头孢菌素有关物质控制研究

审评三部蒋煜马磊张哲峰张星一

摘要：有关物质是药物质量控制的重要项目。与发达国家相比，国内申请人对头孢菌素有关物质的研究显得比较薄弱。本文对该类抗生素有关物质的产生途径和结构进行了分析，以期引起申请人注意，并进一步重视对该类抗生素有关物质的研究工作，不断提高有关物质研究和控制水平。我们将继续对各具体品种以及各国对该类抗生素有关物质控制的情况进行介绍和分析。

关键词：头孢菌素有关物质质量控制

一、概述

β-内酰胺抗生素为一类结构中含四元环内酰胺的抗生素，从结构上进行分类，主要包括青霉素类、头孢类等典型的β-内酰胺和非典型内酰胺如青霉烯、氧头孢、碳头孢、单环内酰胺等。

其中，头孢菌素是该类抗生素中最大的一个分支。自1964年，美国E.Lilly开发成功头孢噻吩以来，四十年间，目前全球已上市了包括第一代到第四代的头孢菌素品种约56种。据日本厚生省统计，日本抗生素市场中头孢菌素占49.34%，口服头孢菌素占口服抗生素的45.2%，注射用头孢菌素占注射用抗生素的53.9%（统计年限不清）。据2004年全国医院用药商情(IMS)统计数据，2004年国内销售的头孢菌素类品种多达36种，销售额达160亿元以上，上亿元的品种有21个，其中十亿元以上的有五个，而实际未统计在内的销售额远不止于此。

另一方面，头孢菌素目前的申报数量在整个抗生素中也占有相当大的比例。多个厂家申报同一个品种的现象非常普遍。例如，第二代头孢菌素头孢替坦二钠及其制剂即有三十来家申请人。

与目前的临床应用量相比，以及与某些医药研发发达国家相比，目前国内申请人对于头孢菌素的质量研究，特别是有关物质研究，尚存在一定差距。以纳入中国药典的头孢呋辛钠为例，国外对有关物质研究过程非常细致，并且在质量标准中对已知杂质FMA-HACA、反式-CURO、FMA-HACA内酯，以及未明确

结构的杂质1、杂质2分别进行了单独控制，在此基础之上对于其他单个杂质以及总杂质进行了单独控制。而国内申请人则研究较为简单，多数参照中国药典列出的色谱条件进行研究，对已知杂质不做分析，在标准中也仅对单个杂质以及总杂质进行质控。

本文拟结合头孢菌素有关物质可能的引入形式、杂质种类，以及控制方法等进行分析，以期申请人进一步重视对有关物质的研究。

二、头孢菌素有关物质的引入途径以及存在形式

与其他合成药物类似，头孢菌素有关物质的引入形式包括：1、在合成过程中引入（由起始原料、中间体引入，副反应引入）；2、在制剂生产以及保存过程中降解产生（水解、聚合，异构）等。需要注意的是，部分有关物质即可能是在合成反应过程中引入，也可能是在保存中降解产生，还有可能在体内分解产生。如：去乙酰头孢噻肟可同时为头孢噻肟的代谢物和降解产物。

2.1合成过程中引入

2.1.1 起始原料以及中间体因素

图17-ACA结构

2.1.1.1头孢母核

由于合成以及精制不完全的原因，部分起始原料可能混入最终产品中。主要包括：头孢菌素的几种主要起始原料7-ACA、7-ADCA，以及将7-ACA碳3位上的乙酰氧甲基用其他侧链取代得到的一系列高级中间体，如GCLE、7-TMCA、7-TDA等。

2.1.1.2 C-3位和C-7位的侧链

包括用于合成头孢噻肟、头孢曲松、头孢地嗪、头孢他美酯等的氨噻肟酸系列中间体，包括氨噻肟酸、AE-活性酯、氨噻肟酸乙酯，去甲氨噻肟酸乙酯等；合成头孢氨苄和头孢羟氨苄的苯甘氨酸以及对羟基苯甘氨酸。研究显示，用于合成头孢哌酮、头孢孟多、头孢替坦、头孢甲肟、头孢替安等的N-甲基硫四唑(MTT)，可能与人血液凝固疾病及戒酒硫样反应有关联。

图2N-甲基硫四唑(MTT)

对于第一代头孢菌素，如：头孢氨苄、头孢羟氨苄、头孢克洛，头孢拉定等，在C-7位侧链引入苄氨基，由后者引入一个新的手性碳原子，苄氨基的纯度直接影响了终产品的纯度。

2..1.1.3各步反应产生的中间体，由于反应不完全或者精制方法等因素而可能引入最终产品中。

例如：头孢西丁钠，采用7-ACA缩合得到头孢噻吩酸，然后在7-α位引入甲氧基，水解除去保护基后得到头孢西丁。头孢噻吩酸可能混入最终产物中。

2.1.1.4在起始原料以及中间体生产过程中混入的有关物质，也可能随反应引入最终产品中。如混入7-ADCA中的Δ3异构体可能随反应混入最终产物中。

1：7-ADCA△3异构体；2：7-ADCA△2异构体；

3：头孢氨苄△3异构体；4：头孢氨苄△2异构体副反应是引入杂质的一个重图3 头孢氨苄可能含有的杂质

2.1.2副反应引入

要因素。

例如头孢呋辛钠的合成中，可采用氯磺酰异氰酸酯（CSI）对3位羟甲基进行氨甲酰反应。研究显示加入CSI的时间和温度对于7位侧链中肟基构型影响较大，如果滴加时间过程较长，则反式异构体的生成量显著增加。

图4 头孢呋辛钠合成过程中氨甲酰反应

另外，对于部分C-3位含季铵杂环的第三代或第四代头孢菌素，引入季铵杂环的工艺步骤可产生副反应产物△异构体。文献显示终产物中△异构体含量与合成路线以及合成工艺明显相关。例如在合成头孢吡肟的过程中（如下图所示），母环引入N-甲基吡咯烷的反应可以同时生成△3/△2异构体，其中△3异构体的含量与合成路线是先3位取代后7位酰化或先7位酰化后3位取代、以及反应的具体工艺条件如反应溶剂，反应温度等密切相关。

图5 头孢吡肟合成过程中产生△异构体的可能机制

2.2保存以及制剂生产过程中引入

2.2.1C-3位水解

在酸性、碱性和中性溶液状态下，C-3位侧链的水解是头孢菌素的主要降解途径之一。在pH 值小于4 时，这类C-3位降解衍生物迅速分子内环化，生成内酯化合物。当C-3位基团为乙烯基时，如头孢地尼、头孢美唑等，也会与C-4位羧基进行分子内环合，形成五元环内酯。其降解的途径如下：

图6C-3位水解机理

3位侧链上的杂环取代基脱落后可形成两部分有关物质：脱取代基头孢残基以及小分子降解物。

头孢他啶和头孢匹罗，水解分别产生吡啶和2,3-环戊烯吡啶，这些C-3位降解物现已引起越来越多的关注。在头孢他啶质量标准中对吡啶进行了单独控制。

当R2为N-甲基硫四唑(MTT) 基团时，会水解产生MTT，给药后体内也会出现少量MTT 的代谢物，如头孢孟多、头孢替坦、头孢甲肟、头孢哌酮、头孢替安等。如2.1.1.2所述，MTT也是上述头孢菌素的合成起始原料。

当R2为乙酰氧甲基、氨基甲酰或类似结构时，水解均可导致乙酰基氧(硫)键断裂，生成脱乙酰基衍生物，如头孢乙腈、头孢匹林、头孢噻吩、头孢噻肟、头孢来星、头孢呋辛、头孢曲松、头孢噻呋等，如下图所示。Indelicato等用同位素H218O标记的方法，提出在酸性条件下的C-3位水解断裂，不单单存在乙