楊新艷， 侯 林,周德剛

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

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加米霉素的研究進展

楊新艷1，2， 侯 林1，2,周德剛1，2

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

加米霉素是動物專用的半合成大環(huán)內(nèi)酯類抗生素，對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)致細菌耐藥性增強，從而使得抗菌藥物的藥效降低，動物疾病的防控難度越來越大[1]。

加米霉素(Gamithromycin)是法國梅里亞公司[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，易溶于有機溶劑(如乙酸乙酯、甲醇、二氯甲烷等)，在高溫條件下穩(wěn)定，對光不敏感，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號為145435-72-9，相對分子量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-肺臟中能夠長時間維持有效濃度。

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，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檢測加米霉素含量為63.87%。該方法的優(yōu)點是直接發(fā)生親核取代反應(yīng)，步驟較為簡單，反應(yīng)原料價廉易得，具有一定的工業(yè)化生產(chǎn)價值。

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。

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，朱安國等[7]和于麗佳[8]報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時間維持有效濃度。加米霉素的抗菌作用機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受阻，從而抑制細菌蛋白質(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，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 藥代動力學(xué)研究 加米霉素的藥代動力學(xué)已在大鼠、狗、牛、豬、馬駒和肉雞上進行了研究。對牛靜脈注射(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即達到峰值，達峰濃度較低(<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，皮下注射有超長的消除半衰期(>2 d)。

曹杰等[16]采用單劑量平行試驗法研究了加米霉素在牛頸部皮下注射給藥的藥動學(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，達峰時間和峰濃度分別為1 h和706.2 ng/mL，平均藥時曲線下面積為7 428.814 ng/(mL·h)，平均滯留時間為23.845 h，絕對生物利用度為103.84%，加米霉素體內(nèi)分布廣泛，清除緩慢，半衰期長，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，達峰時間快(40 min)，達峰濃度較低(0.41 μg/mL)，絕對生物利用度大于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，這對于豬呼吸系統(tǒng)疾病的治療具有潛在優(yōu)勢。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達峰，肺組織在24 h達峰濃度為8.91 μg/mL，遠遠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，達峰時間短(<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；絕對生物利用度高(>100%)。加米霉素在動物體內(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。加米霉素對大鼠呼吸速率、體溫、血壓和心率沒有影響，但一些動物出現(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。每天對小鼠按0、50、100、500 mg/kg的劑量口服加米霉素，進行重復(fù)劑量毒性研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其NOEL為100 mg/kg[3]。每天對犬按0、1、3、10、30 mg/kg的劑量口服加米霉素，連續(xù)91 d，進行重復(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、半衰期長的特點。因此，加米霉素是一種經(jīng)濟、安全、有效的動物專用抗菌類藥物，是預(yù)防和治療動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、半衰期長等特點。這些特性能明顯減少細菌對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。隨著相關(guān)研究的進一步深入，加米霉素的應(yīng)用會越來越廣泛。但是，若要推進加米霉素在我國的研究和應(yīng)用，當(dāng)務(wù)之急是要對加米霉素的合成工藝進行創(chuàng)新或者改進，提高產(chǎn)品收率，擴大工業(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，因此增加靶動物也是目前獸醫(yī)工作者的主要研究內(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