手性药物的合成与生物转化

手性药物的合成与生物转化

摘要：药物分子的立体化学决定了其生物活性，手性已成为药物研究的一个关键因素，生物技术在手性药物合成中具有重要意义，利用酶催化的相关性质，通过酶拆分外消旋体酶法不对称合成等方法合成手性药物，采用定向进化技术酶分子修饰辅酶再生等方法对手性药物合成方法进行改进。

关键词：手性药物生物转化生物合成

手性(Chirality) 是自然界的本质属性之一。构成生命有机体的分子都是不对称的手性分子，生命界中普遍存在的糖为D型,，氨基酸为L型，蛋白质和DNA的螺旋构象又都是右旋的。手性药物( Chiral drug) 是指有药理活性作用的对映纯化合物。

手性药物的制备方法包括化学制备法和生物制备法，生物转化具有一些化学方法无可比拟的优点：反应条件比较温和；产物比较单一，具有很高的立体选择性（Enantioselectivity）、区域选择性（Regioselectivity）和化学选择性（Chemoselectivity）；并且能完成一些化学合成难以进行的反应。目前，生物转化已涉及羟基化、环氧化、脱氢、氢化等氧化还原反应；水解、水合、酯化、酯转移、脱水、脱羧、酰化、胺化、异构化和芳构化等各类化学反应。

生物合成手性药物法主要包括酶拆分外消旋体法、酶法不对称合成和微生物发酵法。

1 酶法拆分外消旋体合成手性药物

近年来随着酶技术的发展，利用酶的高度立体选择性进行外消旋体的拆分从而获得光活性纯的化合物是得到手性药物的重要途径。酶是由L-氨基酸组成，其活性中心构成了一个部队称环境，有利于对消旋体的识别，属于高度手性的催化剂，催化效率高，有很强的专一性，反应产物的对映体过量百分率（ee）可达100%。因此，在售性

药物合成过程中，用酶拆分消旋体是理想的选择。D-苯甘氨酸金额D-对羟基苯甘氨酸是生产半合成青霉素和头孢菌类抗生素的重要侧链。DSM公司（Geleen，荷兰）利用恶臭假单胞菌（Pseydomonas putida）和L-氨肽酶拆分DL-氨基酸酰胺获得了D-苯甘氨酸和D-对羟基苯甘氨酸。拆分过程中生成的不要的对映体可通过与苯甲醛形成的酰胺的Schiff碱性成加合物，在升高pH值时发生外消旋化，外消旋后的氨基酸酰胺可重复利用。

如果想成功地提供药物中间体和药物活性组分，就必须有供选用的大量合成平台，生物催化仅是其中的一个办法。虽然产生一种现代的药物活性组分中通常只有一步是采用生物催化的，但这常常是把手性引入到化合物中的关键一步，并且由于药物结构中，分子手性部分变得越来越重要，随着分子中手性中心的增多，生物转化方法的良好专一性和选择，就必然要比其他手性合成方法发展得更快。

2 酶法不对称合成手性药物

将具有氧化或还原作用的酶及相关微生物作的手性合成催化剂，催化前手性底物，从而构建药物的手性中心的反应，利用氧化还原酶、合成酶、裂解酶等直接从前体化合物不对称合成各种结构复杂的手性醇、酮、醛、胺、酸、酯、酰胺等衍生物以及各种含硫、磷、氮及金属的手性化合物和药物。Pfizer等采用脱氧核糖-5-磷酸醛缩酶来催化连续的醇醛缩合反应，利用1mol氨基醛和2mol乙醛反应形成氨基内酯，随后通过常规氧化、保护和酯化形成他汀侧链，这一生物催化反应可具有较高的产量及较高收率，最重要的是具有极好的立体控制

效果，ee值和de值（diastereomers excess，非对映体过量值）分别可达到98%和97%。王瑶等研究了制备（S）-型卡托普利的方法，先利用皱落假丝酵母将异丁酸立体选择性氧化为（R）-α-甲基-β-羟基丙酸，再与L-脯氨酸缩合，最后经过巯基化得到相应产品。

利巴韦林是一种抗病毒核苷类似物，运用嘌呤核苷磷酸化酶和嘧啶核苷磷酸化酶可实现利巴韦林的酶不对称催化合成。刘森林研究了桃仁纯腈酶促不对称合成含硅（R）-酮氰醇，采用桃仁（R）-纯腈酶催化2-三甲基硅-2-乙酮与丙酮氰醇，在水和有机溶剂双相中不对称合成（R）-2-三甲基硅-2-羟基-丙腈，分析酶添加量、底物浓度、有机溶剂、两相体积比、水相pH、反应温度及底物结构对桃仁醇腈酶促反应的影响，反应转化率和产物的对映体过剩值均达99%以上。

3、微生物发酵法合成手性药物

将微生物和动物细胞作为酶袁，在供给一定能量和辅因子作用下，利用细胞的多酶系统和代谢途径获得手性化合物，在抗生素、维生素、甾体、氨基酸、芳基丙酸、前列腺素等药物合成中均有应用。例如：合成VC的过程中就需要使用黑醋酸菌发酵使D-山梨醇转化为L-山梨醇，该步如使用化学合成就很难实现。王建军利用工程菌株BL21-DE3微生物发酵法获取5-羟基-L-色氨酸，该菌株是利用已有报道的家兔Oryctolagus cuniculus色氨酸羟化酶基因构建重组表达载体，通过质粒转化得到工程菌株，通过发酵成熟期添加底物质量分数50%L-色氨酸获得最终产物5-羟基-L-色氨酸，转化率大于70%，收率大于80%。

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