莫西沙星类似物的合成及其体内外抗菌活性
作者：王菊仙 曹珏 李素杰 刘明亮 郭慧元
【摘要】 目的 合成具有良好抗菌活性的莫西沙星类似物。方法 以盐酸莫西沙星为原料，先与甲基乙烯酮发生加成反应生成N?(3?氧代?1?正丁基)莫西沙星(1)，接着经氧化并重排及中和反应得到N?羟基莫西沙星(2)。测定化合物1和2的体内外抗菌活性。结果 1的体外活性与对照药莫西沙星基本相当，且优于2(P<0.05)；1和2对试验菌株所致小鼠系统感染均具有疗效，其中1的体内疗效与对照药莫西沙星基本相当(P>0.05)，且优于2(P<0.05)。结论 在莫西沙星7?位侧链的亚氨基上引入3?氧代?1?正丁基后其活性基本保持，但引入羟基后其活性明显降低。
【关键词】 氟喹诺酮； 莫西沙星； 莫西沙星类似物； 合成； 体内、外抗菌活性
ABSTRACT Objective To synthesize moxifloxacin analogues which could have high in vivo antibacterial activity. Methods Treatment of moxifloxacin hydrochloride with methyl vinyl ketone provided N?(3?oxobutyl) moxifloxacin (1), which was converted to N?hydroxy moxifloxacin (2) via oxidation (N?oxide), spontaneously rearrangement and neutralization. Antibacterial activity of 1 and 2 was evaluated and compared with moxifloxacin. Result The in vitro antibacterial activity against 50 Gram?negative and 110 Gram?positive strains of 1 was comparable to moxifloxacin, but higher than 2 (P<0.05). The in vivo results showed 1 had as good internal protection as moxifloxacin (P>0.05) against systemic infection model in mice, and higher than 2 (P<0.05). Conclusion Introduction of 3?oxobutyl or hydroxyl into moxifloxacin resulted in comparable or decreasing antibacterial activities.
KEY WORDS Fluoroquinolone; Moxifloxacin; Moxifloxacin analogues; Synthesis; In vitro and in vivo activity.
莫西沙星(moxifloxacin，MOFX)是德国Bayer公司1999年开发上市的第四代喹诺酮类抗菌药，它既保留了第三代喹诺酮抗革兰阴性菌的高活性，又明显增强了抗革兰阳性菌的活性，几乎没有光敏反应［1］。该公司已将莫西沙星在申请专利并获授权［2］，不能仿制。基于7?(4?羟基?1?哌嗪基)喹诺酮(如N?羟基环丙沙星和N?羟基诺氟沙星)对小鼠系统感染金葡菌IID 803和大肠埃希菌KC?14的体内保护疗效明显优于相应的母药［3，4］以及N?(3?氧代?1?正丁基)?8?卤代莫西沙星类似物对小鼠系统感染金葡菌具有良好的体内保护疗效［2］，故我们在莫西沙星7?位侧链的亚氨基上引入3?氧代?1?正丁基或羟基，以期获得体内活性优于或相当于莫西沙星的类似物，为我国临床化疗提供一个广谱、高效、低光敏性的新氟喹诺酮类抗菌药。 报道［3，4］，7?(4?羟基?1?哌嗪基)喹诺酮的制备既可直接向7?(1?哌嗪基)喹诺酮的亚氨基上引入羟基(依次经与甲基乙烯酮加成、氧化并重排二步反应)，也可先向哌嗪的1?位N原子上引入羟基(以1?甲酰基哌嗪为原料，依次经与丙烯酸乙酯加成、氧化并重排和水解脱甲酰基等三步反应)得到1?羟基哌嗪后再与7?卤代喹诺酮母核缩合。本文前法，以莫西沙星［5］为原料，先与甲基乙烯酮发生加成反应生成N?(3?氧代?1?正丁基)莫西沙星(1)，接着经氧化并重排及中和反应得到N?羟基莫西沙星(2)(合成路线见Fig.1)。其结构经1H?NMR和ESI?MS确证。
测定了化合物1和2对50株革兰阴性菌和110株革兰阳性菌的最低抑菌浓度(MIC)(Tab.1)以及对肺炎链球菌07?10、耐甲氧西林金葡菌(MRSA)07?33、耐甲氧西林表葡菌(MRSE)07?7、肠球菌07?27、肺炎克雷伯菌07?12和大肠埃希菌07?8所致小鼠系统感染的体内保护疗效(Tab.2)，并与莫西沙星对照。结果表明，1的体外活性与莫西沙星基本相当，且优于2(P<0.05)；1和2对试验菌株所致小鼠系统感染均有疗效，其中1的体内疗效与对照药莫西沙星基本相当，且优于2(P<0.05)。
实验部分
熔点测定使用X?4数字显示显微熔点测定仪，温度未经校正；核磁共振氢谱使用Varian Mercury?400(400MHz)核磁共振仪测定，TMS为内标；质谱用Autospec Ultima?Tof质谱仪测定。
采用美国国家临床实验室标准化研究所(CLSI)推荐的琼脂二倍稀释法。化合物1和2用灭菌双蒸水溶解(分别用乳酸和DMSO助溶)，对照药莫西沙星用0.1mol/L NaOH水溶液溶解，然后均用灭菌双蒸水稀释至所需的药物终浓度，即128、64、32、16……0.03、0.015和0.008μg/ml，分别取药液1ml于灭菌培养皿中，再于各培养皿中加入19ml加热融化为液体状的MH固体琼脂培养基，用多点接种仪(Denley A400)将细菌接种于含有不同药物浓度的琼脂平皿表面，每点接种菌量约为105CUF/ml，于35℃孵育18～24h观察结果，以无菌生长的平皿培养基中所含药物浓度即为药物对该菌的MIC。
体内抗菌活性的测定
试验用药均用0.9%生理盐水配制，剂量组间距为1∶0.65～1∶0.8，每个化合物均设5个剂量组。
挑取试验菌的2～3个单菌落接种于MH肉汤(链球菌接种于10%脱纤维兔血肉汤中)，37℃培养18h，用5%灭菌干酵母液适当稀释后作为试验菌液备用。
取健康昆明种小鼠，体重18～22g，随机分组，每组5只小鼠，雌雄兼用，吸取上述不同稀释度的菌液分别腹腔注射入小鼠体内，每鼠0.5ml，感染后连续观察7d，并记录小鼠死亡数，以引起小鼠100%死亡的最低菌量作为最小致死菌量(MLD)。用该菌量作为体内保护试验的感染菌量。
将实验动物按性别、体重随机均匀分组，每组10只小鼠，雌、雄各半，分别给小鼠腹腔注射感染菌液(1MLD，每只鼠0.5ml)感染后，给小鼠口服灌胃和静脉注射不同浓度的试验用药，每只鼠0.5ml/(次·20g)；口服给药则4h后再灌胃一次，同时设感染对照组，记录感染后7d内小鼠死亡数，按Bliss法半数有效剂量ED50及95%可信限，并进行统计学处理。
致谢：1H?NMR、MS由国家药物及代谢产物分析研究中心测定；体内、外抗菌活性由四川抗菌素研究所药理室张淑华教授等测定。
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［1］ 刘九雨，郭惠元. 广谱高效的新喹诺酮类抗菌药莫西沙星 ［J］. 国外医药抗生素分册，2002，23(6)：274～278.
［2］ U.彼得森，A.克雷斯，T.申克，等. 喹诺酮甲酸和萘啶酮甲酸衍生物及其制法. CN1043142［P］，1999?04?28.
［3］ Uno T, Kondo H, Inoue Y, et al. Synthesis of antimicrobial agents. 3. Synthesis and antibacterial activities of 7?(4?hydroxypiperazin?1?yl) quinolones ［J］. J Med Chem,1990,33(10):2929～2932.
［4］ Uno T, Okuno T, Taguchi M, et al. Synthesis of antimicrobial agents. IV. Synthesis of 1?hydroxypiperazine dihydrochloride and its applications to pyridone carboxylic acid antibacterial agents ［J］. J Heterocyclic Chem,1989,26(2):393～396.
［5］ 刘明亮，魏永刚，孙兰英，等. 莫西沙星的合成［J］. 医药工业杂志，2004，35(3)：129～131.
