氨基糖苷類藥物抗生素的抗菌特性及結(jié)構(gòu)特點

氨基糖苷類藥物抗生素的抗菌特性及結(jié)構(gòu)特點

1氨基糖苷類抗生素1944年，wakmayaan等人報道了鏈霉菌產(chǎn)生的鏈霉菌素，報告了3000多種天然和半合成氨基糖苷類抗生素，其中微生物生產(chǎn)的天然氨基糖苷類抗生素近200種。氨基糖苷類(aminoglycosides)抗生素是臨床上重要的一類抗感染藥物,具有水溶性好、化學性質(zhì)穩(wěn)定、抗菌譜廣、抗菌能力強和吸收排泄良好等特點,雖然近年受到β內(nèi)酰胺類和喹諾酮類抗感染藥物的挑戰(zhàn),但仍是治療G菌和結(jié)核桿菌感染的首選藥物之一。對某些革蘭氏陽性菌也有良好的殺菌作用。與青霉素類或頭孢菌素類合用,常可取得協(xié)同作用。其殺菌活力在一定范圍內(nèi)為濃度依賴性,并具有明顯的抗生素后效應(PAE)。根據(jù)氨基糖苷類抗生素的抗菌特性及結(jié)構(gòu)特點,此類抗生素可分為3個發(fā)展階段。以卡那霉素為代表的第一代氨基糖苷類抗生素,其品種還有新霉素、巴龍霉素、鏈霉素和核糖霉素等,其結(jié)構(gòu)特點是完全羥基化的氨基糖與氨基環(huán)醇相結(jié)合,不抗綠膿桿菌,除鏈霉素、新霉素外,均已少用;第二代以慶大霉素為代表,其結(jié)構(gòu)中均含有脫氧氨基糖并具有抗綠膿桿菌的特點,其他品種還有妥布霉素、西索米星和小諾霉素等;第三代則是氨基環(huán)醇上氮位取代衍生物,品種有阿米卡星、阿貝卡星、奈替米星、阿司米星和我國創(chuàng)新的一類新藥依替米星等,其特點是保留了母體的抗菌活性,耳腎毒性小,抗耐藥性等。根據(jù)氨基糖數(shù)目分為假三糖類和假二糖類,氨基含量越多,抗菌能力越強。2氨基糖苷類藥物的藥敏作用耐酶品種:細菌所產(chǎn)的乙酰轉(zhuǎn)移酶、磷酸轉(zhuǎn)移酶和核苷轉(zhuǎn)移梅等氨基糖苷類鈍化酶可破壞卡那霉素、慶大霉素、妥布霉素、西酸霉素等,而新品種對鈍化酶較穩(wěn)定,如阿米卡星(armikacin)、奈替米星(netilmicin)、依替米星(etimicin)和異帕米星(isepamicin),均主要用于耐慶大霉素菌株,即產(chǎn)氨基糖苷類鈍化酶菌株的感染。阿米卡星的抗菌譜與慶大霉素相似,其抗菌活性優(yōu)于卡那霉素,稍次于慶大霉素,特點是對許多腸道革蘭陰性菌和銅綠假單胞菌所產(chǎn)的氨基糖苷類鈍化酶相當穩(wěn)定,故對耐慶大霉素菌株所致感染可獲良效,而對慶大霉素敏感株所致感染仍應選用慶大霉素;阿米卡星的耳、腎毒性與慶大霉素無明顯差別。奈替米星的抗菌作用與慶大霉素相似,對各種氨基糖苷類鈍化酶較穩(wěn)定,稍次于阿米卡星,其耳、腎毒性較慶大霉素稍低,臨床也用于較重的革蘭陰性桿菌(主要為耐慶大霉素菌株)所致感染。依替米星其分子結(jié)構(gòu)與奈替米星極相似,僅少一雙鏈,故更穩(wěn)定。對氨基糖苷類鈍化酶的穩(wěn)定性、抗菌作用和耳、腎毒性及其臨床療效均與奈替米星相似。異帕米星的抗菌譜與阿米卡星相似,除銅綠假單胞菌外的大多數(shù)革蘭陰性菌對異帕米星更敏感。該品對氨基糖苷類鈍化酶的穩(wěn)定性優(yōu)于阿米卡星;其耳、腎毒性比阿米卡星稍低。主要用于革蘭陰性桿菌嚴重感染,特別是對其它品種包括對阿米卡星耐藥菌株所致感染?？傮w上,耐酶品種以異帕米星為優(yōu),其它依次為阿米卡星、奈替米星和依替米星。不耐酶品種:妥布霉素與西索米星(sisomicin)雖然對銅綠假單胞菌的作用優(yōu)于慶大霉素,但對鈍化酶不穩(wěn)定,故仍用于慶大霉素敏感菌株感染,特別是銅綠假單胞菌感染,而不適用于慶大霉素耐藥株所致感染。西索米星的耳、腎毒性較明顯,其臨床實用價值受到限制。慶大霉素為最常用的品種,為保持其良好的抗菌作用,減緩耐藥性產(chǎn)生,不提倡應用口服制劑,更不應擅自局部使用。細菌對卡那霉素的耐藥性明顯,臨床已少用口服制劑用于腹部手術前腸道準備與肝昏迷者。新霉素全身用藥毒性明顯,口服用于腸道感染與手術腸道準備,局部應用于沖洗傷口與膀胱及膿癤。小諾霉素與核糖霉素作用弱,毒性稍低,僅用于革蘭陰性桿菌輕癥感染。所有品種均具不同程度的耳、腎毒性。相比之下,對聽力損害的發(fā)生率依次為卡那霉素(1.6%),阿米卡星(1.5%),西索米星(1.4%),慶大霉素(0.5%),妥布霉素(0.4%);對前庭功能損害的發(fā)生率依次為卡那霉素(4.7%),鏈霉素(3.6%),西索米星(2.9%),慶大霉素(1.2%),妥布霉素(0.4%)。對腎臟的毒性,妥布霉素較慶大霉素低,而慶大霉素、奈替米星、阿米卡星等的腎毒性無明顯差異,發(fā)生率約10%。對神經(jīng)肌肉的阻滯作用以新霉素為甚,其次為鏈霉素>卡那霉素或阿米卡星>慶大霉素或妥布霉素。3微生物效價法正是由于氨基糖苷類的結(jié)構(gòu)和臨床應用特點,為了科學合理、安全有效地使用這類抗生素,AGs的定量和痕量分析受到了臨床醫(yī)學和藥物分析工作者的重視,特別是對有關物質(zhì)的分析更是近年來的熱點。由于氨基糖苷類抗生素絕大多數(shù)無特征的紫外吸收,因此微生物效價法是當前各國藥典測定該類抗生素含量的主要方法。同時,微生物法檢測成本相對低廉,適于推廣使用。但微生物法測定的是總效價,不能分別測定主成分和相關組分或有關物質(zhì)的量,不能準確反應氨基糖苷類抗生素的內(nèi)在質(zhì)量,且影響因素復雜,操作費時。例如王明娟等報道,國內(nèi)硫酸阿米卡星注射液不同生產(chǎn)廠產(chǎn)品間的雜質(zhì)A的含量可在0.5%～13%不等,但雜質(zhì)A具有抗菌活性,所以微生物效價測定時反映不出產(chǎn)品間的質(zhì)量差別。隨著對抗生素結(jié)構(gòu)及其物理化學性質(zhì)的進一步了解,對于含有抗菌活性的雜質(zhì)或多組分的抗生素,輔以控制組分級雜質(zhì)的方法,以彌補效價法測定含量專屬性不強的缺點,達到監(jiān)控藥品質(zhì)量的目的?，F(xiàn)介紹目前已應用于氨基糖苷類抗生素質(zhì)量控制的幾種方法。3.1高效薄層色譜法薄層色譜法操作簡單,耗時短,所需設備價廉,在氨基糖苷類抗生素的鑒別及有關物質(zhì)檢查中占有主要地位,《中國藥典》2005年版收載的12種氨基糖苷類抗生素中有8種采用薄層色譜鑒別方法。氨基糖苷類抗生素為極性較強的堿性化合物,在使用硅膠作薄層色譜的固定相時,展開劑中需要加入氨水調(diào)節(jié)pH值以減少拖尾現(xiàn)象。由于其結(jié)構(gòu)中具有伯氨基,顯色劑中多含有與伯氨基發(fā)生顯色反應的茚三酮。掃描密度計與TLC技術相結(jié)合產(chǎn)生的高效薄層色譜法(HPTLC)因其靈敏度、分離度和準確度都有很大提高,已用于藥物定量分析。Funk等用HPTLC測定了新霉素中3個組分新霉素A、B和C的百分含量。有報道應用高效薄層色譜-光度測定法進行獸用制劑中大觀霉素的鑒別及定量分析,檢測波長421nm,回收率102.54%。TLC-微生物顯影技術可檢測經(jīng)分離的雜質(zhì)是否有抗菌活性,常用于抗生素新品種開發(fā)、菌種篩選和質(zhì)量研究。陳劍峰等報告采用短小芽孢桿菌為生物顯影檢定菌,雙層瓊脂擴散法于37℃培養(yǎng)16～18h,通過對培養(yǎng)基pH值、發(fā)酵液樣品pH值、展開劑、薄板和菌層接觸時間等分析條件的優(yōu)化,測定發(fā)酵液中西索米星的效價,方法準確性及穩(wěn)定性均符合定量分析的要求。TLC具有使用范圍廣,樣品預處理簡單,優(yōu)化展開劑的組成方便等優(yōu)點,隨著吸附劑高效化,定量分析儀器化、自動化,TLC仍然是不可替代的一種用于氨基糖苷類抗生素質(zhì)量分析的方法。3.2高效液鉻hplc法由于氨基糖苷類抗生素沒有特征的紫外吸收,采用通常的UV檢測器檢測較困難,故該類藥物的HPLC法以衍生化與非衍生化法為主。3.2.1柱前衍生化法衍生化方法可分為柱前衍生和柱后衍生兩種,采用的衍生化試劑有鄰苯二醛(OPA)、2,4-二硝基氟苯(DNFB)、2,4,6-三硝基苯磺酸(TNBS),異氰酸苯酯(PIC),3,5-二硝基苯甲酰氯(DNBCL)(以上用紫外檢測器)和氯甲酸芴甲酯(FMOC-CL)(用熒光檢測器)等。利用氨基糖苷類抗生素結(jié)構(gòu)中的活潑基團(如氨基、羰基)與衍生化試劑形成紫外區(qū)有吸收或有熒光的物質(zhì),以便于紫外檢測或熒光檢測。柱前衍生化方法較簡單,不需要特殊的設備;柱后衍生化采用在線技術,便于自動化測定,但需要有特殊的衍生化反應裝置,因此柱前衍生化方法較多被采用。由于衍生化法供試品制備步驟繁瑣,色譜條件多選用含鹽較多的流動相,必要時需加入離子對試劑,長期應用有損色譜柱及進樣器的使用壽命;同時影響試驗結(jié)果因素較多,重現(xiàn)性差。因此,非衍生化方法的開發(fā)則更具有實用價值。3.2.2檢測方法的選擇氨基糖苷類抗生素的非衍生化分析通常采用了新的檢測技術:如示差折光檢測法、UV末端吸收法、間接測定法、脈沖電化學檢測器法、質(zhì)譜檢測法和蒸發(fā)光散射檢測法(ELSD)等。新型檢測器的使用擴大了HPLC非衍生化方法在氨基糖苷類抗生素中的應用,相比之下,各有特點。示差折光檢測器受溫度和流動相組成影響大,色譜系統(tǒng)平衡需較長時間,已較少采用;UV末端吸收法對儀器及試劑色譜純度要求高;間接測定法要選用適宜的有紫外吸收或熒光的物質(zhì)作檢測劑,方法不易建立;脈沖電化學檢測器靈敏度較高,但采用的多為聚苯乙烯～二乙烯苯色譜柱,實驗條件苛刻,通用性差;質(zhì)譜檢測器靈敏度高,但儀器昂貴。近年來,在藥學領域中廣泛應用的蒸發(fā)光散射檢測器(ELSD)是一種通用型質(zhì)量檢測器,對任何揮發(fā)性低于流動相的樣品均能被檢測,并且在一定條件下物理性質(zhì)相似的物質(zhì)其響應因子基本一致,可以滿足樣品有關物質(zhì)檢查和含量測定等多項藥物質(zhì)量控制的要求,專屬性強、靈敏度高,在氨基糖苷類抗生素的分析中占有重要的地位。3.3基于gc-ms法的化合物衍生化氨基糖苷類抗生素不具揮發(fā)性,需要提高溫度用硅烷化試劑衍生化后進行GC分析?！禪SP》26版、《BP》2002年版中鹽酸大觀霉素的測定即采用六甲基硅烷衍生化后FID檢測。PreuM等報道了一個兩步衍生化測定生物材料中慶大霉素和卡那霉素的方法,用三甲基硅烷咪唑(TMSI)對羥基進行三甲基硅烷化和用N-(heptafluorobutyryl)-imidazole(HFBI)對氨基進行酰化,衍生化產(chǎn)物在經(jīng)液液萃取后用毛細管GC-MS法分析,慶大霉素可分離出C1、Cla和C23種成分,方法靈敏,可測定30～200μg的慶大霉素和10～200μg的卡那霉素。GC-MS是所有聯(lián)用技術中發(fā)展最完善,應用最廣泛的方法。3.4氨基糖苷類保水性計算方法flurercl-3-古代酸鹽緩沖系統(tǒng)圖10毛細管電泳是上世紀80年代后期發(fā)展起來的一種分離分析技術,HPCE是一類以毛細管為分離通道,以高壓直流電場為驅(qū)動力的新型液相色譜分離技術。根據(jù)分離模式的不同,又可分為毛細管區(qū)帶電泳(CZE)、毛細管等電聚焦(CIEF)、毛細管凝膠電泳(CEC),膠束電動毛細管色譜(MEKC)等,具有分離效率高、速度快、樣品用量少的特點。FlurercL介紹了采用硼酸鹽緩沖系統(tǒng)(pH為9)為電解質(zhì),陰極端(在檢測器邊)UV195nm波長下直接測定,12種氨基糖苷類抗生素及其雜質(zhì)(慶大霉素C、慶大霉素Cla、慶大霉素C2+C2a、西索米星、地貝卡星、鏈霉素、雙氫鏈霉素、妥布霉素、阿米卡星、卡那霉素B、卡那霉素A、巴龍霉素、布替羅星A、布替羅星B、核糖霉素)可被有效分離。本方法有良好的精密度(RSD=3%),定量限在50μg·mL-1。AckermansMT等采用間接測定法檢測,在緩沖液中加入一定量的有紫外吸收的咪唑為背景電解質(zhì),當無紫外吸收的樣品分子通過檢測器時,出現(xiàn)倒峰而檢測。在0.01mol·L-1咪唑背景電解質(zhì)中,214nm檢測,成功分析了6種氨基糖苷類抗生素。電化學檢測器同樣適用于CZE技術,此法可同時檢測7種氨基糖苷類抗生素。此類抗生素的HPCE檢測方法,最為常用的仍然是柱前及柱內(nèi)衍生的CZE技術,然后進行紫外檢測。3.5電性離子檢測電噴霧離子阱多級質(zhì)譜法(ESI-MS)技術屬于軟電離方式,可在溫和的條件下獲得待測物的準分子離子峰。氨基糖昔類化合物在結(jié)構(gòu)中含有多個伯胺或仲胺基團顯弱堿性,在質(zhì)譜上具有較強的正離子響應。ESI-MS已成功地用于鏈霉素、雙氫鏈霉素、巴龍霉素、核糖霉素、阿米卡星,妥布霉素、卡那霉素A、新霉素和威替米星等的定性分析以及慶大霉素和新霉素的定量分析。ESI-MS法不需要標準品即可對混合物中除同分異構(gòu)體外的各組分進行定性和半定量分析,方法準確、快速、簡便。由于這類藥物在結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)上非常相似,用一般的方法進行快速鑒別存在一定的困難。但用ESI-MS法可迅速得到其單一組分或多組分(如慶大霉素)的多級質(zhì)譜信息。這對該類化合物的定性鑒別和定量分析以及有關物質(zhì)的檢測提供了可靠的理論依據(jù),對嚴格控制藥品的質(zhì)量有很好的指導作用。3.6原子吸收光譜法ass法免疫分析是近年來發(fā)展很快的一種方法,已用于生物樣本中微量抗生素的快速鑒別。原子吸收光譜法(ASS)方法用于慶大霉注射液的測定,回收率在98.6%～103.0%之間。另外還有一些非專屬性的理化測定方法(旋光法、分光法、容量法、量熱法)的報道,主要用于制劑生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制和溶出度研究。4氨基糖苷類物質(zhì)元素檢測氨基糖苷類抗生素有關物質(zhì)主要為合成前體、異構(gòu)化產(chǎn)物、其它副產(chǎn)物和儲存期降解物,其結(jié)構(gòu)與主成分較為相似。故能用于測量氨基糖苷類抗生素含量的靈敏度高、專屬性強的方法,基本都可用于其有關物質(zhì)的檢測?；跈z測方法的實用性和普及性,目前國內(nèi)制藥行業(yè)用