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1、氨基糖苷类 庆大霉素,吕美珍 裴聪 赵焕平 王佳佳 任永成 2012.5.24,庆大霉素,一.氨基糖苷类的总述 二.庆大霉素 1.概述-结构与性质 2.药代动力学 3.制备原理 4.工艺路线 5.工艺过程 6. 代谢调控 7.最新成果,氨基糖苷类的总述,氨基糖苷类抗生素（Aminoglycosides）是由氨基糖与氨基环醇通过氧桥连接而成的苷类抗生素。有来自链霉菌的链霉素等、来自小单孢菌的庆大霉素等天然氨基糖苷类，还有阿米卡星等半合成氨基糖苷类。 虽然大多数抑制微生物蛋白质合成的抗生素为抑菌药，但氨基糖苷类抗生素却可起到杀菌作用，属静止期杀菌药。 氨基糖苷类抗生素可起到杀菌作用，属静止期杀菌药
2、。其杀菌作用具有如下特点： 1.杀菌作用呈浓度依赖性。 2.仅对需氧菌有效，尤其对需氧革兰阴性杆菌的抗菌作用强。 3.具有明显的抗生素后效应。 4.具有首次接触效应。 5.在碱性环境中抗菌活性增强。,庆大霉素的概述,庆大霉素是中国独立自主研制成功的广谱抗生素，是产生于无产阶级文化大革命中的科技成果。它开始研制于1967年，成功鉴定在1969年底，取名“庆大霉素”，意指庆祝“九大”以及庆祝工人阶级的伟大。庆大霉素Gentamicin，正泰霉素（gentamycin）系从放线菌科单孢子属发酵培养液中提得，系碱性化合物，是目前常用的氨基糖苷类抗生素。 庆大霉素是一种氨基糖苷类抗生素, 主要用于治疗细
3、菌感染，尤其是革兰氏阴性菌引起的感染。庆大霉素能与细菌核糖体30s亚基结合，阻断细菌蛋白质合成。庆大霉素是为数不多的热稳定性的抗生素，因而广泛应用于培养基配置。,庆大霉素是由绛红小单孢菌、棘孢小单孢菌等发酵产生的氨基糖苷类抗生素, 是由22脱氧链霉胺、绛红糖胺、加拉糖胺组成的多组分混合物, 并以C 族复合物为主。22脱氧链霉胺分别在4、6 位上通过苷键连接绛红糖胺和加拉糖胺, 因绛红糖胺C6c 上的甲基化程度不同, 形成了C1、C2、C1a 3 个主要组分 , 其结构如图 所示。 这3 个组分中, C1、C2、C1a 的疗效和毒性互不相同: C1组分毒副作用最小且不易产生耐药性, 但疗效稍差;
4、 C2 和C1a 组分疗效高, 但毒性较大且容易产生耐药性。 性状：常用其硫酸盐，为白色或类白色结晶性粉末；无臭；有引湿性。在水中易溶，在乙醇、乙醚、丙酮或氯仿中不溶。,药代动力学,一.功能主治 对大肠杆菌、产气杆菌、克雷白杆菌、奇异变形杆菌、某些吲哚变形杆菌、绿脓杆菌、某些奈瑟菌、某些无色素沙雷杆菌和志贺菌等革兰阴性菌有抗菌作用。革兰阳性菌中，金黄色葡萄球菌对该品敏感；链球菌对该品耐药。厌氧菌、结核杆菌、立克次体、病毒和真菌亦对该品耐药。 近年来，由于该品的广泛应用，耐药菌株逐渐增多，绿脓杆菌、克雷白杆菌和沙雷杆菌、吲哚阳性变形杆菌对该品的耐药率甚高。对金葡菌及大肠杆菌，产气杆菌，奇异变形杆
5、菌，绿脓杆菌等G菌作用较强。适用于敏感细菌所致的新生儿脓毒症、败血症、中枢神经系统感染（包括脑膜炎）、尿路生殖系统感染、呼吸道感染、胃肠道感染（包括腹膜炎）、胆道感染、皮肤、骨骼、中耳炎、鼻窦炎、软组织感染（包括烧伤）、李斯特菌病。,二.药物的相互作用,1.与其他氨基糖苷类合用或先后连续应用，可增加耳毒性、肾毒性以及神经肌肉阻滞作用的可能性。与神经肌肉阻滞药合用，可加重神经肌肉阻滞作用。 2.与卷曲霉素、顺铂、依他尼酸、呋塞米或万古霉素等合用或先后连续应用，可增加耳毒性与肾毒性的可能性。 3.与头孢噻吩合用可能增加肾毒性。 4.与多粘菌素类合用或先后连续应用，可增加肾毒性和神经肌肉阻滞作用。
6、5.其他肾毒性及耳毒性药物均不宜与该品合用或先后连续应用，以免加重肾毒性或耳毒性。,三.动力学,肌注后吸收迅速而完全。局部冲洗或局部应用后亦可经身体表面吸收一定量。吸收后主要分布于细胞外液，其中515%再分布到组织中，在肾皮质细胞中积蓄，该品可穿过胎盘 分布容积为0.20.25L/kg(0.060.63L/kg)。尿液中药物浓度高。支气管分泌物、脑脊液、蛛网膜下腔、眼组织以及房水中含药量少。 蛋白结合率低或很低。 肌内注射或静脉滴注后3060分钟血药浓度达峰值，成人肌注后的血药峰浓度(g/ml)一般为按体重肌注剂量(mg/kg)的4倍，静滴完毕后可达46g/ml，婴儿单次给药2.5mg/kg后
7、可达36g/ml；发热或大面积烧伤患者，血药浓度可能有所降低。 T1/2成人为23小时，肾功能衰退者4050小时。发热、贫血、严重烧伤患者或合用羧苄青霉素的患者T1/2可能缩短；但在妇科、外科及烧伤的不同患者间有很大差异。小儿T1/2为5l1.5小时，体重轻的T1/2较长。 该品在体内不代谢，经肾小球滤过排出，尿中浓度可超过100g/ml，24小时内排出5093%。新生儿出生3天以内者，给药12小时内排出10%；新生儿出生540天者给药12小时内排出40%。血液透析与腹膜透析可从血液中清除相当药量，使T1/2显著缩短。,四.适合症状,该品适用于绿脓杆菌、变形杆菌(吲哚阳性和阴性)、大肠杆菌、克
8、雷伯菌属、肠杆菌属、沙雷菌属、枸橼酸杆菌属以及葡萄球菌(包括耐青霉素(G)与耐甲氧西林菌株)所致的新生儿脓毒症、败血症、中枢神经系统感染(包括脑膜炎)、尿路生殖系统感染、呼吸道感染、胃肠道感染(包括腹膜炎)、胆道感染、皮肤、骨骼、中耳炎、鼻窦炎；软组织感染(包括烧伤)、李斯特菌病； 该品用于绿脓杆菌或葡萄球菌所严重中枢神经系统感染时(脑膜炎、脑室炎)，可同时用该品鞘内注射作为辅助治疗； 该品不适用于单纯性尿路感染初治，除非病原菌对其他毒性较低的抗菌药物不敏感，该品对链球菌中的多数菌种(尤其D组)、肺炎球菌和厌氧菌(如类杆菌属或梭状芽胞杆菌属)无效； 该品口服可用于肠道感染或结肠手术前准备，也可
9、用该品肌注合并克林霉素或甲硝唑以减少结肠手术后感染率。,五.使用剂量,成人肌肉注射或稀释后静脉滴注，一次80mg(8万单位)，一日23次，间隔8小时。或按体重1一1.7mg/kg(以庆大霉素计，下同)。每8小时1次；或按体重0.75一1.25mg/kg，每6小时1次，共7一10日。 小儿按体重每日35mg/kg，分23次给药。血液透析后，可根据感染严重程度，成人按体重补给一次剂量11.7mg/kg；小儿按体重补给22.5mg/kg。,注意事项,(1)应监测血药浓度，尤其在新生儿、老年和肾功能不全的患者。庆大霉素的有效治疗浓度范围为4一10g/ml。应避免高峰血药浓度持续在12g/ml以上和谷浓
10、度超过2g/ml。但外科、妇科、产科或烧伤患者由于个体差异较大，按计算剂量可能低于最小常用量或超过最大常用量。接受庆大霉素鞘内注射者应同时监测脑脊液内药物浓度。 (2)不能测定血药浓度时，应根据测得的肌酐清除率调整剂量。 (3)患者应给予充足的水分，以减少肾小管损害。 (4)长期应用可能导致耐药菌过度生长。,(5)给予首次饱和剂量(1一2mg/kg)后，有肾功能不全，前庭功能或听力减退的患者所用维持量应酌减：剂量不变，延长给药间隔时间；或给药间期不变，每次剂量减少或停用庆大霉素，其维持量可按下式计算：延长给药间期(小时)，每次剂量不变(1一2mg/kg)，给药间期=患者血肌酐值(mg/100m
11、l)8或减少维持剂量，每8小时给药一次：每次剂量=患者体重（kg）常规用量（mg/kg）/患者血肌酐值(mg/100ml)。由于庆大霉素在体内不代谢，主要经尿排出，因此肾功能减退的患者中可能引起药物积聚达中毒浓度。,不良反应,(1)曾有报道庆大霉素全身应用合并鞘内注射时引起腿部抽搐、皮疹、发热和全身痉挛等。庆大霉素引起肾功能减退的发生率较妥布霉素为高。 大剂量用药容易导致水肿 (2)发生率较多者有听力减退、耳鸣或耳部饱满感(耳毒性)、血尿、排尿次数显著减少或尿量减少、食欲减退、极度口渴(肾毒性)、步履不稳、眩晕(耳毒性，影响前庭；肾毒性)。发生率较低者有呼吸困难、嗜睡、极度软弱无力(神经肌肉阻
12、滞或肾毒性)。 (3)停药后如发生听力减退、耳鸣或耳部饱满感，需引起注意。不良反应与卡那霉素进近似，用量小时反应较轻.如用量大，疗程长，偶见肠道菌群紊乱，一旦出现即停药，可恢复正常.可有白细胞减少，听力及肾损害.个别病例口周、面部和四肢皮肤发麻，眩晕,耳鸣.偶有过敏性休克，主要症状为呼吸道阻塞及循环障碍、半数以上病例经抢救无效而死亡，故有人认为该品的最严重的不良反应为速发型过敏性休克.可引起罗姆伯格氏症(闭目难立，暗处和洗脸时站不稳)中毒症状。,耐药机制,1、产生钝化酶：如磷酸化酶、腺苷化酶、乙酰化酶。 2、细胞膜通透性下降。 3、修饰靶蛋白（p10蛋白）。 缺乏主动转运功能：如厌氧菌对氨基糖
13、苷类的耐药性。,制备原理,庆大霉素的生产是采用五级发酵形式，离子交换树脂的方法进行产品的分离精制。庆大霉素产生菌绛红小单孢菌或棘孢小单孢菌经孢子制备、摇瓶菌丝培养后接入种子罐，种子经过一级、二级、三级、四级扩级培养后接入发酵罐。发酵过程中控制温度、通气量、pH、补料等各项工艺参数，46天发酵结束。发酵产物经阳离子交换树脂吸附、洗脱、脱色、浓缩和干燥可得庆大霉素成品。,硫酸庆大霉素工艺流程,工艺过程,(一)菌种 生产中国内常用绛红小单孢菌，国外常用棘孢小单孢菌、橄揽星小单孢菌。 对菌种进行诱变选育，采用的方法有紫外线、离子辐射、N离子注入、微波处理、DES化学法等。另外，近年来，随着分子生物学技
14、术的发展以及在微生物基因组计划的推动下，国内外对放线菌的抗生素合成、调控和转运基因已经进行了大量卓有成效的研究，因此，通过对庆大霉素生物合成基因的克隆与转移来提高其增产是很有发展前景的。,（二）孢子制备和种子培养,1.孢子制备 孢子萌发培养基(% ) : 1 号培养基: K 2HP4 0. 01 , NaCl 0. 05, Mg SO4 0. 05, 葡萄糖0. 1, 小 麦汁2. 0; 2 号培养基: K2HP4 0. 01, NaCl 0. 05, MgSO4 0. 05, 小麦汁2. 0; 3 号培养基: NaCl 0. 05, MgSO4 0. 05, 小麦汁2. 0.,孢子萌发的影响
15、条件,1、p H值：当小单孢菌发酵培养基起始pH 7. 0 时, 菌丝生长快, 庆大霉素合成起步早, 产抗期延长. 同样是5 天的周期, 而它的发酵水平最高. 说明庆大霉素代谢合成最适pH 值比孢子萌发pH 值略高. 2、温度的影响：温度是孢子萌发的重要条件, 它影响萌发的速度和百分率. 菌株培养温度由3034时, 萌发率相差几倍. 当温度由3436, 大部份菌株发芽率达最大值, 最适温度为36. 3、溶氧对孢子萌发的影响：溶氧对孢子萌发也是不可缺少的因素. 振荡培养12h 的萌发率相当于静止培养17h 的状况. 以相同的培养时间, 前者比后者萌发率提高30%45%. 振荡培养17h, 萌发率
16、高达41%60% . 4、孢子的密度与萌发的关系：当等量培养液中接入不同量的孢子时, 萌发率随着密度的增加而相应地降低. 这可能与斜面孢子在贮藏过程中菌丝自溶释放出某些物质浓度过大而对孢子萌发具有抑制作用有关. 同时存在高密度孢子萌发所需营养显得不足. 5、生长因子对孢子萌发的影响：出对孢子萌发最有效的生化因子甘氨酸、缬氨酸、丝氨酸, 经双因子组合试验, 孢子萌发率最高可达74. 2% , 由此证明绛红色小单孢菌孢子萌发率低的主要因素可能与缺乏某些氨基酸及一些生长因素这些简单营养物质有关.,2.种子的制备,实验室阶段：不用种子罐，所用的设备为培养箱、摇床等实验室常见设备，在工厂这些培养过程一般
17、都在菌种室完成，因此现象地将这些培养过程称为实验室阶段的种子培养。,生产车间阶段：种子培养在种子罐里面进行，一般在工程上归为发酵车间管理，因此形象地称这些培养过程为生产车间阶段,种子培养基,发酵培养基,查阅国内外关于庆大霉素生产所用的培养基，归纳起来有二十多种，选择其中十二种进行研究，按主次顺序排列如下：黄豆饼粉蛋白胨(NH4)2SO+淀粉玉米粉CaCO3鱼粉KNO3豆油COOL2合成消沫剂葡萄糖。 发酵培养基( %) : 葡萄糖0. 5, 玉米淀粉5. 5, 玉米粉1, 黄豆饼粉4, 蛋白胨0. 3 , 鱼粉0. 5, CaCO3 0. 6, ( NH4) 2SO4 0. 1 , C0Cl
18、2 8r/ ml pH 7. 2.,工艺提取,采用732 阳离子交换树脂，利用离子交换法从发酵液中提取庆大霉素。 最优的提取条件为: 发酵液pH2 3，吸附时间2 h，解吸剂浓度5%，解吸剂流速0 4 mL /min。经HPLC 测定，发酵液通过离子交换法分离提取后，庆大霉素纯度为92 5%。离子交换法适用于庆大霉素发酵液的分离提取，提取液纯度达到药物分析的要求。,提取流程,732 型阳离子交换树脂是一种强酸型的树脂，pH 对其活性基团影响不大; 庆大霉素是一种弱碱性的抗生素，pH 对其影响较大。在中性环境中，它主要以三价阳离子的形式存在，能与阳离子树脂进行离子交换，而在碱性环境中，庆大霉素以
19、阴离子的形式存在，与阳离子交换树脂的交换能力非常弱，导致在碱性条件下吸附率急剧下降。而在酸性环境中主要以五价阳离子的形式存在，更加稳定，亲和力较强，所以具有更高的离子交换能力，因而在酸性条件下吸附率比较大。 转速、解吸剂流速、解吸剂浓度对其阳离子交换树脂的最终提取结果也有影响,代谢调控,The promo ters ( am ino acids) of biosyn thesis gentam icin w ere screened out by theorthogonal design in the course of producting gentam ic in by M icrom o
20、nospora p urp urea. Someamount o f glyc ine, lysine, tyrosine, meth ioninew as added to the orig ina lmed ium in flask and incubated at 36 on the rotary shaker 220r /m in for 96 h. Itw as prop itious to b iosyn thesize gentam ic in and increased the y ield of gentam icin over 30% than contro l group
21、; the production rate of gentam ic in w as increased by 40%。 在绛红色小单孢菌(M icr om onosp ora p urpurea) 产生庆大霉素的过程中, 运用正交设计筛选庆大霉素( gentam ic in) 生物合成促进剂-氨基酸. 经摇瓶实验证明, 在原培养基中添加一定量的甘氨酸、赖氨酸、酪氨酸、蛋氨酸, 在旋转摇床上220 r/m in 36 培养96 h, 有利于生物合成庆大霉素, 较对照产量可增加30%左右, 产素率提高40%左右.,添加氨基酸后其在微生物细胞内的作用机理往往可归纳为几种类型: （1）氨基酸脱去氨基
22、后形成的碳骨架通过特定的代谢途径进入TCA 循环, 增加了TCA循环的代谢通量, 从而提高了细胞的能量水平, 促进了细胞生长和代谢产物合成, 因此小单孢菌菌丝粗壮, 细胞染色深, 发酵液粘稠, 缩短了生长期, 提前进入产素期. （2） 由于氨基酸是一种两性离子, 具有调节胞内生理pH值的功能，并能促使pH 最大限度地满足细胞生理功能的需要. 本研究证明新方法pH 值明显高于原工艺, pH 偏碱性更有利于绛红色小单孢菌细胞的代谢和产素. （3） 抑制或激活相关代谢途径中关键酶的活性, 从而促进目的代谢产物产量的提高。 大量实验说明主要是激活初级代谢途径中关键酶的活性, 从而促使在整个发酵过程中细
23、胞代谢旺盛, 周期缩短, 产素率得到明显提高. （4）氨基酸通过特定代谢途径产生目的代谢途径中所需的辅酶或中间代谢物包括前体物。 新方法所用的蛋氨酸(甲硫氨酸)无论对于原核细胞还是真核细胞的代谢都是重要的中间代谢物质. 在生物体中蛋氨酸(甲硫氨酸)是通过5- 腺苷甲硫氨酸合成酶消耗ATP, 使甲硫氨酸腺苷化而合成腺苷甲硫氨酸( SAM ) . SAM是生物体内最重要的甲基供体, 在生命活动过程中, 使细胞内许多重要物质如核酸、蛋自质、脂类、碳水化合物等首先进行甲基化, 进而参与众多生化反应. 还有人报道蛋氨酸除了参与细胞一系列生化反应新陈代谢外, 似乎还是庆大霉素的甲基供体. 甘氨酸、酪氨酸可能在细胞壁和细胞质膜方面起一定作用.,最新研究,银杏叶提取物Egb对庆大霉素所致的耳毒性具有拮抗作用 银杏叶提取物是一种较强的氧自由基的清除剂，具有清除氧自由基，防止心脑血管老化和脂质过氧化对细胞膜损伤的作用。 庆大霉素与铁形成复合物而具有氧化还原活性，该复合物在体外和完整细胞都能催化产生氧自由基，进而损坏细胞，导致听力下降。,谢谢！,