第十章 甾类激素药物

1980’-20世纪末：甾体激素药物发展趋缓。 21世纪初： 发展进入新阶段（新品种的发现、临床新适应症的发现等）。
市场情况： 1980 年产量约9. 5吨 , 销售额15亿美元, 占医药产品总销售额的4.3%； 1990年产量增至105吨, 销售额108 亿美元, 年均递增10.4%; 2000年销售额约200亿美元, 约占世界医药总销售额的6%, 成为产量仅次于抗生素的第二大类药物。
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边链降解
胆甾醇→ADD
五、甾体药物的生物转化生产工艺的一般流程：
发酵工程的基本技术过程
生物反应器：发酵罐 ， 生物转化反应器：
酶反应器：游离或固定化酶（细胞）为催化剂 反应简单 发酵罐：生物反应过程中，伴随有细胞的生长、代谢，或者同 时进行复杂酶系的生物催化反应 发酵过程 细胞培养过程 反应复杂
16α-OH
9α-氟氢可的松→9α-氟-16α羟基氢可的松 化合物S→19羟甲基化合物S
19-OH
C1,2 –脱氢
A环芳构化反应 水解反应
氢化可的松→氢化泼泥松
19-去甲基睾丸素→雌二醇 21-醋酸妊辰醇酮→去氧皮质醇
简单节杆菌(Arthrobacter simplex)
睾丸素假单孢杆菌 (Pseudomonas festosteronl) 中毛棒杆菌 (Corynebacterium mediolanum) 分枝杆菌(Mycobacterium spp.)
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甾体生物转化工艺一般可分为两个阶段：
①菌体生产和产酶阶段 将菌种接入斜面孢子培养基上，在一定温度 下培养3-5天，然后将成熟孢子接入摇瓶和种子罐沉没培养。种 子培养好后转入发酵罐，在适当培养基和培养条件（温度、搅拌、 通风量、pH）下进行培养。细菌的生长阶段一般为12-24小时， 真菌为24-72小时。在这个阶段重要的是创造各种良好条件使微 生物尽快的生长和繁殖，在尽可能短的时间内繁殖大量的菌体并 产酶。 ②甾体转化阶段 将被转化的物质直接加入到培养液中进行生物转化， 这一阶段需要控制好适合转化反应的各种条件，如pH、温度、搅 拌和较大的通气量等，必要时还可以加入酶激活剂和抑制剂。
6
雌激素
OH CH3 H
H HO
雌二醇
雌甾-1，3，5（10）-三烯-3，17β-二醇
A环芳构化:
3-酚羟基具有弱酸性
3位羟基与17位羟基共平面,距离0.855nm
不稳定，易代谢，口服无效 用途：治疗卵巢功能不全所引起的疾病
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孕激素
OH CH3 C H
CH
HO
炔雌醇
酚羟基：可以溶于NaOH水溶液 乙炔基：乙醇溶液溶液遇硝酸银试液产生白色炔雌醇银沉淀 17α位引入乙炔基，17β－羟基代谢受阻（口服活性是雌二醇
化学合成 微生物转化
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2.生产技术的历史和现状
1932-1939年：从动物是腺体中分离天然甾体激素-雌酮(Estrone)、雌二醇(Estradiol) 、 皮质酮(Corticosterone)等，在实验室进行全合成。促进了药物化学学科发展。
1940’年代： 发明薯蓣皂苷元(Diosgenin)为甾体激素药物的原料，合成激素药物中间 体的工业方法。 1949年： Honch 发现肾上腺皮质激素可的松(Cortisone)对治疗风湿性关节炎有显 著疗效,促使科学家们努力去探索甾体药物的合成。 1952年： 美国Upjohn药厂的Peterson和Murray首先发现黑根霉(Rhizopus nigricans) 能使孕酮(Progesterone)一步转化为11α-羟基孕酮(11d-hydroxy progerone)得率达到85%以 上。 1950’后期-1960’初期： 发明了甾体避孕药物，是人类生育控制划时代的成就。消费量 大幅度增加，促进 甾体药物工业生产水平达到新的高度。 1970’年代： 甾体激素全合成实现工业化生产。优势领域在孕激素及雌激素。
CH3
H
5β-系
CH3 CH3
A/B环反式稠合的称别系,即C5上的 氢原子和C10上的角甲基不在同一边， 而是伸向环平面的后方，为α构型， 以虚线表示。
2
H
5α-系
非那雄胺,四个环全部为反式稠合
2. 甾体激素药物的分类与药理作用
（1）从化学角度分类 18
CH3
18
CH3
18
CH3
20 21
CH3
19
HO CH3 F O
O CH3
CH2OCOCH3 OH CH3
H
醋酸地塞米松 16α-甲基-11β，17α，21-三羟基-9α-氟孕甾-1，4-二烯-3，20-二酮-21-醋酸 酯
结构： 用途：胶原性疾病，过敏性疾病，急性白血病和肾上腺皮质功能 减退症。
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二、甾类激素药物的生产
1. 生产方法： (1)人工合成（全合成）：如 雌二醇 (2)天然原料结构改造（半合成）：
3.
13
引入6F，9α-F，抗炎
同时引入9α-F 和16羟基或16甲基
4.
肾上腺皮质激素类药物
O HO CH3 H O CH3 CH2OCOCH3 OH
醋酸氢化可的松
孕甾母核，4-烯-3，20-二酮，11β，17α，21-三羟基，21醋酸酯
用途：关节炎，风湿症，免疫抑制，抗休克
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肾上腺皮质激素类药物
3. 生物反应器的分类
型式多样
按照几何尺寸或结构分类：
• 釜（罐）式（高径比1~3） • 管式 （长径比>30）
最常见 一般用于连续操作
• 塔式 （竖立高径比>10)
• 膜式（内一膜件） 一般用于连续操作
膜反应器： 酶膜反应器（C) 固定化细胞的中空纤 维反应器 生物反应器+膜装置
（反应与分离耦合）
如：发酵罐/超滤膜 （CSTR/UR)(a,b) 酶：游离态 操作方式：间歇/连续
1、 甾体药物的生物转化生产工艺流程：
底物溶解 菌种 孢子制备 种子罐
溶料罐 发酵罐 滤液 提取液 结晶 过滤 滤饼 提取液
结晶
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2、转化方法
①一步发酵转化法（边发酵边转化），是我国目前甾体医 药工业普遍采用的微生物转化法。 ②静息细胞、干细胞或孢子悬浮液法； ③多菌种协同转化法； ④固定化细胞或固定化酶转化法 ⑤双水相系统转化法 ⑥有机相介质转化法
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糖皮质激素构效关系
O CH2OCOCH3 OH
皮质激素药 ① C17具有2个C原子侧链 物的重要基 ② C3具有一个共轭的酮基 团或结构 ③ C17α具有一个α-OH
④ C21有一个-OH或者酯基 ⑤ C11有β-OH或酮基
O
HO CH3
CH3
H
醋酸氢化可的松
糖皮质激素结构修饰的目的：糖，盐活性分离 1. 2. 21位羟基酯化 1）延效， 2）增加水溶性 C1位引入双键，A环变为船式，抗炎
2、主要反应类型 ：
氧化、还原、水解、酯化、酰化、异构化、卤化和A环开环反应等 。 氧化反应包括：羟基化、环氧化、脱氢和芳构化反应等。
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3、工业上重要的微生物转化反应
•羟基化反应 ：最普遍、最重要的氧化反应。有11α、11β、16α和19位 上的羟基化反应。 •C-1，2脱氢反应 •环氧化反应 •A环芳构化反应
结构：11β-二甲氨基苯基（活性反转） 17α-丙炔基（口服，稳定）
CH3 N H3C CH3 OH C C CH3
O
半衰期为34小时，血药峰值与剂量无关 代谢为N-去甲基，N-去双甲基和丙炔醇 用途：竞争性作用于孕激素受体和皮质激素受体 与前列腺素类药物合用，抗早孕
米非司酮
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蛋白同化激素
作用： ①促进蛋白质合成和抑制蛋白质异化 ②加速骨组织钙化和生长 ③刺激骨髓造血功能 ④促进组织新生和肉芽形成 ⑤降低血胆甾醇
雄性激素
雄甾烷 蛋白同 化激素
甾体 激素
肾上腺皮质 激素 孕激素
糖代谢皮质激素 孕甾烷 盐代谢皮质激素
5
性激素：
作用： 刺激副性特征器官的发育与成熟，增进两性生殖细胞的结合与 孕育能力，调节代谢、更年期综合症、骨质疏松症等。
雄激素
19 CH3 10
18 OH CH3 17 13
3
O
4
睾丸素
结构特点：雄甾烷母核（10，13位角甲基） 17β-OH O 4 C ）（UV吸收） 3 4-烯-3-酮（
CH3
O O CH3 H
H O
苯丙酸诺龙 17β-羟基雌甾-4-烯-3-酮- 17 -苯丙酸酯
11
肾上腺皮质激素类药物
O CH3 O CH3 CH3 CH2OH OH O CH3 CH2OH
H O O
H
结构：孕甾烷母核，4-烯-3，20-二酮-21-羟 糖皮质激素：11和17位均有含氧基团取代 盐皮质激素：11和17位仅有其一，或均没有含氧基团 用途：糖皮质激素： 可的松、氢化可的松等，主要影响人体糖、蛋白质、 脂肪代谢；抗炎；抗过敏。 盐皮质激素： 醛固酮、去氧皮质酮等，主要影响水盐代谢，促进钠 离子重吸收，钾离子排泄，可治疗阿犹森病、低血钠 病
D
15
16
A
4
10
5
甾体化合物母核的基本结构
1
（2）立体结构
•A，B，C环为椅式构象，D环为信封式构象
CH3
•六个手性中心
天然甾体化合物 B/C环都是反式，C/D环多为反式， A/B环有顺、反两种稠合方式。 甾体化合物可分为两种类型：A/B环 顺式稠合的称正系，即C5上的氢原 子和C10上的角甲基都伸向环平面的 前方，处于同一边，为β构型，以实 线表示；
18
1.甾体化合物的结构 （1） 甾体化合物的基本结构
四环 脂烃化合物,环戊烷多氢菲(C17) 一般在核的C-10和C-13上常有甲基; 在C-3、C-11和C-17上可能有羟基或 酮基;A环及B环可能有双键; C-17上有 长短不一的侧链。
2 3
12 19 1 9 11
17 13 14
C B
6 8 7
•还原反应
•水解反应
•侧链降解
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工业上重要的甾体化合物微生物转化反应
反应类型 反应底物和产物 微生物
11α-OH
11β-OH
黄体酮→11α-黄体酮
化合物S→氢化可的松
黑根霉(Rhizopus nigricans)
新月弯孢霉(Curvularia lunata) 蓝色犁头霉(Absidia coerulea) 玫瑰产色链霉菌 (Stretomyces roseochromogenus) 球墨孢霉(Nigraspora spherica) 芝麻丝核菌(Corticcum sasakii)
的10~20倍）
用途：与孕激素合用有抑制排卵作用，和减轻突发性出血等副 作用，可以和炔诺酮，或甲地孕酮配伍制成口服避孕药
8
睾酮类
OH CH3 C CH CH3
OH C CH
CH3 H H O O
妊娠素
H3C OH C CH
炔诺酮
*
H O
左炔诺孕酮
9
抗孕激素药物 ----孕激素受体拮抗剂 孕激素拮抗剂
H H CH3 H H H H H
19
CH3 H H H
雌甾烷 13-CH3
雄甾烷 10-CH3 13-CH3
孕甾烷 10-CH3 13-CH3 17-C2H5
3
2. 甾体激素药物的分类与药理作用
（2）根据生理活性分类（观点1）
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（2）根据生理活性分类（观点2）
雌性激素 性激素 雄性激素 雌甾烷
第十章 甾体激素药物
一、甾体激素药物的分类及其药理作用
甾体类化合物,甾体化合物(Steroids)又称类固醇, 是一类含有环戊烷多氢菲 核的化合物,结构通式如下图。是广泛存在于自然界中的一类天然化学成分，包括 植物甾醇、胆汁酸、C21甾类、昆虫变态激素、强心苷、甾体皂苷、甾体生物碱、 20 蟾毒配基等。
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1949年人们发现肾上腺皮质激素可的松对治疗风湿性关节炎有显 著疗效，促使科学家们努力去探索甾体药物的合成，甾体化合物分子 中含有几个不对称的中心，人工合成相当困难，后来又探索用化学方 法改造已有的天然甾体化合物生产甾体药物。但步骤多，收率低，价 格昂贵，难于工业化生产。 以从胆汁中提取的脱氧胆酸(deoxycholic acid)为原料,花费了二年 时间,经过30余步化学反应,最后从1270磅的脱氧胆酸才合成得到938毫 克的醋酸可的松(Cortisone acetate),其中仅将C-12上的氧原子转移到C11上(C-11上的氧对抗炎作用是必需的),就需要10步反应。 1952年，美国科学家发现黑根霉能使孕酮一步转化成11α-羟基孕 酮，收率达到85%以上，从此解决了可的松等皮质激素类化合物合成 中最大的难题，开创了微生物转化甾体化合物的先例。后来生物转化 在甾体化合物中的进展也开拓了它在其他领域中的应用，如维生素、 二羟丙酮以及某些氨基酸、生物碱的合成也离不开生物转化，现代微 生物的生物转化技术已广泛应用于化学和制药工业。
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三、微生物转化的特点
• 专一性:底物及产物空间结构专一 • 产量高:一个酶促反应可代替几个化学反应，收率高
• 反应条件温和:常温常压，可改善工人劳动条件，避免
减少使用强酸、强碱或有毒物质 • 可进行化学法难以进行的反应
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四、甾体药物微生物转化的反应类型
1 、甾体化合物的微生物转化反应位点：