西他沙星的作用机制和药代动力学

背景及概述^[1]

西他沙星(DU-6859a，STFX)化学名为7-[4(S)-氨基-6-氮杂螺[2，4]庚烷-6-基]-8-氯-6-氟-1-[(1R，2S)-2-氟环丙基]-4-氧代-1，4-二氢喹啉-3-羧酸，是由日本三共株式会社开发的新一代广谱氟喹诺酮类抗生素，临床用其一水合物。口服片剂(50mg)和细粒剂(100mg，10%)于2008-01在日本首次上市，用于治疗呼吸道和泌尿道重度感染。

作用机制^[2]

氟喹诺酮类药物一般通过抑制细菌的DNA促旋酶和拓扑异构酶IV发挥抗菌作用，但在不同细菌中对双靶的作用强度有所差别[1]。如在金黄色葡萄球菌中氟喹诺酮类药物以抑制拓扑异构酶IV为主，而在大肠埃希菌中则以抑制DNA促旋酶为主。西他沙星也不例外，以体外酶活性抑制IC50为评价指标，金黄色葡萄球菌中，其抑制拓扑异构酶IV催化的DNA解连环和松弛作用分别是其抑制DNA促旋酶催化的DNA超螺旋作用的约3倍和14倍；而大肠埃希菌中，其抑制DNA促旋酶催化的DNA超螺旋作用则是其抑制拓扑异构酶IV催化的DNA解连环作用的18倍左右。

在肺炎链球菌中，西他沙星对上述两酶的双重抑制作用十分突出。2008年一项体外对比研究显示，西他沙星对肺炎链球菌DNA促旋酶和拓扑异构酶IV的酶抑制活性分别是左氧氟沙星的17和4倍、环丙沙星的120和1.5倍、加替沙星的8和3倍、莫西沙星的14和2.5倍。其中，较引人注目的是，在受试几种氟喹诺酮药物中，其对上述两酶抑制活性的比值最接近。这提示，与对照药比较，西他沙星对肺炎链球菌的双酶抑制活性更均衡，诱导耐药的可能性更低。

药物动力学^[2]

1）健康受试者

健康受试者中，单剂量口服西他沙星25、50、100及200mg。结果显示，口服西他沙星吸收迅速，Cmax和AUC与用药剂量正相关。膳食对西他沙星的吸收无明显影响。单次口服西他沙星100mg后1~8h的血浆蛋白结合率为46%~55%。西他沙星具有良好的组织渗透性，表观分布容积>1L/kg。西他沙星主要以原型药经肾脏排出，单剂量50mg及100mg，用药48h内，肾脏总清除率约为73%。¹⁹F磁共振波谱分析显示，每日给药500mg，给药5d，肝脏无明显潴留。

2）特殊人群

对于肾功能不全者，单剂量口服西他沙星50mg，AUC随肾功能不全的的严重程度而增加，提示对不同严重程度的肾功能不全患者应调整用药剂量。对于高龄受试者(年龄在67~80岁之间)，单剂量口服西他沙星100mg，AUC24、tmax以及t1/2较青年人分别增加31%、313%和83%，Cmax降低了33%。对于呼吸道感染病人，采用50mg及100mgbid，其稳态Cmax分别为0.57和1.17mg/mL，其稳态AUC24分别为9.38和17.16mg·h/mL。

3)PK-PD研究

近年来，结合药动学(PK)进行药效学(PD)研究日趋普遍，尤其在给药方案制定、治疗优化以及细菌耐药性控制等方面显得必不可少。对于氟喹诺酮这类浓度依赖型抗菌药物，主要的PK-PD考察指标是Cmax∶MIC及AUC∶MIC。

PK-PD研究显示，呼吸道感染患者口服西他沙星，如Cmax∶MIC≤5和AUC24∶MIC≤100，患者细菌清除率为33.3%和40%，如Cmax∶MIC>5或AUC24∶MIC>100，则细菌清除率达96.3%。当选择西他沙星口服剂量为50mgbid，90%患者的感染菌会出现Cmax∶MIC>5或AUC24∶MIC>100的情况，因此，对于呼吸道感染患者，口服50mgbid被确定为西他沙星给药方案。

对于耐氟喹诺酮肺炎链球菌感染患者，PK-PD研究结果显示，当AUC24∶MIC>30~40时，可达细菌清除效果。一项关于不同喹诺酮药物的口服治疗比较研究中，针对11株耐药菌，AUC24∶MIC>30的药物依次为：加雷沙星(11株)、西他沙星(10株)、莫西沙星(6株)、加替沙星(3株)、司帕沙星(2株)、左氧氟沙星(3株：500mg，每日一次)、普卢利沙星及环丙沙星(0株)。该研究一定程度上反映出西他沙星控制这类耐药菌感染的可靠性较高。

药物相互作用^[2]

体外研究显示，西他沙星中度抑制CYP1A1和CYP1A2，但不抑制包括CYP2C9、CYP2D6及CYP3A4在内的人体最主要的药物代谢P450酶。因此，理论上西他沙星对多数药物的代谢不构成影响。体内研究中，研究者发现氢氧化铝、氧化镁、碳酸钙及硫酸亚铁会影响西他沙星的胃肠吸收，使后者的Cmax与AUC明显下降(降低32%~75%)，因此应避免同时服用。另外，西他沙星体外对茶碱有微弱的抑制作用，但不具有临床意义。

不良反应^[2]

截至上市前，临床研究共对1071例各科感染患者服用西他沙星出现的不良反应进行了监测。总体看来，33.5%的患者出现轻至中度的不良反应，无严重不良反应发生。常见不良反应为腹泻(13.0%)、肝酶水平升高(11.4%，包括谷丙转氨酶、谷草转氨酶或γ-谷氨酰转移酶水平升高)、中枢神经系统紊乱(2.1%，主要为头疼)等，停药后恢复正常。与临床上公认安全性较高的左氧氟沙星比较，西他沙星在呼吸道感染和尿路感染患者中，不良反应发生率均高于前者(29.8%vs25.9%和24.6%vs11.6%)[34]。需注意的是，口服西他沙星100mgbid时部分健康白种人受试者有轻度皮肤光毒性反应，黄种人受试者无此报道。统计该药上市后2008—2010年共3331例患者的IV期临床不良反应观测结果显示，不良反应总发生率为4.44% (148/3331)，主要不良反应为腹泻(55例)和肝功能紊乱(主要为肝酶水平升高，39例)，发生率分别为1.65%和1.17%。严重不良反应5例，表现有消化道出血，肝功异常，白细胞减少，药疹，低血糖，肺炎和二重感染(后3者同见于1例患者)，其中3例治疗结束后恢复或症状减轻，另2例患者因服用抗癌药和非甾体抗炎药转归不明。不良反应总发生率较上市前临床观测数据明显降低，这有利于人们对该药安全性方面的积极评价和重新认识。

临床疗效^[2]

截至2008年在日本上市前，西他沙星已完成了呼吸道感染、尿路感染、耳鼻咽喉科感染、牙科感染、妇科感染等领域的随机、双盲、多中心、阳性药或安慰剂对照研究[33-41]，阳性药对照研究基本采用非劣效的设计方案，其中，西他沙星对呼吸道感染的疗效不劣于托氟沙星和左氧氟沙星(92.5~93.3%vs89.6%和92.1%)，对复杂尿路感染疗效不劣于左氧氟沙星(91.0~96.9%vs82.7%)。该药上市后，松本卓之等又统计了从2008年12月1日至2010年11月30日两年间，自287家医疗机构收集的共3225例各科患者服用西他沙星的IV期临床疗效观测结果。结果显示，该药治疗总有效率为92.9%(2997/3225)，其中对呼吸道感染、尿路感染、妇科感染、耳鼻喉科感染和口腔科感染的临床总有效率分别为93.3%(1171/1255)、91.4%(1235/1351)、97.8%(45/46)、94.1%(256/272)和96.3%(290/301)。细菌总清除率为91.5%(808/883)，其中革兰阳性菌、革兰阴性菌、厌氧菌及非典型病原菌的总清除率分别为92.3%(310/336)、90.7%(458/505)、100.0%(28/28)及85.7%(12/14)。由此可见，西他沙星疗效稳定、可靠，与上市前临床观测结果无异。另外，最新研究显示，全身给予西他沙星(100mg/d，连续治疗5d)对于改善牙周支持治疗阶段(SPT)老年患者的牙周健康疗效确切，对于存在手术风险的患者可以作为龈下刮治及根面平整术(SRP)的替代疗法。而以西他沙星为基础的三联疗法，对一、二线药物治疗失败的幽门螺旋杆菌(包括gyrA突变的幽门螺旋杆菌)感染疗效确切。

制备^[3]

1）8-氯-6，7-二氟-1-[(1R，2S)-2-氟代环丙烷基]-4-氧代-1，4-二氢喹啉-3-羧酸乙酯的制备

取2-（3-氯-2，4，5-三氟苯甲酰基）-3-(1R，2S)-2-氟代环丙烷氨基]丙烯酸乙酯3.65g溶于40mlN，N-二甲基甲酰胺（DMF）中，加入3.18gNa₂CO₃，搅拌加热到40℃，TLC监控反应至原料点消失停止反应，将DMF减压旋干，加入50ml水和100ml二氯甲烷分相，有机层旋干，干燥得产品3.2g，收率92.7%。

2）8-氟-6，7-二氟-1-[(1R，2S)-2-氟代环丙烷基]-4-氧代-1，4-二氢喹啉-3-羧酸乙酯的制备

取2-（3-氟-2，4，5-三氟苯甲酰基）-3-(1R，2S)-2-氟代环丙烷氨基]丙烯酸乙酯3.49g溶于40ml四氢呋喃中，加入2.8ml三乙胺，搅拌加热回流，TLC监控反应至原料点消失停止反应，将四氢呋喃旋干，加入50ml水和100ml二氯甲烷分相，有机层旋干，干燥得产品2.87g，收率87%。

3）6，7-二氟-1-[(1R，2S)-2-氟代环丙烷基]-4-氧代-1，4-二氢喹啉-3-羧酸乙酯的制备

取2-（2，4，5-三氟苯甲酰基）-3-(1R，2S)-2-氟代环丙烷氨基]丙烯酸乙酯3.31g溶于50mlN，N-二甲基乙酰胺（DMA）中，加入9.7g草酸钾，搅拌加热到50℃，TLC监控反应至原料点消失停止反应，将DMA减压旋干，加入50ml水和100ml二氯甲烷分相，有机层旋干，干燥得产品2.7g，收率86.8%。

4）8-溴-6，7-二氟-1-[(1R，2S)-2-氟代环丙烷基]-4-氧代-1，4-二氢喹啉-3-羧酸乙酯的制备

取2-（3-溴-2，4，5-三氟苯甲酰基）-3-(1R，2S)-2-氟代环丙烷氨基]丙烯酸乙酯4.1g溶于80ml丙酮中，加入4.3gNaHCO₃，搅拌加热回流，TLC监控反应至原料点消失停止反应，将丙酮旋干，加入50ml水和100ml二氯甲烷分相，有机层旋干，干燥得产品3.51g，收率90%。

5）8-碘-6，7-二氟-1-[(1R，2S)-2-氟代环丙烷基]-4-氧代-1，4-二氢喹啉-3-羧酸乙酯的制备

取2-（3-碘-2，4，5-三氟苯甲酰基）-3-(1R，2S)-2-氟代环丙烷氨基]丙烯酸乙酯4.6g溶于40mL二甲基亚砜中，加入0.6gKOH，搅拌加热回流，TLC监控反应至原料点消失停止反应，将二甲基亚砜旋干，加入50ml水和100ml二氯甲烷分相，有机层旋干，干燥得产品3.93g，收率89.5%。

6）6，7-二氟-1-[(1R，2S)-2-氟代环丙烷基]-4-氧代-1，4-二氢喹啉-3-羧酸乙酯的制备

取2-（2，4，5-三氟苯甲酰基）-3-(1R，2S)-2-氟代环丙烷氨基]丙烯酸乙酯3.3g溶于60ml甲醇中，加入3.9gLiHCO₃，搅拌加热回流，TLC监控反应至原料点消失停止反应，将甲醇旋干，加入50ml水和100ml二氯甲烷分相，有机层旋干，干燥得产品2.8g，收率90%，熔点：249-251℃。

7）7-[7-(s)-叔丁氧羰基-5-氮杂螺[2，4]庚烷-5-基]-8-氯-6-氟-1-[(1R，2S)-2-氟-1-环丙基]-1，4-二氢-4-氧代喹啉-3-羧酸的制备

取8-氯-6，7-二氟-1-[(1R，2S)-2-氟代环丙烷基]-4-氧代-1，4-二氢喹啉-3-羧酸乙酯0.5g溶于300ml浓盐酸中，搅拌下加热回流，反应3h，TLC监控至反应完全，冷至室温，加入30%的氢氧化钠溶液调PH值在3~4，再用二氯甲烷提取两次，合并有机相，无水硫酸钠干燥，过滤，浓缩滤液得固体，再用乙醇重结晶后直接用于下一步。将上述固体与7-(s)-叔丁氧羰基氨基-氮杂螺[2，4]庚烷4.3g混合加入500ml乙腈溶液中，滴加三乙胺8.8ml，搅拌加热至80℃回流反应2h，TLC跟踪至反应完全。减压除去溶剂，残留物中加入200ml二氯甲烷，再分别用水、饱和食盐水洗涤。合并有机相，无水硫酸钠干燥，过滤，浓缩滤液得到产品0.62g，收率81%，熔点：224.7-225.6℃，m/e510.8[M+H]+，¹H-NMR(500MHz，DMSO)δ（ppm）：8.74(d，J=4.0，1H)，7.82(d，J=17，1H)，7.26(d，J=9，1H)，5.20(m，0.5H)，5.04(m，0.5H)，4.27(m，2H)，4.20(m，1H)，3.76(m，1H)，3.24(m，2H)，1.63(m，1H)，1.38(s，9H)，0.68(m，1H)，0.66(m，2H)，0.62(m，1H)。

8）西他沙星的制备

取0.55g7-[7-(s)-叔丁氧羰基-5-氮杂螺[2，4]庚烷-5-基]-8-氯-6-氟-1-[(1R，2S)-2-氟-1-环丙基]-1，4-二氢-4-氧代喹啉-3-羧酸加入圆底烧瓶，再加入20ml三氟乙酸、1ml苯甲醚，0~10℃反应，TLC监控反应至完全，加压浓缩，残留物中加入20%氢氧化钠溶液调PH值至11-12，加入50ml二氯甲烷，搅拌中加入40ml氢氧化钠溶液，合并碱水层，二氯甲烷洗涤，合并碱水，用稀盐酸调PH值至6-7，搅拌结晶，得粗品。将上述粗品加入蒸馏水4ml，无水乙醇2ml，28%氨水0.5ml，45℃加热溶解加入活性炭脱色，过滤，滤液在45℃搅拌3-4小时，冷却析晶，得产品0.43g，收率91.5%，熔点：225℃分解，m/e366.8[M+H]+，¹H-NMR(500MHz，DMSO)δ（ppm）：0.50（m，1H），0.60（m，2H），0.84（m，1H），1.39（m，0.5H），1.44（m，0.5H），1.64（m，1H）、3.31（m，1H）、3.33（m，2H），4.05（m，1H），4.12（m，1H），4.29(m，1H)，5.02（m，0.5H），5.15（m，0.5H），7.80(d，J=13.5，1H)，8.73(d，J=3，1H)。

参考文献

[1]柴芸,刘明亮.新氟喹诺酮类抗菌药西他沙星[J].国外医药(抗生素分册),2009,30(06):264-270.

[2]李雪,游雪甫,杨信怡.西他沙星药理研究与临床应用新进展[J].中国抗生素杂志,2013,38(12):893-900.

[3]陈国彬,岳利剑.合成西他沙星的研究进展[J].合成化学,2012,20(01):7-12+64.