CN112089713B - 一种基于吡唑并[1,5-a]吡啶类化合物的治疗结核分枝杆菌感染的药物组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于吡唑并[1,5‑a]吡啶类化合物的治疗M.tuberculosis感染的药物组合物。吡唑并[1,5‑a]吡啶类化合物TB47与氯法齐明联用具有显著的协同作用。本发明还提供了治疗M.tuberculosis感染的药物组合物,由吡唑并[1,5‑a]吡啶类化合物TB47、氯法齐明以及阿米卡星AMK、左氧氟沙星LFX、乙胺丁醇EMB、吡嗪酰胺PZA中的至少一种组成,该药物组合物可将MDR‑TB的疗程由≥9个月缩短到≤5个月,且对耐多药结核病具有显著的疗效。
Description
技术领域
本发明医药技术领域,更具体地,涉一种基于吡唑并[1,5-a]吡啶类化合物的治疗结核分枝杆菌感染的药物组合物。
背景技术
结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis)引起的结核病(tuberculosis,TB)自2014年以来一直是单一感染导致死亡的主要原因。根据世界卫生组织(world healthorganization,WHO)的数据,2018年全球约有1000万人患上结核病,死亡人数超过145万人。此外,近484,000例结核病例为利福平耐药结核,其中78%为耐多药结核病(MDR-TB)。
在世界使用现有药物治疗MDR-TB的成功率在约为56%,在中国仅有41%。根据WHO最新指南,MDR-TB短程治疗方案需要9至12个月。疾病的复杂性和漫长的疗程给患者带来巨大的痛苦和经济压力,使患者依从性较差,从而进一步加剧细菌耐药性的形成,给治疗带来更大的困难。因此,迫切需要加快开发新的药物和方案,以缩短和优化疗程。
吡唑并[1,5-a]吡啶类化合物是一种具有良好的体外抗M.tuberculosis活性的新型化合物,其抗M.tuberculosis的MIC低于0.1μg/mL,部分达到0.003μg/mL,其靶点是细胞色素bc1氧化酶复合物中的QcrB亚单位。TB47可阻断细胞色素BC1复合体,导致细胞内ATP减少,最终抑制结核分枝杆菌的生长。体内实验中,单用吡唑并[1,5-a]吡啶类化合物在每日12.5mg/kg的剂量下,可有效抑制小鼠体内细菌生长。考虑到TB的顽固性和复杂性,TB的治疗必须采用多种药物联合治疗。因此,开发出一种安全有效的治疗MDR-TB联合用药方案,具有非常重要的意义。
发明内容
本发明第一个方面的目的,在于提供吡唑并[1,5-a]吡啶类化合物作为氯法齐明抗结核分枝杆菌的增效剂的应用。
本发明第二个方面的目的,在于提供吡唑并[1,5-a]吡啶类化合物作为氯法齐明和吡嗪酰胺的组合抗结核分枝杆菌的增效剂的应用。
本发明第三个方面的应用,在于提供吡唑并[1,5-a]吡啶类化合物作为氯法齐明、吡嗪酰胺、阿米卡星、左氧氟沙星和乙胺丁醇的组合抗结核分枝杆菌的增效剂的应用。
本发明第四个方面的目的,在于提供一种治疗结核分枝杆菌的药物组合物。
本发明所采取的技术方案是:
本发明的第一个方面,提供吡唑并[1,5-a]吡啶类化合物作为氯法齐明抗结核分枝杆菌的增效剂的应用,所述吡唑并[1,5-a]吡啶类化合物为式(Ⅰ)所示的化合物或其药学上可接受的盐或多晶型物:
本发明的第二个方面,提供吡唑并[1,5-a]吡啶类化合物作为氯法齐明和吡嗪酰胺的组合抗结核分枝杆菌的增效剂的应用,所述吡唑并[1,5-a]吡啶类化合物为式(Ⅰ)所示的化合物或其药学上可接受的盐或多晶型物:
本发明的第三个方面,提供吡唑并[1,5-a]吡啶类化合物作为氯法齐明、吡嗪酰胺、阿米卡星、左氧氟沙星和乙胺丁醇的组合抗结核分枝杆菌的增效剂的应用,所述吡唑并[1,5-a]吡啶类化合物为式(Ⅰ)所示的化合物或其药学上可接受的盐或多晶型物:
本发明的第四个方面,提供一种治疗结核分枝杆菌的药物组合物,包括吡唑并[1,5-a]吡啶类化合物和氯法齐明,所述吡唑并[1,5-a]吡啶类化合物为式(Ⅰ)所示的化合物或其药学上可接受的盐或多晶型物:
优选地,根据本发明第四个方面所述的药物组合物,按重量份计包括以下组分:吡唑并[1,5-a]吡啶类化合物1~8份,氯法齐明1~2份。
更优选地,按重量份计包括以下组分:吡唑并[1,5-a]吡啶类化合物1~2份,氯法齐明1~2份。
在本发明的一个实施例中,更具体地,在小鼠体内所述吡唑并[1,5-a]吡啶类化合物的给药浓度为25mg/kg~200mg/kg,氯法齐明的给药浓度为25mg/kg~50mg/kg。
更优选地,在小鼠体内所述吡唑并[1,5-a]吡啶类化合物的给药浓度为25mg/kg~50mg/kg,氯法齐明的给药浓度为25mg/kg~50mg/kg。
进一步地,根据本发明第四个方面所述的药物组合物,所述药物组合物中还包括吡嗪酰胺、阿米卡星、左氧氟沙星、乙胺丁醇中的至少一种。
优选地,根据本发明第四个方面所述的药物组合物,按重量份计包括以下组分:吡唑并[1,5-a]吡啶类化合物1~8份,氯法齐明1~2份,吡嗪酰胺6~8份。
更优选地,按重量份计包括以下组分:吡唑并[1,5-a]吡啶类化合物1~2份,氯法齐明1~2份,吡嗪酰胺6~7份。
优选地,根据本发明第四个方面所述的药物组合物,按重量份计包括以下组分:吡唑并[1,5-a]吡啶类化合物1~8份,氯法齐明1~2份,吡嗪酰胺6~8份,阿米卡星2~6份、左氧氟沙星8~16份、乙胺丁醇4~6份。
更优选地,按重量份计包括以下组分:吡唑并[1,5-a]吡啶类化合物1~2份,氯法齐明1~2份,吡嗪酰胺6~7份,阿米卡星3~5份、左氧氟沙星10~14份、乙胺丁醇4~5份。
在本发明的一个实施例中,更具体地,吡唑并[1,5-a]吡啶类化合物治疗M.tuberculosis感染的常规使用剂量为25mg/kg至200mg/kg,最优给药浓度在25mg/kg至50mg/kg之间,该实施例中TB47的给药剂量设定为25mg/kg。
在小鼠体内氯法齐明(C)治疗M.tuberculosis感染的常规使用剂量为25~50mg/kg。该实施例中氯法齐明的给药剂量设定为25mg/kg。
在小鼠体内阿米卡星(A)治疗M.tuberculosis感染的常规使用剂量为50~150mg/kg,优选为80~120mg/kg,该实施例中阿米卡星的给药剂量设定为100mg/kg。
在小鼠体内乙胺丁醇(E)治疗M.tuberculosis感染的常规使用剂量为100~150mg/kg。该实施例中乙胺丁醇的给药剂量设定为100mg/kg。
在小鼠体内吡嗪酰胺(Z)治疗M.tuberculosis感染的常规使用剂量为150~200mg/kg。该实施例中吡嗪酰胺的给药剂量设定为150mg/kg。
在小鼠体内左氧氟沙星(L)治疗M.tuberculosis感染的常规使用剂量为200~400mg/kg,优选为250~350mg/kg,该实施例中左氧氟沙星的给药剂量设定为300mg/kg。
优选地,根据本发明第四个方面所述的药物组合物,所述药物组合物还包括药学上可接受的辅料。
本发明的有益效果是:
本发明提供了吡唑并[1,5-a]吡啶类化合物TB47可作为氯法齐明抗M.tuberculosis的增效剂在抗结核分枝杆菌方面的应用,研究发现,该吡唑并[1,5-a]吡啶类化合物在体外和巨噬细胞内与氯法齐明联用可以产生非常显著、出乎意料的协同作用。
本发明还提供了吡唑并[1,5-a]吡啶类化合物TB47作为氯法齐明和吡嗪酰胺的组合抗结核分枝杆菌的增效剂的应用;以及吡唑并[1,5-a]吡啶类化合物TB47作为氯法齐明、吡嗪酰胺、阿米卡星、左氧氟沙星和乙胺丁醇的组合抗结核分枝杆菌的增效剂的应用。
本发明还提供了治疗M.tuberculosis感染的药物组合物,由吡唑并[1,5-a]吡啶类化合物TB47(T)、氯法齐明CFZ(C),以及阿米卡星AMK(A)、左氧氟沙星LFX(L)、乙胺丁醇EMB(E)、吡嗪酰胺PZA(Z)中的至少一种组成。TB47的加入可使MDR-TB的治疗时间从≥9个月缩短至≤5个月同时也没有出现治疗反弹,具有非常显著的治疗效果。
本发明意外地发现,TB47与氯法齐明在实施例中所有模型中均显示出高度的协同活性。TB47联合临床正在使用的药物(阿米卡星、左氧氟沙星、乙胺丁醇、吡嗪酰胺和氯法齐明)显著缩短治疗时间至≤5个月,甚至比目前药物敏感型结核病的标准一线治疗方案所用的6个月时间更短。此外,复发小鼠的菌落仍然对每种药物敏感。该药物组合物在治疗结核病,特别是MDR-TB方面,具有广阔的应用前景。
附图说明
图1TB47抗M.tuberculosis UAlRv活性。(a)TB47抗UAlRv的体外抗菌活性;(b)TB47抗UAlRv的巨噬细胞RAW264.7内抗菌活性;T:TB47;RIF:利福平;浓度(μg/mL);(c)TB47抗M.tuberculosis UAlRv的体内活性。小鼠感染后第1天开始每天分别用TB47和RIF连续治疗12天。每组5只小鼠的CFU计数。数据以平均值±标准差表示。其中:ns:不显著;**:P<0.01;***:P<0.001;****:P<0.0001。
图2组合药效实验中,不同药物组合的小鼠肺部CFU变化曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施例与附图进一步说明本发明的技术方案。下述实施例仅用于示例性说明,不能理解为对本发明的限制。除非特别说明,下述实施例中使用的试剂原料为常规市购或商业途径获得的试剂原料。除非特别说明,下述实施例中使用的系统为本领域常规使用的设备。
本发明中所述的吡唑并[1,5-a]吡啶类化合物为TB47,其结构式如下所示:
实施例中药物的缩写:A:amikacin阿米卡星(AMK);L:levofloxacin左氧氟沙星(LFX),E:ethambutol乙胺丁醇(EMB);Z:pyrazinamide吡嗪酰胺(PZA),C:clofazimine氯法齐明(CFZ),T:TB47。
结核分枝杆菌M.tuberculosis选用H37Rv菌株(ATCC 27294),来源:由广州市胸科医院馈赠。
发明人构建了一种无抗性筛选标记的稳定自主发光的结核分枝杆菌(Selectablemarker-free autoluminescent M.tuberculosis H37Rv,UAlRv),其自主发光的主要元件为luxCDABE,无需添加外源性底物,在活菌内即可进行发光反应。处于对数生长期的UAlRv产生的相对光单位(relative light unit,RLU)与菌落形成单位(colony forming units,CFU)计数之间存在一致的正相关性,使用RLU推测活菌数量可大幅节约人力、物力和时间成本。7H11培养基培养M.tuberculosis,至对数生长期OD600在0.5~1.0之间。
TB47购自广州Eggbio有限公司,纯度为98.67%(批号:TB47160616),其余药物均购自中国大连美仑生物公司。
阿米卡星溶解于无菌磷酸盐缓冲盐水(PBS)中。左氧氟沙星、乙胺丁醇和吡嗪酰胺溶解在蒸馏水中。氯法齐明和TB47溶解于二甲亚砜(DMSO)中进行体外和巨噬细胞感染模型研究。氯法齐明和TB47悬浮于0.4%的羧甲基纤维素钠中进行体内研究。所有药物溶液/悬浮液按照小鼠平均体重20g来制备,每次灌胃0.2mL或每次注射0.1mL(仅阿米卡星通过注射)来递送相应剂量的药物。
5~6周的BALB/c雌鼠来源:购自查尔斯河实验室(中国北京)。
小鼠巨噬细胞RAW264.7来源:购自广州赛库生物技术有限公司。
实施例1单用TB47体外、巨噬细胞内和体内抗M.tuberculosis活性实验
M.tuberculosis UAlRv的MIClux定义为:与阴性对照组相比,能够有效抑制>90%RLU的最低药物浓度。
体外活性检测的具体操作:在96孔板的每个孔中加入196μL稀释的UAlRv和4μL药物溶液,在培养的第1、3和5天,使用发光检测仪(Berthold Detection Systems Orion II)对RLU进行检测。以利福平(1mg/L)为阳性对照,二甲基亚砜(DMSO)为阴性对照。RLU越低,说明药物抑菌效果越明显,反之亦然。
巨噬细胞活性检测的具体操作:使用含10%胎牛血清的DMEM培养液(HyClone)培养小鼠巨噬细胞RAW264.7。巨噬细胞进入对数生长期后,使用2.5%胰蛋白酶消化后收集,将细胞浓度调整至5×105个/mL;在96孔板中每孔加入100μL细胞悬液,培养过夜使其充分贴壁;次日将UAlRv菌株调整至3×106RLU/mL,在含贴壁细胞的96孔板中每孔加入100μLUAlRv菌悬液;将混合后的96孔板在37℃、5%CO2培养箱中孵育6h;使用37℃预热的DMEM清洗细胞3次以去除未被吞噬的细菌,并使用含100μg/mL阿米卡星的DMEM孵育2h以杀灭胞外细菌(阿米卡星仅对胞外菌有杀菌活性);再次用DMEM清洗细胞两次,以去除残留的阿米卡星;每孔加入含10%胎牛血清的DMEM 196μL和不同浓度的药物溶于4μL。将混合物在37℃、5%CO2培养箱中孵育,并在孵育的第1~7天对RLU进行检测。以利福平(1μg/mL)为阳性对照,二甲基亚砜(DMSO)为阴性对照。RLU越低,说明药物抑菌效果越明显,反之亦然。
如图1中a所示,TB47对UAlRv的体外最小抑菌浓度MIClux为0.003mg/L~0.012mg/L。如图1中b所示,TB47对巨噬细胞内UAlRv的最小抑菌浓度MIClux≤0.00075mg/L。以上结果表明,TB47对M.tuberculosis具有良好的抑菌活性,但并没有杀菌活性,即使在最高浓度为0.2μg/mL时,任何时间点检测到的RLU均高于10%。如图1中c所示,单用TB47在小鼠肺部感染模型中展示出显著的抗菌活性。根据小鼠肺部CFU结果,0.75~12.5mg/kg的给药剂量,均显著低于未治疗的对照组(P<0.01)。此外,给药剂量为12.5mg/kg实验组的CFU与利福平(给药剂量:10mg/kg)对照组十分接近(P>0.05)。
实施例2 TB47分级抑菌浓度实验
实验基本操作与实施例1所述一致,主要差别为:加入4μL药物溶液更改为加入不同浓度TB47和另一药物溶液各2μL。
实验过程所使用的浓度分组如下:
TB47分级浓度(μg/mL)为0.08,0.04,0.02,0.01,0.005,0.0025,0.00125,0.000625,0.000313;
CFZ分级浓度(μg/mL)为2.0,1.0,0.5,0.25,0.125,0.0625;
阿米卡星分级浓度(μg/mL)为16.0,8.0,4.0,2.0,1.0,0.5;
左氧氟沙星分级浓度(μg/mL)为8.0,4.0,2.0,1.0,0.5,0.25;
乙胺丁醇分级浓度(μg/mL)为8.0,4.0,2.0,1.0,0.5,0.25。
上述所用阿米卡星、左氧氟沙星、乙胺丁醇溶于无菌水中使用,CFZ、TB47溶解于二甲基亚砜(DMSO)中使用。
将不同浓度的上述药物分别与TB47混合,以评价其与TB47的体外和巨噬细胞内相互作用关系。
分数抑制浓度指数(fractional inhibitory concentration index,FICI)计算公式如下:(MICA单用)/(MICA联用)+(MICB单用)/(MICB联用),其中MICA单独和MICB单独是每种药物单独试验时得到的MIClux,MICA联用和MICB联用是每种化合物在最低有效组合中的浓度。FICI的评价标准如下:协同作用(FICI≤0.5)、部分协同作用(0.5<FICI<1.0)、相加作用(FICI=1.0)、无关作用(1.0<FICI≤4.0)和拮抗作用(FICI>4.0)。
如表1所示,TB47/氯法齐明的体外相互作用关系为协同作用,FICI为0.375;TB47/乙胺丁醇为部分协同作用,FICI为0.625。
表1.棋盘法测定AMK、LFX、EMB和CFZ对UAlRv的MIC及其与TB47的体外相互作用关系
FICI=(MICA联用)/(MICA单用)+(MICTB47联用)/(MICTB47 alone单用)。
FICI评价标准:协同作用(FICI≤0.5),部分协同作用(0.5<FICI<1.0),相加作用(FICI=1.0),无关作用(1.0<FICI≤4.0),拮抗作用(FICI>4.0)。
如表2所示,在巨噬细胞感染模型的FICI结果与体外结果相似,TB47/氯法齐明的巨噬细胞内相互作用关系为协同作用,FICI为0.375。
表2棋盘法测定AMK、LFX、EMB和CFZ对UAlRv的MIC及其与TB47的巨噬细胞内相互作用关系
FICI=(MICA联用)/(MICA单用)+(MICTB47联用)/(MICTB47单用)。
FICI评价标准:协同作用(FICI≤0.5),部分协同作用(0.5<FICI<1.0),相加作用(FICI=1.0),无关作用(1.0<FICI≤4.0),拮抗作用(FICI>4.0)。
实施例3 TB47在二线治疗方案中的贡献
发明人团队的早前研究结果显示,在小鼠体内,TB47对布鲁利坏死分枝杆菌和脓肿分枝杆菌的抗菌活性实验结果显示:
TB47(T)在3.25mg/kg、6.25mg/kg、12.5mg/kg、25mg/kg、50mg/kg、100mg/kg、200mg/kg给药浓度下,在低于12.5mg/kg浓度以下,小鼠的有复发的情况,25mg/kg至200mg/kg范围内抑菌效果基本保持持平,最优给药浓度在25mg/kg至50mg/kg之间,本实施例中TB47的给药剂量设定为25mg/kg。
氯法齐明(C)治疗M.tuberculosis感染的常规使用剂量为25~50mg/kg。本实施例中氯法齐明的给药剂量设定为25mg/kg。
阿米卡星(A)治疗M.tuberculosis感染的常规使用剂量为50~150mg/kg。本实施例中阿米卡星的给药剂量设定为100mg/kg。
乙胺丁醇(E)治疗M.tuberculosis感染的常规使用剂量为100~150mg/kg。本实施例中乙胺丁醇的给药剂量设定为100mg/kg。
吡嗪酰胺(Z)治疗M.tuberculosis感染的常规使用剂量为150~200mg/kg。本实施例中吡嗪酰胺的给药剂量设定为150mg/kg。
左氧氟沙星(L)治疗M.tuberculosis感染的常规使用剂量为200~400mg/kg,本实施例中左氧氟沙星的给药剂量设定为300mg/kg。
动物分组及给药:本研究选用5~6周龄的BALB/c雌鼠,将培养好的M.tuberculosis H37Rv使用Glas-col气溶胶发生器对小鼠进行肺部感染,每只小鼠感染约10000CFU,感染15天后开始给药治疗,给药分组如表3所示。
表3不同药物组合对感染M.tuberculosis小鼠体內活性的检测日程表
a药物方案描述中的数字表示用药的月数(4周/月)。
A,amikacin阿米卡星;L,levofloxacin左氧氟沙星;E,ethambutol乙胺丁醇;Z,pyrazinamide吡嗪酰胺;C,clofazimine氯法齐明;T,TB47。以下药物采用口服,每天一次,每周5天,剂量如下(mg/kg):L 300,E 100,Z 150,C 25,T 25。A以100mg/kg皮下注射。
bD-15感染结核分枝杆菌的第一天。
cD0开始治疗的当天。
dM2开始治疗后两个月。
e+6M表示括号中的小鼠数在结束治疗6个月后,评估复发情况。
指标检测:在表3中的指定时间点,麻醉小鼠后颈椎脱臼法处死,取肺研磨,测定肺部细菌CFU。
表4不同药物组合对感染M.tuberculosis小鼠体內活性的复发检测结果
a药物方案描述中的数字表示用药的月数(4周/月);
A,amikacin阿米卡星;L,levofloxacin左氧氟沙星;E,ethambutol乙胺丁醇;Z,pyrazinamide吡嗪酰胺;C,clofazimine氯法齐明;T,TB47。以下药物采用口服,每天一次,每周5天,剂量如下(mg/kg):L 300,E 100,Z 150,C 25,T 25。A以100mg/kg皮下注射;
实验结果:6只未经治疗的小鼠于感染后第23~24天全部死亡,表明感染所用菌株毒力强。如图2所示,治疗2个月后,ALEZ、ALEZC和ALEZCT的肺部CFU计数分别从D0的7.95±0.03log10CFU下降到5.71±0.27、3.43±0.30和1.06±0.66(1只小鼠培养呈阴性)。在ALEZC中加入T后,CFU计数明显降低(P<0.001)。治疗3个月后,ALEZCT方案的5只小鼠中仅有1只仍培养阳性,CFU计数仅为4。治疗4个月后,ALEZC组5只小鼠中仍有2只培养阳性,ALEZCT组5只小鼠全部培养阴性。上述结果表明加入T可显著提高ALEZC方案的杀菌活性。ALEZCT治疗3个月复发率为56.25%,M4复发率为12.50%,M5复发率为0%。相比之下,使用ALEZC治疗5个月的复发率为26.67%,即使在治疗6个月后仍保持不变,甚至高于ALEZCT治疗4个月。
发明人发现,在所有使用的模型中,T均与C表现出高度的协同杀菌活性。添加ALEZCT药物组合物可缩短MDR-TB的治疗持续时间,从≥9个月缩短至≤5个月,且使用ALEZCT药物组合物,在五个月的治疗后所使用的动物模型能够实现零复发率。同时,发明人将复发小鼠体内收集的菌落进行扩增培养并进行药敏试验,结果显示复发小鼠的菌落仍然对每种药物敏感,表明复发的发生与菌株耐药无关。
综上所述,TB47可以显著提高二线方案ALEZC的杀菌活性,可将复发率降至0%。该药物组合物在治疗结核病方面相比现有疗法能显著提升治疗效果。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
5.根据权利要求4 所述的应用,其特征在于,所述药物组合物中还包括吡嗪酰胺、阿米卡星、左氧氟沙星、乙胺丁醇中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的应用,其特征在于,所述药物组合物按重量份计包括以下组分:吡唑并[1,5- a]吡啶类化合物1~8份,氯法齐明1~2 份,吡嗪酰胺6~8 份。
7.根据权利要求5所述的应用,其特征在于,所述药物组合物按重量份计包括以下组分:吡唑并[1,5- a]吡啶类化合物1~8份,氯法齐明1~2 份,吡嗪酰胺6~8 份,阿米卡星2~6 份、左氧氟沙星8~16 份、乙胺丁醇4~6 份。
8.根据权利要求7所述的应用,其特征在于,所述药物组合物按重量份计包括以下组分:吡唑并[1,5- a]吡啶类化合物1~2份,氯法齐明1~2 份,吡嗪酰胺6~7 份,阿米卡星3~5 份、左氧氟沙星10~14 份、乙胺丁醇4~5 份。
9.根据权利要求4至8任一项所述的应用,其特征在于,所述药物组合物还包括药学上可接受的辅料。
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