具有抗MRSA活性的碳青霉烯类新化合物的合成与抗菌活性研究
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摘要 随着硫霉素的问世和青霉素、头孢菌素耐药菌的出现，碳青霉烯类抗生素已成为当前 治疗院内严重感染，包括多重耐药菌感染的一类有效的抗菌药物。虽然，亚胺培南、美罗培南等已上市的碳青霉烯具有很强的抗菌活性、超广的抗菌谱，并对β—内酰胺酶稳定，但对甲氧西林耐药的金黄色葡萄球菌(methicillin—resistant Straphylococcus aureus，mrsa)缺乏有效的抗菌活性。从1961年第一次发现MRSA以来，MRSA现已成为全世界范围内最常见的院内感染病原菌。由于该菌不仅对各类β—内酰胺类抗生素具有内在的耐药性，而且通过获得其它耐药基因而呈现出对其它类抗生素的多重耐药性，给临床治疗带来了严重问题。目前，万古霉素(Vancomycin)作为临床上治疗MRSA感染的一线用药，但因其具有副作用，限制了它在临床上的应用。而且，随着万古霉素在临床上的广泛应用，万古霉素耐药的MRSA和肠球菌的出现，已成为临床上更为棘手的问题。因而，迫切需要探寻新的具有强抗MRSA活性的碳青霉烯类抗生素。
碳青霉烯对MRSA缺少有效活性，推测可能与大多数青霉素和头孢菌素一样，不能很好地与MRSA特有的青霉素结合蛋白PBP2a(或PBP2，)相结合。因而，在碳青霉烯中引入与PBP2a的“结合元素”，提高与PBP2a的亲合力，有可能提高碳青霉烯的抗MRSA活性。根据这一设计思路，我们设计了l，3，4—噻二唑碳青霉烯类新化合物60a—f。通过三氟甲磺酸酐活化1—β甲基碳青霉烯双环母核，将制备的5—取代的2—巯基—1，3，4—噻二唑侧链引入碳青霉烯双环母核的C—2位，脱去保护基，成功地合成了1，3，4—噻二唑碳青霉烯类新化合物60a—f’钾盐。并测定了新化合物60a—e的体外抗菌活性。
在合成的新化合物中60a、b的活性最强，其抗菌活性与对照药泰能、美罗培南、万古霉素相比：(1)对MSSA抗菌活性明显优于万古霉素及美罗培南16倍；与泰能相等。(2)对MRSA抗菌活性略弱于万古霉素；明显优于美罗培南4倍及与泰能16倍。(3)对肺炎球菌敏感菌抗菌活性明显优于万古霉素和泰能16倍，优于美罗培南32倍；对肺炎球菌耐药菌抗菌作用明显优于万古霉素和泰能2倍，优于美罗培南8倍。(4)对肠球菌敏感菌抗菌活性与万古霉素和泰能相等，是美罗培南2倍；对肠球菌耐药菌抗菌活性略弱于万古霉素，明显优于美罗培南32倍及与泰能16倍。(5)抗革兰阴性菌作用明显弱于美罗培南；但对绿脓杆菌显示有一定的抗菌活性，与泰能的抗菌作用相比差别不大。
从以上结果可以看出，合成的碳青霉烯类新化合物60a、60b抗革兰阳性菌活性除MSSA弱于泰能外，对MRSA、肺炎球菌、肠球菌活性均强于泰能和美罗培南。与临床上的抗MRSA抗生素—万古霉素相比对MSSA、肺炎球菌活性强于万古霉素，抗MRSA、肠球菌活性比万古霉素稍弱。经过进一步的生物学性质的研究和结构改造，有望开发成为抗MRSA的新一代碳青霉烯类抗生素。
随着硫霉素的问世和青霉素、头抱菌素耐药菌的出现，碳青霉烯类抗生素已成为当前治疗院内严重感染，包括多重耐药茵感染的一类有效的抗菌药物。虽然，亚胺培南、美罗培南等已上市的碳青霉烯具有很强的抗菌活性、超广的抗菌谱，并对β—内酰胺酶稳定，但对甲氧西林耐药的金黄色葡萄球菌(methicilliH—resistant Straphylococcus aureus，MRSA)缺乏有效的抗菌活性。从1961年第一次发现MRSA以来，MRSA现已成为全世界范围内最常见的院内感染病原菌。由于该菌不仅对各类β—内酰胺类抗生素具有内在的耐药性，而且通过获得其它耐药基因而呈现出对其它类抗生素的多重耐药性，给临床治疗带来了严重问题。目前，万古霉素(vancomycin)作为临床上治疗MRSA感染的一线用药，但因其具有副作用，限制了它在临床上的应用。而且，随着万古霉素在临床上的广泛应用，万古霉素耐药的MRSA和肠球菌的出现，已成为临床上更为棘手的问题。因而，迫切需要探寻新的具有强抗MRSA活性的碳青霉烯类抗生素。
碳青霉烯对MRSA缺少有效活性，推测可能与大多数青霉素和孢菌素一样，不能很好地与MRSA特有的青霉素结合蛋白PBP2a(或PBP2’)相结合。因而，在碳青霉烯中引入与PBP2a的“结合元素”，提高与PBP2a的亲合力，有可能提高碳青霉烯的抗MRSA活性。根据这一设计思路，我们设计合成了碳青霉烯类新化合物60a—f，并测定了新化合物60a—e的体外抗菌活性。
(一)1，3．4—噻二唑碳青霉烯类新化合物的合成
如前所述，为了寻找具有抗MRSA活性的新碳青霉烯类抗生素，我们设计将5—位取代的2—疏基—1，3，4—噻二唑引入1—β甲基碳青霉烯双环母核的C—2位，合成碳青霉烯新化合物。我们先选取具有代表性的取代基：2—吡啶基、苯基、甲基、氨基、酰胺基，进行初步的合成，并测定其体外抗菌活性，望能发现对MRSA具有有效活性的l，3，4—噻二唑碳青霉烯新化合物，进一步进行深入的构效关系研究，合成出具有开发前景的抗MRSA碳青霉烯类抗生素。
1．侧链5—取代的2—巯基—1，3，4—噻二唑引入
将制备的侧链5—取代的2—巯基—1，3，4—噻二唑引入碳青霉烯双环母核的C—2位，我们采用与活化的1—β甲基碳青霉烯双环母核的烯醇磷酸酯在二异丙基乙基胺的存在下，进行反应，但未能得到预期产物。这可能是由于侧链5—取代的2—巯基—l，3，4—噻二唑存在异构现象：其酮式结构的存在，减弱了硫的亲核性，使反应活性降低。
根据亲核取代反应机理，将制备的烯醇三氟甲磺酸酯(57)代替烯醇磷酸酯，使反应活性增强；同时将侧链制成硫醇锂盐，增强其亲核性，在无水四氢吱喃中，成功地在碳青霉烯双环母核的C—2位引入5—位取代的2—巯基—1，3，4—噻二唑侧链，得到产物(58)。
2．羟基脱保护
以二甲基甲酰胺、N—甲基毗咯烷酮作溶剂，与氟化氢铵在室温反应96h，即可脱去羟基的叔丁基二甲基硅醚保护，得到产物(59)。
3．羧基脱保护
用Pd(PPhz)4—PPhz作催化剂，与2—乙基己酸钾反应，脱去烯丙基，用大孔树脂柱层析纯化，冷冻干燥，得到目标产物(60)。其中，化合物(59f)侧链氦基上的烯丙氧碳基保护也应同时脱去，得到产物(60f)，但分离纯化得到的是少量的氨基直接与烯丙基相连的产物(60f’)。推测，可能由于游离氨基很活泼，类似于硫霉素，在脱去烯丙氧碳基和烯丙基保护后，分解失活，而有少部分侧链氨基脱去烯丙氧碳基后因与脱下的烯丙基反应或经六元环环状过渡态重排生成烯丙胺产物(60f’)，得到稳定，而未致分解。
(二)1，3，4—噻二唑碳青霉烯类新化合物60a—e的抑菌试验
根据原来的设计思路，我们测定了1，3，4—噻二唑碳青霉烯类新化合物60a—e的体外抗菌活性。结果见表1。
表1 碳青霉烯类新化合物MIC结果
敏感金葡球菌：60a—e MIC50、MIC90值均低于万古霉素；60a—e MIC90值高于泰能，但低于美罗培南；a的抗菌作用最强，抗菌作用的强弱依次为a＞b＞d＞e＞c。
耐药金葡球菌： lang=EN-US>60a—e MIC50值均低于泰能、美罗培南，但高于万古霉素；a、b的MIC90值低于泰能、美罗培南，高于万古霉素；c、d、e MIC90值与美罗培南相当，但优于泰能．抗菌作用的强弱依次为b＞a＞d＞e＝c。
大肠敏感菌：60a—eMIC90、MIC50值均高于泰能、美罗培南，抗茵作用强弱依次为c＞d＞a＞e＞b。
大肠耐药菌：60a—eMIC90，MIC50值均高于泰能、美罗培南，抗菌作用强弱依次为c＞d＞a＞e＞b。
绿脓敏感菌：60a—c MIC90，MIC50值均高于泰能、美罗培南，抗菌作用a＞b＞c。
绿脓耐药菌：60a—c MIC90，MIC50值均高于泰能、美罗培南，抗菌作用a＞b＞c。
肺炎球菌：60a—c MIC90，MIC50值均低于泰能、美罗培南及万古霉素，a，b MIC50值远高于对照药。
肠球菌：60a、b MIC50值与泰能、美罗培南、万古霉素相当；a、bMIC90值远低于泰能、美罗培南，但高于万古霉素，60c的抗菌作用弱，抗菌作用a＞b＞c．
从以上结果可以看出：
1．对敏感金葡球菌，60a—e抗菌作用优于美罗培南及万古霉素，但低于泰能；对耐药金葡球菌的抗菌作用，a、b优于泰能、美罗培南，比万古霉素稍弱；c、d、e与美罗培南相当，优于泰能。
2．60a—e对大肠杆菌，绿脓杆菌无论敏感菌和耐药菌抗菌作用均弱于泰能、美罗培南；c抗大肠杆菌作用最好，a抗绿脓杆菌作用最强。
3．60a—c抗肺炎球菌作用优于泰能、美罗培南、万古霉素，a、b抗菌作用强于c。
4．抗肠球菌作用，a、b与泰能、美罗培南、万古霉素相当。a、b对泰能、美罗培南耐药的肠球菌(美罗培南的抑菌浓度(256ug／m1)的抗菌作用强于泰能、美罗培南，低于万古霉素。
(三)结果讨论：
1．结构与抗菌活性的关系
(1)60a侧链l，3，4—具有抗MRSA活性的碳青霉烯类新化合物的合成与抗菌活性研究具有抗MRSA活性的碳青霉烯类新化合物的合成与抗菌活性研究噻二唑的5—位为2—吡啶取代，60b为苯基取代：
60a抗MSSA、大肠杆菌、绿脓杆菌、肠球菌活性比60b稍强，但抗MRSA活性比60b稍弱，两者活性差别不大。
(2)60d与60e同为酰胺基取代，60d为乙酰胺基，60e为丙酰胺基：
抗MSSA、MRSA、大肠杆菌活性，60d均大于60e，说明碳链延长抗菌活性降低；与60a、60b相比，其抗菌活性均弱于后两者，说明酰胺基取代比杂环取代抗菌活性降低。
(3)60c为甲基取代：
除抗大肠杆菌活性强于其它化合物外，60c活性均为最弱。说明烷基取代，抗菌活性降低。
2．新化合物60a、b抗菌活性与对照药的比较
在合成的新化合物中，60a、b的活性最强，将其抗菌活性与对照药泰能、美罗培南、万古霉素进行比较：
表2 碳青霉烯类新化合物与万古霉素、泰能、美罗培南抗菌作用比较