Norfloxacin

当下，多重耐药革兰氏阴性菌引发的感染已成为全球医疗卫生领域的重大危机，碳青霉烯类耐药的鲍曼不动杆菌、铜绿假单胞菌、肠杆菌科细菌等“超级细菌”，让众多常规抗生素束手无策。而多粘菌素，尤其是粘菌素（多粘菌素 E），作为对抗这类致病菌的最后一道临床防线，重新回到了人们的视野。但这款 “老药” 始终面临着肾毒性、神经毒性以及耐药性逐渐出现的痛点，如何让其更安全、更高效，成为医药研发的核心课题。 近期发表在《European Journal of Medicinal Chemistry》的综述《Structure function and design of polymyxins to enable safer and more potent anti Gram negative agents》，从化学结构、作用机制、耐药性、合成方法、构效关系到新一代衍生物研发、联合疗法等方面，全面解析了多粘菌素的研究进展。本文将以专业视角，用通俗易懂的方式拆解这篇综述的核心内容，带大家看清这款 “最后防线” 抗生素的升级之路。 1 多粘菌素的“前世今生”：从发现到沉寂，再到复兴 多粘菌素并非新型抗生素，其发现可追溯到1947 年，科学家从革兰氏阳性菌多粘芽孢杆菌中首次分离出具有抗革兰氏阴性菌活性的物质，后续又陆续鉴定出多粘菌素 A、B、C、D、E 等亚型，其中仅有多粘菌素 B和粘菌素（多粘菌素 E） 用于临床治疗。 早期的多粘菌素因显著的肾毒性和神经毒性，在1980 年代逐渐被毒性更低的广谱抗生素取代，仅用于局部外用。但随着多重耐药革兰氏阴性菌的全球蔓延，市面上几乎无药可用，多粘菌素再次成为临床治疗的 “最后选择”，也让科研人员重新聚焦于这款老药的优化与改造。 值得一提的是，多粘菌素B 和粘菌素的化学结构高度相似，核心差异仅在第 6 位氨基酸：多粘菌素 B 是 D - 苯丙氨酸，粘菌素是 D - 亮氨酸，这一微小差异也导致了两者在活性、毒性和临床应用上的细微区别。目前临床商用的粘菌素有两种形式：硫酸粘菌素（用于口服、局部外用）和甲磺酸钠粘菌素（CMS，注射用前药），CMS 进入体内后会自发水解为活性粘菌素，这一设计最初就是为了降低直接给药的毒性。 2 核心化学结构：决定活性与毒性的“三大关键部件” 多粘菌素属于天然脂肽类抗生素，其化学结构是决定抗菌活性、毒性和耐药性的根本，核心由环状七肽骨架、多个阳离子二氨基丁酸（Dab）残基和N 端疏水脂肪酰基尾三部分组成，整体呈现两亲性（一端亲水、一端疏水），这也是其能作用于细菌细胞膜的关键。 阳离子Dab 残基：是多粘菌素的 “核心活性位点”，携带正电荷，能与细菌外膜的负电荷基团结合，是其发挥抗菌作用的基础； 环状七肽骨架：作为分子的“支架”，固定 Dab 残基和疏水结构的空间位置，保证其与细菌靶点的有效结合； N 端疏水脂肪酰基尾：像一把 “尖刀”，能插入细菌的疏水性细胞膜，破坏膜结构，同时也与多粘菌素的毒性密切相关。 粘菌素的分子量约1750Da，天然存在 Colistin A 和 Colistin B 两种亚型，差异仅在脂肪酰基的碳链长度，这一差异对其抗菌活性影响较小，但会影响不同制药制剂的成分比例。 3 作用机制：既“破膜杀菌”，又 “中和内毒素” 的双重功效 多粘菌素之所以能对抗革兰氏阴性菌，核心是其两亲性结构能精准作用于细菌的外膜脂多糖（LPS）—— 革兰氏阴性菌的 “保护铠甲”，其作用机制分为直接抗菌和抗内毒素两部分，是为数不多兼具这两种功效的抗生素。 1. 直接破膜杀菌：扒掉细菌 “铠甲”，让其内部 “失守” 细菌外膜的LPS 含有大量阴离子磷酸基团，正常情况下通过钙、镁离子维持稳定结构。多粘菌素的阳离子 Dab 残基因正电荷，能以远高于钙、镁离子的亲和力与 LPS 的磷酸基团结合，竞争性取代这些二价阳离子，破坏细菌外膜的稳定性；随后其 N 端疏水脂肪酰基尾插入细菌外膜的疏水区域，导致外膜膨胀、通透性大幅增加，细菌内部的营养物质和电解质大量泄漏，最终细胞裂解死亡。 部分研究还发现，多粘菌素还能通过“囊泡 - 囊泡相互作用” 促进细菌细胞膜的磷脂交换，引发渗透压失衡，进一步加速细菌死亡。 2. 抗内毒素：中和细菌 “毒素碎片”，避免身体过度发炎 革兰氏阴性菌死亡时，其外膜的LPS 会脱落并释放脂质 A（内毒素核心成分），脂质 A 会刺激人体免疫细胞释放肿瘤坏死因子 -α（TNF-α）、白介素 - 8（IL-8）等细胞因子，引发全身性炎症反应，严重时会导致内毒素休克。 多粘菌素能与脂质A 紧密结合，中和其毒性，阻止细胞因子的大量释放，从而抑制炎症反应，这一功效让其在治疗严重革兰氏阴性菌感染时，比其他抗生素更具优势。 4 耐药性：细菌的“四大防御手段”，让多粘菌素逐渐失效 多粘菌素重新临床应用后，细菌的耐药性也随之出现，虽然全球耐药率目前仍较低，但鲍曼不动杆菌、肺炎克雷伯菌、铜绿假单胞菌等主要致病菌的耐药菌株已陆续被报道，其耐药机制并非单一，而是细菌通过“组合防御” 逃避多粘菌素的作用，核心分为四大类： 1. 脂质 A 重塑：改变 “铠甲” 电荷，让多粘菌素 “粘不上” 这是最主要的耐药机制。细菌通过基因突变，在LPS 的脂质 A 上添加阳离子基团，减少其表面的负电荷，直接降低多粘菌素阳离子 Dab 残基与脂质 A 的静电结合力，让多粘菌素无法附着在细菌外膜上，自然无法发挥破膜作用。 2. 外排泵过表达：把进入的多粘菌素 “泵出去” 细菌细胞膜上的外排泵过度表达，能将进入细菌周质空间的多粘菌素快速排出体外，降低局部药物浓度。单独的外排泵过表达仅会导致低度耐药，但与脂质A 重塑结合时，会显著增强细菌的耐药性。 3. 荚膜多糖过量：形成 “物理屏障”，阻挡多粘菌素接近 细菌过量产生荚膜多糖，在细胞外形成一层厚厚的“保护膜”，不仅增加了多粘菌素到达细菌外膜的物理距离，还形成了静电屏障，直接阻碍多粘菌素与 LPS 的结合。肺炎克雷伯菌的高粘液菌株就是典型代表。 4. 异质性耐药：隐藏的 “耐药亚群”，常规检测发现不了 这是临床治疗失败的重要原因。在看似对多粘菌素敏感的细菌菌群中，存在少量耐药亚群，常规药敏检测无法发现；在多粘菌素的压力下，这些耐药亚群会快速扩增，最终导致治疗失效。鲍曼不动杆菌、肺炎克雷伯菌中均发现了这种异质性耐药现象。 此外，研究还发现多粘芽孢杆菌能产生“粘菌素酶”，水解多粘菌素的分子骨架使其失活，虽然目前临床菌株中尚未广泛发现这种酶，但也为未来的耐药风险敲响了警钟。 5 药代药效（PK/PD）：精准给药是关键，避免毒性与耐药 多粘菌素的临床应用难点之一，是其治疗窗极窄—— 有效抗菌的药物浓度与引发肾毒性的浓度非常接近，因此明确其药代药效参数，实现个体化给药至关重要。 综述中明确了多粘菌素的核心PK/PD 参数：稳态平均浓度（Css,avg） 约 2mg/L，对应的24 小时稳态药时曲线下面积（AUCss,24h） 约 50mg・h/L，这一浓度能保证有效抗菌，而当 Css,avg 超过 2mg/L 时，肾毒性的发生率和严重程度会显著升高。 从排泄途径来看，多粘菌素B 和粘菌素主要通过非肾途径排泄，且存在肾小管重吸收；而作为前药的 CMS 则 70% 通过肾脏排泄，因此肾功能不全患者的 CMS 清除率会降低，易导致活性粘菌素蓄积引发毒性，临床中需根据肌酐清除率（CrCL）调整剂量。 同时，药代药效与耐药性密切相关：剂量不足会导致细菌局部药物浓度达不到杀菌要求，不仅无法清除致病菌，还会诱导耐药亚群扩增，尤其是异质性耐药菌株，因此重症感染患者需进行治疗药物监测（TDM），实现精准给药。 6 合成技术：固相多肽合成（SPPS），让多粘菌素 “结构微调” 成为可能 多粘菌素的分子结构复杂，含有非天然氨基酸Dab 和环化骨架，早期的合成方法难度大、产率低，限制了其结构修饰。而固相多肽合成（SPPS） 技术的发展，彻底解决了这一问题，成为多粘菌素及其衍生物合成的核心方法，主要分为三种策略： 线性合成后树脂外环化：先在树脂上合成线性多肽，再将多肽从树脂上切割下来，在溶液中完成环化，这是最早期的方法，缺点是环化时间长、副产物多； 支链合成后树脂外环化：以Dab-4 为支链位点合成多肽，避免了线性合成的部分缺陷，能对多粘菌素第 10 位氨基酸进行修饰，产率更高； 树脂上环化：直接在树脂上完成多肽的环化，利用“假稀释效应” 减少副反应，且后处理更简单，溶剂用量少，是目前最具优势的合成策略。 科研人员还通过优化保护基、树脂、偶联试剂的组合，进一步提升合成效率和产率。可以说，SPPS 技术的进步，是多粘菌素结构优化和新一代衍生物研发的 “技术基石”。 7 构效关系（SAR）：结构微调的 “黄金法则”，保活性、降毒性 构效关系是多粘菌素优化的核心，科研人员通过对其分子的不同部位进行化学修饰，明确了“哪些结构能改、哪些不能改、怎么改能提升活性降低毒性”，总结出了一系列结构微调的 “黄金法则”，核心围绕五大结构部位展开： 1. Dab 侧链：环状核心的 Dab 是 “底线”，三肽段的 Dab 可灵活修饰 环状七肽核心的Dab 残基是抗菌活性的关键，若用丙氨酸、丝氨酸等氨基酸取代，会大幅降低抗菌活性；而线性三肽段（Dab1-Thr2-Dab3）的 Dab 残基修饰则更灵活，部分取代能保留甚至提升抗菌活性，同时降低毒性。 2. N 端脂肪酰基：7-9 个碳的长度最优，疏水修饰需 “适度” 天然多粘菌素的脂肪酰基碳链长度为7-9 个碳时，抗菌活性最优；碳链过短（如乙酰基）或过长（如 14 碳肉豆蔻酰基）都会降低活性。疏水越强的脂肪酰基，与 LPS 的结合力越高，但同时也会增加肾毒性，因此需平衡疏水性与毒性。临床候选物 SPR206 用 β- 支链氨基丁酸取代天然脂肪酰基，既保留了 LPS 结合力，又显著降低了肾毒性。 3. D-Phe6-L-Leu7 疏水基序：维持疏水性是关键，精准取代可抗耐药 这一疏水基序能插入细菌外膜，辅助破膜，若替换为酪氨酸、丙氨酸等极性氨基酸，会降低细菌外膜的穿透性；而在苯环上引入溴原子等精准取代，能提升对耐药菌株的抗菌活性。 4. 线性三肽段：Thr2 是 “核心位点”，缺失可通过长脂肪链补偿 三肽段中的Thr2 是维持结构的关键，替换为丙氨酸会显著降低抗菌活性和 LPS 结合力；而天然存在的八肽素没有这一三肽段，但通过更长的 β- 羟基脂肪酰基补偿了结构缺失，能对抗多粘菌素耐药菌株，为研发新衍生物提供了思路。 5. 环状骨架大小：天然 23 元环最优，特殊修饰可突破环大小限制 多粘菌素的天然环状骨架为23 元环，这一尺寸是与 LPS 结合的最优结构，插入氨基酸扩大环大小会降低活性；但通过硫醚键构建的 28 元环衍生物，不仅保留了抗菌活性，还大幅降低了溶血毒性，成为环大小修饰的特例。 此外，科研人员还研发了多粘菌素模拟物（如环糊精衍生物、精胺衍生物），模仿其两亲性结构，同样具有良好的抗革兰氏阴性菌活性，为避开多粘菌素的固有缺陷提供了新方向。 8 毒性与优化：找到毒性根源，让多粘菌素更安全 多粘菌素的临床应用最大限制是毒性，其中肾毒性是最常见、最主要的剂量限制性毒性，其次是神经毒性，还存在少见的心脏毒性、皮肤色素沉着等，而找到毒性的根源，是优化的关键。 1. 毒性根源：靶向蓄积 + 结构特性，导致正常细胞损伤 肾毒性：多粘菌素的阳离子Dab 残基会与肾小管上皮细胞的 megalin/PEPT2 转运体结合，被细胞大量摄取并蓄积（细胞内浓度是细胞外的 1000 倍），破坏线粒体功能、引发氧化应激，最终导致肾小管损伤；疏水脂肪酰基的长度和疏水性越高，肾蓄积越显著。 神经毒性：主要表现为感觉异常、头晕、神经肌肉阻滞，症状通常在停药后缓解，其机制与多粘菌素对神经细胞膜的轻微破坏有关； 皮肤色素沉着：与多粘菌素B 的 D - 苯丙氨酸 6 位相关，粘菌素因无该氨基酸，几乎不会出现此症状。 2. 毒性优化策略：从结构修饰到临床监测，多维度降低风险 （1）结构修饰研发新一代衍生物 这是最核心的策略，目前已有多个临床候选物展现出良好的安全性和活性： QPX9003：对 Dab-3、Leu-7 和 N 端脂肪酰基进行修饰，抗铜绿假单胞菌活性强，且无明显肾毒性，已进入 Ⅰ 期临床； SPR206：N 端 β- 支链氨基丁酸修饰，对 HK-2 肾小管细胞的毒性比多粘菌素 B 低 12 倍，已完成 Ⅰ 期临床； MRX-8：在 N 端脂肪酰基中引入酯键，能被血浆酯酶水解为低毒代谢物，肾毒性显著降低，已进入 Ⅰ 期临床。 （2）临床给药与监测优化 个体化给药：根据患者的肾功能（CrCL）调整剂量，避免药物蓄积； 早期毒性监测：通过肾损伤生物标志物（KIM-1、NGAL）提前发现肾小管损伤，比血清肌酐更敏感； 避免联合用药：与其他肾毒性药物（如氨基糖苷类）联用会加重肾损伤，临床需尽量避免。 （3）靶向抑制药物摄取 抑制肾小管上皮细胞的megalin 转运体（如用明胶肽竞争结合），能减少多粘菌素的细胞内蓄积，降低肾毒性，且不影响其抗菌活性，这是未来临床减毒的潜在方向。 9 联合疗法：当下克服多粘菌素耐药的“最优解” 单一使用多粘菌素易诱导耐药，而联合疗法能通过不同药物的协同作用，克服细菌耐药，提升杀菌效果，是目前临床治疗多粘菌素耐药菌感染的“最优解”，综述中总结了多种有效的联合用药方案及作用机制： 粘菌素+ 舒巴坦：舒巴坦能抑制细菌的 LPS 修饰，恢复多粘菌素对鲍曼不动杆菌的膜破坏能力，协同率达 86.7%； 粘菌素+ 褪黑素：褪黑素能降低细菌外排泵的表达，增加细菌外膜通透性，还能促进氧化损伤，有效清除 mcr-1 阳性耐药菌； 粘菌素+ 白藜芦醇 / 诺氟沙星 / 利福平：白藜芦醇增强细菌膜通透性，诺氟沙星 / 利福平靶向革兰氏阳性菌的同时，能抑制多粘菌素耐药基因的表达，协同对抗 mcr-1 阳性菌； 粘菌素+ 异烟肼：异烟肼能抑制细菌的生物膜形成，让多粘菌素更易接近细菌靶点。 目前已有多项临床研究正在开展这些联合方案的验证，如粘菌素+ 舒巴坦治疗碳青霉烯类耐药鲍曼不动杆菌感染，粘菌素 + 利福平治疗肺炎克雷伯菌感染等，未来有望成为临床常规方案。 10 新一代研发趋势：从“结构修饰” 到 “智能设计”，多粘菌素的升级未来 综述最后指出，多粘菌素的研发已从简单的侧链修饰，发展为精准化、智能化、多样化的化学改造，结合计算化学、合成技术和靶向递送技术，新一代多粘菌素衍生物正朝着“高活性、低毒性、抗耐药、靶向性” 的方向发展，核心研发趋势包括： 1. 新型化学修饰策略 后期脂化技术：通过硫醇- 迈克尔加成实现多粘菌素的精准脂化，突破传统 N 端酰化的限制，灵活调控疏水性； 氟代脂肪链修饰：将脂肪链中的碳氢键替换为碳氟键，提升代谢稳定性，减少非特异性结合，降低毒性； 肽- 肽模拟大环化合物：将多粘菌素与肽模拟物结合，构建新型大环骨架，提升血清稳定性和抗耐药性。 2. 智能前药设计：感染部位 “精准释放”，减少全身毒性 这是最具前景的研发方向，通过在多粘菌素分子上连接刺激响应型连接子，让药物在体内以无活性形式存在，仅在感染部位被细菌/ 免疫细胞的特异性酶裂解，释放活性药物，实现 “靶向给药”： 感染触发型前药：连接中性粒细胞弹性酶可裂解的连接子，仅在感染部位（有中性粒细胞聚集）释放活性粘菌素； 生物正交“点击释放” 前药：通过 TCO - 四嗪的特异性反应，让粘菌素仅在细菌表面释放，大幅降低肾小管细胞的药物蓄积。 3. 计算化学与 AI 辅助设计 利用分子动力学（MD）模拟、机器学习模型（如 PmxPred），预测多粘菌素衍生物的抗菌活性和毒性，快速筛选最优结构，大幅提升研发效率，避免了传统实验的盲目性。 4. 纳米载体递送 将多粘菌素包载于纳米载体（如脂质体、金纳米簇）中，实现靶向递送至感染部位，同时减少药物在肾脏的蓄积，提升治疗窗。 11 总结：多粘菌素不再是“老药”，而是新一代抗菌药的研发平台 这篇综述清晰地展现了多粘菌素从一款“老药” 到新一代抗耐药革兰氏阴性菌研发平台的蜕变。它不再仅仅是临床的 “最后防线”，其独特的环状脂肽骨架、阳离子 Dab 残基和两亲性结构，成为了研发新型抗菌药的 “黄金模板”。 目前，多粘菌素的研发已取得诸多突破：固相合成技术让结构修饰成为可能，构效关系明确了优化的黄金法则，新一代衍生物大幅降低了毒性，联合疗法有效克服了耐药性，智能前药设计实现了靶向给药。但同时，多粘菌素的研发仍面临着合成规模化、药代动力学优化、靶向递送效率提升等挑战。 在多重耐药菌不断蔓延的背景下，多粘菌素的优化与研发，不仅为临床提供了更安全、更高效的治疗药物，也为其他“老药新用” 的抗生素研发提供了思路。未来，随着化学合成、计算生物学、靶向递送技术的不断融合，多粘菌素必将在对抗 “超级细菌” 的战役中，发挥更重要的作用，而这款经典抗生素的故事，也将继续书写新的篇章。 Fig.1：多粘菌素发现与发展的关键时间轴 Fig.2：多粘菌素 B、粘菌素（及亚型）与甲磺酸钠粘菌素（CMS）的结构示意图 Fig.3：粘菌素的双重作用机制示意图 Fig.4：Dab 和 Thr 氨基酸的保护基及裂解条件汇总图 Fig.5：多粘菌素类似物合成所用树脂汇总图 Fig.6：环化步骤所用偶联试剂汇总图 Fig.7：三种主要 SPPS 合成模式的对比图 Fig.8：多粘菌素结构修饰与外膜结合及生物学结果的构效关系汇总图 Fig.9：多粘菌素结构修饰、生物活性与毒性的综合概览图 Fig.10：多粘菌素与联合用药的作用机制交集网络图 Fig.11：基于硫醇 - 迈克尔加成的 PMBN 化学选择性脂化示意图 Fig.12：感染触发型粘菌素前药的设计与作用示意图 Fig.13：多粘菌素 B2 向肽 - 肽模拟大环化合物的拓展示意图 Fig.14：生物正交 “点击释放” 粘菌素前药策略示意图 12 引用文献 Gamal H, Roque-Borda CA, de la Torre BG, Albericio F. Structure function and design of polymyxins to enable safer and more potent anti Gram negative agents. Eur J Med Chem. 2026;305:118575. https://doi.org/10.1016/j.ejmech.2026.118575. 欢迎科研终端投稿，免费宣传。研究文章范围:仅限抗生素研究，微生物抗性基因研究，环境微生物研究等方面。本推送只用于学术交流，如有侵权，请联系删除。 欢迎联系我们