楊新艷， 侯 林,周德剛

(1.國(guó)家獸用藥品工程技術(shù)研究中心，河南洛陽(yáng) 471003;2.洛陽(yáng)惠中獸藥有限公司，河南洛陽(yáng) 471000)

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加米霉素的研究進(jìn)展

楊新艷1，2， 侯 林1，2,周德剛1，2

(1.國(guó)家獸用藥品工程技術(shù)研究中心，河南洛陽(yáng) 471003;2.洛陽(yáng)惠中獸藥有限公司，河南洛陽(yáng) 471000)

加米霉素是動(dòng)物專用的半合成大環(huán)內(nèi)酯類抗生素，對(duì)于防治牛的呼吸系統(tǒng)疾病具有顯著療效，有廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前景。綜述了加米霉素的理化性質(zhì)、合成方法和藥理活性，旨在為該藥在獸醫(yī)臨床上的應(yīng)用提供參考。

加米霉素；合成；藥理活性

隨著畜牧業(yè)的發(fā)展及養(yǎng)殖集約化，獸藥在防治畜禽疾病方面起著至關(guān)重要的作用。但是，由于養(yǎng)殖技術(shù)的缺乏和一些藥物的不規(guī)范使用，導(dǎo)致細(xì)菌耐藥性增強(qiáng)，從而使得抗菌藥物的藥效降低，動(dòng)物疾病的防控難度越來越大[1]。

加米霉素(Gamithromycin)是法國(guó)梅里亞公司[2]開發(fā)研制的新一代半合成十五元氮雜大環(huán)內(nèi)酯類抗菌藥物，化學(xué)名稱為(2R,3S,4R,5S,8R,10R,11R,12S,13S,14R)-13-[(2,6-二脫氧-3-C-甲基-3-O-甲基-α-L-吡喃核糖基)氧]-2-乙基-3,4,10-(三羥基)-3,5,8,10,12,14-六甲基-7-丙基-11-〔[3,4,6-三脫氧-3-(二甲氨基)-β-D-吡喃木糖基]氧〕-1-氧雜-7-氮雜環(huán)十五烷-15-酮，其注射劑商品名為ZACTRAN(EMEA CVMP,2008)，分別于2007年、2010年和2011年被歐洲藥品局(European Medicines Agency,EMA)、加拿大保健產(chǎn)品與食品管理局(Health Products and Food Branch,HPFB)和美國(guó)食品與藥品管理局(Food and Drug Administration,FDA)批準(zhǔn)用于治療和預(yù)防由溶血性曼氏桿菌、多殺性巴氏桿菌、睡眠嗜組織菌等主要病原菌引起的牛呼吸系統(tǒng)疾病[3]。筆者對(duì)加米霉素的理化性質(zhì)、合成方法、藥理活性、藥理學(xué)研究進(jìn)行了綜述，以期為其在獸醫(yī)臨床上的應(yīng)用提供參考。

1 加米霉素的理化性質(zhì)

加米霉素(Gamithromycin)，白色至類白色粉末，不溶于水，易溶于有機(jī)溶劑(如乙酸乙酯、甲醇、二氯甲烷等)，在高溫條件下穩(wěn)定，對(duì)光不敏感，重結(jié)晶后只有1種構(gòu)型。加米霉素的化學(xué)名稱(IUPAC)為(2R,3S,4R,5S,8R,10R,11R,12S,13S,14R)-13-[(2,6-二脫氧-3-C-甲基-3-O-甲基-α-L-吡喃核糖基)氧]-2-乙基-3,4,10-(三羥基)-3,5,8,10,12,14-六甲基-7-丙基-11-[[3,4,6-三脫氧-3-(二甲氨基)-β-D-吡喃木糖基]氧]-1-氧雜-7-氮雜環(huán)十五烷-15-酮，分子式為C40H76N2O12，CAS號(hào)為145435-72-9，相對(duì)分子量777.04。加米霉素的化學(xué)結(jié)構(gòu)式如圖1所示。7α位上有1個(gè)氮雜環(huán)結(jié)構(gòu)，這一特殊化學(xué)結(jié)構(gòu)使加米霉素在生理pH條件下能夠被快速吸收，且在靶組織-肺臟中能夠長(zhǎng)時(shí)間維持有效濃度。

圖1 加米霉素的化學(xué)結(jié)構(gòu)式Fig.1 Structure of gamithromycin

2 加米霉素的合成方法

2.1 方法1 1996年，Largeau等[4]用四(三苯基膦)鈀為催化劑，首先乙酸烯丙酯與9-去氧-8α-氮雜-8α高紅霉素A發(fā)生取代反應(yīng)，然后通過鈀碳加氫還原得到加米霉素(圖2)。其中，在取代過程中用三乙胺為縛酸劑。此方法采用先取代后還原的兩步法，但中間副產(chǎn)物較多，原料轉(zhuǎn)化不完全，得到的加米霉素含量較低(48.3%)。但是，反應(yīng)后處理較為復(fù)雜，需要經(jīng)過柱層析才能得到產(chǎn)品，不適于工業(yè)化生產(chǎn)。

2.2 方法2 1999年，Heck等[5]通過先氧化再鹵代還原的方法合成了加米霉素(圖3)。該方法分3步：①原料9-去氧-8α-氮雜-8α高紅霉素A在過量的過氧化氫作用下室溫反應(yīng)18～20 h生成氧化物；②在鹵代烴和無機(jī)堿的作用下完成取代反應(yīng)；③發(fā)生催化氫化反應(yīng)，生成目標(biāo)產(chǎn)物加米霉素。這種方法雖然各步驟的收率較高，但步驟冗長(zhǎng)，增加了工業(yè)化成本。

圖2 加米霉素的合成路線(方法1)Fig.2 Synthetic route of gamithromycin (method 1)

圖3 加米霉素的合成路線(方法2)Fig.3 Synthetic route of gamithromycin (method 2)

2.3 方法3 2010年，江志堯[6]以9-去氧-8α-氮雜-8α高紅霉素A為原料，以溴代正丙烷作為親核試劑，合成了加米霉素(圖4)。在此反應(yīng)過程中采用三乙胺為縛酸劑，中和反應(yīng)中產(chǎn)生的溴化氫。通過該方法合成的產(chǎn)品收率為66.32%，經(jīng)HPLC檢測(cè)加米霉素含量為63.87%。該方法的優(yōu)點(diǎn)是直接發(fā)生親核取代反應(yīng)，步驟較為簡(jiǎn)單，反應(yīng)原料價(jià)廉易得，具有一定的工業(yè)化生產(chǎn)價(jià)值。

圖4 加米霉素的合成路線(方法3)Fig.4 Synthetic route of gamithromycin (method 3)

2.4 方法4和方法5 2010年，梅里亞有限公司[2]公布了2種加米霉素的合成方法。

2.4.1 方法4。以紅霉素9,12-亞胺醚為原料，以丙醛為丙基化試劑，以5%的Pt/C為催化劑，加入乙酸，在40～45 ℃下于約20 bar氫壓下反應(yīng)，得到最終產(chǎn)物加米霉素(圖5)。通過該方法合成的產(chǎn)品收率為84%，加米霉素含量為78%。

圖5 加米霉素的合成路線(方法4)Fig.5 Synthetic route of gamithromycin (method 4)

2.4.2 方法5。以分離純化后的9-去氧-8α-氮雜-8α高紅霉素A為原料，以丙醛為丙基化試劑，以3%的Pd/C為催化劑，加入乙酸，在40～45 ℃于約20 bar氫壓下反應(yīng)，得到最終產(chǎn)物加米霉素，產(chǎn)品收率為86%，加米霉素含量為88%(圖6)。方法4和方法5的收率相當(dāng)，但是產(chǎn)品的含量有較大差異。從工業(yè)化方面考慮，方法5更有優(yōu)勢(shì)。

圖6 加米霉素的合成路線(方法5)Fig.6 Synthetic route of gamithromycin (method 5)

2.5 方法6 2012年，朱安國(guó)等[7]和于麗佳[8]報(bào)道了同一種合成加米霉素的方法(方法6)(圖7)。該方法以9-去氧-8α-氮雜-8α高紅霉素A和正丙醛為原料，在醇類溶劑中溶解，用氰基硼氫化鈉或三乙酰氧基硼氫化鈉為還原劑，用醋酸調(diào)節(jié)反應(yīng)液的pH至6～7，反應(yīng)結(jié)束即可得到加米霉素。反應(yīng)中通過調(diào)控9-去氧-8α-氮雜-8α高紅霉素A、正丙醛和還原劑的摩爾比例來提高收率。采用該方法制備加米霉素的收率達(dá)到95%，純度大于98%，且分離方便，避免使用高壓加氫裝置，從而提高了生產(chǎn)安全性，有利于工業(yè)化生產(chǎn)。

圖7 加米霉素的合成路線(方法6)Fig.7 Synthetic route of gamithromycin (method 6)

2.6 方法7 2014年，安徽中升藥業(yè)有限公司[9]公開了一種加米霉素的制備方法(方法7)(圖8)。以9-去氧-8α-氮雜-8α高紅霉素A和正丙醛為原料，以醇類為溶劑，在低溫下加入吡啶硼烷，反應(yīng)結(jié)束即可得到加米霉素。后處理是先在三氟乙酸的作用下成鹽，然后用碳酸鉀使產(chǎn)品游離出來。利用此方法得到的加米霉素收率為83.7%，純度為94.9%。此方法操作簡(jiǎn)單，但是吡啶硼烷為易燃液體，且具有急性毒性，增加了反應(yīng)過程中的安全隱患。

圖8 加米霉素的合成路線(方法7)Fig.8 Synthetic route of gamithromycin (method 7)

綜上所述，目前合成加米霉素的方法有5種：①方法1，以乙酸烯丙酯為丙基的來源，通過先加成再還原的途徑；②方法2，先將氮雜原子保護(hù)起來，以鹵代烴為烷基化試劑，然后再發(fā)生還原反應(yīng)；③方法3，采用親和取代，直接以鹵代烴為親核試劑進(jìn)行烷基化，在此反應(yīng)過程中不需要還原劑；④方法4和方法5，以丙醛為烷基化試劑，利用氫氣還原即可得到加米霉素；⑤方法6和方法7，以丙醛為烷基化試劑，采用無機(jī)還原劑還原即可得到加米霉素。在加米霉素的合成過程中，應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)條件選擇最佳的合成工藝。

3 加米霉素的藥理學(xué)研究

3.1 抗菌活性研究 加米霉素是十五元環(huán)大環(huán)內(nèi)酯類化合物，結(jié)構(gòu)中7α位氮雜環(huán)結(jié)構(gòu)可使加米霉素在生理pH條件下能夠被快速吸收，且在靶組織肺臟中長(zhǎng)時(shí)間維持有效濃度。加米霉素的抗菌作用機(jī)理主要是與敏感菌的核蛋白體50S亞基結(jié)合，使肽鏈的合成和延長(zhǎng)受阻，從而抑制細(xì)菌蛋白質(zhì)的合成。

加米霉素的結(jié)構(gòu)和功效已經(jīng)獲得歐盟藥監(jiān)局獸藥署的認(rèn)證[3]，目前主要用于治療溶血性曼氏桿菌、多殺性巴氏桿菌、睡眠嗜血桿菌和支原體等引起的牛呼吸道疾病[10]。Villarino等[11]對(duì)比了分離的紅球菌的藥物敏感性，發(fā)現(xiàn)加米霉素優(yōu)于泰拉霉素和替米考星，而與泰利霉素相當(dāng)。Evans等[12]研究了8種抗生素對(duì)12株牛皮炎螺旋體臨床分離株的抗菌活性，結(jié)果表明加米霉素在這8種抗生素中的抗菌活性最強(qiáng)，MIC90為0.023 4 mg/L。Desmolaize等[13]和Olsen等[14]研究了加米霉素等幾種大環(huán)內(nèi)酯類抗生素對(duì)耐藥多殺性巴氏桿菌和溶血性曼氏桿菌的抗菌效果，發(fā)現(xiàn)加米霉素的抗菌效果好于泰拉霉素和替米考星。

3.2 藥代動(dòng)力學(xué)研究 加米霉素的藥代動(dòng)力學(xué)已在大鼠、狗、牛、豬、馬駒和肉雞上進(jìn)行了研究。對(duì)牛靜脈注射(3 mg/kgBW)和頸部皮下注射(3、6、9 mg/kgBW)加米霉素劑量的研究[15]表明，藥物吸收迅速和完全，1～3 h即達(dá)到峰值，達(dá)峰濃度較低(<1 μg/mL)，生物利用度大于98%，無性別差異；體內(nèi)分布廣泛，穩(wěn)態(tài)分布容積(Vss)為25 L/kg；消除緩慢，皮下注射有超長(zhǎng)的消除半衰期(>2 d)。

曹杰等[16]采用單劑量平行試驗(yàn)法研究了加米霉素在牛頸部皮下注射給藥的藥動(dòng)學(xué)特征，結(jié)果表明加米霉素的平均消除半衰期約為49.545 h，達(dá)峰時(shí)間和峰濃度分別為1 h和706.2 ng/mL，平均藥時(shí)曲線下面積為7 428.814 ng/(mL·h)，平均滯留時(shí)間為23.845 h，絕對(duì)生物利用度為103.84%，加米霉素體內(nèi)分布廣泛，清除緩慢，半衰期長(zhǎng)，皮下給藥吸收良好。豬靜脈注射和頸部皮下注射加米霉素(6 mg/kg)的研究[17]表明,藥物吸收迅速和完全，達(dá)峰時(shí)間快(40 min)，達(dá)峰濃度較低(0.41 μg/mL)，絕對(duì)生物利用度大于100%；分布廣泛，穩(wěn)態(tài)分布容積大(31.03 L/kg)；血漿消除半衰期小于1 d。這表明藥物可廣泛分布到深部組織，這對(duì)于豬呼吸系統(tǒng)疾病的治療具有潛在優(yōu)勢(shì)。Berghaus等[18]研究了馬駒按6 mg/kg劑量肌肉注射加米霉素后藥物在血漿和肺組織中的濃度變化過程，結(jié)果表明，藥物吸收迅速，血漿1 h達(dá)峰，肺組織在24 h達(dá)峰濃度為8.91 μg/mL，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于血漿中藥物濃度(0.333 μg/mL)；藥物消除緩慢，在血漿的消除半衰期為39.1 h，在肺臟有超長(zhǎng)的消除半衰期(70.3 h)，在肺組織積聚的特征為呼吸系統(tǒng)疾病的治療提供良好的基礎(chǔ)。Watteyn等[19]對(duì)加米霉素(6 mg/kg)在肉雞體內(nèi)(靜脈注射和皮下注射)的藥代動(dòng)力學(xué)研究表明，加米霉素吸收迅速，吸收半衰期為0.021 h，達(dá)峰時(shí)間短(<10 min)；分布廣泛，穩(wěn)態(tài)分布容積為29.16 L/kg；消除較慢，消除半衰期小于1 d；絕對(duì)生物利用度高(>100%)。加米霉素在動(dòng)物體內(nèi)有低的血漿蛋白結(jié)合率，在牛、犬和大鼠的血漿蛋白結(jié)合率分別為26.0%、21.5%和21.8%。EMA研究表明，加米霉素在牛(皮下注射6 mg/kg)、大鼠(口服100 mg/kg)、狗(口服10 mg/kg)的代謝是相似的，大部分主要通過糞便以原藥形式排泄，分別為 90%、35%和58%[3]。

3.3 毒理學(xué)研究 大鼠口服加米霉素的單次劑量表明加米霉素具有較低的急性毒性，致死量超過2 000 mg/kg。加米霉素對(duì)大鼠呼吸速率、體溫、血壓和心率沒有影響，但一些動(dòng)物出現(xiàn)低溫、脫毛、流涎和腹瀉等現(xiàn)象。每天給體重200 kg的牛按0、6、18、30 mg/kg(第0、5、10天為3倍劑量)加米霉素給藥，第1天18和30 mg/kg劑量組出現(xiàn)疼痛，在第4天疼痛消失。45%的牛注射部位出現(xiàn)腫脹，3～14 d后大部分腫脹現(xiàn)象消失，部分持續(xù)到35 d。此研究結(jié)果表明在有效的劑量范圍內(nèi)牛對(duì)加米霉素有很好的耐受性。每天給大鼠按0、1、3、10、100 mg/kg的劑量口服加米霉素，連續(xù)91 d，進(jìn)行重復(fù)劑量毒性研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其最大無作用劑量(No observed effect level，NOEL，也稱為未觀察到作用劑量)為10 mg/kg。每天對(duì)小鼠按0、50、100、500 mg/kg的劑量口服加米霉素，進(jìn)行重復(fù)劑量毒性研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其NOEL為100 mg/kg[3]。每天對(duì)犬按0、1、3、10、30 mg/kg的劑量口服加米霉素，連續(xù)91 d，進(jìn)行重復(fù)劑量毒性研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其NOEL為1 mg/kg[3]。

EMA研究表明加米霉素?zé)o“三致”作用(致癌、致畸、致突變)和神經(jīng)毒性，無遺傳毒性。通過單劑量皮下注射給藥后，加米霉素具有吸收迅速完全、達(dá)峰濃度低、生物利用度高、體內(nèi)分布廣泛、消除緩慢、半衰期長(zhǎng)的特點(diǎn)。因此，加米霉素是一種經(jīng)濟(jì)、安全、有效的動(dòng)物專用抗菌類藥物，是預(yù)防和治療動(dòng)物呼吸道疾病的首選藥物[20-22]。

4 小結(jié)

加米霉素是十五元大環(huán)內(nèi)酯類抗生素，藥效學(xué)研究表明加米霉素是一種較好的抗菌藥物，具有達(dá)峰濃度低、生物利用度高、體內(nèi)分布廣泛、消除緩慢、半衰期長(zhǎng)等特點(diǎn)。這些特性能明顯減少細(xì)菌對(duì)該類抗生素的耐藥性，從而使加米霉素具有更廣闊的應(yīng)用市場(chǎng)。隨著相關(guān)研究的進(jìn)一步深入，加米霉素的應(yīng)用會(huì)越來越廣泛。但是，若要推進(jìn)加米霉素在我國(guó)的研究和應(yīng)用，當(dāng)務(wù)之急是要對(duì)加米霉素的合成工藝進(jìn)行創(chuàng)新或者改進(jìn)，提高產(chǎn)品收率，擴(kuò)大工業(yè)化生產(chǎn)，降低加米霉素原料藥的生產(chǎn)成本，為加米霉素原料藥和制劑的研究奠定基礎(chǔ)。目前，加米霉素只被批準(zhǔn)用于牛呼吸道疾病的防治，限制了其應(yīng)用，因此增加靶動(dòng)物也是目前獸醫(yī)工作者的主要研究?jī)?nèi)容之一。

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Research Progress of Gamithromycin

YANG Xin-yan1，2, HOU Lin1，2, ZHOU De-gang1，2

(1.National Research Center for Veterinary Medicine,Luoyang,Henan 471003；2.Luoyang Huizhong Animal Medicine Co.,Ltd.,Luoyang, Henan 471000)

Gamithromycin is a novel semisynthesis macrolide for animals,which has curative effects on prevention and treatment of bovine respiratory disease,and has wide application and development prospects.In this research,the physic-chemical properties,synthesis conditions and pharmacological activities were reviewed,which aimed at providing reference for clinical veterinary application.

Gamithromycin; Synthesis; Pharmacological activity

楊新艷(1986- )，女，河南偃師人，研究實(shí)習(xí)員，碩士，從事原料藥的研究。

2016-08-30

S 859.79

A

0517-6611(2016)31-0150-03