氟喹诺酮类药物进展及其分析方法

氟喹诺酮类药物进展及其分析方法
韦锦萍;杨琳;于飞
【摘要】氟喹诺酮类药物由于其抗菌谱广、口服吸收快、组织分布广、生物利用率高、半衰期长而受到广泛重视，成为抗生素药物中发展最快的领域。

简要介绍了氟喹诺酮类药物的最新研究进展，包括构效关系与不良反应等。

重点总结了氟喹诺酮类药物的检测分析方法，包括样品预处理、高效液相色谱法、液质联用、毛细管电泳和化学发光法等。

%Being broad -spectrum and potent orally absorbed antibacterial agents, fluoroquinolones (FQs) are receiving increasing attention and enjoying rapidest development among all antibiotics for their outstanding ad- vantages of excellent tissue penetration, high bioavailability and prolonged half - lives. The latest advances of FQs were introduced in this article, such as structure -activity relationship and resistance mechanism. The emphasis was put on the analytical methods of FQs, including minescence method. HPLC, LC - MS, capillary electrophoresis (CE) and chemilu-
【期刊名称】《有机氟工业》
【年(卷),期】2012(000)004
【总页数】5页(P47-51)
【关键词】氟喹诺酮;高效液相色谱;液质联用;毛细管电泳;固相萃取;分子印迹
【作者】韦锦萍;杨琳;于飞
【作者单位】桓台县食品药品检验所,山东桓台256400;桓台县食品药品检验所,山东桓台256400;桓台县环境保护局,山东桓台256400
【正文语种】中文
【中图分类】O657.72
1 氟喹诺酮类药物简介
由于氟原子半径小、又具有较大的电负性，所形成的C－F键键能(485 kJ·mol－1)要比C－H键(416 kJ·mol－1)大得多，因此也通常认为是H原子的非经典的电子等排体，明显地增加了含氟有机物的稳定性，能更好地抵御机体新陈代谢的降解。

氟化合物通常情况下比无氟化合物有更适合与酶结合的尺寸和结构，所以它们往往有其与生俱来的生物学活性。

当氟原子或含氟基团等引入此类化合物中，其电效应和模拟效应不仅改变了分子内部电子密度的分布，而且还能提高化合物的脂溶性和渗透性，促进其在生物体内吸收与传递速度，使生理作用发生变化。

所以不少含氟化合物在医药、农药等药物性能上具有用量少、毒性低、药效高、代谢能力强等优点［1］。

由于这类化合物具有优良、独特、宝贵的性能，受到了医药研究者和有关公司的青睐。

FDA核准的药物里有很多是经过氟取代的化合物，包括抗癌、抗病毒、抗菌、抗糖尿病、抗抑郁、抗炎药物以及麻醉制剂等。

其中氟喹诺酮(FQs)作为新一代有效抗菌药是其中出色的代表性药物。

自1962年发现萘啶酸以来，喹诺酮抗菌类药物就凭借其优异的抗感染作用，得到了临床医师的认可，并在随后的近50年里迅速发展。

而随着20世纪80年代初成功开发出第1个FQs抗菌药诺氟沙星后，不断发展的FQs类药物成为目前在临床上唯一一类可与β－内酰胺类药物相媲美的全合成抗菌药。

FQs类药物通过阻碍细菌DNA复制达到杀菌效果，按照药物中所含
氟基团的数量可划分3类:1)单氟化物，如诺氟沙星、环丙沙星、氧氟沙星等;2)双
氟化物，如二氟沙星、司帕沙星和洛美沙星等;3)三氟化物，如氟罗沙星和托氟沙
星等。

含氟尤其是多氟化FQs的主要特点是长效，如氟罗沙星和二氟沙星的消除
半衰期分别达10～12 h和20～25 h，抗菌谱进一步扩大，在保持抗革兰氏阴性(G－)菌的同时增强了对革兰氏阳性(G+)球菌和厌氧菌以及衣原体支原体的抗菌作用，以及吸收更好、组织浓度更高、不良反应更少等优点。

根据抗菌谱及对肺炎链球菌、厌氧菌抗菌活性的不同，而将FQs分为4代(表1)。

表1 喹诺酮类药物分类分类代表性药物典型特征第一代萘啶酸、吡哌酸和恶喹
酸抗G－杆菌，临床用于尿路及肠道感染。

第二代诺氟沙星、洛美沙星、环丙沙星和氧氟沙星抗G－杆菌为主，半衰期更长，临床用于各系统感染。

第三代替马沙星、司帕沙星、格帕沙星和左氧氟沙星抗G－杆菌和 G+球菌，并对厌氧菌有效，临床用于各系统感染。

第四代曲伐沙星、莫西沙星、吉米沙星和加替沙星抗G－杆菌和G+球菌，对厌氧菌和非典型病原体等活性更强，临床用于各系统感染。

2 构效关系与抗菌作用
FQs类化合物的基本分子结构见图1。

1位取代基R1影响抗菌活性和抗菌谱;3位羧基和4位羰基是抗菌活性必需的，可以与受体酶蛋白形成离子键和氢键;6位F
取代增加了脂溶性，增强了对组织细胞的穿透力，因而吸收好，组织浓度高，半衰期长，更显著增强化合物抗G－致病菌的效力和扩大抗G+菌谱;7位的氮双环哌嗪结构则加强抗G+菌活性并影响药物疏水性;8位杂环X可以是N、C或O原子，
取代基R8影响药代动力学。

图1 氟喹诺酮类药物结构式示意图
以左氧氟沙星为例(结构式如图2)，其药理学实验证明，左氧氟沙星抗菌活性为氧
氟沙星的2倍;水溶性是氧氟沙星的8倍，更易制成针剂;毒副作用在已上市的喹诺酮类药物中最小。

左氧氟沙星是唯一的一种被美国FDA批准用于治疗医疗获得性
肺炎的 FQs类抗生素［2］。

图2 左氧氟沙星结构式示意图
左氧氟沙星是氧氟沙星的手性异构体(左旋体)，从其构效关系分析，1位手性取代
基影响作用强度和药代动力学;2位H取代，与回旋酶结合力强;5位H取代，光毒性和遗传毒性小;6位F取代增强脂溶性和抗菌活性;7位的哌嗪结构则加强抗G+菌活性;8位甲氧基取代，光毒性小。

因此，左氧氟沙星不易产生严重毒副作用。

FQs类药物的作用机制为抑制细菌的DNA旋转酶，从而影响DNA的正常形态与功能，阻碍DNA的正常复制、转录、转运与重组，从而产生快速杀菌作用。

Martinez等［3］回顾了FQs类药使用历程和其构效关系、总结了FQs类药物在药效和药动学方面的关系、在抗微生物方面的结构特征。

研究表明，拓扑子结构分子设计是研究FQs类药物的药动学及药理学的有效方法。

FQs类药物对葡萄球菌、肺炎球菌、某些厌氧菌、支原体等均有效，特别是对铜
绿假单胞菌效果好。

第四代FQs类药在维持了前三代FQs类的抗革兰阴性菌、抗革兰阳性菌基础上增加了对厌氧菌的抗菌活性，同时保留了其对假单孢菌、支原体、衣原体的抗菌活性。

FQs类化合物现已成为一大类广谱、高效、低毒抗感染化学
合成药物，且大多属于医保类药品，因此被广泛用于泌尿生殖系统疾病、胃肠疾病，以及呼吸道、皮肤组织细菌感染等各种细菌感染性疾病的临床治疗，并已成为兽医临诊和水产养殖中最重要的抗感染药物之一，被大量用于畜禽及水产的治疗、预防和促生长。

3 耐药机制及不良反应
近年随着FQs类药物在临床中的广泛使用，对其耐药菌株也在世界各地频繁出现。

FQs类耐药菌的来源通常有医源性、动物源性、食源性［4］，耐药机制主要有靶点的改变、耐药性质粒、细菌细胞膜通透性改变、主动外排机制以及细菌生物被膜的产生等多种机制。

细菌对FQs类药物的耐药机制是一个多因素、多机制的过程，
而且FQs类药物作用机制大都相同，故可出现交叉耐药性［5］。

统计研究发现，不良反应可在人体的多个系统、器官和组织中表现出来，包括过敏反应、消化系统、循环系统、中枢神经系统、肝肾和骨关节等系统反应［5］，同时还存在一定的配伍禁忌［6］。

虽然综合分析认为FQs药物在临床应用过程中相对安全［7］，但长期用药所产生的不良反应、在畜禽产品中的残留、耐药性的增加以及在环境中的生态效应等已对人类健康形成了不可预测的潜在风险。

为此，欧盟、美国、日本等已将其列为动物性食品和环境残留检测的重点监控药物。

2011年，国家药监局在其网站发布《药品不良反应信息通报》第35期，通报了喹诺酮类药品的不良反应情况，同时要求对司帕沙星的光敏反应、莫西沙星的肝损害、帕珠沙星的肾损害等在临床使用过程中应尤为关注。

因此，通过有效的技术手段对FQs类药物残留进行检测，以确保人类对动物性食品消费和环境的安全，具有十分重要的意义。

4 FQs类药物的分析方法
不同的FQs类药物在其化学结构中均有1个或者2个手性中心，其消旋体、非对应异构体以及纯的对应异构体均被使用。

因此，在临床、制药上以及药效和药理学的研究上均要求有效的分析方法对其进行质量控制。

在分析喹诺酮类药物上有很多方法被报道过，相关文献［8－9］介绍了目前和将来可能会用到的在食品及各种环境领域的不同的分析方法，重点总结从样品制备到最终检测的整个分析程序。

根据所涉及的目标分子和基质间的差异和相似程度，包括被分析物及其相关水平，在分析FQs时应采取不同的方法。

以近期文献为例，简要介绍几种用在FQs类药物的鉴别和定量分析方法。

4.1 样品预处理
预处理主要是消除样品中的干扰物质、防止基质效应以及目标分子的富集。

根据样本的特性，通常需要用到萃取，包括液液萃取法(LLE)［10］以及固相萃取法(SPE)
［11－12］。

固相萃取是国内离子色谱样品前处理应用最广泛的一种方法，对不
同的溶液中的污染物，可以分别利用反相、离子交换、螯合树脂等多种手段进行，从而萃取手段上也可以利用常规的固相萃取法和固相微萃取法。

但传统的固相萃取法也有选择性差的缺点，尤其是对复杂体系分离困难。

为此，利用分子印迹法进行样品预处理正方兴未艾。

作为人工合成的聚合物，对特定分子具有特异选择性和预定识别性［13］，因此，分子印迹固相萃取法可以显著提高萃
取选择性，在分离分析方面展现出良好的应用前景［14－15］。

4.2 HPLC 法
HPLC是一种使用最广泛的测定FQs类药物的方法，残留检测也多以此法为国家
标准，具有仪器通用性好、分离度好、检测准确度高、专属性强、操作方便等特点。

配套的检测器包括紫外(UV)、二极管阵列(DAD)、荧光检测器(FLD)等。

Moema等［10］采用扩散性液液微萃取方法从鸡肉肝脏中提取6种FQs类药物，并利用 HPLCDAD完成分离和检测。

对当地市场上得到的8种鸡肝样品检测表明
至少含有一种FQs药物，最多的是恩诺沙星，而南非不允许使用的诺氟沙星也在
其中3种样品中检出。

李艳霞等［11］研究并优化了同时分析畜禽粪便中14种抗生素(四环素、磺胺、FQs和大环内酯类)的加速溶剂萃取参数、固相富集净化程序、以及高效液相色谱
分离和检测条件。

结果表明，以1%乙酸(pH 2.6)作为流动相，在270 nm的检测波长下，14种抗生素能达到基线分离。

Mo等［16］用HPLC－FLD检测广州和澳门自来水中的4种FQs，结果显示两
地所有目标化合物检出率都很高(分别为77.5%和100%)，含量分别在1.0～679.7 ng/L 和2.0 ～37.0 ng/L。

研究还表明降雨对减少自来水中FQs浓度的作用明显。

4.3 LC－MS与LC－MS/MS
随着质谱的发展与普及，利用液质联用LCMS、串联液质联用LC－MS/MS以及
液相色谱－电喷雾离子化－质谱联用LC－ESI－MS等技术，可以得到更多精确的信息和结果，分析范围广，且灵敏度较高，能够同时对多组分进行确认，从而可以实现多组分残留的同时检测，但所需仪器要求高，价格昂贵。

Lee等［12］用 SPE－HPLC－FLD 以及液质连用和质谱技术实现了污水中氧氟沙星、诺氟沙星和环丙沙星的检测。

使用Zorbax SB－C8柱在LC－MS/MS上采用多反应监测模式被证实可以有效测定污水中的氟喹诺酮类，能够得到较高的灵敏度和选择性(检测限5 ng/L)。

郭伟等［7］建立了一种同时测定鸡肉中7种FQs类药物残留的超高效液相色谱－ESI－MS/MS确证分析方法。

样品经酸化乙腈提取、正己烷脱脂和HLB固相萃取柱净化，采用 C18色谱柱分离，以0.1%甲酸水溶液和乙腈作为流动相进行梯度洗脱，电喷雾质谱检测，正离子多反应监测模式进行定性和定量分析。

方法灵敏度高、分析时间短、确证能力强，适用于鸡肉中FQs类药物多残留的确证检测。

4.4 高效毛细管电泳法
区带毛细管电泳法(CZE)是最简单的电泳形式，由于其操作简单、使用功能广泛，
在毛细管电泳中得到最广泛应用。

只要分子中有细微的变化均能被CZE分离。

沈虎琴等［18］采用高效毛细管电泳建立4种FQs与2种四环素类(TC)药物同时分离的方法，通过正交试验确立了电泳的最佳条件:紫外检测波长270 nm，缓冲
溶液为50 mmol·L－1硼砂—200 mmol·L－1硼酸，pH为8.41，分离电压为18 kV。

结果6种药物在12 min内达到完全分离，且各组分浓度与峰面积呈良好的
线性关系。

Yang等［19］利用CZE结合非接触式电导耦合检测(C4D)技术对酸性缓冲液中的5种FQs进行了分离，迁移时间和峰面积的日内RSD分别为0.65%和12.3%，而日间RSD分别为1.28%和8.8%。

采用液液萃取，检出限为6.8～11.7 ng/g。

认
为该方法对于复杂基质内FQs的快速检测富有潜力。

CZE的分离机制是建立在分析物的不同核质比基础上的，这种机制可以很容易对
对应体进行分析。

Zhou等［20］以羟丙基－β－环糊精作为手性试剂，完成4种手性FQs类药物的CZE分离。

缓冲盐为70 mmol·L－1的磷酸盐和40 mmol·L
－1的羟丙基－β－环糊精，在pH为3.96时能很好地分离洛美沙星，pH为3.90时可以很好地分离加替沙星，pH为5.04分离帕珠沙星，pH为2.16时可以有效
分离氧氟沙星。

4.5 化学发光法
一种简单、快捷、有效、敏感的荧光光度法被开发并应用在8种FQs类抗菌药物
的分析中，包括环丙沙星、诺氟沙星、洛美沙星、二氟沙星、氨氟沙星、培氟沙星、氧氟沙星和萘啶酸［21］。

这些方法都是建立在药物与锆、钼、钒、钨等产生有
荧光的鳌合物的基础上的。

基于强化化学发光方法的鲁米诺－H2O2－金纳米粒子系统，Ragab等［22］报道了一种测定氟喹诺酮及其衍生物的方法。

对不同线性
范围内的6种FQs建立了相应的线性回归方程。

这种方法已成功应用于检测人尿
中的FQs衍生物。

4.6 其他分析方法
包括免疫检测法、原子吸收光谱法、电导分析和比色法［23］等。

除此之外，NMR方法也被用来对FQs及其衍生物的药理药效进行研究［24］。

5 结论与展望
FQs类药物分析方法的建立与验证对新药研发、生产质控、临床应用、环境监测
和风险评价都具有重要的意义。

今后，FQs药物残留检测将向3个方向发展［25］:1)灵敏度更高的联用技术方向(如LC－MS);2)适用于现场大规模、快速筛
选的免疫检测技术方向;3)多残留组分同时检测技术。

在抗生素医疗领域，全球重心已从头孢药物向FQs类药物转移。

作为异军突起的
合成抗菌药物，FQs类药物不仅用于治疗感染性疾病，而且通过进一步的结构改
造，有发展成为抗肿瘤或抗病毒药物的可能性。

值得一提的是，作为首个抗HIV
的喹诺酮类含氟药物，elvitegravir已完成III期临床研究(欧洲已批准用于HIV－1感染)，有望成为美国FDA批准的第二个整合酶抑制剂。

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