一般可維持幾個小時?？咕饔眯柩蹙鷧捬蹙?G+球G+桿G-球 G-桿 葡萄球菌屬：金黃色、表皮、腐生葡萄球菌鏈球菌屬：肺炎球菌 丹毒、猩紅熱 1白喉桿菌；2炭疽桿菌奈瑟氏菌屬：1淋球菌；2腦膜炎雙球菌；3卡他莫拉菌除常見的兩種G+桿外，其余桿菌多為G-桿, 如傷寒、鼠疫、痢疾、綠膿、大腸桿菌等1破傷風(fēng)桿菌；2產(chǎn)氣夾膜桿菌；3肉毒桿菌；4艱難桿菌；5放線菌喹諾酮類藥物的作用機制主要是通過抑制DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶而抑制DNA的合成，從而發(fā)揮抗菌作用。細(xì)菌DNA拓樸異構(gòu)酶有I、II、III、IV，分兩大類，第一類有拓樸

12、異構(gòu)酶I、III，主要參與DNA的松解，第二類包括拓樸異構(gòu)酶II、IV，其中拓樸異構(gòu)酶II又稱DNA螺旋酶，參與DNA超螺旋的形成，拓樸異構(gòu)酶IV則參與細(xì)菌子代染色質(zhì)分配到子代細(xì)菌中。大量研究證實，喹諾酮類藥物在細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)的作用靶位是第2類拓?fù)洚悩?gòu)酶，即拓樸異構(gòu)酶和拓?fù)洚悩?gòu)酶IV，拓樸異構(gòu)酶I和III對喹諾酮類藥物不敏感。多數(shù)喹諾酮類藥物對革蘭氏陰性菌的作用機制是抑制拓樸異構(gòu)酶，對許多革蘭氏陽性菌是抑制拓樸異構(gòu)酶。 抗菌機理拓樸異構(gòu)酶為2個A亞基和2個B亞基組成的四聚體，催化依賴于ATP提供能量的DNA負(fù)超螺旋，在DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的起始階段起重要作用。其中A亞基負(fù)責(zé)DNA斷裂和重接；B亞基催化

13、ATP的水解。其具體過程是：拓樸異構(gòu)酶與環(huán)狀DNA結(jié)合產(chǎn)生正超螺旋，A亞基使DNA雙鏈（后鏈）斷裂形成缺口。于是前鏈移到缺口后，這一過程由B亞基介導(dǎo)，使ATP水解而完成。之后在A亞基參與下斷裂的鏈再連接形成負(fù)超螺旋。（1）拓樸異構(gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶 IV為2個C亞基和2個E亞基組成的四聚體，在DNA復(fù)制后期姊妹染色體的分離過程中起重要作用。其中C亞基負(fù)責(zé)DNA的斷裂和重接；E亞基催化ATP的水解。氟喹諾酮類藥并不是直接與拓樸異構(gòu)酶結(jié)合，而是與DNA雙鏈中非配對堿基結(jié)合，抑制拓樸異構(gòu)酶的A亞單位，使DNA超螺旋結(jié)構(gòu)不能封口，從而影響DNA的復(fù)制而呈現(xiàn)迅速的殺菌作用。（2）拓?fù)洚悩?gòu)酶 IVDNA螺旋酶D

14、NA螺旋酶ATPADP負(fù)超螺旋正超螺旋DNA螺旋酶對DNA負(fù)超螺旋形成模型圖喹諾酮類抗菌藥(-)(-)(+)(-)(-)(-)DNA螺旋酶DNA螺旋酶ATPADP負(fù)超螺旋正超螺旋DNA螺旋酶對DNA負(fù)超螺旋形成模型圖喹諾酮類抗菌藥(-)(-)(+)(-)(-)(-)不易產(chǎn)生耐藥性,本類藥物之間有交叉耐藥性。產(chǎn)生機制主要是細(xì)菌細(xì)胞壁通透性發(fā)生改變，使進(jìn)入細(xì)胞的藥物減少或藥物主動外排，而產(chǎn)生低濃度耐藥；而由于DNA螺旋酶發(fā)生突變的產(chǎn)生的耐藥相對很少。耐藥性由于喹諾酮類藥物結(jié)構(gòu)的差異及細(xì)菌的菌屬不同，作用的主要靶位點也不同。對于革蘭氏陰性菌，A改變最常見; 其次是B。B突變促進(jìn)A突變耐藥性的產(chǎn)生，尚

15、無資料表明B突變作為獨立的耐喹諾酮類的機制。對于革蘭陽性菌，A改變通常只發(fā)生在C/E突變之后，只有在C/E突后，A的改變才能提高耐藥性。1、喹諾酮類藥物作用靶位的變異研究顯示，細(xì)菌對藥物的主動外排是導(dǎo)致菌體內(nèi)藥物濃度下降的主要機制，此機制單獨作用即可導(dǎo)致細(xì)菌發(fā)生高水平耐藥。所發(fā)現(xiàn)的與喹諾酮類耐藥性有關(guān)的主動外排系統(tǒng)多為多重耐藥泵。當(dāng)較長時間受到環(huán)境中的作用底物誘導(dǎo)時，泵系統(tǒng)的基因被激活，表達(dá)增加，細(xì)菌外排藥物的功能增強并發(fā)生耐藥。對多重耐藥泵基因的激活與調(diào)控過程尚未完全了解。可引起革蘭陰性菌產(chǎn)生喹諾酮類耐藥的多重外排泵，均由內(nèi)膜轉(zhuǎn)運蛋白和外膜膜孔蛋白經(jīng)連接蛋白結(jié)合成一個橫跨兩膜的直接通道，將進(jìn)

16、入內(nèi)膜的藥物直接排出菌體外。 2、主動外排增強由于喹諾酮類藥物的作用靶點都存在于菌體內(nèi)，因此藥物必須進(jìn)入菌體內(nèi)才會發(fā)揮抗菌效力。藥物到達(dá)靶位需經(jīng)細(xì)胞外膜和胞質(zhì)膜， 后者對于喹諾酮類不構(gòu)成屏障，因其可通過簡單擴散進(jìn)入。革蘭陰性菌的外膜是用來抵御外來毒物的有效屏障，某些細(xì)菌對抗菌藥的固有耐藥性即可由此來解釋，這種屏障作用與外膜的膜孔蛋白和脂多糖(LPS)有關(guān)。外膜通透性下降導(dǎo)致對喹諾酮耐藥目前僅見于革蘭陰性菌，且使其MIC值提高相對較低，很多時候有其他抗菌藥的交叉耐藥，但交叉多不完全， 取決于藥的親(疏)水性。 3、外膜通透性下降軟骨毒性：所有的FQS均能引起幼畜的軟骨病，大劑量和長期使用本類藥物

17、時成年動物也有相似的軟骨毒性，但有種間差異，以犬和馬較為敏感。消化系統(tǒng)毒性：FQS在治療過程中出現(xiàn)嘔吐、腹瀉和消化不良是人類最常見的不良反應(yīng)，對動物的胃腸道菌群的破壞，輕則影響飼料利用率，降低增重，嚴(yán)重時可導(dǎo)致一系列胃腸道反應(yīng)。環(huán)丙沙星對禽類可引起嚴(yán)重的肝臟損害。神經(jīng)毒性：FQS比第一、二代產(chǎn)品毒性低，但也有發(fā)生，動物表現(xiàn)為不安或神經(jīng)癥狀，雛雞中毒表現(xiàn)為尖叫、旋轉(zhuǎn)，最后頭頸和兩肢強直、痙攣而亡；貓犬還可誘發(fā)癲癇。生殖毒性：藥物之間有一定的差異，可引起精子畸變率增高，睪丸萎縮，胎兒死亡率增高。5、泌尿系統(tǒng)毒性：在劑量過大或動物飲水不足時易發(fā)生。不良反應(yīng)一、協(xié)同1、氟喹諾酮類藥物與殺菌性抗菌藥(青

18、霉素類、氨基苷類)以及TMP在治療特定細(xì)菌感染方面有協(xié)同作用，如環(huán)丙沙星+氨芐青霉素對金黃色葡萄球菌表現(xiàn)協(xié)同作用，而對大腸桿菌、沙門氏菌、巴氏桿菌均表現(xiàn)無相關(guān)作用；環(huán)丙沙星+TMP對金葡菌、鏈球菌、大腸桿菌、沙門氏菌有協(xié)同作用。與氨基糖苷類聯(lián)用對大腸桿菌有協(xié)同作用，但應(yīng)注意腎臟毒性。2、與四環(huán)素類藥物可配伍使用，如氟哌酸與強力霉素的復(fù)方制劑可有效防治包括呼吸道在內(nèi)的混合感染。3、林可霉素配伍，用于豬氣喘病和其他細(xì)菌混合感染治療。4、與磺胺類藥物配伍應(yīng)用，如環(huán)丙沙星與磺胺二甲嘧啶合用對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的殺滅作用有相加作用。聯(lián)合用藥二、拮抗、氟苯尼考、氯霉素和利福平對喹諾酮類藥物有拮抗作用。同時使用可降低喹諾酮類藥物的療效。、喹諾酮類藥物與嘌呤化合物如咖啡因、茶堿類等藥物聯(lián)合應(yīng)用，可降低其消除率，增加這類藥物不良反應(yīng)，引起中樞神經(jīng)系統(tǒng)過度興奮。三、理化性質(zhì)、含鋁、鈣、鎂、鐵等多價陽離子制劑，由于陽離子與喹諾酮類發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，若需要連用時，可先服用喹諾酮類，2h后再服用陽離子制劑。 、在中性或弱堿性環(huán)境中殺菌力最強，且不易產(chǎn)生抗藥性；在偏酸性時抗菌作用最弱，因此不宜與酸性藥物合用。恩諾沙星還應(yīng)避免與四環(huán)素類、氯霉素、大環(huán)內(nèi)酯類抗生素合用。環(huán)