结核病：现行治疗和新药开发

书书书结核病：现行治疗和新药开发黄世杰（军事医学科学院毒物药物研究所，北京　１００８５０）摘要：结核病的控制很复杂，有长期化学治疗的困难、潜伏细菌不能消除和结核分支杆菌产生多药耐药菌株等问题。迫切需要能控制结核病的新药，包括开发短程抗生素疗法以减少药物耐药的发生，治疗多药耐药的结核菌株和根除潜伏细菌的新药。近年来见证了许多新结构类型的抗分支杆菌新药，一些药对敏感和耐药结核菌均呈现有希望的活性。尤其是新发现的二芳基喹啉具有较佳抗结核菌活性，硝基咪唑并吡喃最近研究结果令人鼓舞和独特的唑烷酮也很有意义。分支杆菌基因组学的成功促进遗传学和生化研究深入了解菌壁生物合成和代谢过程，揭示了许多潜在的药物靶标。关键词：结核病；结核分支杆菌；药物开发中图分类号：Ｒ９７８３　文献标识码：Ａ　文章编号：１００１０９７１（２００７）０３０２２２０４　收稿日期：２００６１１０２　作者简介：黄世杰，男，副研究员，研究方向：神经药理，Ｔｅｌ：０１０６６９３０６７０１　概述结核病是历史上古老的、最广泛的人类疾病，目前仍然是全球性问题，世界人口中至少２亿人受到感染，每年有２００万人死于结核病。１９９３年世界卫生组织（ＷＨＯ）提出全球结核病紧急状态宣言，指出控制结核病很复杂，因为其容易传染，缺乏有效疫苗和长期化疗困难较大。此外，艾滋病的流行损害了全球控制结核的努力。２０００年时估计新成年结核病患者１１％感染艾滋病。２０世纪９０年代早期分支杆菌耐药菌株的出现敲响了另一个警钟。２００５年ＷＨＯ报告世界上新结核病例１１％属于多药耐药菌株感染，至少已耐受异烟肼和利福平。前苏联和中国发生耐药的比例最高（１０％～１５％），新的耐药病例还在增加。有效治疗药物敏感菌感染的结核病人需要进行２期多药联合治疗。第一期为杀菌期或强化期，一线４药联合治疗２个月（异烟肼、利福平、吡嗪酰胺和乙胺丁醇），第二期为灭菌期或巩固期，由异烟肼和利福平组成，持续４～７个月。根据生长和患病部位特点，结核菌可分为３个亚群。最大的亚群是在空洞内迅速生长的细菌，其中大部分在４药疗法早期清除，异烟肼抑制细菌生长最佳。其余２个亚群生长较慢，存在于坏死酸性环境中或休眠期细菌，与迅速生长的亚群不同，生活在密封缺氧环境，以脂肪酸作为碳源，且为异烟肼耐药。因此，早期治疗后仍然存活，需要更长久的用药，以降低复发的危险。利福平和吡嗪酰胺灭菌活性最佳，能够杀死非生长期细菌，然而仍有一些耐药菌不能被杀死，成为潜伏感染呈无症状状态，在免疫系统损害（如营养不良、糖尿病、肿瘤）条件下再激活，尤其在患艾滋病时。应当指出，目前人们对结核菌潜伏或持久性的认识不多，这是由于缺乏恰当的潜伏结核菌动物模型造成的。最大问题是病人对长期治疗的依从性差，这是导致耐药的主要原因。多药耐药结核病的治疗极具挑战性，涉及二线药物，包括环丝氨酸、硫异烟肼、链霉素、阿米卡星、卡那霉素、卷曲霉素、对氨基水杨酸和氟喹诺酮（左氧氟沙星、莫西沙星、加替沙星）。这些药物较一线药物疗效差，毒性大，价格昂贵。此外，这些药物用药时间长达１８～２４个月。多药耐药菌株的增加对全球结核病的控制是一个严重威胁，除非开发有效的介入手段，多药耐药结核病仍然是未来面对的突出问题。２　新候选药物或先导化合物２１　二芳基喹啉类Ａｎｄｒｉｅｓ等报道的Ｒ２０７９１０［１（６溴２甲氧基喹啉３基）４二甲氨基２萘１基１苯基２丁醇］，一种二芳基喹啉类化合物，可能是３０年来最有希望的抗结核病候选药。体外确定了２０个化合物，均有抗数种分支杆菌的活性，包括结核分支杆菌。这些化合物对结核分支杆菌Ｈ３７Ｒｖ的最低抑菌浓度（ＭＩＣ）低于０５ｍｇ·Ｌ－１，Ｒ２０７９１０最强，ＭＩＣ为００３～０１２ｍｇ·Ｌ－１。重要的是，Ｒ２０７９１０通过阻·２２２·ＦｏｒｅｉｇｎＭｅｄｉｃａｌＳｃｉｅｎｃｅｓＳｅｃｔｉｏｎｏｆＰｈａｒｍａｃｙ　２００７Ｊｕｎ；３４（３）断ＡＴＰ合成产生抗菌作用，属于新化学类型，新作用机制。Ｒ２０７９１０对小鼠无毒性，对人短程无严重不良反应。尚需临床试验确定其疗效和安全性。２２　喹喔啉类已合成了许多喹喔啉衍生物，其１，４二氧化物在体外显示强抗分支杆菌活性，其１，４双Ｎ氧化物结构是化合物活性必需。３甲基２苯硫喹喔啉１，４二氧化物和苯甲基喹喔啉２羧化物１，４二氧化物等２个系列化合物显示良好的抗结核分支杆菌活性，ＭＩＣ为０１０～０７８ｍｇ·Ｌ－１。当２位碳上是硫苯基且苯环上存在吸电基团（ＣＦ３，Ｃｌ，ｄｉＦ）时活性较高，若为供电基团（ＣＨ３，ＯＣＨ２ＣＨ３）活性降低。羰基喹喔啉１，４二氧化物对药物敏感和耐药结核分支杆菌的活性相同。虽然很早以前就报告了喹喔啉１，４二氧化物的抗菌活性，但由于发现有致突变作用，特别在缺氧条件下，故而被埋没。但是，其强抗结核菌活性使它们成为值得进一步开发的有吸引力的先导化合物。２３　硝基咪唑并吡喃类双环硝基咪唑并吡喃类原作为癌症化疗的放射增敏剂，但体外与体内试验发现具有抗结核分支杆菌活性。但又发现此类的先导化合物ＣＧＩ１７３４１有致突变性而停止进一步开发。其后合成了１００多个３取代基硝基咪唑并吡喃系列化合物，均具明显抗结核菌活性。这些抗结核菌活性具高特异性，对非结核分支杆菌无活性或微弱。而有活性化合物未发现有先前双环硝基咪唑并吡喃的致突变性。其中ＰＡ８２４对结核分支杆菌具亚微摩尔ＭＩＣ（００１５～０２５ｍｇ·Ｌ－１），对单药或多药耐药结核分支杆菌同样有效，且与现有药物没有交叉耐药。虽然在体外ＰＡ８２４还不是最强药物，但口服给予感染小鼠活性最佳，提示ＰＡ８２４较其他有关化合物的药代性质更佳。小鼠研究用ＰＡ８２４２５ｍｇ·ｋｇ－１·ｄ－１，其中脾和肺组织中清除分支杆菌的能力与异烟肼２５ｍｇ·ｋｇ－１相当。然而，ＰＡ８２４在２个月加强期与异烟肼一起用药时，未发现有相加或协同活性。ＰＡ８２４是否与利福平或吡嗪酰胺有叠加或协同作用尚待确定。２４　唑烷酮类奈唑利得（ｌｉｎｅｚｏｌｉｄ）是美国ＦＤＡ在２０００年批准的新类型抗生素，属于唑烷酮类。奈唑利得是广谱革兰阳性和阴性菌抑制剂，在体外与体内均抑制蛋白合成，是近来开发的最新抗生素。Ｂａｒｌａｃｈｙｎ等报道奈唑利得的硫代吗啉类似物，ＰＮＵ１００４８０，具有非常强的抗分支杆菌活性，ＭＩＣ≤０１２５ｍｇ·Ｌ－１。ＰＮＵ１００４８０对耐药结核菌也有活性，ＭＩＣ≤０５ｍｇ·Ｌ－１，对临床分离到的鸟分支杆菌的ＭＩＣ为０５～４ｍｇ·Ｌ－１。在小鼠结核菌感染模型上，ＰＮＵ１００４８０１００ｍｇ·ｋｇ－１与异烟肼２５ｍｇ·ｋｇ－１效果相当。动物药代动力学与安全性资料显示，ＰＮＵ１００４８０吸收良好，４周的毒性也可耐受。这些优点支持了该药的进一步临床评价。ＰＮＵ１００４８０的类似物ＲＢＸ８７００对鸟分支杆菌活性较好。Ａｒｔｉｃｏ等报道用二苯甲基取代乙酰氨甲基唑烷酮部分，产生ＰＮＵ１００４８０的非唑烷酮类似物，获得抗结核菌的可观活性，ＭＩＣ＝０５ｍｇ·Ｌ－１，且选择性指数（ＳＩ）为８。２５　吡咯类Ｄｅｉｄｄａ等报道吡咯衍生物ＢＭ２１２［１，５二芳基２甲基３（４甲哌嗪１基）甲基吡咯］，体外抗结核菌显示强活性。对敏感和耐药结核菌的ＭＩＣ为０７～１５ｍｇ·Ｌ－１，提示与现有药物没有交叉耐药。ＢＭ２１２对非结核鸟分支杆菌有良好活性，ＭＩＣ为０４～３１ｍｇ·Ｌ－１。ＢＭ２１２在巨噬细胞培养模型（Ｕ９４７细胞）有抗细胞内结核菌的作用，ＭＩＣ为０５ｍｇ·Ｌ－１。ＢＭ２１２的硫吗啉衍生物，即吡咯环３位碳上的Ｎ甲基哌嗪甲基部分由硫吗啉甲基取代，发现效果增强，毒性降低，ＭＩＣ为０４ｍｇ·Ｌ－１，选择性指数为２０。２６　嘧啶和嘌呤类似物Ａｇａｒｗａｌ等报道几个４氯嘧啶化合物具有强抗结核分支杆菌活性，ＭＩＣ为０７８ｍｇ·Ｌ－１。６芳基９烷基嘌呤确认有强抗分支杆菌活性，最有效的化合物是６（２呋喃基）嘌呤。此外，已确定９位取代对活性最为关键。活性最大的是２氯６（２呋喃基）９苄基嘌呤，ＭＩＣ为０３９～０７８ｍｇ·Ｌ－１。这些化合物对哺乳类细胞毒性相对较小，对结核耐药菌活性高。硫嘌呤类似物，９（乙氧羰甲基）６（十二烷硫基）９氢嘌呤抑菌ＭＩＣ为０７８ｍｇ·Ｌ－１，ＳＩ＞１２８。Ｂａｒｒｏｗ等报道２甲基腺苷抗各种结核菌株，包括耐药菌株活性较好，ＭＩＣ＜１５６～３１２ｍｇ·Ｌ－１．２甲基腺苷在３０ｍｇ·Ｌ－１时对体外缺氧模型中非复制结核分支杆菌也有活性。３　新的药物靶标３３　靶向菌壁的生物合成·３２２·国外医学药学分册　２００７年６月　第３４卷第３期分支杆菌菌壁含３种共价键连接的结构：肽聚糖、阿拉伯半乳聚糖和分枝菌酸。此外，未能在哺乳类细胞中发现富含各种复合脂类的胞壁。在体外或体内，这些脂中进行的都是分支杆菌活存的许多必需功能。因而分支杆菌壁提供了开发新药有吸引力的靶标。实际上，一线药物，已知异烟肼和乙胺丁醇可靶向脂类合成和菌壁的组装。环丝氨酸通常用作二线抗结核病药，β内酰胺抗生素已重新评价其抗结核病作用，以上两药均影响肽聚糖的生物合成。３２　β酮酰基载体蛋白（ＡＣＰ）合酶两种微生物的天然产物，浅蓝菌素和硫乳霉素（ｔｈｉｏｌａｃｔｏｍｙｃｉｎ）已知能抑制β酮酰基ＡＣＰ合酶，是一种缩合酶，催化脂肪酸合成长链的第一步。浅蓝菌素是β酮酰基ＡＣＰ合酶的不可逆抑制剂，而硫乳霉素模拟丙二酰ＡＣＰ作用于活性位点，是一种β酮酰基ＡＣＰ合酶可逆性抑制剂。在体外实验中，浅蓝菌素和硫乳霉素的ＭＩＣ分别为１２５和２５ｍｇ·Ｌ－１。然而，浅蓝菌素同时也抑制β酮酰基ＡＣＰ合酶的ＦＡＳⅠ和ＦＡＳⅡ型，即也可抑制哺乳类脂肪酸合酶的功能，故不是选择性抗分支杆菌药。硫乳霉素抑制ＫａｓＡ，是ＦＡＳⅡ型β酮酰基ＡＣＰ合酶，对分支杆菌更具选择性。硫内酯环４位取代强度增加，硫内酯环上８个亚甲基链和甲基硫羟乙酸酯活性最大，对敏感和耐药结核菌的ＭＩＣ为１０～４０ｍｇ·Ｌ－１。Ｊｏｎｅｓ等设计一系列磺酰基乙酰胺作为β酮酰基合酶反应的过渡态类似物。最有效化合物Ｎ癸烷磺酰基乙酰胺或ＯＳＡ，对结核分支杆菌Ｈ３７Ｒｖ的ＭＩＣ为０７５～１５ｍｇ·Ｌ－１。其后的研究证明ＯＳＡ的确抑制分支菌酸的合成，但也干扰ＡＴＰ的合成，尚不清楚对人的毒性。３３　脂肪酸去饱和酶抑制剂硫卡利特（ｔｈｉｏｃａｒｌｉｄｅ）是２０世纪６０年代用于结核病治疗的老药。早年研究显示该药抑制分支菌酸和短链脂肪酸的合成。相反，异烟肼和硫异烟胺抑制分支菌酸的合成后引起短链脂肪酸的累积，提示硫卡利特作用靶标和异烟肼与硫异烟胺不同。新近研究证实硫卡利特抑制硬脂酰去饱和酶（ＤｅｓＡ３），该酶在硬脂酸９位碳上插入双键，部分解释其生化效应。该药对结核菌Ｈ３７Ｒｖ抑制的ＭＩＣ为２５ｍｇ·Ｌ－１，对临床分离的各种耐药菌株为１～１０ｍｇ·Ｌ－１。其系列衍生物中，有一些化合物的ＭＩＣ达到≤０１ｍｇ·Ｌ－１。３４　烯酰ＡＣＰ还原酶抑制剂异烟肼抑制ＩｎｈＡ，一种在分枝菌酸合成中的烯酰ＡＣＰ还原酶，在ＮＡＤＨ依赖反应中将反式２烯酰ＡＣＰ转换为酰基ＡＣＰ。因为异烟肼是一个前药，需要ＫａｔＧ激活后起作用，故ＫａｔＧ突变是异烟肼耐药的主要原因，如果化合物不需要激活，直接靶向ＩｎｈＡ将克服这种耐药机制。与异烟肼不同，重氮硼和三氯生抑制剂ＩｎｈＡ不需激活，但它们的毒性较大，溶解度较差，妨碍了临床试用。用纯ＩｎｈＡ作为靶标从组合化学库高通量筛选了５０００００个化合物，在敏感和耐药的结核分支杆菌完整细胞上确定Ｊｅｎｇ８５７５化合物的活性，ＭＩＣ为１２５～３０μｍｏｌ·Ｌ－１。进一步开发有可能找到预先不需要激活而抑制ＩｎｈＡ的有希望的新药。３５　靶向阿拉伯半乳聚糖的合成虽然乙胺丁醇是一线结核病治疗药之一，但其抗结核菌仅为轻微活性，ＭＩＣ为１０μｍｏｌ·Ｌ－１。Ｌｅｅ等努力改善其强度，采用固相方法合成了一系列乙胺丁醇的１，２乙胺类似物。有２６个化