喹諾酮在抗真菌領(lǐng)域的研究進(jìn)展

韓冰，馮連順 編寫 劉明亮，郭慧元 審校

(1 西南民族大學(xué)藥學(xué)院，成都 610041；2 中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院醫(yī)藥生物技術(shù)研究所，北京 100050)

1 前言

真菌是第二大類真核微生物，約有150～510萬(wàn)種，具有形態(tài)、生態(tài)、代謝和物種多樣性。其代謝產(chǎn)物結(jié)構(gòu)豐富，在農(nóng)業(yè)、工業(yè)和醫(yī)藥等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。大約50種真菌對(duì)人類致病，每年3億人罹患侵襲性真菌感染(IFIs)，135萬(wàn)患者因此喪命。其中，白色念珠菌、新型隱球菌和煙曲霉是導(dǎo)致IFIs的主要致病菌。目前，臨床上使用的抗真菌藥物屈指可數(shù)，且藥效、抗菌譜和安全性不盡如人意。更為嚴(yán)峻的是，真菌已對(duì)臨床上使用的抗真菌藥物產(chǎn)生了耐藥性。目前，多個(gè)抗真菌候選物處于臨床研究階段，但仍不能滿足患者的需求。因此，研發(fā)新型抗真菌藥物迫在眉睫。

喹諾酮類化合物具有抗菌、抗腫瘤、抗結(jié)核、抗瘧疾和抗真菌等多種生物活性，是臨床上常見藥物。研究表明，喹諾酮不僅具有潛在的抗真菌活性，而且某些產(chǎn)品如曲伐沙星與抗真菌藥物如氟康唑和兩性霉素B聯(lián)合給藥時(shí)對(duì)真菌感染具有協(xié)同作用。因此，有必要對(duì)喹諾酮類化合物的抗真菌活性進(jìn)行研究。

喹諾酮可修飾的位點(diǎn)較多，藥物化學(xué)家對(duì)其N-1、C-5、C-6、C-7和C-8位進(jìn)行了系統(tǒng)而廣泛的修飾。近年來(lái)，藥物化學(xué)家篩選了眾多喹諾酮衍生物的抗真菌活性，發(fā)現(xiàn)某些化合物對(duì)藥敏型和耐藥型真菌具有良好的活性。本文綜述了該領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展，并歸納這類化合物的構(gòu)-效關(guān)系(SAR)以指導(dǎo)藥物化學(xué)家更合理的設(shè)計(jì)此類化合物。

2 2-喹諾酮衍生物

2-喹諾酮衍生物GSK945237（見圖1）和AZD9742目前正處于治療細(xì)菌感染的臨床評(píng)價(jià)階段，有望于不久的將來(lái)為人類健康服務(wù)，故2-喹諾酮類化合物引起了藥物化學(xué)家的極大興趣。

2-喹諾酮-噻唑烷酮雜合體1（見圖2）對(duì)所測(cè)的黑曲霉、白色念珠菌、煙曲霉和棒曲霉菌具有弱到中等強(qiáng)度的活性，最小抑制濃度(MIC)為6.25～100 μg/mL，弱于對(duì)照藥酮康唑(MIC: ≤3 μg/mL)。其中，雜合體1b對(duì)黑曲霉(MIC: 6.25 μg/mL)、棒曲霉菌(MIC:12.5 μg/mL)和白色念珠菌(MIC: 12.5 μg/mL)的活性最高，而雜合體1e和1o (MIC: 12.5 μg/mL)對(duì)煙曲霉的活性最高。SAR顯示，苯環(huán)上的取代基與活性息息相關(guān)，且鹵素氟、氯和溴對(duì)活性有利，而氨基、羥基和羧基對(duì)活性不利；以嗎啉基、哌嗪基或哌啶基取代二甲胺基時(shí)并不能顯著的提高抗真菌活性。

圖1 2-喹諾酮衍生物GSK945237和AZD9742的化學(xué)結(jié)構(gòu)

圖2 2-喹諾酮衍生物1～12的化學(xué)結(jié)構(gòu)

2-喹諾酮-噻唑雜合體2和3對(duì)黑曲霉和白色念珠菌的MIC為25～100 μg/mL，活性弱于氟康唑(MIC:12.5 μg/mL)。SAR表明，向噻唑(R2)引入取代苯基時(shí)并不能提高抗真菌活性，但氯苯基優(yōu)于甲苯基。用苯基取代2-喹諾酮母核N-1位的甲基時(shí)可在一定程度上提高抗真菌活性，且肼衍生物3的活性優(yōu)于相應(yīng)的胺基衍生物2。雜合體2a,b和3d,e對(duì)黑曲霉和白色念珠菌的MIC為25 μg/mL，略弱于氟康唑。

絕大多數(shù)2-喹諾酮衍生物4 (MIC: 100～500 μg/mL)對(duì)棒曲霉菌和白色念珠菌的活性與制霉菌素(MIC: 100 μg/mL)和灰黃霉素(MIC: 500和100 μg/mL)相當(dāng)或更優(yōu)。SAR顯示，向R1位引入吸電子基可提高抗真菌活性?；衔?d和4t (MIC: 100 μg/mL)抗白色念珠菌活性與制霉菌素相當(dāng)，而化合物4d、4p和4x (MIC: 100 μg/mL)抗棒曲霉菌活性與灰黃霉素相當(dāng)。其中，化合物4d對(duì)所測(cè)真菌的活性不次于制霉菌素和灰黃霉素，值得進(jìn)一步研究。

2-喹諾酮-三氮唑雜合體5 (MIC: 1～＞256 μg/mL)對(duì)黑曲霉、煙曲霉和白色念珠菌具有潛在的活性。SAR顯示，吸電子基氯優(yōu)于供電子基甲基和甲氧基，且貢獻(xiàn)順序?yàn)槁龋炯籽趸練洌炯谆?-喹諾酮的C-8位是最適合引入取代基的位點(diǎn)。其中，雜合體5d (MIC: 1～32 μg/mL)的活性與氟康唑(MIC: 1～16 μg/mL)相當(dāng)，值得進(jìn)一步研究。

2-喹諾酮-1,3,4-噁二唑雜合體6和2-喹諾酮-1,3,4-噻二唑雜合體7對(duì)黑曲霉和白色念珠菌的MIC為12.5～200 μg/mL，且雜合體6的活性優(yōu)于相應(yīng)的7。SAR顯示，供電子的甲氧基對(duì)活性有利，而吸電子的氟和三氟甲基對(duì)活性不利。含有芐基的雜合體6f(MIC: 25和25 μg/mL)和7f(MIC:25和50 μg/mL)活性最高，但低于氟康唑(MIC:6.25和12.5 μg/mL)。

2-喹諾酮衍生物8 (2 mg/mL時(shí)的抑菌圈為5～16 mm)和9 (2 mg/mL時(shí)的抑菌圈為6～15 mm)的抗黑曲霉和白色念珠菌活性弱于氟康唑(0.5 mg/mL時(shí)的抑菌圈為23和26 mm)，但某些化合物的抗炎活性優(yōu)于雙氯芬酸鈉。4-羥基-1H-2-喹諾酮10在濃度為50、100和150 μg/mL時(shí)對(duì)黑曲霉未顯示出任何活性，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)向C-3、C-5、C-6和C-7 位引入羥基、硝基、氨基、羧基和羧酸乙酯(11)并不能提高對(duì)白色念珠菌、熱帶假絲酵母、克魯斯假絲酵母、光滑假絲酵母、白吉利毛孢子菌、煙曲霉、傘狀毛霉菌和須癬毛癬菌活性。向2-喹諾酮的C-3位引入查耳酮所得的雜合體12a-c(100 mg/mL時(shí)的抑菌圈為7～14 mm)對(duì)白色念珠菌、黃曲霉和黑曲霉的具有微弱的活性，弱于克霉唑(1 mg/mL時(shí)的抑菌圈為16～18 mm)。

3 4-喹諾酮衍生物

3.1 氟喹諾酮衍生物

以氟喹諾酮為代表的4-喹諾酮在臨床上廣泛用于各種細(xì)菌感染的治療，是僅次于頭孢菌素的第二大類抗感染化療藥物。除抗菌活性外，氟喹諾酮還具有諸如抗真菌等多種生物活性。氟喹諾酮的結(jié)構(gòu)特征有C-3位的羧基、C-4位的羰基、C-6位的氟和C-7位的堿性氮雜環(huán)。

Al-Hiari等評(píng)價(jià)了7個(gè)氟喹諾酮衍生物的抗菌和抗真菌活性，發(fā)現(xiàn)化合物13a（見圖3）和13b (MIC:1.56和0.78 μg/mL)對(duì)白色念珠菌的活性優(yōu)于對(duì)照藥環(huán)丙沙星(MIC: 3.13 μg/mL)。氟喹諾酮酯14和15對(duì)枯草桿菌和金黃色葡萄球菌的活性較弱，對(duì)煙曲霉和白色念珠菌幾乎無(wú)活性，提示C-3位的羧基對(duì)活性有顯著影響。對(duì)氟喹諾酮-噻二唑雜合體16而言，無(wú)論是酯16a還是羧酸16b,c均對(duì)釀酒酵母、熱帶假絲酵母和黑曲霉無(wú)活性，用取代苯基代替N-1位的烷基也不能改善活性。

圖3 氟喹諾酮衍生物13～29的化學(xué)結(jié)構(gòu)

氟喹諾酮-噻唑烷酮雜合體17～19對(duì)黑曲霉、棒曲霉菌和白色念珠菌僅顯示出較弱的活性，MIC為100～＞1000 μg/mL。所有雜合體的抗真菌活性均在同一水平，提示向氟喹諾酮的C-7位引入堿性氮雜環(huán)并不能提高抗真菌活性。代表物17c (MIC: 100 μg/mL)抗白色念珠菌活性與制霉菌素(MIC: 100 μg/mL)相當(dāng)，是灰黃霉素(MIC: 500 μg/mL)的5倍，但對(duì)黑曲霉和棒曲霉菌的活性弱于2個(gè)對(duì)照藥。

氟喹諾酮-1,2,3-三氮唑雜合體20對(duì)白色念珠菌、褶皺假絲酵母、釀酒酵母、黃曲霉和黑曲霉顯示出弱到中等強(qiáng)度的活性，弱于對(duì)照藥兩性霉素B。除雜合體21b外的克林沙星-1,2,4-三氮唑雜合體21具有優(yōu)秀的廣譜抗菌和抗真菌活性， MIC為0.25～2 μg/mL，活性與對(duì)照藥氯霉素、克林沙星和氟康唑相當(dāng)或更優(yōu)。SAR表明，向苯環(huán)引入第二個(gè)鹵素對(duì)抗真菌活性有利。代表物22e,g不僅對(duì)藥敏型和耐藥型革蘭陽(yáng)性菌和陰性菌的活性極高(MIC: 0.25～1 μg/mL)，對(duì)白色念珠菌和假絲酵母也具有良好的活性(MIC: 0.5 μg/mL)。二者的抗菌和抗真菌活性不亞于克林沙星和氟康唑，可作為先導(dǎo)物進(jìn)一步優(yōu)化。

8-甲氧基環(huán)丙沙星衍生物22在濃度為150 μg/mL時(shí)對(duì)白色念珠菌的抑菌圈為6～9 mm，普遍弱于母藥8-甲氧基環(huán)丙沙星(150 μg/mL時(shí)的抑菌圈為9 mm)。SAR顯示，向R位引入氨基比醚對(duì)活性更有利，但環(huán)胺和鏈狀胺對(duì)活性貢獻(xiàn)相當(dāng)。

諾氟沙星-/環(huán)丙沙星-萘啶酸雜合體23a(MIC: 250和500 μg/mL)和23c(MIC: 125和250 μg/mL)對(duì)白色念珠菌和釀酒酵母的活性較弱，遠(yuǎn)遜于氟康唑(MIC:＜8.0 μg/mL)。SAR顯示，氟喹諾酮和萘啶酸之間的連接子對(duì)活性有顯著影響，且以1,2,4-三氮唑-5(4H)-硫酮為連接子的雜合體23b,d對(duì)白色念珠菌和釀酒酵母未顯示出任何活性。司帕沙星雜合體24a-c不僅對(duì)多種革蘭陽(yáng)性菌和陰性菌的活性與司帕沙星相當(dāng)，對(duì)茄皮腐鐮孢、紅色毛癬菌、寄生曲霉和白色念珠菌等大多數(shù)所測(cè)真菌的活性優(yōu)于司帕沙星、加替沙星和吉米沙星。諾氟沙星-/環(huán)丙沙星-苯并咪唑雜合體25即使在濃度為50 μg/mL時(shí)對(duì)黑曲霉、黑根霉和白色念珠菌也未顯示出任何活性，無(wú)進(jìn)一步研究?jī)r(jià)值。

包括氟喹諾酮在內(nèi)的4-喹諾酮衍生物26～28對(duì)白色念珠菌、黃曲霉和假絲酵母具有優(yōu)秀的活性，其中化合物26a-h(MIC: 0.5～16 μg/mL)對(duì)黃曲霉的活性優(yōu)于氟康唑(MIC: 256 μg/mL)。值得一提的是，化合物26e-g (MIC: 0.5 μg/mL)對(duì)黃曲霉的活性是氟康唑512倍。不僅如此，化合物26a-h對(duì)白色念珠菌和假絲酵母的活性也優(yōu)于氟康唑。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，用1,2,4-三氮唑代替環(huán)氧丙烷所得的雜合體27和28不能顯著提高抗真菌活性。

氟喹諾酮衍生物29對(duì)黑曲霉、煙曲霉、黃曲霉和白色念珠菌具有良好的活性，MIC為6.25～25 μg/mL，其中的某些化合物活性與咪康唑(MIC:6.25～12.5 μg/mL)相當(dāng)，提示C-3位的羧基可能不是高抗真菌活性所必需，這與抗菌活性大相徑庭。

3.2 氟喹諾酮金屬螯合物

研究表明，氟喹諾酮與金屬螯合是此類藥物發(fā)揮抗菌活性的關(guān)鍵步驟。因此，向氟喹諾酮引入金屬離子可能會(huì)提高其生物活性。加替沙星-Mg2+,Fe2+, Mn2+, Cu2+, Zn2+, Ca2+, Cr3+, Co2+, Cd2+和Ni2+螯合物30（見圖4）盡管對(duì)釀酒酵母無(wú)活性，但大多數(shù)螯合物對(duì)紅色毛癬菌、白色念珠菌和茄皮腐鐮孢的活性與加替沙星、司帕沙星和吉米沙星相當(dāng)或更優(yōu)。其中，加替沙星-Fe2+和-Cd2+螯合物對(duì)所測(cè)對(duì)紅色毛癬菌、白色念珠菌和茄皮腐鐮孢的活性高于加替沙星、司帕沙星和吉米沙星，而加替沙星-/司帕沙星-Y3+, Zr4+和U6+螯合物對(duì)所測(cè)真菌基本上無(wú)活性。

司帕沙星-Fe2+螯合物31a (5 μg/mL時(shí)的抑菌圈為8, 11和14 mm)和司帕沙星-Cd2+螯合物31b (10μg/mL時(shí)的抑菌圈為12, 12和10 mm)對(duì)寄生曲霉和釀酒酵母等具有潛在的活性，而司帕沙星、加替沙星、吉米沙星和莫西沙星則未顯示出任何活性。

圖4 氟喹諾酮金屬螯合物30～32的化學(xué)結(jié)構(gòu)

洛美沙星-Cr3+, Mn2+, Fe3+, Co2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+,Th4+和UO26+螯合物32對(duì)白色念珠菌也具有潛在的活性，抑菌圈為11～21 mm/mg，且絕大多數(shù)金屬螯合物的活性優(yōu)于母藥洛美沙星(抑菌圈: 11 mm/mg)。其中，代表物32a,b (抑菌圈: 20和21 mm/mg)抗白色念珠菌活性高于兩性霉素B (抑菌圈: 19 mm/mg)，但所有螯合物對(duì)黃曲霉均未顯示出任何活性。

左氧氟沙星-/莫西沙星-Cu2+/Ni2+/Co2+螯合物(100μg/mL時(shí)的抑菌圈為6.4～29.2 mm)的抗稻黑孢菌、黃曲霉和白色念珠菌活性優(yōu)于母藥左氧氟沙星和莫西沙星(100μg/mL時(shí)的抑菌圈為4.5～6.8和10.2～12.2 mm)，且左氧氟沙星金屬螯合物的活性優(yōu)于相應(yīng)的莫西沙星金屬螯合物。諾氟沙星-Ag+/Cu2+/Au3+螯合物的抗Penicillium verrcosum活性高于母藥，但三者對(duì)黃曲霉和茄皮腐鐮孢無(wú)活性。

3.3 其它4-喹諾酮衍生物

圖5 4-喹諾酮衍生物33～36的化學(xué)結(jié)構(gòu)

大多數(shù)4-喹諾酮衍生物33（見圖5）對(duì)白色念珠菌和熱帶念珠菌具有潛在的活性， MIC為1.56～62.5 μg/mL。SAR顯示，向苯環(huán)上引入鹵素氟和氯可改善抗真菌活性，但甲氧基對(duì)活性無(wú)顯著影響。代表物33h(MIC: 3.12 μg/mL)對(duì)熱帶念珠菌的活性與氟康唑(MIC: 3.9 μg/mL)相當(dāng)，而化合物33i(MIC: 1.56 μg/mL)對(duì)白色念珠菌的活性優(yōu)于氟康唑(MIC: 1.9 μg/mL)。

除化合物34f外的4-喹諾酮衍生物34對(duì)煙曲霉和白色念珠菌具有潛在的活性，MIC為3.9～62.5 μg/mL。SAR顯示，氯在喹諾酮的C-7位比C-6位位置異構(gòu)體對(duì)活性更有利。在苯環(huán)上(R2位)含有兩個(gè)取代基的衍生物活性普遍高于單取代基衍生物，代表物34b對(duì)煙曲霉和白色念珠菌的MIC為3.9 μg/mL，略弱于兩性霉素B(MIC: 1.95和0.98 μg/mL)。

4-喹諾酮-腙雜合體35和4-喹諾酮-氮雜環(huán)丁烷雜合體36對(duì)白色念珠菌、黃曲霉和棒曲霉菌具有潛在的活性，但普遍弱于制霉菌素(MIC: 100 μg/mL)。其中，化合物35b和36h (MIC: 100 μg/mL)對(duì)白色念珠菌生物活性與制霉菌素(MIC: 100 μg/mL)相當(dāng)，而是灰黃霉素(MIC: 500 μg/mL)的5倍，可作為先導(dǎo)物進(jìn)一步優(yōu)化。

某些含有4-喹諾酮結(jié)構(gòu)片段的天然產(chǎn)物及其衍生物也具有一定的抗真菌活性，但普遍遠(yuǎn)遜于對(duì)照藥。盡管如此，此類研究豐富了喹諾酮抗真菌的SAR，為進(jìn)一步合理設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語(yǔ)

約50種真菌對(duì)人類致病，每年3億人罹患侵襲性真菌感染，其中的135萬(wàn)患者因此喪命。目前，臨床上使用的抗真菌藥物屈指可數(shù)，且真菌對(duì)這些藥物的耐藥性日益嚴(yán)峻。因此，有必要開發(fā)新型抗真菌藥物。

喹諾酮具有廣譜抗菌活性，廣泛應(yīng)用于臨床。某些喹諾酮如曲伐沙星與抗真菌藥物如氟康唑和兩性霉素B聯(lián)合給藥時(shí)對(duì)真菌感染具有協(xié)同作用。因此，有必要對(duì)喹諾酮類化合物的抗真菌活性進(jìn)行研究。近年來(lái)，藥物化學(xué)家篩選了多個(gè)系列喹諾酮衍生物的抗真菌活性，發(fā)現(xiàn)某些化合物對(duì)真菌具有良好的活性。本文綜述了該領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展，并歸納這類化合物的構(gòu)-效關(guān)系以指導(dǎo)藥物化學(xué)家更合理的設(shè)計(jì)此類化合物。