桑非培南,一种口服β-内酰胺类抗生素,用于结核病的药物再利用

Sanfetrinem, an oral β-lactam antibiotic repurposed for the treatment of tuberculosis

作者信息Santiago Ramón-García, Rubén González Del Río, María Pilar Arenaz-Callao, Helena I Boshoff, Joaquín Rullas, Sara Anca, Mónica Cacho Izquierdo, Esther Porras de Francisco, Esther Pérez Herrán, Angel Santos-Villarejo, Alfonso Mendoza-Losana, Santiago Ferrer-Bazaga, Charles J Thompson, David Barros Aguirre, Robert H Bates
PMID40020440
发布时间2025-05
DOI10.1016/j.drup.2025.101213

实验完整度

涵盖胞内外药敏、杀伤动力学、协同作用、单细胞显微观察及DHP-1敲除小鼠体内疗效等多个层级的实验验证。

主要模型

M. tuberculosis H37Rv实验室株 THP1巨噬细胞感染模型 DHP-1基因敲除小鼠急性感染模型 M. tuberculosis临床分离株(包括MDR/XDR)

重点核对

体外药敏培养基类型:7H9标准培养基或胆固醇为唯一碳源培养基 胞内药敏采用THP1细胞感染Mtb,MOI为1:1,作用5天 体内实验动物品系:129sv背景的DHP-1敲除小鼠,感染约10^5 CFU,治疗从感染后第9天至第14天,每天两次 体内给药剂量:桑非培南钠盐200 mg/kg,桑非培南酯400 mg/kg,皮下或口服给药

摘要

结核病(TB)历来是世界上最致命的传染病。迫切需要能够避免预先存在耐药性的新型抗结核药物。β-内酰胺类抗生素是治疗细菌感染最古老、最广泛使用的抗生素类别,但出于多种原因,它们作为结核病潜在治疗选择长期被忽视。近期,越来越多的证据表明,在存在β-内酰胺酶抑制剂的情况下,新一代碳青霉烯类药物可能在结核病治疗中发挥作用。然而,这些药物中大多数在临床上只能静脉给药。我们针对胞内结核分枝杆菌(Mtb)进行了β-内酰胺类药物筛选,并确定了桑非培南酯(sanfetrinem cilexetil)作为一种有前景的口服β-内酰胺候选药物。临床前体外和体内研究表明:(i)培养基成分影响桑非培南对Mtb的活性,在生理相关的胆固醇作为唯一碳源存在时,其效力比标准肉汤培养基更强;(ii)桑非培南对Mtb临床分离株显示出广谱活性,包括耐多药/广泛耐药菌株;(iii)桑非培南在体外对Mtb具有快速杀菌活性,尽管其在测定培养基中稳定性较差;(iv)与阿莫西林、乙胺丁醇、利福平和利福喷丁存在强效的体外协同作用,以及(v)桑非培南酯在体内感染模型中具有活性。这些数据,连同葛兰素史克(GSK)在20世纪90年代进行的广谱碳青霉烯类抗生素的强健临床前和临床研究,确定了桑非培南具有治疗结核病的潜力,并推动了目前在南非进行的再利用概念验证2a期临床研究(NCT05388448)。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
寻找可口服、具有抗结核活性且能避开现有耐药性的β-内酰胺类药物,并评估其再利用潜力。
核心机制
桑非培南通过抑制肽聚糖合成所需的l,d-转肽酶来杀灭结核分枝杆菌,且其结构对BlaC β-内酰胺酶具有一定稳定性。
主要证据
胞内与胞外药敏、时间-杀菌曲线、协同实验、单细胞显微观察以及DHP-1敲除小鼠模型均证实其杀菌效果和联合用药的益处。
研究意义
桑非培南酯作为一种口服β-内酰胺类药物,有望成为结核病特别是耐药结核病的新治疗方案,目前正在南非开展2a期临床研究。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

药物筛选与初步活性鉴定

从β-内酰胺库中筛选出对胞内分枝杆菌具有抑制活性的候选药物。

利用THP1巨噬细胞感染Mtb模型,单浓度筛选1973个β-内酰胺,并通过剂量-反应实验验证活性。

2

体外药敏实验(不同培养基)

评估培养基成分对桑非培南抗结核活性的影响。

在不同碳源(葡萄糖、胆固醇)、含或不含BSA、添加吐温或克拉维酸的培养基中进行剂量-反应实验。

3

临床分离株MIC检测

评估桑非培南对药物敏感、耐多药及广泛耐药临床分离株的抗菌谱。

使用96孔板微量稀释法检测MIC90,比较不同β-内酰胺类药物单用或与克拉维酸联用的效果。

4

时间-杀菌动力学实验

评估桑非培南的杀菌速率和维持药物浓度的影响。

在标准7H9培养基中进行剂量-反应时间-杀菌实验,并通过药物补充实验维持药物浓度。

5

药物协同作用实验

鉴定与桑非培南具有协同作用的药物,为联合用药方案提供依据。

通过棋盘法计算FICI,以及时间-杀菌实验验证联合效果。

6

单细胞显微观察

在单细胞水平研究桑非培南的杀菌动态和形态学变化。

使用微流控装置对M. bovis BCG进行延时显微成像,观察药物暴露后的细胞溶解和形态改变。

7

体内疗效评估

验证桑非培南在体内感染模型中的抗结核疗效。

使用DHP-1敲除小鼠经气管感染Mtb,比较不同β-内酰胺药物的效果,并评估肺部细菌负荷。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
Middlebrook 7H9肉汤Difco--
Middlebrook 7H10琼脂Difco--
Middlebrook ADC添加剂Difco--
Middlebrook OADC添加剂Difco--
RPMI-1640培养基Sigma--
胎牛血清Gibco--
L-谷氨酰胺Sigma--
佛波醇12-十四酸酯13-乙酸酯Sigma--
潮霉素BSigma--
克拉维酸钾Fluka--
MTT(3-(4,5-二甲基噻唑-2)-2,5-二苯基四氮唑溴盐)Acros Organics298-93-1
Bactiter-Glo荧光素酶检测系统Promega--
Bright-Glo荧光素酶检测系统Promega--
刃天青片VWR International Ltd--
惠普D3000数字分配器HP--
惠普T8分配头盒HPCV081A
Spectramax M5酶标仪Molecular Devices--
Envision多功能酶标仪PerkinElmer--
BD BBL MGIT试管BD--
DHP-1基因敲除小鼠----
Deltavision Elite成像系统GE Healthcare--
CoolSnap HQ相机Photometrics--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
体外药敏实验
培养基类型(标准7H9或含胆固醇)对于药敏结果有影响;桑非培南在测定培养基中半衰期约0.6天,需在实验当天新鲜配制。
阅读提示:Methods:Extracellular susceptibility assays;Results:Media composition impacts...
胞内药敏实验
THP1细胞分化及感染条件(MOI 1:1),感染后处理时间(5天),使用荧光素酶系统检测;药物添加方式(仅在感染后第1天或第1天和第4天添加)影响杀菌活性。
阅读提示:Methods:Intracellular susceptibility assays;Results:Sanfetrinem displays rapid...
体内药敏实验
使用DHP-1敲除小鼠(129sv背景),感染后第9天开始治疗,每日两次,桑非培南钠盐200 mg/kg皮下注射,桑非培南酯400 mg/kg口服,治疗至第14天,第15天取肺检测细菌载量。
阅读提示:Methods:In vivo assays in murine models...
药物协同实验
协同判定采用棋盘法计算FICI,桑非培南与阿莫西林、利福平、利福喷丁、乙胺丁醇表现协同(FICI≤0.5)。
阅读提示:Methods:Drug interaction assays;Results:Sanfetrinem displays strong...
单细胞显微观察
使用M. bovis BCG-gfp,微流控装置维持药物浓度20 μM(6×MIC),曝光6天后撤药观察恢复,并以PI染色区分死/活菌。
阅读提示:Methods:Single-cell time-lapse microscopy;Results:Sanfetrinem displays rapid...