天然药物化学 文 献 综 述
论文题目姓 名学 号班 级任课教师授课学期
抗生素及相关抗菌物抑菌效力的优化与应用 年
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文献综述 抗生素及相关抗菌物抑菌效力的优化与应用
抗生素及相关抗菌物抑菌效力的优化与应用
摘 要：β-内酰胺类抗生素从青霉素，已经发展到头孢类、单环类、诺卡霉素类、碳青霉烯和沙纳霉素类，这一过程中伴随着不断出现的耐药菌以及抗生素的失效。现在，也有跟多的类型的抗生素被提取分离出来，每一种的抗生素抑菌机理也逐一被探明。除了疾病治疗，人们的生活生产也离不开与抗生素相关的技术。本文也通过多个切入口、不同方面来思考如何解决耐药菌和抗生素生物积累带来的危机。未来，实验者可通过对各种方法的整合，多套高效创新的抗生素生产技术线路将被设计出来，并用以实践。
关键词： 新型抗生素, 抗菌效力，抑菌机理，合成，载药系统，耐药机理
自1928年青霉素被英国科学家亚历山大·弗莱明发现，抗生素被提取纯化并不断应用于临床医学治疗细菌性疾病。在快速发展时期，抗生素的确起到了非同凡响的作用。但随着耐药菌的出现, 传统抗生素青霉素、链霉素和氯霉素等的药效不断地受到不利的冲击。2010年11月8日，超级细菌NDM-1在南亚被发现，其可抵抗几乎所有的抗生素。滥用抗生素的危害是显而易见的，当其冲的是，越来越多的微生物具有耐药性，再加上抗生素的生物累加，人们将面临有病无药医的困境，并且，滥用抗生素会对胎儿造成严重致畸影响。尽管如此，有数据表明，近年，各地各类抗生素的市场销售额仍然以大于10%的比例快速增加，虽然，医院抗生素的使用情况已经出现一定比例减少[1]。
正因以上情况，本文针对抗生素2015年初的研究展开了探究，主要归纳的应对措施有发现新型抗生素 (淘汰选择性低、年代久
远的抗生素)，发明或改良新的抗生素合成方法，提高已有抗生素的抗菌效力以及提高抗生素对酶的稳定性。 1 新型抗生素的发现
新型抗生素的来源是丰富的，现阶段新型抗生素的主要来源有海洋藻类生物，陆地菌类和植物，比如有提取自海洋生物放线菌Actinomycetospora代谢物Thiasporines A?C对非小细胞肺癌细胞系H2122有强细胞毒性( IC50=5.4μM)，海洋真菌Aspergillus的代谢物因对分选酶具有中强度的抑制作用，从而对人白血病细胞有毒性作用；提取自植物泡桐的黄烷酮被发现有消炎作用(抑制NF-κB)，来源于胡杨的香脂芽具有对金黄色葡萄球菌有较强的抑制性( IC50= 0.61 -6μM.)以及来自陆生植物orbitide的ribifolin具有中强效抗虐原虫性( IC50=42μM)。[2-6]
在Zeinab G. Khalil的文章中，他们用化学分析的手段( LC/MS, ESIMS, UV-Vis,
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COSY, HSQC和HMBC ) 分析了四种抗生素aranciamycin的分子质量和结构，其中I和J型是2007年他们从澳大利亚陆地和海洋生物提取物中两种新型的蒽环霉素，而其他两种A和B是他们更早报道发现的两种蒽环霉素。[7]
新的HRESI (+) MS分析表明, aranciamycin I分子式为C25H26O10，它的结构与之前报道的aranciamycin A相近，唯一不同是，在I 中2'-OH ( δH 4.73), 而在A中2'-OMe ( δH 3.39; δC58.2), 并且旋光性略有不同( I [α] D +139; A [α] D +119)。因此, 他们认为这两种aranciamycin具有相互的生物代谢合成的关系。
行了MTT毒性检测。其中，四种aranciamycin 对G-细菌和真菌无细胞毒性毒性 ( 细菌黄色葡萄球菌，大肠杆菌和假单胞菌和真菌白色念珠菌，IC50 > 30μM), 对G+细菌和一组人体癌症细胞结肠直肠( SW620) 和肝细胞 ( HepG2细胞) 细胞株有选择性的中度细胞毒性( IC50 >1.1μM; IC50 >7.5μM)。甚者，这四种较新的aranciamycin对结核分枝杆菌
Figure 2. 芽孢杆菌 A [8]
( Mtb) 有较强的细胞毒性( IC500.7-1.7 uM )。
因此这一项工作对治疗结核病具有十分重要的实际应用意义的。
此外，一个新型的大环多烯抗生素，芽孢杆菌 A 被报道从一个解淀粉芽孢杆菌亚系( AP183) 的细胞沉淀提取物中分离得到，其结构( C68H92O18，4-羟基-2-甲氧基-烯苯酸内酯二聚体) 由MS和NMR解析。[8] 芽孢杆菌 A的发现源自于提取物紫外线吸收谱里在378和401 nm处的一个未知活
Figure 1. 四种aranciamycin的结构式 [2]
性物的大吸收峰，而开始的LC-MS只发现了AP183的传统抗菌物质surfactins，iturins和fengycins。之后，作者通过ESIMS测得其分子离子峰的m/z=1219.6172, 未知物的分子构型进一步由 1D and 2D NMR ( DQF-COSY, HMQC， HMBC和ROESY), 13C NMR, DEPT和HSQC ( DMSO-d6) 确定。在体外抗菌活
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同样，aranciamycin J ( C26H26O11) 和B的区别为，在J中 H2-8 -CH2- ( δH2.50, 2.25; δC41.2) 和在B H-8 -CHOH- ( δH3.62; δC86.0)，并且旋光区别为 ( J [α] D + 150; B [α] D 160)。他们对这四种aranciamycin都进
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性中，新型的大环多烯抗生素显示了对抗甲氧西林金黄色葡萄球菌( MRSA) 和抗万古霉素屎肠球菌( MIC: 0.6-1.2 ug / mL) 强有力的抗菌活性。不过，由于芽孢杆菌 A被发现有在有机溶剂中化学性质不稳定性和光化学不稳定性，所以，对它的绝对构型的确定是具有挑战性的工作。
Jun-Jie Han等人对提取自密褐粘褶多孔菌的Gloeophyllins A?J类固醇天然产物进行
[9]
了分离纯化，结构解析和细胞毒性实验。早
Figure 3. Gloeophyllins A?J的结构式[9]
前发现的antcamphins A?L 被证明对一种MDA-MB-231的乳腺癌细胞和一种A549的肺癌细胞有毒性作用，另外有一些提取自药用蘑菇的天然产物也具有细胞毒性。此研究的Gloeophyllum abietinum真菌之前已经发现 含有oosponol、4种 illudalanes、1种 protoilludane和一种烷型倍半萜 sterpurane。 经过HRTOFMS、13C-NMR、HSQC和
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在细胞毒性测试中，Gloeophyllins A、B和E对肿瘤细胞K562 有明显的抗细胞再生作用。
2 新抗生素分子结构的应用
抗生素一般是由动植物、微生物体内生物代谢产生的，再被分离出来，并经过一些分子结构的研究来预测作用机理，以便用于进一步合成。
螺环缩酮A-J在2003的时候从海绵中被提取发现，随后的几年，这类天然物被证明具有较强的抗有丝分裂活性，并且它们复杂的立体结构也被检测出来。接着合成领域开始对这类天然化合物全合成方法展开了研究。Barry B的研究小组对spirastrellolide A1 先进行了逆合成分析，他们发现spirastrellolide A1中的B/C环系统与另一种磷酸酶抑制剂冈田酸的结构相似。[10]
H-1HCOSY分析真菌的提取物，发现了系列
二代代谢物Gloeophyllins A?J的存在新分离的分子式分别为C30H46O3、C32H50O5、C30H48O4、C32H48O6、C30H48O3、C32H48O7、C32H48O8和C32H50O3，然后通过单晶X-ray 检测确定了它们的晶体构型。
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piperazine (ETP环二硫二酮哌嗪) 和相应的生物碱被分离出来后，它们的分子结构被进一步研究，其中含有多个官能团化实体中心以及一对带有多环结构的季碳中心，由于ETP具有这些标志性结构而使得酸碱氧化还原敏感性，从而对一些微生物的生物活性有
Figure 4. spirastrellolide A1 的结构式
[10]
抑制作用。 这一原理启发了作者对抗生素衍生物的全合成研究。[11]
开始，Barry B用AuCl催化制成外消旋的A环，但在合成B/C这两个不饱和缩酮环时，AuCl催化炔三醇的方法不可行。经过多种尝试，他们改用 Me3P AuCl / AgOTf 做催化剂，并获得了小试 99% 的产率，因为这种复合催化剂空间位阻更小，当A与B/C环反应时，对B/C环底物立体构型无特异选择要求，减弱了反应时顺戊烷间的相互作用(提高产率)。
同理，在G-发光杆菌halotolerans 的分离
物中找到了有特殊生物活性的代谢物，其中还有kailuin 核心和kailuin内酰胺构型的分离物对实体瘤细胞具有强细胞毒性。[12]
Figure 5. spirastrellolide A1的下半部分[10]
在第1部分提到的密褐粘褶多孔菌代谢
物，文章同时简单假设了这10种天然类固醇的生物合成方法，从羊毛甾醇到Gloeophyllins A?J， 在真菌细胞内发生一系列氧化、逆羟醛反应、乙酰化、酮醇反应、Wagner?Meerwein重排反应以及氧化裂解反应而得到。[9]
另一类真菌代谢物Epidithiodiketo-
Figure 6. Halotolerans 的结构式[12]
此外，与传统青霉素类的β-内酰胺环不同的是，从海洋生物中Aspergillus提取的Fumiquinazoline喹唑啉类生物碱，含有六元环δ-lactam和由氨基酸构成的四环核心。[3]
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