第五章-微生物药物

第五章微生物药物和保健品微生物药物的定义与分类微生物产生的次级代谢产物，具有各种不同的生理活性。如：抗生素：抗微生物感染、抗肿瘤特异性酶抑制剂免疫调节剂受体拮抗剂抗氧化剂微生物药物分类举例微生物细胞的初级代谢产物-维生素类、糖类、氨基酸类、核苷酸类等微生物细胞的次级代谢产物-抗生素、激素、酶抑制剂类等微生物细胞或组成部分-菌苗、疫苗、类毒素等微生物药物产品分类生物来源作用对象作用机制化学结构霉菌放线菌抗菌药抗肿瘤药抗病毒药除草剂酶抑制剂免疫调节剂抑制细胞壁合成药抗生素影响细胞膜功能药干扰蛋白质合成药抑制核酸合成药抑制生物能量反应药维生素氨基酸核苷酸甾体激素酶及酶抑制剂第一节微生物药物的研究历史一、微生物之间的拮抗现象二、青霉素的发现三、链霉素的发现四、其它抗生素的发现五、半合成新抗生素的发展六、微生物药物应用范围的扩大七、微生物药物研究发展的趋势一、微生物之间的拮抗现象1、拮抗现象指两种或两种以上的微生物共同生长在一起，一种微生物产生的次生代谢物（如抗生素），抑制甚至杀死其它微生物的现象。在培养皿上表现为抑菌圈现象。2、拮抗现象的发现与利用1874年，W.Robert发现某种真菌能抑制细菌的生长，这是世界上最早报道的拮抗现象。其后，很多微生物学家相继发现这种现象。1899年，R.Emmerich和O.Low报道，局部应用假单胞菌的培养滤液治愈了皮肤感染症，这是世界上首次利用拮抗现象治疗感染症的实例。二、青霉素的发现1、第一个抗生素青霉素(penicillin)是人类发现的第一个实用抗生素(antibiotics)。它的发现被誉为人类寿命的第二次革命。早期叫盘尼西林(油剂)，现制成可溶性钠、钾盐粉剂。2、发现1928，英国学者A.Fleming在研究葡萄球菌的变异时，偶然发现一个培养皿污染了霉菌，这种霉菌后来鉴定为点青霉(Penicilliumnotatum)。在点青霉菌落周围，出现了无葡萄球菌生长的透明圈。后来，利用点青霉培养滤液进行抗感染试验，获得成功。A.Fleming在实验室工作3、提纯1938年，牛津大学生理学家H.W.Florey开展了抗生素的系统研究；在E.B.Chain等化学家的协助下，于1940成功获得纯净的青霉素，用于对葡萄球菌和链球菌的治疗，产生了惊人的效果。4、工业化生产由于当时英国正处于二战前沿，青霉素的研究工作被迫转移到美国。在美国，研究取得很大进展。后来，又筛选了被称为产黄青霉(Penicilliumchrysogenum)的高产菌株，改良了培养方法，从此开展了大规模的工业化生产。5、应用与获奖1941，青霉素开始用于救治二战中的伤病员。1942，美国将青霉素大规模用于临床试验。1945，Fleming、Florey和Chain三人因发现青霉素同获诺贝尔医学生理学奖。FlemingFloreyChain三、链霉素的发现1、发现1943年，S.A.Waksman由鸡咽喉中分离到一株灰色链霉菌(Streptomycesgriseus)，该菌能产生链霉素(streptomycin)，对G+菌和G-菌都有效，特别是对结核杆菌有特效。2、应用由于当时结核病（如肺结核病）对人类的威胁很大，因而链霉素的发现与应用在社会上引起很大的反响。此后几十年链霉素是治疗肺结核病的重要药物。3、获奖因此，1952年，S.A.Waksman获诺贝尔医学生理学奖。Dr.S.A.Waksman四、其它抗生素的发现1947-1960年间，抗生素研究进入全盛时期，已发现的和实用化的分别达1000多种和40余种，例如：1、氯霉素(chloramphenicol,chloromycetin)：对眼结膜炎、角膜炎、砂眼和肠伤寒有特效。2、金霉素(chlortetracycline)和土霉素(oxytetracycline)：对当时流行的斑疹伤寒以及由痢疾杆菌引起的赤痢有显著疗效。3、红霉素(erythromycin)和白霉素(leucomycin)：对青霉素耐药菌有效。4、卡那霉素(kanamycin)：对链霉素耐药菌有效。5、制霉菌素(nystatin)和两性霉素B(amphotericinB)：抗真菌抗生素。6、头孢霉素(cephamycin)：抗菌谱广、能抑制很多其它抗生素的耐药菌。五、半合成新抗生素的发展1、天然抗生素时代的跌落进入1960’s以后，抗生素时代似乎从它的顶峰上跌落了下来，主要表现在：（1）大部分筛选工作都是重复过去已有的发现，寻找新抗生素变得越来越难。（2）已有的抗生素也由于日益增加的耐药性问题和不断显现的副作用问题而困扰着医药卫生界。2、半合成新抗生素的发展正当山穷水尽疑无路之时，化学家对已有抗生素的化学结构有了进一步的了解，开始进入半合成新抗生素的发展时期。（1）抗生素活性母核的发现在这一时期，化学家先后发现了青霉素和头孢霉素的活性母核（活性基团）。（2）半合成抗生素的人工合成化学家和制药工作者用化学方法对这些抗菌素的活性母核重新装配不同的侧链，获得了许许多多具有扩大抗生谱、增强抗菌活力、改善药物代谢动力学、耐酸、耐酶、抑制耐药菌等新特性的各种半合成青霉素和半合成头孢霉素，从而使抗生素时代再现出柳暗花明又一村的新局面。（3）半合成抗生素的发展目前，半合成青霉素和半合成头孢霉素的品种在70个以上，产量和销售额占据了抗生素的半壁江山。六、微生物药物应用范围的扩大1、抗肿瘤药物的筛选与应用过去，微生物药物主要限于抗感染抗生素的筛选与应用。从1950‘s起，利用动物转移实验肿瘤和癌细胞组织培养技术，人们开始了对微生物产生的抗肿瘤药物的探索，并取得较大进展。1951年以来，先后发现了以下抗癌抗生素，目前多数仍在临床上应用。嗜癌菌素(carzinophilin)放线菌素D(actinomycinD)肉瘤霉素(sarkomycin)丝裂霉素C(mitomycin)色霉素(chromomycin)道诺霉素(daunomycin)新制癌菌素(neocarzinostatin)博来霉素(bleomycin)阿霉素(adriamycin)等2、酶抑制剂的筛选与应用自1960’s以来，由于认识到人体内一些代谢酶的紊乱是引起各种非感染性疾病（如高胆固醇、高血压、高血脂、高血糖、肥胖症等）的重要原因，因此，微生物产生的酶抑制剂的筛选研究越来越受到人们的重视。1987年至今，成功地开发了以下酶抑制剂：（1）乌苯美司(ubenminex)：细胞表面氨肽酶抑制剂。因其具有免疫调节作用而用于某些癌症如非淋巴性白血病的辅助治疗。（2）洛伐他定(lovastatin)、普伐他定(pravastatin)和辛伐他定(simvastatin)：肝脏-羟基--甲基戊二酰辅酶A还原酶抑制剂。用于治疗高胆固醇血症。（3）阿卡糖(acarbose)、沃格里糖(voglibose)、米格列醇(miglitol)：唾液腺和胰腺-葡萄糖苷酶抑制剂。用于治疗糖尿病。（4）奥里司他(orlistat)：胰脂酶抑制剂。用于减肥和控制高血脂、高血糖。3、免疫抑制剂的发现与应用环孢菌素A(cyclosporinA)、藤霉素(tacrolimus,FK-506)：原为抗真菌抗生素，但发现有免疫抑制作用。1980’s中期成功地应用于防治器官移植后的免疫排异反应，引起了医学界的广泛瞩目。4、免疫激活剂的发现与应用1970’s-1990’s，微生物产生的各种免疫激活剂也受到人们的青睐。已在临床上用来进行抗癌、抗病毒的辅助治疗，或用于慢性支气管炎及创伤性溃疡的治疗。如：（1）裂褶菌素(sizofilan)：由普通裂褶菌(Schizophyllumcommune)产生。普通裂褶菌（2）香菇多糖(lentinan)：从香菇(Lentinusedodes)中提取。香菇（3）云芝多糖(krestin)：从云芝（彩绒革盖菌）(Coriolusversicolor)中提取。（4）某些病原细菌的灭活细胞或细胞成分或细胞提取物。云芝七、微生物药物研究发展的趋势1、非抗生素类生物活性化合物的数量持续增加1965年以前，主要的研究目标是抗生素，此后，才开始其它活性化合物的研究。进入1980’s，其它活性化合物的研究有了突飞猛进的发展。这些非抗生素类生物活性物质包括免疫调节剂、抗氧化剂、抗炎剂、激素拮抗或激活剂、神经突生长诱导剂、除草剂、驱虫剂以及各种酶抑制剂等。2、抗微生物活性化合物的作用靶标由细菌扩大到其它微生物传统的抗细菌作用抗生素自1980’s中期以来很少有新的发现，加上抗生素的滥用造成细菌以外的病原菌频繁出现，使筛选作用靶标开始向其它微生物如真菌、病毒、原虫以及微生物以外的生物如寄生蠕虫、昆虫等转移。3、发现的药用微生物种类不断扩大药用微生物主要包括细菌、放线菌和真菌，其中以放线菌为主，而早期研究的放线菌大多是链霉菌。随着微生物学研究的发展，发现了一些过去不常见的放线菌，称之为稀有放线菌。例如，1960’s发现的小单孢菌属(Micromonospora)是一种稀有放线菌，可产生庆大霉素(jentamycin)。1990’s，又发现了一类稀有细菌—粘细菌(Myxobacteria)，可产生各种药理活性物质特别是环氧噻酮类(epothilones)抗癌活性物质。另外，对古细菌、动植物内生菌、人工难培养菌和极端环境条件下生存的微生物产抗生素和药理活性物质的研究，也逐渐受到人们的重视。制药工作者用红豆杉(紫杉)的内生真菌Taxomycesandreanae，生产出抗癌药物紫杉醇。红豆杉(紫杉)4、重组DNA技术的应用使筛选模型更加多彩，药用微生物来源更加丰富（1）通过基因克隆方法构建基因工程菌，使其产生新的抗生素衍生物或杂合抗生素或有价值的抗生素中间体，或提高现有抗生素的产量，或在多组分代谢产物中选择性地产生所需要的有效成分。（2）用基因重组方法构建新的微生物或动植物细胞，使其表达与疾病相关的酶或受体蛋白，用于建立新生物活性物质的筛选模型，或用来研究生物活性物质的作用机制。5、老抗生素及其半合成衍生物不断发现新的生物学活性，开发新应用如上所述，环孢菌素A(cyclosporinA)是老抗生素开发新用途的一个典型例子。已开发成为一个优良的用于器官移植的免疫抑制剂。同样，原先作为一般抗生素研究的布雷青霉素(bredinin)和雷帕霉素(rapamycin)，现也已成为临床应用的优良免疫抑制剂。我国学者陶佩珍也发现，弱抗生素格尔德霉素(geldanamycin)具有很强的抗病毒活性。第二节微生物药物的研究与开发一、微生物药物研究开发的一般程序二、微生物药物的筛选方法三、微生物药物的安全性与有效性评价一、微生物药物研究开发的一般程序1、采集不同生态系统的土壤或其它可用于分离微生物的天然物质样品。2、以各种分离培养基对样品进行分离培养，尽可能多地分离各种微生物菌株。3、对分离得到的微生物用多种精心设计的培养基进行摇瓶培养，然后用乙醇或丙酮对发酵液进行萃取。4、采用多种精心设计的筛选模型对萃取培养液中存在的代谢产物进行初步筛选，确定有无活性。5、对初筛有良好活性的微生物菌株进行扩大培养，并对活性代谢产物进行提取。6、提取的活性代谢产物经过二次筛选确认其活性后，进行理化性质研究，排除已知物质。7、使用精制的活性代谢产物进行全面的物理、化学、生物学、生物化学性质以及稳定性和化学结构的研究，确认有开发前途的新物质后申请专利。8、对产生新活性物质的菌株进行有效保护，同时进行自然分离筛选和培养条件研究，以期提高活性代谢产物的产率。9、用小至中型发酵罐对新活性物质产生菌进行扩大培养，从中提取、精制获得一定数量的活性物质，用于临床动物药效学、毒理学、药物动力学、药物代谢学等各项药理研究。10、对活性物质进行制剂研究，确定能发挥最大药效、产生最小毒副作用的剂型。11、总结理化性质、临床前药理及制剂研究数据，向政府药政管理部门申报临床，开展I至III期临床试验，考察人体内