磺胺—药物史系列14
2020年新型冠状病毒（2019-nCoV）在中国乃至全球肆虐，掀起了一场人类和病毒旷日持久的攻坚战。
而谈到病毒，让人也不得不联想到另外一种可致病微生物-细菌，下面要介绍的，就是一种人工合成的抗菌药-磺胺类药物。
青霉素是世界上第一种被发现的抗菌药，也是现代地球上应用最广泛的抗菌药，但却不是第一种被大量使用的抗菌药。
1930年代——青霉素被发现，但还在努力提高产量的过程中，磺胺类药物已经被当作有效治疗溶血性链球菌感染的药物，用于临床治疗。
1 细菌感染
在抗生素出现之前，人类生命最大的威胁一直都是细菌感染，人类社会的历史，也是一部与感染性疾病斗争的历史。烈性传染病和无处不在的感染肆虐不休，曾带走无数生命。
比如从1347至1353年，席卷整个欧洲的被称之为“黑死病”的鼠疫大瘟疫，夺走了2500万欧洲人的性命，占当时欧洲总人口的1/3。
但长久以来人类对于细菌这个“罪魁祸首”知之甚少。直到19世纪下半叶，法国科学家巴斯德和德国科学家科赫一起发现了感染性疾病与微生物病原体的关系，带来了抗击细菌感染的一丝曙光。
到19世纪末，人类已经发明了几种有效的疫苗和抗血清，但对于已经存在的感染，人们依旧无能为力。
20世纪初，埃尔利希（Paul Ehrlich，1908年诺贝尔生理学或医学奖获得者）领导的团队合成含砷化合物606（通用名salvarson），对梅毒螺旋体有治疗效果，证明了化学治疗的可行性，但606毒副作用过大。
1909年法本集团合成含有氨磺酰基（-SO2NH2）的偶氮染料，它对蛋白质材料（羊毛、丝绸等）的染色效果很好，人们认为这类化合物可能对细菌起作用。
埃尔利希发现对锥虫病起效的锥虫红就是这类染料，他猜测是分子内的偶氮基团（-N=N-）在发挥作用。之后许多基于染料化合物的抗感染研究都失败了，但一种寻找新染料和新药物结合的设计构思开始风靡研究界。
2 磺胺类药物发展史
1932年，德国法本公司下属拜耳实验室的研究人员发现 “百浪多息”。因其中包含一些具有消毒作用的成分，所以曾被零星用于治疗丹毒等疾患。
然而在实验中，它在试管内却无明显的杀菌作用，因此没有引起医学界的重视。
同年，德国生物化学家多马克在试验过程中发现，百浪多息可以使鼠、兔等免受链球菌和葡萄球菌的感染。多马克通过非常直接的途径发现百浪多息的作用对人类也是适用的。
多马克最早的病人包括他年仅6岁的女儿。1935年，她不慎用未经消毒的针刺伤了自己，造成感染。她的病情不断恶化，医生们已经开始考虑截肢。
绝望的多马克给女儿使用了百浪多息，这种药物才刚刚开始进行人体测试。多马克赌赢了这一局，女儿在2天后痊愈出院。
1939年，德国科学家格哈德·多马克因“发现"百浪多息"的抗菌作用”获得了诺贝尔生理学或医学奖。
百浪多息出现在青霉素之前，是第一款能够商用的抗生素。在百浪多息被发现后，普通细菌感染的致死人数出现了迅速下降。
不过，多马克接受诺贝尔奖的过程也十分坎坷。十月份他领受了这一奖金。但是希特勒对评奖委员会十分恼火，因为该委员会将1935年的诺贝尔和平奖授予一个被关在集中营里的德国人奥西茨基。希特勒因此不允许德国人接受诺贝尔奖。
在可能被盖世太保逮捕的威胁之下（多马克确实被监禁过一星期），多马克在11月份被迫拒绝接受诺贝尔奖。
诺贝尔奖金只可为得奖人保留一年，一年后将充入诺贝尔基金；不过诺贝尔奖的奖章和对获奖者表示敬意的仪式则可为得奖人长期保留。
1947年，随着希特勒的灭亡和纳粹主义被粉碎，多马克访问了斯德哥尔摩并接受了诺贝尔奖。第二次世界大战后他从事结核病和癌症的化学疗法的研究。
当“百浪多息”被用来挽救美国总统的儿子—小F.D.罗斯福时，这种新药便获得了更大的名声，慢慢进入了民众的视野中。
令人奇怪的是，百浪多息只有在体内才能够杀死链球菌，而在试管内则不能。
巴黎巴斯德研究所的特雷富埃尔和他的同事断定，“百浪多息”一定是在体内变成了对细菌有效的另一种东西。
于是他们着手对“百浪多息”的有效成分进行分析，发现了这种药物可以裂解为氨苯磺胺（磺胺）。
他们将“磺胺”进行动物实验，发现对链球菌的疗效与“百浪多息”相同，于是磺胺的名字迅即在医学界广泛传播。
其实，氨苯磺胺早在1908年就被化学家合成了，可惜它的医疗价值当时没有被人们发现，因而默默无闻了20多年。磺胺迄今仍然是消炎杀菌的重要“武器”之一。
白浪多息能把人的皮肤染成鲜红色，但其活性部分—磺胺是无色的。对氨基苯磺酰胺及有关的磺胺类化合物的应用开创了抗菌特效药的新时代。
许多传染性疾病特别是某些肺炎类疾病，一下子就变成没有什么可怕的了。于是磺胺的名字很快在医学界广泛传开。
第二次世界大战时,磺胺类用于战伤救治方面也有相当的效果。然而，自青霉素、链霉素等抗菌素相继问世后，磺胺类的地位逐渐被抗菌素所取代，应用范围缩小了。
1951-1958年磺胺甲恶唑、磺胺索嘧啶等溶解度高、毒性较低的药物被合成。青霉素过敏、耐药等方面的的缺陷使得磺胺类药物又受到重视。
特别是1969年抗菌增效剂—甲氧苄氨嘧啶（TMP）被发现以后，与磺胺类联合应用可使其抗菌作用增强、治疗范围扩大，因此，虽然有大量抗生素问世，但磺胺类药仍是重要的化学治疗药物。
近些年来，抗菌素的发展很快。但抗菌素的应用中仍一些问题未能彻底解决,如抗药性及不利反应等。由于抗药性细菌相继出现，抗菌素的用量虽然愈来愈大，但治疗效率却有逐渐降低的趋势，而且几乎所有抗菌素都各自不同的副作用。
在此期间，磺胺类药物有了很大的发展，如某些乙酞化率低、肾合并症少的磺胺，某些长效磺胺以及增效剂的发现，克服了过去一些磺胺制剂的缺点，并增强了抗菌作用，扩大了应用的范围，于是磺胺类又重新被重视起来。
磺胺类药物临床应用已经有60年的历史，具有较广的抗菌谱，疗效确切、性质稳定，便于长期保存，是目前仅次于抗生素的一大类药物。
3 磺胺类药物的化学结构修饰及其应用
磺胺类药物都是以对位氨基苯磺酰胺（简称磺胺）为基本结构的衍生物。早期的构效关系研究认为，磺胺的苯氨基不能修饰，苯氨基和磺酰胺基必须处于苯环对位，苯环的其他部位不能修饰，且磺酰胺基氮原子必须单取代或未取代，此类磺胺结构才具有较好的生物活性。
迄今大量的磺胺类临床抗菌药物均为该类结构。随着研究的深入,发现含有对氨基苯磺酰胺经典结构的磺胺类化合物不仅具有强的抗菌能力，而且修饰后的衍生物还有抗真菌、抗癌、抗寄生虫、消炎镇痛、抗糖尿病、抗癫痫、利尿等多种生物活性。
此外, 随着磺胺嘧啶银（silver sulfadiazine）和磺胺噻唑银（silver sulfathiazole）等金属有机化合物作为抗菌药物被广泛用于治疗局部烧伤感染利用磺胺结构中的氨基、磺酰基、苯环等与无机金属物通过非共价键作用形成金属超分子络合物，开发其超分子药物（supramolecular drugs）研究成为新兴研究领域。
为开拓磺胺类化合物的医药用途提供新思路。按照其化学结构修饰，可分为下列5类：(1) 磺酰胺基结构修饰；(2) 苯氨基结构修饰；(3) 磺酰胺基和苯氨基结构同时修饰；(4) 其他位点修饰的磺胺化合物；(5) 磺胺类超分子络合物。（参考文献：中国科学：化学，DOI: 10.1360/N032016-00029）
迄今，已有许多两个或两个以上分子通过非共价键力形成的超分子化学药物应用于临床，如由两个氨分子(NH3)和一个 PtCl2分子通过配位键形成的金属超分子络合物顺铂广泛用于癌症治疗。
许多超分子药物由于其安全、低毒、不良反应少、生物利用度高、靶向性强、多药耐药性小、生物相容性好和疗效高以及开发成本低、周期短和成功可能性大等诸多优点而备受广泛关注。
磺胺结构中磺酰胺基、苯氨基和苯环易通过配位键、氢键、离子偶极、阳离子-π、π-π堆积、疏水效应以及范德华力等非共价键力形成超分子聚集体。因而，许多研究致力于磺胺类金属超分子络合物的研究和开发。
4磺胺类药物的作用机制
对磺胺药敏感的细菌，在生长繁殖过程中不能利用现成的叶酸，必须以蝶啶（6-hydroxymethylpterinediphosphate）、对氨苯甲酸（PABA）为原料，在二氢叶酸合成酶（dihydropteroate synthase）的作用下生成二氢蝶酸（dihydropteroic acid）并进一步与谷氨酸生成二氢叶酸（dihydrofolic acid），后者在二氢叶酸还原酶（dihydrofolate reductase）的催化下被还原成四氢叶酸（tetrahydrofolic acid）。
四氢叶酸活化后，可参与嘌呤和嘧啶核苷酸（nucleotide）的合成。磺胺药与PABA的结构相似，可与之竞争二氢叶酸合成酶，阻止二氢叶酸的合成，从而发挥抑菌作用。
5结语
综上所述，已经在临床使用近九十年的人工全合成传统抗菌药磺胺，其经典的结构对氨基苯磺酰胺得到了广泛的化学结构修饰，特别是磺胺杂环单取代的研究，长达几十年的活跃开发，已经有几十种药物用于临床，为人类抗击细菌感染做出了卓越的贡献。
化学结构修饰后的磺胺衍生物显示出广泛的药用潜力，在抗细菌、抗真菌、抗癌、抗寄生虫、消炎镇痛、抗病毒、抗惊厥、抗青光眼、抗糖尿病、抗结核、抗癫痫及相关神经性疾病和利尿药等多个医药领域显示巨大开发价值。
许多磺胺修饰后的衍生物作为抗菌、抗癫痫、消炎、利尿药等已广泛用于临床，为人类健康发挥着重要作用。磺胺类药物这棵“老树”正在继续“开花”。
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