含氮大环内酯类抗生素生物合成及其研究进展剖析
含氮大环内酯类抗生素及其生物合成研究进展
雷帕霉素、他克莫司等一类含氮大环内酯类微生物代谢产物是目前临床重要的药物，它们具有特殊的结构基团，即内酯环上含有1分子非蛋白质组成氨基酸——哌可酸，通过哌可酰基与细胞内一类具有脯氨酰顺反异构酶活性的免疫亲合蛋白（immunophilin）FKBPs（FK506 bingding proteins）相互作用形成复合物，作用于细胞不同靶位，发挥多种不同的生物学功能[1]。这类化合物具有广泛的生物学活性，除抗真菌活性外，临床已用作器官移植抗排斥药物、血管扩张支架涂层药物[2]、靶向抗肿瘤药物[3-4]、炎症治疗药物[5]，同时，这类化合物还具有潜在的治疗中风[6]、神经退行性疾病[7]、帕金森综合症[8]、老年痴呆[9]等作用，Harrison等人2009年7月在《Nature》杂志上报道雷帕霉素可以延长哺乳类动物老龄小鼠寿命的研究成果[10]，立即引起各国科学家的广泛关注和高度兴趣[11]，美国《Science》杂志把此项研究成果评选为当年十大科学进展之一，预计10年左右可望应用于人体。
含有哌可酰基的含氮大环内酯类微生物代谢产物具有相似的生物合成途径，它们都属大环内酯类化合物，由典型的具有模块结构的I型聚酮合酶（Polyketide synthase, PKS）催化合成内酯环碳链骨架，由单模块的非核糖体肽合成酶（Non-ribosomal peptide synthetase, NRPS）催化把哌可酸整合到内酯环骨架，并通过环化酶活性域使含哌可酰基的聚酮链内酯化从PKS/NRPS杂合酶上脱离，最后通过一些列氧化酶、甲基转移酶等进行侧链基团的修饰形成最后的活性产物，由于这类化合物具有相似的结构和合成机制，特别是它们的作用机制独特带来广泛的生物学活性和临床应用前景，已经成为目前国内外关注和研究的热点。
一、微生物产生的含氮大环内酯类化合物
1、Rapamycin（雷帕霉素, 西罗莫司/sirolimus）
1975年，加拿大Ayerst试验室Vezina等在筛选抗真菌抗生素中，从太平洋复活岛土壤样品中分离到一株具有抗白色念珠菌（Candida albicans）等酵母样真菌和石膏样小孢子菌(Microsporum gypseum)等丝状真菌活性的吸水链霉菌（Streptomyces hygroscopicus
NRRL5491）[12]，并从其发酵液中分离得到一个新的含氮三烯36元环大环内酯类抗真菌化合物（图1），即雷帕霉素。1988年Delin 和Hargrave 受FK506独特大环内酯结构的启发, 根据FK506和雷帕霉素化学结构的相似性和均具有免疫抑制作用的特点，提出详细比较两种化合物的生物学功能，重新对雷帕霉素的免疫抑制活性进行研究。历经25年，1999年9月FDA 批准美国家用产品公司（AHP ）的雷帕霉素及其口服液作为器官移植抗排斥药物投放市场[13]。
2008年Goodfellow 等人采用形态学结合遗传学分析方法对雷帕霉素产生菌重新进行分类学研究，正式把产生菌Streptomyces hygroscopicus NRRL5491定名为Streptomyces rapamycinicus 新种[14]。
2、Tacrolimus （他克莫司，FK506）
1983年美国FDA 批准真菌产生的十一环肽抗生素环孢素（Cyclosporin A ）作为免疫抑制剂用于器官移植抗排斥反应，成功应用于抑制骨髓移植受体的抗排斥和自身免疫性疾病的治疗，为器官移植治疗带来革命性的突破，免疫抑制剂的研究进入一个新的发展时代。日本藤泽公司（Fujisawa ）建立混合淋巴细胞、T 淋巴细胞生长、白细胞介素II 合成等模型，开展从微生物代谢产物中筛选具有免疫抑制活性的新型化合物，1987年从大阪筑波土壤中分离得到一株筑波链霉菌（Streptomyces tsukubaensis No. 9993）[15]，其代谢产物能够抑制IL-2的合成[16]，经过发酵、分离、纯化获得另一个含哌可酰基23元环大环内酯类化合物Tacrolimus （他克莫司，FK506）（图2）。
图1 雷帕霉素结构式 图2 FK506结构式
生物学活性研究发现FK506具有很强的免疫抑制特性，其活性是环孢素的10-100O N O H 3C H 3C HO O O O H 3C OH OCH 3O OH H 3CO O CH 3CH 3CH 3OCH 3O N O H 3C HO O O O H 3C OH OCH 3OCH 3OCH 3CH 3CH 3O OH CH 3CH 21102131112627131517192022242527283289
倍，预防各种器官移植所出现的排斥反应的效果优于环孢素。1989年，美国匹兹堡大学Starzl器官移植中心将FK506首次在临床试用，1993年在日本上市，商品名普乐可复（Prograf）。1995年经FDA获准后在多个国家正式使用，1999年获准在中国上市。目前，普乐可复已广泛应用于肝脏、胰腺、肾脏、心脏、肺等实体器官移植的抗排斥作用。
3、Ascomycin（子囊霉素，FK520, 免疫霉素/immunomycin）
继FK506之后，1988年藤泽公司又报道从另一株链霉菌Streptomyces hygroscopicus subsp. yakushimaensis No 72381代谢产物中获得两个新的与FK506结构类似的23元环含哌可酰基大环内酯类化合物FR900520和FR900523（图3、4）[17]。它们与FK506结构仅在内酯环C-21位上侧链不同，分别是乙基、甲基，而FK506该位置是烯丙基。体外混合淋巴细胞反应实验显示两个化合物均有免疫抑制作用，IC50分别为0.55 nM 和1.6nM，略高于FK506的0.23 nM。低于3200nM对淋巴瘤EL-4体外没有细胞毒作用。
21 21
图3 FR900520结构式图4 FR900523结构式
两个化合物对细菌和酵母样真菌均没有抗菌活性，对丝状真菌烟曲霉（Aspergillus fumigatus IFO 5840）显示较强抗菌活性，MIC分别为0.03μg/ml and 0.3μg/ml。FR900520能够明显延长皮肤移植物存活时间，并显现量效关系。
1992年Morisaki等人证实FR900520与Arai等人1962年报道的从吸水链霉菌子囊霉素变种（Streptomyces hygroscopicus var. ascomyceticus ATCC14891）中发现的抗真菌抗生素子囊霉素（Ascomycin）同质[18]。
4、Meridamycin（美立霉素）
由于环孢素、FK506和雷帕霉素等微生物来源的免疫抑制剂的临床成功应用，引起
各国科学家广泛关注，试图从微生物代谢产物中发现选择性更强、毒性更低的新型免疫调节剂。特别是把FK506和雷帕霉素共同的结合靶标FKBP12作为研究基础开展广泛的化合物筛选，1994年和1995年，瑞士山道士公司Fehr[19]和美国默克公司Salituro[20]等人先后报道从两株链霉菌（Streptomyces sp. A 91-261 402和Streptomyces hygroscopicus F-004081）代谢产物中发现一个新的29元环含哌可酰基大环内酯类化合物，命名为Meridamycin（美立霉素）（图5），内酯环含有1分子哌可酰基和相连的环半酮缩醇结构（图5蓝色部分），这部分结构可能是FKBP12结合的关键基团，与雷帕霉素完全相同，而与FK506仅相差一个氧甲基。Meridamycin能够竞争性抑制FK506与FKBP12结合，IC50为1.0 ng/mL，但其本身没有免疫抑制活性，能够拮抗FK506和雷帕霉素的免疫抑制活性，因此可能作为K506和雷帕霉素过量服用的解毒剂，另外还发现其可作为皮质激素的增效剂用于治疗皮肤炎症和增生。作为非糖皮质激素治疗特应性皮炎，FK506和FK520的半合成衍生物吡美莫司（Pimecrolimus）（图6）已获准上市，被誉为外用糖皮质激素后皮肤科治疗最重要的突破之一。
图5 Meridamycin结构式图6 Pimecrolimus结构式
研究发现Meridamycin及其衍生物在治疗神经退行性疾病，如老年性痴呆（Alzheimer’s）、帕金森综合症（Parkinson’s disease）、创伤性和缺血性神经损伤，促进神经再生和神经保护等方面具有潜在的应用前景，引起了广泛的关注。美国惠氏公司已就此申请了专利保护[21]。
5、Antascomicins
瑞士山道士公司上世纪八十年代研发成功十一环肽抗生素环孢素用于器官移植抗排斥治疗之后，他们又利用子囊霉素、FK506和雷帕霉素这类化合物通过与免疫亲合蛋
白（immunophilin）结合发挥免疫抑制活性的作用机制，广泛筛选能够与此类蛋白结合的微生物代谢产物，继1994年报道发现Meridamycin后，1996年又报道从12000株放线菌中发现一株从采自中国的土壤样品中分离得到的小单孢菌（Micromonospora sp. A92-306401）[22]，其发酵液中分离得到5个与FK506结构类似新的23元环含哌可酰基大环内酯类化合物Antascomicins（图7）。
R1R2R3n
antascomicin A =H =H =H 2
antascomicin B =OH =H =H 2
antascomicin C =OH =CH3=H 2
antascomicin D =H =H =H 1
antascomicin E =H =H =OH 2
图7 Antascomicins结构式
Antascomicins具有很强的FKBP12结合能力，除了内酯环上哌可酰基被脯酰基取代的Antascomicin D外，其余4个化合物与FKBP12结合能力与FK506和雷帕霉素相当，Antascomicin D结合力低5-10倍，混合淋巴细胞反应实验显示Antascomicins没有抑制T淋巴细胞增殖活性，在FK506相同剂量条件下无抑制白细胞介素II合成的活性，也没有类似雷帕霉素抑制细胞生长因子诱导的增殖活性。同meridamycin一样，Antascomicins能够拮抗FK506和雷帕霉素的活性，特别是对雷帕霉素，等摩尔浓度的Antascomicin B或者C即可抵消雷帕霉素体外活性。
6、Nocardiopsins
2010年澳大利亚昆士兰大学Capon等人[23]从55米深处海洋沉积物中分离得到一株拟诺卡氏菌（Nocardiopsis sp. CMB-M0232），该菌种在不含海水的培养基中产生两个22元环含哌可酰基大环内酯类化合物nocardiopsin A和B（图8）。一般认为，含氮大环内酯类化合物通过哌可酰基和相连的环半酮缩醇结构与靶位蛋白FKBP相互结合形成复合物，再以复合物形式与不同细胞信号传导途径位点作用，发挥各种生物学活性。与上述各化合物不同，Nocardiopsins分子结构中没有环半酮缩醇结构，即没有完整的FKBP结
合基团，但它们能保留中等强度的FKBP12结合能力，体外无抗细菌、抗真菌和细胞毒活性。能够与FKBPs结合，但没有免疫抑制活性的化合物很可能在神经退行性疾病治疗、神经再生和神经营养方面具有潜在应用价值，这方面的研究工作还在进行当中。
图8 Nocardiopsins结构式
二、含氮大环内酯类化合物生物学活性及其作用机制
随着FK506、雷帕霉素等一些列含氮大环内酯类化合物作为器官移植抗排斥药物成功开发，对它们的独特作用机制和生物合成机制的研究也不断取得重大突破。特别是这类化合物共同的结合靶标FKBPs和哺乳动物细胞信号传导途径关键调控靶标mTOR的发现[24]及其调控机制不断被揭示，也带来这类化合物在临床上新的应用领域。
1991年Hall等人分别在Science和PNAS杂志上发表报道，发现雷帕霉素在酵母细胞信号传导途径中的作用靶点TOR（target of rapamycin）[25]和啤酒酵母中FK506的结合靶标FKBP（FK506 binding protein）[26]，开始了此类化合物细胞内分子作用机制的深入研究。
FKBP是一类免疫亲合蛋白（immunophilins)，具有肽酰基脯氨酰顺反异构酶活性（peptidylprolyl cis/trans isomerases, PPIases），FKBP广泛存在于从古菌到哺乳动物的细胞中，体外蛋白复性实验中，Xaa-Pro键的顺反异构化是限速步骤，而PPIase可极大提高Xaa-Pro键顺反构型的转化率，在新生肽链的折叠与生物大分子自我组装过程中发挥重要作用，决定了此类蛋白质的多功能性[27-28]。雷帕霉素、FK506等此类化合物含有与PPIase底物脯氨酰基结构相似的哌可酰基，推测可能与底物竞争性结合FKPB的PPIase 催化位点，抑制PPIase活性。人体基因组中含有20多个免疫亲合蛋白基因，研究表明
它们与体内一系列功能蛋白相关，如钙调磷酸酶[29-30]、哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR) [31]、钙离子通道（ion channels）[32-33]、类固醇受体复合物（steroid receptor complexes）[34]、转录因子（transcription factors）[35]、Bcl-2条件激活上调（Bcl-2 upon conditional activation）[36]等，因此FK506、雷帕霉素等免疫亲合蛋白配基化合物能够干扰体内正常存在的FKBP复合物，或者通过形成三重复合物（如FKBP12–FK506–calcineurin、FKBP12–rapamycin–mTOR），引起免疫细胞生长、内皮细胞生长、肿瘤发生、神经营养和再生甚至动物寿命等相关的一系列的生物学活性[37]。PPIase作用机制正在逐步被认识，可能是与磷酸化信号传导途径类似的一种还尚未被深入了解的细胞调控机制[28]。
由于雷帕霉素的研究，从啤酒酵母中发现了真核细胞信号传导途径中关键靶位TOR，TOR在调控细胞的生长、营养中发挥重要作用。随后又从其它真菌、哺乳动物、苍蝇、蠕虫和植物中发现TOR靶位，证明TOR在各种真核生物细胞中高度保守。低等真核细胞一般都含有两个TOR基因，而高等真核生物细胞一般都只含有一个TOR基因，1994年Sabatini[24]和Brown[38]几乎同时报道从哺乳动物细胞中发现高等真核细胞TOR，并分别在Cell和Nature杂志上报道。mTOR（哺乳动物雷帕霉素靶蛋白）是丝/苏氨酸蛋白激酶家族中的一员，这类蛋白激酶又属于磷酯酰肌醇激酶相关激酶（PIKK）。
K506和雷帕霉素能够与相同的靶蛋白FKBP12结合发挥其免疫抑制作用，但它们的免疫抑制机制不同，FK506与FKBP12结合形成的复合物作用于钙调磷酸酶（calcineurin）[39]，而雷帕霉素与FKBP12结合形成的复合物作用于哺乳动物细胞信号传导途径的关键靶酶mTOR（Mammalian Target of Rapamycin）靶位。mTOR靶位调控不同细胞因子受体的信号传导，阻断T淋巴细胞及其它细胞由G1期至S期的进程，在细胞增殖、分化、转移和存活中扮演重要角色，与肿瘤发生、发展、转移密切相关，对白血病、卵巢癌、乳腺癌、中枢神经和小细胞肺癌等有效，成为癌症治疗中的一个新靶点[40]。美国FDA分别于2007年、2009年批准雷帕霉素半合成衍生物CCI-779、Everolimus 用于晚期肾癌治疗，另一个雷帕霉素衍生物AP23573也于2010年FDA批准进行软组织和骨骼恶性肿瘤的临床研究[41]，此类化合物对非小细胞肺癌[42]、肉瘤等的应用已处在临床试验阶段[43]。
随着含氮大环内酯类化合物的深入研究，发现它们在神经保护和神经营养方面具有潜在的作用，特别是Meridamycin、Antascomicins等本身没有免疫抑制活性的此类化合
物，具有更大的优势，它们可能不是与FKBP12结合，而是与另一个具有PPIase活性的靶蛋白FKBP52结合后发挥生物学活性[44]，没有FKBP12结合能力的FK506衍生物能够刺激SH-SY5Y细胞神经突触延长和加快神经再生[45]。这类化合物的结合靶点及其复杂的作用机制目前仍然还有待更多的研究和探索。
此外，FK506以及子囊霉素的半合成衍生物吡美莫司（Pimecrolimus）对特应性皮炎、银屑病和秃斑等自身免疫性疾病有很好的疗效，国外已开发成替代糖皮质激素的新型治疗皮炎药物，被誉为皮肤科治疗的重大突破[5]。雷帕霉素及其衍生物还有抑制血管内皮细胞生长的作用，已经有多个化合物获准用作血管扩张支架的涂层药物，抑制支架植入后的血管再狭窄。值得关注的是2009年7月Nature杂志发表14位美国科学家共同署名的论文[10]，报道雷帕霉素可延长老龄小鼠寿命的研究结果，他们分别在3个不同实验室对2000只20个月龄的白鼠进行试验，结果摄入雷帕霉素的雌雄白鼠的寿命分别平均增加了14%和9%，最高达35%，这项成果被Science杂志评选为2009年世界十大科学进展之一。
三、含氮大环内酯类化合物的生物合成
含氮大环内酯类化合物重要的生物学功能和临床应用价值，引起分子生物学家的极大兴趣，深入开展对此类化合物的生物合成机制的研究，为通过遗传改造、组合生物合成、酶工程等技术获得高效、低毒、具有新生物学活性的衍生物奠定坚实的基础。
1、内酯环生物合成
剑桥大学Leadlay等人[46]成功克隆了红霉素合成基因簇并推导出红霉素内酯环（6-脱氧红霉酯B）合成途径，开辟了聚酮类化合物特殊的合成机制研究。
典型的I型聚酮合酶（polyketide synthases，PKS）是一类具有模块（module）结构的巨型复合酶体，一般由多亚基蛋白组成，每个亚基含有不同数目的模块，模块之间呈线性排列，每个模块含有相似的催化活性域（domain），至少包括酮基合成酶（ketosynthase，KS）、酰基转移酶（acyltransferase，AT）和酰基载体蛋白（acyl carrier protein，ACP）（图9）3个活性域，共同负责聚酮链一个延伸循环，使聚酮链延长2个碳长度，同时在β位形成酮基，α位根据AT识别的底物不同，可能产生甲基、乙基、氧甲基、烯丙基等侧链基团。在每个模块内部AT与ACP之间，还可能存在酮基还原酶（Keto reductase，KR）、脱水酶（Dehydratase，DH）和烯酰基还原酶（Enoyl reductase，
ER ）等β位酮基修饰活性域，负责把本模块延伸形成的β位酮基还原为羟基、烯键或饱和碳链。PKS 最后一个模块一般含有1个硫酯酶（Thioesterase ，TE ）活性域，负责把合成完成的聚酮链内酯化，进而从最后一个模块的ACP 上脱离下来，形成内酯环化的代谢产物前体。最后通过其它相关氧化酶、甲基转移酶等修饰酶对前体物进行结构修饰形成终产物。
图9 I 型PKS 结构示意图 1995年Leadlay 等人[47]成功克隆了雷帕霉素合成基因簇，其聚酮链同样也是由典型的I 型聚酮合酶催化合成。雷帕霉素合成基因簇全长超过107kb ，含有26个编码基因，其中3个超大型开放阅读框（ORFs ），分别命名为rap A 、rap B 和rap C 基因，相应的编码蛋白RapA 、RapB 和RapC 分别达到900kDa 、1.07mDa 和660 kDa ，占整个合成基因簇的3/4以上，是典型的I 型PKS 编码基因，分别含4个、6个和4个延伸模块，第1个亚基还同时含有1个起始模块，三个PKS 亚基总共含有70个催化活性域，负责催化雷帕霉素内酯环的脂肪链部分。每个模块负责识别不同小分子酰基-CoA 底物，通过缩合反应使聚酮链延伸两个碳原子。同位素标记的前体物添加实验证明雷帕霉素PKS 起始模块识别的是莽草酸衍生物(4R,5R)-4,5-dihydroxy-cyclohex-1-enecarboxylic acid (DHCHC)[48]，14个延伸模块中有7个识别丙二酰-辅酶A 底物（分别是第2、5、
8、9、11、12和14模块）、7个识别的是甲基丙二酰-辅酶A （分别是第1、3、4、6、7、10和13模块），后者使内酯环相应位置形成甲基侧链。第8、9和10模块均同时含有KR 和DH 两个活性域，因此连续3个模块延伸形成的β位酮基均被还原为不饱和烯键，形成共轭三烯结构[49]。
KS domain, Ketosynthase AT domain, Acyltransferase ACP domain, Acyl carrier protein TE domain, Thioesterase
典型PKS -I 结构示意图Initiation module Elongation module
KR domain, Keto reductase
DH domain, Dehydratase ER domain, Enoyl reductase
Initiation module Elongation module KS domain, Ketosynthase AT domain, Acyltransferase ACP domain, Acyl carrier protein TE domain, Thioesterase KR domain, Keto reductase DH domain, Dehydratase ER domain, Enoyl reductase
除PKS编码基因外，在rap A和rap C之间有一个典型的非核糖体肽合成酶（Non Ribosomal Peptide Synthetase，NRPS）基因rap P，序列分析是单模块NRPS基因。雷帕霉素PKS最后一个模块没有TE活性域，因此推测聚酮链合成后并没有马上环化脱离PKS，而是PKS与NRPS杂合[50]，NRPS模块的腺苷活化酶活性域（adenylation，A）特异性识别并活化哌可酸，以硫酯键形式与肽酰基载体蛋白（peptidyl carrier protein，PCP）活性域结合，并通过PKS/NRPS杂合酶，哌可酰基上N原子攻击PKS上合成的聚酮链硫酯键，把哌可酰基整合到聚酮链中。RapP模块含有两个C（condensation）活性域，第2个C活性域被认为起替代PKS的TE硫酯酶活性域作用，催化含哌可酰基的聚酮链内酯化从PKS/NRPS酶中水解脱离，形成前雷帕霉素（pre-rapamycin）[51]，最后经过基因簇中编码的氧化酶、甲基转移酶等修饰改造，形成雷帕霉素（图10）。
2000年Wu等人[52]从产生菌吸水链霉菌（Streptomyces hygroscopicus ATCC 14891）克隆了大约77kb的FK520合成基因簇，基因簇结构与雷帕霉素的非常相似，同样含有3个PKS编码基因，但是分别只含有4、2、4个延伸模块，第1个PKS含有1个起始模块，第2个PKS相对雷帕霉素少4个模块，这与FK520内酯环比雷帕霉素少8个碳相吻合。除了fkb D基因编码蛋白催化C-9位的双加氧形成酮基，在整个基因簇（包括上下游附近区域）没有发现其它P450氧化酶基因，证明FK520的C-13和C-15位甲氧基不是PKS后修饰形成的，而是相应的PKS第7、8模块AT活性域识别α位含氧的底物。根据基因簇中基因编码序列同源性分析，相连的5个基因fkb GHIJK可能是编码合成特殊聚酮链延伸底物氧甲基丙二酰-ACP的基因。其中fkb J编码ACP载体蛋白，fkb H 编码蛋白催化糖酵解途径中的3碳中间产物形成丙三基-ACPj，然后依次由fkb JK、I和G基因编码蛋白催化氧化和甲基化，形成特殊的PKS合成底物氧甲基丙二酰基（图11）。基因簇中除催化C-31位羟基甲基化的甲基转移酶基因fkb M外，只发现一个甲基转移酶基因fkb G，因为甲基化酶是一类底物特异性很强的蛋白质，因此FkbG更有可能催化羟基丙二酰基甲基化形成模块7和模块8共同的底物氧甲基-丙二酰-ACP，而不是聚酮链合成后甲基化C-13和C-15两个不同位点。fkb GHIJK基因远离PKS一侧还有多个与第4模块识别底物乙基-丙二酰-CoA合成相关的基因。
Module 1
Module 2Module 3
Module 4
Module 11Module 12Module 13
Module 14
Module 5
Module 6
Module 7
Module 8Module 10
Module 9
RapA
RapB
RapC
图10 雷帕霉素合成途径
Module 11
Module 12
Module 13
Module 14
RapC
M o d u l e N R P S
RapP
M o d u l e N R P S
RapP
Pre-rapamycin
rapamycin
图10 雷帕霉素合成途径（续）
图11 氧甲基丙二酰基合成途径
除FK520外目前为止，已发现多个聚酮类微生物代谢产物含有α位是氧甲基的侧链基团[53]，如ansamitocin P-3[54]、geldanamycin [55]、soraphen A 、leucomycin 、concanamycin 、bafilomycin 、aflastatin 、oxazolomycin 和tautomycin 。它们的聚酮链合成过程都用到乙醇酸延伸单元（glycolate unit ），产生含甲基化的羟基侧链结构。与其它AT 识别底物均为酰基-CoA 不同，乙醇酸延伸单元是与ACP 载体蛋白结合，被AT 位点识别[56]。
实验表明标记的丁酰基能够整合到FK520的C-21乙基侧链，说明模块4特异性底物是乙基-
丙二酰-CoA 。推测链霉菌菌丝生长期累积的聚羟基丁酸酯（PHB ）和聚羟基脂肪酸酯（PHA ）可能在FK520合成过程提供丁酰基-CoA ，序列同源性分析发现分布于合成基因簇两侧的fkb S 、fkb U 、fkb E 和一个未被发现的酰基-CoA 羧化酶基因以及产生菌胞内的辅酶A 连接酶可能与催化PHB 合成乙基-丙二酰-CoA 相关（图12）。
3-羟基-丁酰-CoA 也可以由初级代谢产物乙酰乙酰-CoA 还原而来，但在FK520产生菌中PHB 解聚途径可能是主要来源。
图12 FK520模块4延伸单元乙基丙二酰-CoA 合成途径
糖酵解途径中间产物
FkbH
FkbK
FkbI
FkbG
Polyhydroxybutyrate
（PHB ）
PHB 解聚酶（FkbU ）
CoA 连接酶
）
还原酶（FkbS ）
酰基-CoA 羧化酶
乙基丙二酰-CoA
对FK506合成机制的了解更多的是基于FK520的研究结果。1998年，Motamedi 等人[57]报道从FK506产生菌Streptomyces sp. MA6548中克隆部分合成基因簇，与FK520相似，含有3个PKS编码基因fkb A、fkb B和fkb C，三个基因编码蛋白按照BCA顺序组成完整的FK506聚酮链合成酶，从N端到C端3个亚基分别包含4、2、4个PKS模块，总共51个功能活性域，比雷帕霉素PKS少4个模块，因此其内酯环相应少8个碳单位。其中第3、10模块识别底物是丙二酰辅酶A，第1、2、5、6和9模块识别的是甲基丙二酰辅酶A，相应位点形成甲基侧链，但第7、8模块利用的是氧甲基丙二酰-ACP 还是丙二酰-CoA，并没有合成基因的支持，内酯环上C-21位烯丙基是如何合成的也没有深入的研究，直到2010年Goranovic等人[58]报道克隆了Streptomyces tsukubaensis NRRL 18488菌株完整的FK506合成基因簇，发现在FK520乙基丙二酰-CoA合成相关基因的相应位置，存在一个由9个编码基因构成的称为“all”的亚基因簇，基因敲除和添加前体物实验证明该亚基因簇负责合成FK506第4模块特殊的5碳延伸单元烯丙基-丙二酰-CoA，序列分析发现它形成一个新的二酮合酶复合体，从合成基因水平解析了FK506的C-21位侧链的生物合成途径，纠正了原来一直认为第4模块利用的是丙基-丙二酰CoA延伸单元，聚酮链合成后再对侧链丙基进行氧化修饰为烯丙基的假设。2011年Noon等人[59]系统研究了3株FK506产生菌Streptomyces sp. ATCC 55098 (MA6858), Streptomyces kanamyceticus KCTC 9225和Streptomyces sp. KCTC 11604BP的合成基因簇，发现与FK520产生菌S. hygroscopicus var. ascomyceticus ATCC14891合成基因簇有15个连续排列的基因完全相同，它们是PKS/NRPS基因(fkb C、B、P和A)、methoxymalonyl-ACP合成基因(fkb G、H、I、J、K)、哌可酸合成基因fkb L、起始模块底物DHCHC合成相关基因fkb O、31-O-methyltransferase基因fkb M、C-9 hydroxylase 基因fkb D、调控基因fkb N和1个II型硫酯酶基因fkb Q，它们在基因簇中是保守的。FK520模块4延伸单元乙基丙二酰-CoA合成相关基因有3个（fkb E、S、U），分别散落位于FK520合成基因簇的两侧，在所有FK506产生菌基因簇中均没有发现这些基因。上述3株FK506产生菌的合成基因簇中只有4个连续排列的基因（tcs A、tcs B、tcs C和tcs D）在所有基因簇中均存在，推测只有这4个基因与模块4延伸单元合成有关。进一步研究发现这4个基因编码蛋白是一种新的聚酮合酶，其中tcs A基因编码酰基转移酶（AT）和酰基载体蛋白（ACP）活性域，tcs B编码2个不常见的β-酮基合酶（KS），这种结构
形式与II型PKS相似。TcsC与巴豆酰-CoA羧化酶/还原酶同源性达60%，可能催化烯
酰基-CoA的羧化还原，TcsD与酰基-CoA脱氢酶具有大约70%的序列相似性，但是在
基因簇附近没有发现催化β-酮基还原的酶编码基因（酮基还原酶和脱水酶），因此推测
β-烯键的形成可能与胞内脂肪酸合成酶（FAS）系统共享合成途径（图13）。Streptomyces sp. KCTC 11604BP合成基因簇中还含有5个未知基因（tcs1、tcs2、tcs3、tcs4和tcs5）（Goranovic等人报道的Streptomyces tsukubaensis NRRL 18488基因簇中all M、N、P、
O和S），基因敲除证明这些基因与FK506合成无关。
36,37-二氢-FK506
FK506
图13 FK506模块4延伸单元烯丙基-CoA合成途径
综上，FK506聚酮链合成使用了莽草酸衍生物DHCHC（起始模块）、2个丙二酰-CoA （模块3、10）、5个甲基-丙二酰-CoA（模块1、2、5、6和9）、2个氧甲基-丙二酰-ACP （模块7、8）以及1个丙烯基-丙二酰-CoA（模块4）（图14）。由于模块4的酰基转移
酶活性域（AT）底物特异性较低，除烯丙基丙二酰-CoA外，还可识别甲基丙二酰-CoA、乙基丙二酰-CoA和丙基丙二酰-CoA等PKS延伸底物，因此FK506产生菌一般还会产
生C-21位为甲基、乙基或者是丙基的FK523、FK520和36, 37-二氢FK506等同系物，
给发酵下游提取纯化带来很多困难。FK520产生菌由于没有合成5碳酰基延伸单元的合
成基因，细胞内只有甲基丙二酰-CoA和乙基丙二酰-CoA可被模块4的AT位点识别，
因此往往产生FK523副产物，而不会产生FK506或36, 37-二氢FK506等同系物。
Allylmalonyl-CoA
图14 FK506合成途径
（根据Yeo Joon Yoon, et al. J Ind Microbiol Biotechnol, 2009, 36:1473–1482修正）
2006年He[60]和Sun [61]等人先后从不同的Meridamycin产生菌Streptomyces sp. NRRL 30748和Streptomyces sp. DSM 4137基因组中克隆了Meridamycin合成基因簇。Streptomyces sp. NRRL 30748合成基因簇位于117kb DNA序列中，其中75kb左右序列编码PKS和NRPS基因，与雷帕霉素、FK506和FK520基因簇不同，负责哌可酰基整合到聚酮链的NRPS基因位于PKS上游，而不是在PKS不同亚基编码基因中间，Meridamycin的PKS基因共有4个ORF，第1个亚基含起始模块和其它3个模块，第2亚基含完整的4个模块，第3亚基含完整的5个模块和13模块的KS活性域，第4个亚基含13模块的AT、DH、ER、KR和ACP5个活性域以及完整的14模块。这种同一模块夸基因的编码形式在天然产物编码基因中尚不多见，同时发现第3亚基MerC的C端和第4亚基MerD的N端的多肽连接序列较长，可能是保证夸亚基组装完整的13模块所必须的。另外一个不同，在雷帕霉素、FK506和FK520基因簇的PKS中均有发现沉默活性域，如雷帕霉素模块3含有DH/ER/KR活性域，但却没有活性，在终产物相应位置酮基没有发生还原反应，而Meridamycin的PKS则没有发现这种现象。14个模块的AT识别底物分别是丙二酰辅酶A（模块3、8、9、11和12）、甲基丙二酰辅酶A（模块1、2、5、6、7、10和13）和乙基丙二酰辅酶A（模块4）。4个PKS编码基因转录方向相同，且排列顺序与聚酮链合成顺序一致，同上游NRPS基因及下游细胞色素P450单氧化酶基因mer E可能形成一个大约78kb大小的大转录子。
Sun等人在研究1株能够同时产生elaiophylin（洋橄榄叶素）、nigericin（尼日利亚菌素）、abierixin、meridamycin等多种聚酮类和多肽类次级代谢产物的多能链霉菌Streptomyces sp. DSM 4137时，发现该菌株至少含有11个具有模块结构的PKS和多个芳香类聚酮合酶以及非核糖体肽合成酶，其中一个约95kb的基因簇结构与Meridamycin 合成基因完全相似，DSM 4137合成基因簇仅含有5个与Meridamycin合成相关基因，分别是哌可酰基整合酶基因mer P、3个连续的PKS基因（mer A、mer B和mer C）以及1个细胞色素P450蛋白mer D，其中mer C编码的PKS含6个模块，经深入分析，认为上述He报道的NRRL 30748菌株mer C和mer D基因在测序和拼接时可能有误，应该是连续编码基因。DSM 4137菌株的Meridamycin基因簇组成简单，未发现如调控基因、哌可酸合成酶基因、乙基丙二酰基合成相关基因等，可能是因为该菌株的多功能性，在
其它代谢产物合成基因簇存在的相关基因能够实现共享。
此类化合物的内酯环聚酮链和哌可酰基骨架（图15）都是通过PKS/NRPS杂合的模块结构硫模版合成机制催化合成的，最后由NRPS的缩合活性域催化内酯化并从硫模版上解离。目前已有至少8株不同链霉菌的此类化合物合成基因簇被克隆、分析（图16）。
（从上到下依次为：雷帕霉素、FK506、FK520、Meridamycin、Antascomicins和
Nocardiopsins聚酮链骨架。粉色为起始单元，蓝色为延伸单元，红色是哌可酰基）图15 微生物来源的含氮大环内酯类化合物硫模版机制合成的内酯环骨架
（Peter F. Leadlay 等，1995）
（Hrvoje Petkovic 等，2010）
A ：雷帕霉素（S. hygroscopicus NRRL 5491）；
B ：FK506（S. tsukubaensis NRRL 18488）
图16 不同含氮大环内酯类产生菌合成基因簇结构
A
B
fkb O
（Yeo Joon Yoon 等，2011）
C ：FK506（Streptomyces sp. KCTC 11604BP ）；
D ：FK506（Streptomyces sp.ATCC 55098 (MA6858), Streptomyces kanamyceticus KCTC 9225）；
E ：FK520（S. hygroscopicus var. ascomyceticus ATCC14891）
图16 不同含氮大环内酯类产生菌合成基因簇结构（续一）
C
D
E
大环内酯类抗生素研究开发及市场概况
大环内酯类抗生素研究开发及市场概况 2002-07-16 红霉素是20世纪50年代开始生产的大环内酯类抗生素，它的抗菌谱与青霉素C相似，主要用于革兰阳性菌感染，对青霉素耐药菌和某些病原体如军团菌、螺杆菌、支原体、衣原体、放线菌、非结核分枝杆菌、立克次体及某些厌氧菌感染有效。红霉素还具有改善机体免疫系统的作用，对不断增加的许多致病微生物也有良好的抗菌活性。随着对红霉素的研究开发深入开展，一些高效、长效、生物利用度好、各具特色的新的红霉素半合成衍生物具有很大的市场潜力。 一大环内酯类抗生素研究开发进展 1 早期开发的主要大环内酯类抗生素 对红霉素的化学改造，早期工作主要针对克服红霉素对酸不稳定、有苦味的缺点和提高水溶性方面，或制成高纯度水不溶、对酸稳定、无苦味、便于口服的品种，或制成水溶性好、可注射给药的各种红霉素盐类和酯类。其代表性品种有：红霉素乙基琥珀酸酯(中国，英国，美国，日本药典有记载)；依托红霉素(中国，美国，英国药典有记载)；红霉素乳糖酸盐(中国，美国，英国药典有记载)；红霉素硬脂酸盐（英国、日本、美国药典有收载）；红霉素抗坏血酸盐；红霉素硫氰酸盐，红霉素葡庚酸盐(英国药典有记载)；红霉素碳酸乙酯等。 2 近年来开发的主要大环内酯类抗生素 2.1 罗红霉素（roxithromycin） 抗菌谱和体外抗菌活性与红霉素相似，对酸稳定，胃肠道吸收好，口服同剂量时，血峰浓度比红霉素高6倍，半衰期由红霉素的2～3小时处长为10～13小时，不良反应率低。 2.2 阿奇霉素（azithromycin）
特点：对酸稳定，抗菌谱有所扩展，除保留对革兰阳性菌的作用外，对革兰阴性球菌、杆菌及厌氧菌也有较强的作用，尤适合于混合感染的治疗，血药浓度为红霉素的2～10倍，组织深度更高，为血药浓度的12～50倍，半衰期是红霉素的32倍，不但用药剂量小且给药次数也少，不良反应低，对青霉素过敏的病人及儿童更具有实际意义。 南斯拉夫Sour Pliva公司采用改造9位酮的方法，在红霉素肟化后，利用肟衍生物，在对甲苯磺酰氮（TSCL）和吡啶的作用下进行Beckmann重排，扩大环转成酰胺，再经还原和N-烷基化，从而筛选出阿奇霉素。 2.3 克拉霉素（clarithromycin） 特点：对酸稳定性好。在pH2.0的稀盐酸中，30分钟后的保留活性，红霉素为0.5%，而甲红霉素为95%，并增强了对革兰阳性菌的活性，对酶稳定，口服吸收好，血清和肺组织浓度高，半衰期为红霉素的2倍。 日本大正制药公司从改造6位羟基入手，成功地合成了克拉霉素。 2.4 地红霉素（dirithromycin） 口服后有较高的组织浓度，对红霉素、甲氧西林耐药的金葡菌也有效，对革兰阴性菌的作用较红霉素强，而对阳性菌的作用则弱，半衰期为20～25小时，用于治疗咽炎、慢性支气管炎急性发作、肺炎及皮肤软组织感染均被证明安全有效。 德国Boechringer-Ingetheim公司改造内酯环9位酮基，将红霉素还原胺化得到红霉素胺，它口服后血浓度极低，无实用意义，但它和酯肪醛反应的衍生物口服有效，从中选出了地红霉素，它是红霉素胺与2-甲氧基乙醛反应所产生的环状恶嗪衍生物，是一个很有前途的半合成红霉素，现已和美国Lilly公司共同开发。 2.5 氟红霉素（flurithromycin）
第三十九章 大环内脂内及其他抗生素
第三十九章大环内脂内及其他抗生素 第一节大环内酯类抗生素 一、概述 1、大环内酯类抗生素是一类由链霉菌产生的含有14、15和16元大环内酯环的具有抗菌作用的抗生素。 2、大环内酯类抗生素迄今为止已有三代,第一代大环内酯类抗生素可口服,体内分布广,对大多数革兰阳性菌、某些革兰阴性菌和厌氧菌均有效,可用于对β-内酰胺类抗生素过敏或耐药患者的治疗,以红霉素为代表。但第一代为抑菌剂,其弱点是抗菌谱窄,不耐酸,胃肠道反应和肝损害多见。 3、与第一代比较,第二代半合成大环内酯类具有抗菌谱广、生物利用度高、半衰期长、对酸稳定、不良反应少、抗生素后效应明显等优点,代表药有阿奇霉素、罗红霉素和克拉霉素。 4、第三代大环内酯类抗生素,称为酮内酯类抗生素,这类抗生素具有抗菌活性强,较少产生耐药性,具有较好的临床应用前景。 5、大环内酯类抗生素按照化学结构分为: （1）14元大环内酯类红霉素、克拉霉素、罗红霉素、地红霉素等。 （2）15元大环内酯类阿奇霉素。 （3）16元大环内酯类麦迪霉素、醋酸麦迪霉素、吉他霉素、乙酰吉他霉素、交沙霉素、螺旋霉素、乙酰螺旋霉素等。 6、本类药的共同特点是: ①抗菌谱窄,比青霉素略广,主要作用于需氧革兰阳性菌和阴性球菌、厌氧菌、军团菌、衣原体和支原体等;②细菌对本类各药间有不完全交叉耐药性 ③在碱性环境中抗菌活性较强,治疗尿路感染时常需碱化尿液 ④口服后不耐酸,酯化衍生物可增加口服吸收 ⑤血药浓度低,组织中浓度相对较高,痰、皮下组织及胆汁中明显超过血药浓度,但透过血脑屏障量少 ⑥主要经胆汁排泄,进行肝肠循环 ⑦毒性低微。 7、口服后的主要副作用为胃肠道反应,静脉注射易引起血栓性静脉炎。 大环内酯类抗生素之间有部分交叉耐药性。 8、主要耐药机制为: ①抗菌药物作用靶位改变:RNA甲基化酶对细菌核糖体50S亚基23S rRNA进行特定核苷酸残基的甲基化,从而导致对大环内酯类、林可酰胺、链阳菌素B的耐药 ②外排系统作用增强:RND家族中的外排泵AdeABC表达增加,导致药物积聚减少,介导细菌对14和15元环大环内酯类和链阳菌素B的耐药,但对林可酰胺敏感(MS型耐药) ③大环内酯磷酸转移酶、红霉素酯酶和大环内酯糖基转移酶使大环内酯类药物结构改变。 二、常用大环内酯类药物 红霉素erythromycin 红霉素为红霉素链霉菌所产生,是大环内酯类抗生素中最早应用到临床的药物。 [抗菌作用及机制] 1、系快速抑菌剂,抗菌谱与青霉素相近,特点是对青霉素产生耐药性的菌株,对红霉素敏感。红霉素对革兰阳性菌如金黄色葡萄球菌(包括耐药菌)、表皮葡萄球菌、链球菌等抗菌作用强;对部分革兰阴性菌如奈瑟菌属、流感嗜血杆菌、百日咳鲍特菌、布鲁菌、军团菌等高度敏感;
药用天然产物的生物合成-红霉素的生物合成与衍生物的研究进展
红霉素的生物合成与衍生物的研究进展 崔小清微生物与生化药学21140811040 摘要红霉素及其衍生物属于大环内酯类抗生素，近年来作为抗菌药物被广泛使用在临床、养殖业和农业中。作为抗生素类生物合成的一种模式化合物，本文对红霉素的生物合成机制和红霉素衍生物的研究进展进行了概述，并对其前景作了展望。 Biosynthesis of Erythromycin and Research progress of its Derivatives Abstract Erythromycin and its Derivatives are belong to macrolide antibiot ics, recently, they,as Antimicrobial agents, are Widely used in clinical, aquaculture and agriculture. Being a model compound of antibiotic biosynthesis, research progress on erythromycin biosynthesis mechanism and erythromycin derivatives were reviewed, and the prospects were studied. 红霉素( erythromycin) 作为人类发现的第一个大环内酯类抗菌药物，它的临床应用可追溯到20世纪50 年代，红霉素等大环内酯类抗生素主要用于治疗由革兰氏阳性菌引起的多种感染，不良反应为对消化道的刺激作用[1]，在临床和畜用上都具有良好的治疗效果，属人畜共用药物，由于红霉素在动物体内代谢时间较长，因此不可避免地在动物体内产生残留，其毒、副作用给人蓄带来危害[2]。对红霉素类抗生素的分析一直是药物分析中令人注目的研究课题，因此，自红霉素问世以来，红霉素衍生物的研究一直是抗菌药物研究的重要领域之一。 霉素最早于1952 年从红色糖多孢菌(Saccharopolyspora erythraea)，当时命名为红霉素链霉菌（Streptomyces erythreus)的发酵产物里分离得到。红霉素A 是发酵液的主要产物, 结构上由一个十四元环内酯及在大环内酯上接合两个糖基组成.目前关于红霉素的生物化学方面的研究有许多报道，包括生物合成途径的阐明、关键酶结构的鉴定和催化机制的推导，以及产生菌的全基因组测序等，这为红霉素的组合生物合成提供了丰富的理论基础。也正因为如此，红霉素成为当今组合生物合成研究最为热点的模式化合物。由于大部分天然产物的结构十分复杂，采用化学方法进行合成或结构修饰往往非常困难[3]，近年来发展的组合生
含氮大环内酯类抗生素生物合成及其研究进展剖析
含氮大环内酯类抗生素及其生物合成研究进展 雷帕霉素、他克莫司等一类含氮大环内酯类微生物代谢产物是目前临床重要的药物，它们具有特殊的结构基团，即内酯环上含有1分子非蛋白质组成氨基酸——哌可酸，通过哌可酰基与细胞内一类具有脯氨酰顺反异构酶活性的免疫亲合蛋白（immunophilin）FKBPs（FK506 bingding proteins）相互作用形成复合物，作用于细胞不同靶位，发挥多种不同的生物学功能[1]。这类化合物具有广泛的生物学活性，除抗真菌活性外，临床已用作器官移植抗排斥药物、血管扩张支架涂层药物[2]、靶向抗肿瘤药物[3-4]、炎症治疗药物[5]，同时，这类化合物还具有潜在的治疗中风[6]、神经退行性疾病[7]、帕金森综合症[8]、老年痴呆[9]等作用，Harrison等人2009年7月在《Nature》杂志上报道雷帕霉素可以延长哺乳类动物老龄小鼠寿命的研究成果[10]，立即引起各国科学家的广泛关注和高度兴趣[11]，美国《Science》杂志把此项研究成果评选为当年十大科学进展之一，预计10年左右可望应用于人体。 含有哌可酰基的含氮大环内酯类微生物代谢产物具有相似的生物合成途径，它们都属大环内酯类化合物，由典型的具有模块结构的I型聚酮合酶（Polyketide synthase, PKS）催化合成内酯环碳链骨架，由单模块的非核糖体肽合成酶（Non-ribosomal peptide synthetase, NRPS）催化把哌可酸整合到内酯环骨架，并通过环化酶活性域使含哌可酰基的聚酮链内酯化从PKS/NRPS杂合酶上脱离，最后通过一些列氧化酶、甲基转移酶等进行侧链基团的修饰形成最后的活性产物，由于这类化合物具有相似的结构和合成机制，特别是它们的作用机制独特带来广泛的生物学活性和临床应用前景，已经成为目前国内外关注和研究的热点。 一、微生物产生的含氮大环内酯类化合物 1、Rapamycin（雷帕霉素, 西罗莫司/sirolimus） 1975年，加拿大Ayerst试验室Vezina等在筛选抗真菌抗生素中，从太平洋复活岛土壤样品中分离到一株具有抗白色念珠菌（Candida albicans）等酵母样真菌和石膏样小孢子菌(Microsporum gypseum)等丝状真菌活性的吸水链霉菌（Streptomyces hygroscopicus
大环内酯类抗生素的发展和研究近况
大环内酯类抗生素的发展和研究近 况 大环内酯类抗生素是一类广泛使用于临床的抗生素。其主要特点是含有具有18-22个碳原子的大环结构，是一种天然产物。大环内酯类抗生素具有广谱杀菌作用和夫西单抗菌活性（可以抑制蛋白质的合成），因此被广泛应用于临床上治疗多种疾病。 先进的研究技术和方法使得研究人员能够对大环内酯类抗生素进行更加深入的研究和探索。从分子结构、发酵条件、合成路线等多个方面入手，加速了这种抗生素的研制和应用。现在，大环内酯类抗生素家族已经从最初的青霉素和红霉素发展到一大堆新的产物，这些抗生素具有不同的化学结构和抗生素作用。 大环内酯类抗生素的研究与发展，特别是合成过程和抗生素化学结构的改进，如今已经是一个成熟的领域，涉及到多种现代化的技术和方法。其中，有三个方向值得我们关注： 1. 结构优化。目前，大环内酯类抗生素家族已经有很多代了。随着科技的不断进步，针对抗生素的化学结构的优化已经成为一个热点。通过例行的药物实验和临床试验，这些结构的优劣可以得到评估。此外，还有一些新型的化学手段，例如合成、调节和淬炼方法等，都可以为大环内酯类抗生素的研究提供启示。
2. 抗性基础研究。细菌抗药性是一个重要的公共卫生问题。因此，研究大环内酯类抗生素的抗性机制以及如何解决其导致的抗药现象，显得尤为重要。这对于开发新型的小分子化合物和抑制剂等药物具有极高的意义。 3. 研发新型的启动产物。针对现代工业需求而言，发展大环内酯类抗生素也要求进行优化和改变。这也意味着研究人员要探索一些新型起始基因的应用，以推动大环内酯类抗生素的合成和生产。 总之，发展和研究大环内酯类抗生素是一个复杂而又多层次的过程，包括结构优化、抗性基础研究以及新型的启动产物研发等。只有不断推进这些重要研究领域，方能够在世界范围内创造出更多安全可靠的药物。
大环内酯类结构
大环内酯类结构 大环内酯是一类具有特定结构的有机化合物，其分子中含有一个大环结构，且环上有一个羰基。大环内酯具有广泛的应用领域，包括药物、农药、香料等。本文将介绍大环内酯的结构特点、合成方法、应用以及相关领域的研究进展。 一、大环内酯的结构特点 大环内酯的结构特点主要体现在其分子中含有一个大环结构和一个羰基。大环结构通常由6个或6个以上的原子组成，如环戊酮、环己酮等。羰基则是由碳和氧原子组成的一个功能团。 二、大环内酯的合成方法 大环内酯的合成方法多种多样，下面介绍几种常见的合成方法。 1. 环化反应法 环化反应法是常用的合成大环内酯的方法之一。该方法利用适当的试剂和条件，使分子中的某个官能团与其他官能团发生反应，形成环结构。例如，通过酯化反应可以合成大环内酯。 2. 环化酮缩法 环化酮缩法是另一种常用的合成大环内酯的方法。该方法通过选择合适的试剂和条件，使分子中的某个羰基与另一个官能团发生反应，生成环结构。例如，通过酮缩反应可以合成大环内酯。
3. 环化环合法 环化环合法是一种比较复杂的合成大环内酯的方法。该方法通过选择适当的试剂和条件，使分子中的两个官能团发生环合反应，形成环结构。例如，通过环合反应可以合成大环内酯。 三、大环内酯的应用 大环内酯具有广泛的应用领域，下面介绍几个常见的应用。 1. 药物领域 大环内酯在药物领域中应用广泛。许多大环内酯化合物具有抗菌、抗病毒、抗肿瘤等活性，对人类健康具有重要意义。例如，红霉素是一种广泛用于临床的抗生素，属于大环内酯类化合物。 2. 农药领域 大环内酯在农药领域中也有重要应用。许多大环内酯化合物具有杀虫、杀菌等作用，可以用于农作物的保护和治理。例如，溴氰菊酯是一种常用的杀虫剂，属于大环内酯类化合物。 3. 香料领域 大环内酯在香料领域中也有广泛应用。许多大环内酯化合物具有芳香、香味等特点，可以用作香料的成分。例如，巴西脂是一种常用的香料，属于大环内酯类化合物。 四、大环内酯相关领域的研究进展
大环内酯类抗生素
大环内酯类抗生素 一、概念及分类 大环内酯类抗生素是由链霉菌产生的一类弱碱性抗生素，其结构特征为分子中含有一个内酯结构的14元或16元大环。疗效肯定，无严重不良反应。 按来源分类 天然药物（第一代）如红霉素(erythromycin) 、麦迪霉素(medecamycin)、吉他霉素(kitasamycin)、交沙霉素(josamycin) 、乙酰螺旋霉素(acetylspiramycin) 半合成药物（第二代）如阿奇霉素(azithromycin)、罗红霉素(roxithromycin)、克拉霉素(clarithromycin) 按结构分类 14元大环内酯类如红霉素 15元大环内酯类如阿奇霉素 16元大环内酯类如麦迪霉素 二、结构及性质 通过在大环上的羟基和1-3个去氧氨基糖缩合碱性苷。此类药物的碱性较弱，大约为pH8，游离的碱不溶于水，其葡糖糖酸盐和乳糖酸盐的水溶解度较大，其他盐的水溶性降低。 对酸、碱不稳定 在体内也易被酶分解 可丧失或降低抗菌活性 三、作用机制 不可逆地与细菌核糖体50S亚基结合，14元阻断肽酰基t-RNA移位，16元抑制肽酰基转移反应，或促使肽酰基t-RNA从核糖体上解离，从而阻碍蛋白质合成
四、耐药机制 1. 产生灭活酶： 诱导细菌产生酯酶、磷酸化酶、葡萄糖酶等，使大环内酯类抗生素或水解或磷酸化或甲基化或乙酰化或核苷化而失活 2. 靶位改变：甲基化 大环内酷耐药菌可合成甲基化酶，使位于核糖体505亚单位的235rRNA的腺嚷吟甲基化，导致抗生素不能与结合部位结合。因大环内酷类抗生素、林可酞胺类抗生素及链阳菌素的作用部位相仿，所以耐药菌对上述3类抗生素常同时耐药，称为MLS(macro-lide，lineosamide，streptogramins)耐药。 3. 摄入减少 细菌改变膜成分或出现新成分，使摄入减少 4. 外排增加 通过基因编码产生外排泵 五、药代动力学 ?吸收：红霉素不耐酸po易破坏，克拉霉素、阿奇霉素稳定易吸收 ?分布：广，进入全身各组织、体液，红霉素可进入前列腺、在巨噬细胞和肝脏聚积，可透过胎盘，不易透过血脑屏障 ?代谢及排泄：肝脏代谢，红霉素影响P450抑制药物氧化 阿奇霉素胆汁排泄 六、常见的大环内酯类抗生素 1.红霉素（erythromycin） 结构： ●红色链丝菌产生 ●包括A、B和C 三者的差别 ●A：C-12= -OH C-3′= -OCH3 ●B：C-12= -H C-3′= -OCH3 ●C：C-12= -OH C-3′= -OH 红霉素A为抗菌主要成分，C的抗菌活性较弱， 只有A的1/5，而毒性为A的5倍，B不仅活性低而且毒性大。通常说的红霉素即指红霉素A，其他的两个组分被视为杂质。 体内过程： 不耐酸、口服需用肠溶片及酯类化合物，广泛分布于组织、体液中，难通过血脑屏障主要经肝代谢，胆汁排泄 临床应用： ?耐青霉素的轻、中度金葡菌感染 ?青霉素过敏替代 ?治疗军团菌病、弯曲杆菌所致败血症、肠炎、支原体肺炎、沙眼衣原体所致婴儿肺 炎及结肠炎、白喉带菌者的首选药。 呼吸道感染、软组织感染、幽门螺杆菌肠炎、支原体肺炎
大环内酯类抗生素
第二节大环内酯类抗生素 十四或十六元大环内酯药。环上羟基与氨基糖形成碱性苷。 化学性质：内酯键，苷键对酸碱不稳定，水解，活性降低。 主要代表：红霉素 红霉素： 1. 是由红色链丝菌产生的抗生素。水溶性较小，只能口服，酸中不稳定，易被胃酸破坏。原因为：6位羟基，9位羰基。 2. 与乳糖醛酸成盐，溶解性增加可注射。 3. 广谱抗生素，对革兰阴、阳性菌效果良好，为耐药的金黄色葡萄球菌和溶血性链球菌引起感染的首选药。 4.结构修饰后的耐酸衍生物：共4个。分别为： 琥乙红霉素：为红霉素5位氨基糖的2”琥珀酸单乙酯。胃酸中稳定，是无味红霉素。 克拉霉素：是对红霉素C-6位羟基甲基化后的产物。在酸中稳定。 罗红霉素：是红霉素C-9肟的衍生物。改善了药物的生物利用度，毒性低，在肺组织中 的浓度比较高，作用时间也优于红霉素。 阿奇霉素：将红霉素重排后得到的扩环产物，是第一个环内含氮原子的15元环的大环内酯抗生素。对革兰阴性杆菌有较大活性，在组织中浓度较高，体内半衰期长，药代动力好。 第三节氨基糖苷类抗生素： 特征：1.氨基糖与氨基醇形成苷。 2.氨基碱性，可形成盐。 3.多羟基，极性化合物，水溶性极高。 4.须注射给药。 5.多手性碳，有旋光性。 6.对肾、耳毒性(儿童毒性更大).
7.细菌产生纯化酶，易导致耐用性。 代表药“XX卡星，硫酸卡那霉素，硫酸庆大霉素” 阿米卡星 又名丁胺卡那霉素。卡那霉素半合成衍生物。 是卡那霉素引入羟基丁酰胺，对各种转移酶都稳定，不易耐药。 侧链a-羟基丁酰胺含手性碳，其构型为L-(一)型，活性强。 活性：L－（一）型活性>DL(±)型>D－（+）型 硫酸奈替米星：含有N－乙基，保护不被各种转移酶破坏，对耐药菌特别敏感，仍会被氨基糖苷乙酰化酶破坏。耳肾毒性发生率低，程度轻。 硫酸依替米星：新一代半合成氨基糖苷类抗生素，我国自主研发的一类新药，耳、肾毒性发生率和严重程度与奈替米星相似。 硫酸庆大霉素：c1、C1a、C2组成的混合物。广谱抗生素，易产生耐药性，对听觉和肾毒性较卡那霉素小。 第四节四环素类抗生素 1. 结构：具有氢化并四苯基结构的广谱抗生素，用于G+和G-菌引起的感染。对病毒与原虫也有效，易产生耐药性。 2. 性质：酸碱两性化合物。在酸性条件，有脱水反应。在碱性条件下，有开环反应。 差向异构化：酸性条件下，C4二甲氨基发生可逆性的异构化反应。 土霉素不易发生异构化。 3. 结构中羟基、烯醇基及羰基是负电子机团，因此易与金属离子络合。重点：与钙生成不溶性钙盐，四环素牙，8岁以下禁用。 盐酸多西环素：6位无羟基(有甲基)，稳定，广谱。 盐酸美他环素：6位甲基与6位羟基脱水的甲烯土霉素：立克依体、支原体、衣原体。盐酸米诺环素：四环素脱去6位甲基和羟基，7位引入二甲氨基。活性最好的四环素类药物。
大环内酯类抗生素资料
大环内酯类抗生素
大环内酯类抗生素 一、概念及分类 大环内酯类抗生素是由链霉菌产生的一类弱碱性抗生素，其结构特征为分子中含有一个内酯结构的14元或16元大环。疗效肯定，无严重不良反应。 按来源分类 天然药物（第一代）如红霉素(erythromycin) 、麦迪霉素(medecamycin)、吉他霉素(kitasamycin)、交沙霉素(josamycin) 、乙酰螺旋霉素 (acetylspiramycin) 半合成药物（第二代）如阿奇霉素 (azithromycin)、罗红霉素(roxithromycin)、克拉霉素(clarithromycin) 按结构分类 14元大环内酯类如红霉素 15元大环内酯类如阿奇霉素 16元大环内酯类如麦迪霉素 二、结构及性质 通过在大环上的羟基和1-3个去氧氨基糖缩合碱性苷。此类药物的碱性较弱，大约为pH8，游离的碱不溶于水，其葡糖糖酸盐和乳糖酸盐的水溶解度较大，其他盐的水溶性降低。 对酸、碱不稳定 在体内也易被酶分解 可丧失或降低抗菌活性 三、作用机制 不可逆地与细菌核糖体50S亚基结合， 14元阻断肽酰基t-RNA移位，16元抑制肽酰基转移反应，或促使肽酰基t-RNA从核糖体上解离，从而阻碍蛋白质合成
四、耐药机制 1. 产生灭活酶： 诱导细菌产生酯酶、磷酸化酶、葡萄糖酶等，使大环内酯类抗生素或水解或磷酸化或甲基化或乙酰化或核苷化而失活 2. 靶位改变：甲基化 大环内酷耐药菌可合成甲基化酶，使位于核糖体505亚单位的235rRNA 的腺嚷吟甲基化，导致抗生素不能与结合部位结合。因大环内酷类抗生素、林可酞胺类抗生素及链阳菌素的作用部位相仿，所以耐药菌对上述3类抗生素常同时耐药，称为MLS(macro-lide，lineosamide，streptogramins)耐药。 3. 摄入减少 细菌改变膜成分或出现新成分，使摄入减少 4. 外排增加 通过基因编码产生外排泵 五、药代动力学 ?吸收：红霉素不耐酸po易破坏，克拉霉素、阿奇霉素稳定易吸收 ?分布：广，进入全身各组织、体液，红霉素可进入前列腺、在巨噬细胞和肝脏聚积，可透过胎盘，不易透过血脑屏障 ?代谢及排泄：肝脏代谢，红霉素影响P450抑制药物氧化 阿奇霉素胆汁排泄 六、常见的大环内酯类抗生素 1.红霉素（ erythromycin） 结构： ●红色链丝菌产生 ●包括A、B和C 三者的差别 ●A：C-12= -OH C-3′= -OCH3 ●B：C-12= -H C-3′= -OCH3 ●C：C-12= -OH C-3′= -OH 红霉素A为抗菌主要成分，C的抗菌活 性较弱，只有A的1/5，而毒性为A的5倍，B不仅活性低而且毒性大。通常说的红霉素即指红霉素A，其他的两个组分被视为杂质。 体内过程： 不耐酸、口服需用肠溶片及酯类化合物，广泛分布于组织、体液中，难通过血脑屏障主要经肝代谢，胆汁排泄 临床应用： ?耐青霉素的轻、中度金葡菌感染 ?青霉素过敏替代
现代药物合成抗生素的研究进展
现代药物合成抗生素的研究进展 目的：探讨药物合成抗生素的研究进展。方法:通过生素中的四环素类、β-内酰胺类、大环内酯类及氨基糖苷类的化学结构进行分析,综述对于上述抗生素的现代新药开发的研究进展。结果：药物合成抗生素具有共同的生物特性及结构特点.结论：依据药物合成抗生素的共性，可进一步改造及研发新型的抗生素药物,具有重要的临床意义。 药物合成抗生素；研究进展XX 抗生素（Aｎtibiotics)是指某些细菌、放线菌、真菌等微生物的次级代谢产物，或用化学方法合成的相同结构或结构修饰物,在低浓度下对**种病原性微生物或肿瘤细胞有选择性杀灭、抑制作用的药物.抗生素的来源有两种:一种是微生物的发酵产物，称为微生物合成（Microbialｓynｔhesｉs)；另一种是半合成及合成的衍生物。抗生素按化学结构分为B一内酰胺类、四环素类、氨基糖苷类、大环内酯类及其他类别。XX １四环素类抗生素的合成及其研究进展 四环素抗生素属于碱性的广谱抗生素，从链霉菌属中提取分离的一种天然产物或由其半合成的衍生物。十二氢化并四苯是四环素类抗生素的基本化学结构，并随其化学结构被剖析,第二代四环素包括米诺环素、多西环素、美他环素等半合成品逐步被研发并应用于临床.但随着四环素类抗生素近年来的临床广泛应用，由其产生的耐药菌株也随之日益增多。对此，合成新型的四环素类化合物是目前的研究热点之一,如近年来,Ｄactylosrajium通过发酵获取伴糖残基的四环素衍生物（Dactｙloｃyclｉnｅ），其化学结构与以往的四环素衍生物的C-6位的羟基及甲基构象相反。另外,Dactｙｌoｃycｌine除对革兰阴性菌不具活性，对于四环素耐药或敏感的革兰阳性菌皆有良好活性，其脱糖衍生物Agl
浅谈大环内酯类抗生素的研究进展
浅谈大环内酯类抗生素的研究进展 大环内酯类抗生素是一类具有大环内酯环这一大体化学结构和相似抗菌谱的抗菌药物，可按组成大环内酯环的碳原子数进一步分为14、15和16元环大环内酯类抗生素。该类抗生素是快速抑菌剂，通过与核糖核蛋白体的50S亚单位结合而抑制肽酰基转移酶，由此影响核糖核蛋白体的移位进程、阻碍肽链增加、抑制细菌蛋白质的合成，最终起到抑菌作用。大环内酯类抗生素的抗菌谱广，不仅对革兰阳性菌有必然活性，而且对耐青霉素的金黄色葡萄球菌、部份革兰阴性菌、部份厌氧菌和支原体、衣原体和军团菌等胞内病原体、螺旋体和立克次体等均有活性，副作用和不良反映比四环素类、氨基糖苷类和多肽类抗生素小，且无β-内酰胺类抗生素样的过敏反映，是临床常常利用的一类抗生素。 1 大环内酯类抗生素的发展史 第一代产品红霉素红霉素( Erythromycin ,EM) 是由Lilly 公司开发成功的第一个大环内酯类抗生素,其对敏感革兰阳性球菌有优良的医治效果,在临床上被普遍用于医治呼吸道、泌尿生殖系统、皮肤、胆管、牙周组织、耳鼻喉科和儿科感染,但其在酸性环境中易失去抗菌活性,影响药物疗效。 第二代衍生物罗红霉素、阿奇霉素、克拉霉素、地红霉素等作为红霉素第2 代衍生物,其具有口服不受胃酸影响、吸收良好、血药浓度高、体内散布广、组织液浓度高、半衰期长等长处,但其与红霉素有交叉耐药性。 第三代衍生物酮内酯类抗生素（Ketolides），并正在研发桥酮类抗生素（Bicyclolides）和酰内酯类抗生素（Acylides）等。这些抗生素因与细菌核蛋白体
亚基的结合位点有所改变，故能部份克服细菌的耐药性，不仅对原大环内酯类抗生素敏感菌有效，且还对部份多重耐药菌有活性，目前已成为研究热点。 2大环内酯类抗生素的抗菌机制 可能与以下几种机制有关: 关于大环内酯类抗生素抗菌作用机制的研究已有30连年。现有资料表明，所有的大环内酯类抗生素都可不同程度地抑制细菌蛋白质的合成。大环内酯类抗生素能与细菌核糖休50s亚单位的23s核糖体RNA(23SrRNA)上的特殊靶位及某种核糖体的蛋白质结合。按照初期的研究，14元环大环内酯类抗生素如红霉素可阻断肽酰基-tRNA的移位，16元环大环内酯类抗生素能抑制肽酰基的转移反映。最近通过一系列研究提出了比较可信的假说，即所有大环内酯类化合物能与核糖体50S亚单位的L27及L22蛋白质结合，在肽链延长阶段能促使肽酰基一rRNA从核糖体解离，从而抑制蛋白质合成。 3大环内酯类抗生素应用进展 肺部和呼吸道炎症最近几年来最新临床研究表明,大环内酯类抗生素除具有直接抗菌作用外,还对肺部和呼吸道炎症疾病如哮喘和弥漫性泛细支气管炎表现出医治作用,一系列红霉素衍生物均对这些呼吸道疾病有疗效。 抗肿瘤作用肿瘤的起源及宿主对肿瘤的应答是目前大量的基础研究与临床研究的核心。虽然目前尚未临床疗效的研究,但动物实验已证明,罗红霉素对B16 小鼠恶性皮肤瘤的增殖、转移和血管生成具有抑制作用;克拉霉素在体外和大鼠体内对癌细胞均有抑制作用;红霉素虽无直接的抗肿瘤 活性,却能增进增强巨噬细胞肿瘤杀伤作用的细胞因子的生成,而产生抗肿瘤活性。同时此类抗生素还有逆转肿瘤细胞多药耐药的作用。某些肿瘤对化疗相
中牧抗生素讲堂——大环内酯篇（下）
中牧抗生素讲堂——大环内酯篇（下） 中牧抗生素讲堂 第二期 中牧抗生素讲堂——大环内酯篇（下） 上一期文章对动物专用大环内酯类抗生素做了宏观的描述，这一期我们将继续对泰乐菌素、替米考星和泰万菌素的药理作用、抗菌和耐药情况做一直观的介绍。 1 药理作用 泰乐菌素 泰乐菌素对革兰氏阳性菌、螺旋体等均有抗菌活性，对大多数革兰氏阴性菌作用较差，对支原体有较强的抑菌作用，与其他大环内酯类抗生素有交叉耐药现象[1]。 替米考星 替米考星对革兰氏阳性菌、某些革兰氏阴性菌、支原体、螺旋体等均有抑制作用，对胸膜肺炎放线杆菌、溶血性巴氏杆菌、多杀性巴氏杆菌及畜禽支原体具有比泰乐菌素更强的抗菌活性。 泰万菌素 泰万菌素作为最新一代的大环内酯类动物专用抗生素，具有更强的抗菌和抗支原体活力，对其敏感的革兰氏阳性菌株包括葡萄球菌、微球菌、微奸菌、芽孢杆菌、棒状杆菌、链球菌、弯曲杆菌、肠球菌和梭菌，同时，试验表明其主要代谢产物3AT具有同等的抗菌活性[2]。
药理作用 小结 三者药理作用大致相同，替米考星、泰万菌素同泰乐菌素区别主要在于抗菌活性提升和应用范围的扩大，且泰万菌素的代谢产物同样具有抗菌活性。 2 抗菌机理和效果 大环内酯类抗生素主要是抑制细菌蛋白质合成。其机制为不可逆地结合到细菌核糖体 50S 亚基的靶位上，14 元大环内酯类阻断肽酰基t- RNA移位，而16 元大环内酯类抑制肽酰基的转移反应，选择性抑制细菌蛋白质合成。林可霉素、克林霉素和氯霉素在细菌核糖体50S 亚基上的结合点与大环内酯类相同或相近，故合用时可能发生拮抗作用，也易使细菌产生耐药[3]。 抗菌实验1 Okamoto[4]等研究了泰万菌素、泰乐菌素、螺旋霉素、土霉素、吉他霉素、红霉素、氯霉素七种抗生素对 34 株对大环内酯类抗生素有抗性的金黄色葡萄球菌分离株的累积敏感率，结果表明，当泰万菌素浓度大于12.5 μg/ml，其累积敏感率均高于同浓度的其他抗生素，这说明泰万菌素比其他抗生素有着更优良的生物活性。 抗菌实验2 Cerda[5]等测定了泰万菌素、泰乐菌素、恩诺沙星、金霉素等七种抗生素对阿根廷当地临床分离的8种关节液支原体的野毒株和2种标准株的最小抑菌浓度（MIC），结果表明泰万菌素对抗所有菌株的MIC值均小于其他几种抗生素，对抗支原体菌株的活性最强。泰万菌素的MIC值范围为 0.006-0.012 μg/ml，高度敏感。 抗菌实验3
螺旋霉素的生产与研究探讨
螺旋霉素的生产与研究探讨 概述 螺旋霉素是一种广谱的抗生素，被用于治疗多种细菌感染。它属于大环内酯类 抗生素，与其他大环内酯类抗生素的不同之处在于，它的分子结构包含两个半乳糖。螺旋霉素对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌都有较好的抑制作用。 本文将介绍螺旋霉素的生产及相关研究进展。 螺旋霉素的生产 螺旋霉素最初是从海洋环境中分离出来的，但在现代生产过程中，螺旋霉素是 从发酵碧藻中提取的。提取过程分为三个主要阶段： 发酵 将含有螺旋霉素的生物体培养在发酵罐中。这个过程包括三个阶段：生长期、 生产期和稳定期。生产期是最关键的阶段，发酵罐中的生物体将螺旋霉素产生到培养液中。 提取 从发酵罐中收集螺旋霉素产物，并通过酸和有机溶剂提取、纯化。 浓缩和干燥 螺旋霉素溶液是通过浓缩和干燥过程制成粒状的干燥物。 螺旋霉素的药理作用 螺旋霉素是一种抑制菌体蛋白质合成的抗生素。它抑制了大多数革兰氏阳性菌 和革兰氏阴性菌的生长，但对Bacteroides和Pseudomonas aeruginosa等细菌的 抑制效果较差。 与其他大环内酯类抗生素不同，螺旋霉素被认为也具有一定的免疫抑制作用。 螺旋霉素的使用 螺旋霉素被用于治疗多种细菌感染，包括肺炎、支气管炎、皮肤和软组织感染等。它也可用于防治类风湿性关节炎和系统性红斑狼疮等自身免疫疾病。 因为螺旋霉素在结缔组织中的浓度较高，所以它常被用于治疗导致结缔组织受 损的感染病。
螺旋霉素的不良反应 螺旋霉素通常是安全的，但可能会引起一些不良反应，包括恶心、呕吐、腹泻、头痛、头晕、过敏反应、肝功能损害和心电图异常等。 螺旋霉素的研究进展 因为螺旋霉素是一种广谱抗生素，所以它一直是研究的焦点。以下列举了一些 最近的研究进展： 通过控制产生螺旋霉素的菌群数量减少抗生素使用 在菌群失稳和抗生素滥用的情况下，人体中的正常菌群将被破坏，从而导致一 系列的健康问题。因此，研究人员开始探索一些新的策略来减少抗生素的使用。一个最近的研究表明，通过控制产生螺旋霉素的菌群数量，可以降低对抗生素的依赖。 利用纳米粒子增强螺旋霉素的抗菌作用 纳米材料的发展使得一些化合物的抗菌作用得到了增强。最近的研究表明，使 用用于抗菌的纳米粒子（如二氧化钛纳米粒子）可以大大增强螺旋霉素的抗菌作用。 通过基因工程提高产螺旋霉素的菌株的生产量和质量 在过去的几年中，利用基因工程技术进行菌株的改良已经成为一种更为常用的 产生抗生素的方法。因此，通过编程改变真菌和细菌的基因组，研究人员希望能够生产出更高效、更高质量的抗生素。近年来，一些基因工程的试验已经对螺旋霉素的生产量和质量做了重大贡献。 结论 螺旋霉素是一种广泛应用于临床的抗生素，已被证明其对抗革兰氏阳性菌和阴 性菌，以及免疫抑制作用的有效性。尽管目前已经有了很多对螺旋霉素生产和应用的研究，但是还有很多问题有待进一步探索。
大环内酯类抗生素红霉素生产技术
大环内酯类抗生素红霉素生产技术 红霉素(Erythromycin)系由链霉菌Stretomyces erythreus所产生的14元环的大环内酯类抗生素。红霉紊属抑菌剂，抗菌谱与青霉素相似但略广。对G菌有强大抗菌作用，对部分G菌、立壳次体、支原体、衣原体、螺旋体也有较强的抑制作用。主要作用于敏感细菌所致的呼吸道感染、金葡菌性皮肤感染、支原体肺炎、砂眼表原体引起的结膜炎等等．是治疗军团菌最有效的首选药。红霉素与口一内酰胺类抗生素一般无交叉耐药性。它与机体免疫系统之间存在着协同作用的关系，这对于免疫功能低下的病人具有特别重要的意义。因此，对红霉素的研究再次引起重视并趋活跃。 目前红霉素研究的重点大多集中在红霉素分子中去氧氨基乙糖上，先后制备出红霉索的乳糖酸、葡庚酸盐、硬脂酸盐、依托红霉索、琥乙红霉素等各种盐和酯类，这些衍生物便于口服或注射，已应用于临床。近年来，罗红霉素、阿齐霉素、克拉霉素、地红霉素．氟红霉素、氮红霉素等一系列新的红霉素衍生物相继研制成功。红霉素类抗生素新品种拓展丁抗菌谱和杀菌能力，增强了耐酸性和生物利用度，延长了药物半衰期，减少了服用剂量和给药次数，降低了不良反应发生率，因而受到广大医生和患者的普遍欢迎。随着人们对红霉素药物研究的进展以及降低医药费用呼声的增强，红霉素类药物在临床应用的地位也将得到重新评估，其市场前景较为乐观。 从目前厂家格局来看，产业链完整的企业还是有优势，硫氰酸红霉素生产企业中，宁夏启元和宜都东阳光两家企业可生产硫氰酸红霉素、红霉素碱、阿奇霉素等。在上游中间体紧张的情况下，产业链完善的企业在成本上有一定的优势。据了解，宁夏启元的阿奇霉素已计划生产，但是产品还没出来。而像硫氰酸红霉素的二线生产企业河南华星、岳阳同联等也都没货。预计，大环内酯类原料短期内价格依然坚挺，该行情可能要持续要下半年。当前硫氰酸红霉素成交价格在410-430元/kg；阿奇霉素的价格已接近1300元/kg。造成目前的主要原因：1、在阿奇、克拉、罗红等产品涨价之前，有客户提前下订单预计；加上是需求旺季，客户用量也不断增加，造成供不应求。2、硫氰酸红霉素国内及出口畅销，仍然满足不了需求，但硫氰酸红霉素国内价格还是稳在370-380元/kg左右。 主要生产商： 美国：Abbott Laboratories公司，美国LILLY公司； 拉丁美洲：墨西哥FERMIC公司，巴西CIBRAN公司； 欧洲：BIOCHEMIE公司，ROUSSEL公司，CEPA；
大环内酯类抗生素糖基合成及生物学功能
大环内酯类抗生素糖基合成及生物学功能 【摘要】大环内酯类抗生素结构中的糖基基团在抑菌、生产菌自我保护和调控大环内酯类抗生素内酯环合成方面有着重要的生物学功能。了解糖基的合成途径、糖基转移酶的结构特点和糖基生物学功能对研制新结构抗生素，解决当前日益严重的致病菌耐药性问题起着重 【摘要】; 大环内酯类抗生素结构中的糖基基团在抑菌、生产菌自我保护和调控大环内酯类抗生素内酯环合成方面有着重要的生物学功能。了解糖基的合成途径、糖基转移酶的结构特点和糖基生物学功能对研制新结构抗生素，解决当前日益严重的致病菌耐药性问题起着重要的指导作用。通过基因工程的方法改造糖基，已经合成了一系列具有抗菌活性的新结构化合物。本文就目前所了解的糖基合成途径、糖基转移酶的结构特点和糖基重要生物学功能做一综述，并简单介绍基因工程改造糖基合成新结构抗生素的研究进展。 【关键词】; 大环内酯类抗生素糖基生物学功能结构改造 ;;; Glycosyl synthesis and biofunction of macrolide antibiotics ;;;; ABSTRACT; The review summarized synthesis pathway of glycosyl linked to macrolide antibiotics, the structure feature of their glycosytransferase and glycosyl biofunction of macrolide antibiotics, and briefly introduced progress in modifying glycosyl to synthsize novel structure antibiotics by genetic engineering. ;;; KEY WORDS; Macrolide antibiotics;; Glycosyl;; Biofunction;; Structure modification ;;; 大环内酯类抗生素是一类根据其结构特点命名的广谱抗生素，由多元内酯环和后修饰基团相连而成。根据内酯环碳原子数目不同，可分为12～16元环抗生素，其中，在临床上最重要、最常见大环内酯类抗生素有12元环的酒霉素(methymycin)、苦霉素(pikro?mycin)，14元环的红霉素(erythromycin)、竹 桃霉素(oleandomycin)，15元环的阿奇霉素(azithromycin)和16元环的螺旋 霉素(spiramycin)、泰洛星(tylosin)等。大环内酯类抗生素合成过程中要经过一些后修饰，如羟基化、甲基化和糖基化等［1～4］，这些后修饰基团都有着重要的生物学功能，其中，通过糖基化后修饰连接于内酯环上的糖基特别是脱氧糖基参与靶位点的分子识别作用，是抗生素表现抗菌活性的必要组成成分。近几年，随着分子生物学技术的发展，在研究抗生素某些合成基因功能的时
第三代大环内酯类抗生素的结构改造及合成方法
第三代大环内酯类抗生素的结构改造及合成方法 智会静;尤启冬 【摘要】酮内酯类抗生素是具有大环内酯结构的红霉素衍生物。大量耐药病原菌的迅速出现使红霉素类半合成抗生素临床应用出现了挑战，也促使了针对耐药菌的第三代酮内酯类药物的研发并取得了丰硕的研究成果，其代表药物为泰利霉素和喹红霉素。本文综述了近年来对酮内酯类抗生素C-6位、C-5位糖环、三环类、C-11，12位及C-12位等处结构修饰方面的新进展，重点介绍了第三代酮内酯半合成抗生素合成的方法研究。%Ketolides are derivatives of erythromycin of macrolides. A lot of novel erythromycin derivatives were prepared and studied in recent years. Many of them bear unique structures and impressive antibacterial activities represented by telithromycin and cethromycin. Such fruitful results were driven by urgent needs of innovative agents to combat emerging bacterial resistance. This article reviewed the recent progress on the structural modification of the ketolide antibiotics at C-6, C-5 sugar, tricyclic ketolides, C-11,12 and C-12 position, highlighting the synthesis of macrolides method. 【期刊名称】《中国抗生素杂志》 【年(卷),期】2011(036)007 【总页数】11页(P492-501,535) 【关键词】泰利霉素；喹红霉素;大环内酯；抗菌；合成 【作者】智会静;尤启冬
大环内酯类药物抗菌作用分子机制及其支原体耐药性研究进展
大环内酯类药物抗菌作用分子机制及其支原体耐药性研究进展 吴聪明 中国农业大学动物医学院 大环内酯（Macrolides）类药物是由链霉菌产生或半合成的一类以一个大环内酯为母体，通过羟基，以苷键和1～3个糖分子相连而成的弱碱性抗生素。按其内酯环上碳原子数的不同，分为十四、十五和十六元环内酯类抗生素。自1952年Lilly公司将红霉素成功开发上市以来，迄今已开发出大环内酯药物逾百种，用于临床的已有十几种。 大环内酯类抗生素除对革兰氏阳性菌有较强的抗菌活性外，对耐青霉素金黄色葡萄球菌、部分革兰氏阴性菌、部分厌氧菌、支原体、衣原体、军团菌、胎儿弯曲杆菌、螺旋体和立克次氏体等均有抗菌活性，比氨基甙类、四环素类和多肽类等抗生素的毒副作用和不良反应低，无青霉素类抗生素的严重过敏反应，因此在临床上获得广泛应用。为了克服红霉素等第一代大环内酯类抗生素对酸不稳定、易产生耐药性、胃肠道刺激强等弱点，各个国家竞相对大环内酯类药物原有结构进行改造，获得了一系列抗菌活性更强、药动学参数更优的第二代大环内酯类药物（包括罗红霉素、地红霉素、氟红霉素、克拉霉素、阿齐霉素等）。第二代大环内酯类抗生素具有：1）对酸稳定，口服生物利用度高；2）血浆药物浓度、组织体液及细胞内药物浓度高；3）血浆半衰期延长；4）胃肠道反应轻等特点。但其抗菌谱、临床适应证与第一代大环内酯类抗生素相似，仍易诱导耐药性。因此以扩展抗菌谱，增强抗菌活性，克服诱导耐药性为方向，开始了第三代大环内酯类药物的研究，至今已开发出了酮内酯（Ketolides）、酰内酯（Acylides ）、氮内酯（Azzilides）等大环内酯药物新亚类，其中酮内酯类的泰利霉素（telithromycin）已被批准用于临床，有效控制了多重耐药肺炎链球菌等感染（1-4）。新型大环内酯类药物研发方兴未艾，但随着大环内酯类药物在人医及兽医临床上的广泛应用，肺炎链球菌、支原体等病原菌对其耐药性逐渐上升，严重影响了该类药物的疗效（5-8）。 阐明药物的抗菌作用机制及耐药机制，是指导临床合理用药，设计开发更好药物的先决条件。本文对大环内酯类药物的抗菌作用机制尤其是分子机制文献进行了综述，并跟踪了支原体对大环内酯类药物耐药性的研究进展。