氟康唑与伏立康唑结构相似，为什么对曲霉效果截然不同？

背景介绍

曲霉属真菌：丝状真菌，包括约200种。约有16种曲霉是已知能导致人类疾病的，烟曲霉＞90%.

在有免疫能力的患者中，烟曲霉可出现在慢性肺曲霉病，也称作曲霉球或真菌球，属于肺部逐步破坏性疾病，常与结核、肺气肿和结节病相关。烟曲霉也是无处不在的气源性致敏源。哮喘、变应性支气管肺曲霉病、真菌性鼻窦炎。

在免疫妥协患者中（癌症化疗、激素、实体组织和骨髓移植接受者、HIV/AIDS及其他），常显示出侵袭性曲霉菌病。

唑类对真菌CYP450酶的作用

伏立康唑、泊沙康唑、伊曲康唑和氟康唑是固醇14α-脱甲基酶（CYP51、EC1.14.13.70）的抑制剂。CYP450酶催化步骤如下：

固醇生物合成需要CYP51作用。CYP51酶参与了麦角固醇的生物合成，这是真菌细胞膜不可或缺的成分。麦角固醇损耗影响了膜结构和一些功能。麦角固醇在真菌细胞中同时还有一种类激素作用，可刺激生长和增殖。唑类、吡啶、嘧啶类化合物阻断了麦角固醇的生物合成，导致14α甲基化前体的积累。这些药物作为竞争性CYP51抑制剂，可占据P450活性部位，阻止底物结合与氧化。杂环氮与P450血红素铁结合，分享其孤对电子，阻止分子氧的结合，而抑制剂分子的非结合部分与蛋白质部分形成多重联系，形成蛋白-配体表面界面，这在很大程度上决定了抑制强度。

耐药机制：

唑类外排泵的活化、CYP51突变/CYP51基因过表达，以及泵和P450的联合。

酵母菌、人类和其他脊椎动物基因组仅包含一种CYP51基因；而烟曲霉和其他一些丝状子囊菌有2种CYP51旁系同源基因（CYP51A和CYP51B）。尽管在烟曲霉中两种基因都有效，但后来的报道认为，CYP51B编码的酶主要负责固醇14α-脱甲基化。CYP51B基因的表达是既定的，在所有测序的丝状真菌中都能找到，而CYP51A基因仅在一些真菌中出现。存在两种CYP51基因预示着在烟曲霉中，固醇生物合成加快可能是病原体对治疗高耐药的一个原因。

氟康唑对曲霉没有活性的原因：

尽管氟康唑和伏立康唑在结构上相似，分子体积差别很小（399A vs. 348A），但氟康唑对曲霉无效。伏立康唑与烟曲霉CYP51B的复合物提示了可能的原因：伏立康唑的5-氟嘧啶环（氟康唑为较小的三唑环）与烟曲霉CYP51 Tyr122形成氢键（图A）；除与 Tyr122形成氢键和N4-三唑氮与血红素铁形成配位键（配位键长2.1A）外，伏立康唑与烟曲霉CYP51B另外14个氨基酸残基间存在范德华力相互作用（距离＜4.5A）（图A）。有趣的是，伏立康唑在烟曲霉CYP51活性部位的构象（图B和C）不同于在CYP46活性部位的构象。

烟曲霉与哺乳动物CYP51的区别

烟曲霉CYP51与原生动物和哺乳动物直系同源物叠合，其蛋白骨架的空间组成十分相似。尽管烟曲霉与布氏锥虫和人类固醇14α-去甲基酶的氨基酸序列仅有23和33%的一致性，但Cα原子位置的平均均方根偏差值仅有1.8和1.4A。

烟曲霉（63500±300A3）中CYP51有额外的β5-bundle，因此 ，分子体积较原生动物（61300±400A3）和人类（61900±500A3）要大。SRS1是CYP51底物主要的结合区域。

烟曲霉CYP51的结构特点与药物活性的关系

烟曲霉CYP51B结构有两个独特不同于其他种的特点，具有功能上的重要性。

底物入口：

烟曲霉CYP51有相对较短的FG臂。FG环的不同位置改变了酶底物接入通道的形状，因此，配体进入的通道看起来更像是一座桥，延伸进入P450上表面的长裂缝，而原生动物和人类CYP51酶像一个小圆孔，仅在分子远端侧可见。伏立康唑-酶复合物中，这座桥似乎更加灵活，而VNI和烟曲霉CYP51 Phe234的π-π叠加相互作用使其保持在关闭状态。在两种复合物中，在真菌P450分子远端和上部都可以看到配体。这一相对较宽的底物入口可能是曲霉对小分子抑制剂不敏感的原因，伏立康唑除外（可以与Tyr122形成氢键），较长的结构（如泊沙康唑）需要限制通道入口的运动，因此加强了抑制作用。更重要的是，烟曲霉CYP51的结构特征提示，FG环片段在所有CYP51酶中起到了门控作用，开放使底物（配体）进入活性部位，当复合物获得能量构象时关闭。

P450表面近端的β5-bundle：

其作用尚不清楚，但在其他P450家族中至今没有发现类似的结构。