關(guān)于他汀類藥物中間體的生物催化合成研究進(jìn)展

倪華兵　洪躍　郭偉威　劉琛

摘 要：他汀類藥物屬于降血脂藥物的一種，（3R，5S）-二羥基酯屬于他汀類藥物具有關(guān)鍵作用的重要結(jié)構(gòu)，同樣屬于合成藥物期間的關(guān)鍵中間體，其結(jié)構(gòu)存在兩個(gè)手性碳原子，所以存在（3R，5S）-二羥基酯結(jié)構(gòu)中間體制備，也變成他汀類藥物制備的限速步驟。

關(guān)鍵詞：生物催化;他汀;手性

前言：

他汀類藥物屬于臨床對高血脂進(jìn)行科學(xué)治療的一種藥物，其結(jié)構(gòu)主要為（3R，5S）-二羥基酯。當(dāng)前，關(guān)于他汀類藥物的制備方法主要以化學(xué)合成為主，不過手性中間體合成與實(shí)際純度需要依賴于昂貴物料成本和環(huán)境成本。基于此，有關(guān)研究人員均思考探索運(yùn)用生物催化的方式對化學(xué)合成的部分關(guān)鍵步驟予以有效替換，使排放可以得到明顯改善，且環(huán)境友好。

1、二步法

1.1乙醇脫氫酶

乙醇脫氫酶屬于率先在生物催化中有效應(yīng)用的一種工業(yè)酶，催化反應(yīng)見圖1。

Mark等人利用中的乙醇脫氫酶，位于大腸桿菌中過量表達(dá)，利用細(xì)菌提取物，完成生物催化合成羥基羰基酯，見圖2，此羰基酯屬于合成阿托伐他汀的重要前提?；诘囊掖济摎涿阜磻?yīng)，能夠?qū)衔?采取高度區(qū)域選擇性以及對映體選擇性還原，獲取羥基羰基酯8，此步驟反應(yīng)時(shí)間應(yīng)不超過24h。乙醇脫氫酶能夠?qū)?-丙醇氧化為丙酮進(jìn)行有效循環(huán)，所以無需位于反應(yīng)體系添加其他酶輔因子，確保系統(tǒng)可以再生。同時(shí)，2-丙酮發(fā)生的氧化現(xiàn)象，可為反應(yīng)提供重要驅(qū)動力。以順式選擇性還原，8被還原，變?yōu)殡p羥基酯9，而后9通過相應(yīng)的保護(hù)，得到中間體10。而10屬于阿托伐塔頂合成階段重要的手性模塊。

此外，關(guān)于9的具體制備方法，可基于Lactobacil lus ke-fir全細(xì)胞，當(dāng)作相應(yīng)的生物催化劑。此微生物存在類型各不相同的兩種乙醇脫氫酶，基于中間體8，對7進(jìn)行轉(zhuǎn)化，獲得9。此反應(yīng)體系內(nèi)，輔因子的再生，能夠通過細(xì)胞內(nèi)葡萄糖代謝做出有效補(bǔ)償。

1.2腈水解酶

腈水解酶同樣屬于在生物催化中有效應(yīng)用的一種酶，催化反應(yīng)見圖3。

部分腈水解酶能夠?qū)?-羥基戊二腈（11）完成去對稱化，獲得合成阿托伐他汀所需的關(guān)鍵中間體，見圖4。

1.3脂肪酶

脂肪酶屬于在生物催化中大量有效應(yīng)用的一種酶，催化反應(yīng)見圖5。

Danny等人基于的脂肪酶，以轉(zhuǎn)酯反應(yīng)為主，對16a做出動力學(xué)拆分，獲取克量級71a。之后，以化學(xué)合成法，獲取植被阿托伐他汀中間體18a。同時(shí)，研究人員基于16b當(dāng)作底物，基于的脂肪酶，制備獲取中間體19，且對映體過量值相同，見圖6。不過此策略并非適用于放大規(guī)模，由于動力學(xué)拆分的影響，且酶反應(yīng)后其他環(huán)節(jié)同樣需相應(yīng)的時(shí)間。

可通過C-4的手性合成，且當(dāng)作前體完成左旋肉堿的有效合成。Jia等人提出具體的催化合成法，利用20合成相應(yīng)的中間體13，見圖5。化合物20使通過消旋體21位于水相中，通過脂肪酶催化水解制成。脂肪酶僅可以立體特異性第水解對映體，獲取的酸缺乏穩(wěn)定性，較易失去一分子，以高對映體純度形成對應(yīng)內(nèi)脂20，見圖7。

兩步脂肪酶催化法合成制備的工藝。第一步反應(yīng)，即乙酸乙烯同消旋體24，完成選擇性已酸化制備26;第二步反應(yīng)，即脂肪酶作用影響，25同乙醇共同得到26的對映體27。

1.4鹵代醇脫脂素酶

通過對鹵代醇脫脂素酶加以有效利用，對消旋體28采取不間斷動力學(xué)拆分，合成制備阿托伐他汀所需的關(guān)鍵中間體（R）-30。具體操作期間，并沒有發(fā)現(xiàn)（S）-28轉(zhuǎn)化為中間體，而（R）-28則發(fā)生快速轉(zhuǎn)化，產(chǎn)物（R）-30同樣如此。所以，（R）-28、（R）-30能夠利用柱色譜分離，從反應(yīng)混合物之中進(jìn)行有效分離，

存在一種特殊酶，可通過兩步驟，便能夠合成制備阿托伐他汀的關(guān)鍵中間體13，

2、一步法

2.1羰基還原酶

Daniel等人基于二羰基酯當(dāng)作底物、當(dāng)作全細(xì)胞催化劑，以較大對映體過量值，合成獲得克數(shù)量級二羥基乙基酯32a，此部分菌株對應(yīng)的羥基還原酶能夠用在還原反應(yīng)之中。同時(shí)，李青等人對可以還原乙基二酮酯（31a）與叔丁基二酮酯（31b）等100多株培養(yǎng)物做出嚴(yán)格仔細(xì)篩選，獲得的可以對31a、31b依次進(jìn)行還原，并獲得（3R）-甲羥基、（5S）-甲羥基化合物。此類甲羥基化合物可以繼續(xù)被還原，獲得二羥基酯32a、32b，以此提供化合物33與19的替代合成路線?；衔?3與19則屬于合成他丁類藥物的關(guān)鍵中間體，24h時(shí)間內(nèi)，底物31a、31b可以完成徹底轉(zhuǎn)化，并變成二羥基酯，其中，粗產(chǎn)物能夠以快速分離色譜以及結(jié)晶的方式，進(jìn)一步純化，以此獲取對映體過量值以及非對映體過量值極高的產(chǎn)物。

Jason等人對有關(guān)的關(guān)鍵酶基因，位于大腸桿菌中進(jìn)行克隆，通過提取物對31a采取立體選擇性還原，以此獲取32a，對映體過量值以及非對映體過量值相對較高。劉一凡等人研究出可以一步選擇性催化二羰基酯31a底物的具體方法，獲得可以將二羰基酯還原為雙羥基產(chǎn)物32a的雙羥基還原酶。此方法也成為制備合成他汀類藥物關(guān)鍵中間體的非常重要的生物催化方案。

2.2醛縮酶

最初，率先通過醛縮酶制備合成他汀類藥物關(guān)鍵中間體的方法，即對氯乙醛同乙醛，通過醛縮酶進(jìn)行催化，獲得化合物34，34通過環(huán)合獲取中間體35，，3通過氯化獲取36，通過深入分析研究得知，醛縮酶對氯乙醛并不具備良好的親和性，失活速度較快，所以，酶量消耗較大，無法在工業(yè)化中進(jìn)行有效應(yīng)用。通過改進(jìn)，以突變?nèi)┛s酶進(jìn)行催化，使底物對醛縮酶產(chǎn)生的抑制影響得到解決。DSN公司以工業(yè)化規(guī)模，開展對制備合成中間體36的科學(xué)研究，研究人員基于定向進(jìn)化技術(shù)以及高通量，獲取醛縮酶突變體。對中間體36進(jìn)行轉(zhuǎn)化，獲取不飽和內(nèi)酯37，37同有關(guān)親核試劑發(fā)生加成反應(yīng)，獲取相應(yīng)的吡喃糖苷衍生物38a～38c，使此催化過程位于中間體合成制備方面獲得重要應(yīng)用。

結(jié)論：綜上所述，同化學(xué)合成法相比，制備他汀類藥物中間體，使用生物催化發(fā)具備明顯的優(yōu)勢特點(diǎn)，如高對映體選擇以及高區(qū)域選擇性，且反應(yīng)能夠處于溫和環(huán)境開展，使極端反應(yīng)環(huán)境下存在的問題得到有效避免。隨著技術(shù)水平的提升與進(jìn)步，他汀類藥物中間體生物制備工藝勢必會更加科學(xué)高效。

參考文獻(xiàn)：

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