从抗坏血酸到N-乙酰半胱氨酸：自组装的克拉霉素液晶——新一代无需载体的抗生素

《European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics》：From ascorbic acid to N-acetylcysteine: self-assembled clarithromycin liquid crystals as a new generation of carrier-free antibiotics

克拉霉素与N-乙酰半胱氨酸通过自组装形成新型无载体系统，兼具cholesteric liquid crystal（CLC）和xerogel特性，显著增强对金黄色葡萄球菌的抗菌及抗生物膜活性，为囊性纤维化治疗提供新方案。

　　

安东内拉·巴托利拉（Antonela Bartolilla）|阿里安娜·佐皮（Ariana Zoppi）|布伦达·巴西利奥（Brenda Basiglio）|马塞拉·R·隆吉（Marcela R. Longhi）|维吉尼亚·阿亚萨（Virginia Aiassa）

阿根廷科尔多瓦国立大学化学科学学院药学系

摘要

抗菌素的耐药性问题要求我们采用创新的分子策略来提高抗生素的效力，同时尽量减少辅料的使用。在之前报道的克拉霉素与抗坏血酸形成的胆甾液晶的基础上，我们提出了一种新的无载体系统，该系统通过克拉霉素和N-乙酰半胱氨酸的自组装形成，既能生成胆甾液晶，也能生成相应的干凝胶。该系统表现出强烈的双折射现象和特有的光学特性，证实了形成了对温度和N-乙酰半胱氨酸浓度敏感的有序介观相。流变学研究显示其具有类似固体的粘弹性行为，而干凝胶的粉末X射线衍射和扫描电子显微镜观察结果则表明其具有层状结构，并且结晶度较高。傅里叶变换红外光谱和核磁共振分析表明，这种化合物通过离子相互作用和氢键形成了稳定的盐类。这种胆甾液晶增强了克拉霉素对金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）的抗菌和抗生物膜作用；结合N-乙酰半胱氨酸的溶痰作用，使其成为治疗囊性纤维化（cystic fibrosis）的潜在候选药物。这些结果表明，自组装的克拉霉素液晶属于新一代无载体抗生素。

引言

在之前的研究中[1]，我们首次报道了克拉霉素（CTY）与抗坏血酸（AA）之间的超分子相互作用形成了胆甾液晶（CLC）。该系统表现出稳定的螺旋结构，并显著增强了克拉霉素的抗菌和抗生物膜活性。基于这些结果，本研究探讨了由克拉霉素（图1A）和N-乙酰半胱氨酸（图1B）组成的新超分子系统的制备与表征。

克拉霉素是一种半合成大环内酯类抗生素，属于生物制药分类系统（BCS）II类药物，具有较高的肠道渗透性和有限的水溶性[2]。它对多种革兰氏阳性菌、某些革兰氏阴性菌以及支原体（Mycoplasma）、衣原体（Chlamydophila）、军团菌（Legionella）和幽门螺杆菌（Helicobacter）等病原体具有广谱抗菌作用[3]。然而，耐药菌株的出现日益威胁着其临床效果[4][5]。

鉴于N-乙酰半胱氨酸已知的抗菌、抗生物膜和溶痰作用，我们选择它作为反离子，尤其是在慢性呼吸道感染中[6][7][8]。N-乙酰半胱氨酸与克拉霉素的可电离基团之间的pKa值差异超过三个单位，使其能够形成稳定的超分子盐，从而诱导新的介观相。

克拉霉素与N-乙酰半胱氨酸的组合在囊性纤维化治疗中尤为重要，因为这种疾病的特点是黏液分泌过多和持续存在的细菌感染[9]。通过形成这两种物质的超分子盐，可以增强它们对金黄色葡萄球菌生物膜的作用，而金黄色葡萄球菌是囊性纤维化中的重要致病菌，也是导致严重呼吸道和全身性感染的主要因素[10][11][12]。

液晶（LCs）是一种各向异性材料，其分子有序程度介于结晶固体和各向同性液体之间。向列型胆甾液晶同时具备热致性和溶致性行为，其螺旋结构由分子成分的手性决定[13][14][15][16][17]。这些结构、光学和流变学特性，加上它们无需辅料即可自组装的能力，使其成为设计功能性及自适应药物系统的理想平台。

与液晶类似，超分子凝胶也是基于小分子的可逆自组装[18][19]。在水环境中，它们可以形成能够固定液相的水凝胶[20]；去除溶剂后，会转化为低孔隙率的干凝胶，同时保留部分原始的超分子网络[21]。一个系统中同时存在凝胶状和液晶相的现象，凸显了克拉霉素的结构多样性，并有助于理解其分子组织和稳定性。

本研究介绍了克拉霉素与N-乙酰半胱氨酸系统的合成与表征，这是继首次报道的克拉霉素胆甾液晶之后的又一成果。克拉霉素能与不同反离子形成自组装结构，去除溶剂后生成稳定的干凝胶。这一发现表明，基于克拉霉素的超分子系统有望开发成用于治疗囊性纤维化的吸入制剂，有效针对金黄色葡萄球菌生物膜。

化学物质与试剂

克拉霉素（CTY）和N-乙酰半胱氨酸（NAC）由Casasco实验室提供。所用溶剂为分析级和HPLC级，购自商业供应商。实验用水通过Milli-Q净水系统（Millipore，美国）进行净化。本研究中使用的临床菌株和ATCC菌株来自当地医疗机构。Mueller-Hinton琼脂（MHA）和Mueller-Hinton肉汤（MHB）购自Laboratorios Britania（阿根廷布宜诺斯艾利斯）。

样品制备

由克拉霉素和N-乙酰半胱氨酸组成的胆甾液晶是通过特定方法制备获得的

PLM

克拉霉素与N-乙酰半胱氨酸体系在交叉偏振光下表现出明显的双折射现象，证实了其各向异性的胆甾相（图2A）。旋转90°后，光的透过率发生变化，表明形成了高度有序的介观相。与克拉霉素与抗坏血酸形成的胆甾液晶[1]类似，其光学活性源于螺旋结构，表现为圆偏振光的彩色反射[30]。不过，与克拉霉素与抗坏血酸形成的胆甾液晶不同，克拉霉素与N-乙酰半胱氨酸形成的胆甾液晶的双折射图案更为均匀，色散更低，表明其

结论

本研究显示，克拉霉素能与N-乙酰半胱氨酸自组装形成一种新的超分子体系，该体系无需外部载体，既能生成胆甾液晶，也能生成相应的干凝胶。分析结果证实，这种体系形成的盐类具有增强的抗菌和抗生物膜效果，尤其是对金黄色葡萄球菌的作用。考虑到N-乙酰半胱氨酸的已知特性，这种组合在囊性纤维化治疗中可能具有特殊价值。与抗坏血酸干凝胶类似，克拉霉素与N-乙酰半胱氨酸形成的干凝胶也表现出

作者贡献声明

安东内拉·巴托利拉（Antonela Bartolilla）：负责撰写、审稿与编辑、初稿撰写、数据验证、实验设计、数据分析。阿里安娜·佐皮（Ariana Zoppi）：数据验证、实验监督、资源协调、项目管理、方法学设计、研究实施、资金申请、概念构思。布伦达·巴西利奥（Brenda Basiglio）：数据验证、方法学设计。马塞拉·R·隆吉（Marcela R. Longhi）：撰写、审稿与编辑、资源协调、资金申请、概念构思。维吉尼亚·阿亚萨（Virginia Aiassa）：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、数据验证。

利益冲突声明

作者声明不存在任何可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。

致谢

作者感谢阿根廷国家科学技术研究委员会（CONICET）、科尔多瓦国立大学、FONCyT科研基金（项目编号：PICT 2021-0272）以及科尔多瓦国立大学科技秘书处（SECyT）对本研究的支持与设施提供。同时感谢Casasco实验室捐赠的克拉霉素样品。我们也感谢Gloria教授的帮助。