腈水解酶在医药中间体合成方法研究

薛 谊

（江苏省科学技术协会，红太阳集团有限公司，江苏 南京 210047）

在二十世纪六十年代全球第一个植物腈水解酶在大麦叶中被发现，随后在恶臭假单胞菌中发现细菌腈水解酶。这半个世纪以来各种各样的腈水解酶被不断发现，例如细菌、丝状真菌、植物等各种各样不同的元素中。在微生物中腈水解酶发现最广，而且在工业上操作简单，发酵的产量越来越大。腈水解酶按种类可分为：脂肪腈水解酶、芳香腈水解酶和芳基乙腈水解酶。腈水解酶具有多样性，因此适用极其广泛，无论在工业、农业还是生物学中，都能应用到腈水解酶。除了上述领域，腈水解酶在医学中应用也较多，利用腈水解酶能够有效合成医药中间体，本文对合成方法进行研究。首先分析了如何利用腈水解酶催化医药中间体，然后根据催化结果利用腈水解酶合成医药中间体。通过研究发现利用腈水解酶能够极好地合成医药中间体，对医学有重大贡献[1]。

1 利用腈水解酶催化医药中间体

利用腈水解酶催化能够有效催化医药中间体，虽然传统方法都是利用野生菌游离细胞或其纯化酶作为催化剂，但是随着医学的发展，现代医药对催化剂的要求越来越高，睛水解酶作为一种生物催化剂，分为天然酶和基因工程酶两种，这二者以不同的形式存在，来源也有很大的不同。近年来腈水解酶的生物催化技术发展越来越迅猛，利用腈水解酶催化医药中间体得到的产品药性温和，药效极好。这些成就在众多文献都有所记载，而且相关学者对其的研究也越来越多。腈水解酶到医药中间体中主要的化合物有：毗咙甲酸、扁桃酸及其衍生物、单睛单酸以及药用氨基酸等[2]。

催化的酸分为烟酸、异烟酸和2-吡啶甲酸三种同分异构体，这是人体内部必需要用到的维生素，将烟酸其合成在药物中间体中能够有效治疗各种皮肤病，异烟酸能够缓解高血压和冠心病的等症状，除了烟酸和异烟酸之外，还有2-吡啶甲酸，2-吡啶甲酸能够促进催化效果，进而合成抗结核药物的中间体，这不仅能降低糖尿病患者的血糖水平，也能防止心脑血管疾病的出现。三种同分异构体的酸性物质的作用如下表1所示[3]：

表1 不同酸的催化效果

利用腈水解酶催化医药中间体首先要将3-肼基吡啶转化成盐酸，再以游离细胞中的玫瑰红球菌去催化，在环境温度为250℃，pH酸碱度为8的环境下将催化后的试剂混合振动，在42 h内12次过滤底物，最后得到150 g/L～200 g/L的烟酸，除了红球菌外，还有假单胞菌、诺卡氏菌、芽胞杆菌、镰刀菌、曲霉菌、赤霉菌等各类不同菌属，这些不同的菌种对于帮助烟酸的合成有很大的好处。催化效果极好，产物收率超过90%，药性较高，没有过多的副作用，因此市场前景也很广阔。

2 利用腈水解酶合成医药中间体

在催化医药中间体后，要利用腈水解酶合成医药中间体，首先要使用腈水解酶对大肠杆菌中的基因进行重组，然后对敏捷食酸菌的编码基因进行重组，需要特别指出的是，腈水解酶除了具有较强的选择性外，也具有极高的水解特异性，能够改造其中的蛋白质，同时增强催化剂的稳定性，保证细胞重复利用。以轻基乙睛为底物筛选得到野生酶，然后对合成体外的细胞进行固定化操作，平均每1 g细胞催化剂产率要达到1010酸，固定化细胞要重复利用达到300批次以上，然后对初始以及最终的产率进行计算。在后续过程也要不停的使用蛋白质重组医药中间体，通过反复重组提高酶的活性[4]。

在合成烟酸后还要合成异烟酸，能够合成异烟酸的菌种较少，目前比较常用的是利用游离细胞中的小球诺卡氏菌批次流加转化合成异烟酸，在环境温度为520℃，pH酸碱度为12的环境下将催化后的试剂混合振动，在18 h内分批进行底物合成，每隔20 min增加200 mM底物，18 h后合成100 g/L～150 g/L的异烟酸荧光假单胞菌将细胞解酶合成异烟酸，需要特别指出的是细胞悬液酶中得到霉菌指数要在60%左右。合成异烟酸后可直接催化医药中间体，通过选择性强的腈水解酶拆分外消旋扁桃酸，合成单一对映体扁桃酸，再利用正丁腈去催化细胞外的消旋扁桃睛从而生成偏桃酸[5]。

合成的医药中间体游离细胞与内部细胞可以相互结合，具有较高的特异性，二者可互相催化，选择性互相反应，从而形成化学效应，高立体选择性腈水解酶确保了催化过程的鲁棒性。这种合成后的医药中间体在医药领域具有重要的应用，例如头抱菌素、血管紧张肤转化酶抑制剂、抗肥胖药物及抗肿瘤药物等都会应用到合成的医药中间体。合成过程如下图1所示：

图1 腈水解酶合成医药中间体过程

分析图1可知，在利用腈水解酶合成医药中间体时，共分为6步，分别为：催化合成医药体、腈水解酶合成烟酸、重组基因、腈水解酶合成异烟酸、内外细胞结合和判断副作用6步，催化合成医药体为过程的基础步骤，必须要对医药体中间体进行催化，才能保证后续过程正常进行；然后合成烟酸，通过合成的烟酸重组基因，以便于进一步合成异烟酸，在合成异烟酸后将结合的医药中间体内外细胞结合到一起，最后对合成的医药中间体的副作用进行判断。利用合水检测法检测是否有副作用，如果有副作用，那么合成的医药中间体不能使用，如果检测结果通过，则证明医药中间体可以正常使用[6]。

3 结束语

通过本文的探讨分析可以了解到腈水解酶在工业、农业还是生物学中都有广泛的应用。近年来更是不断渗入到医学方面，在使用腈水解酶合成医药中间体的合成时，分析了如何利用腈水解酶催化医药中间体，根据催化结果合成医药中间体。通过研究证明将腈水解酶应用到医药中，能够有效合成医药中间体，提高医疗效果，合成的医药中间体具有药性温和，效果更好的特点。

[1] 龚劲松,李恒,陆震鸣,等.腈水解酶在医药中间体生物催化研究中的最新进展[J].化学进展,2015,27(4):448-458.

[2] Cantarella,刘艳,胡又佳.在间歇式和连续式搅拌膜反应器中利用脱酰胺酶催化生产烟碱酸[J].中国医药工业杂志,2008(7):526-526.

[3] 聂雅洁,郑仁朝,柳志强,等.拟南芥腈水解酶催化合成普瑞巴林中间体(S)-3-氰基-5-甲基己酸[J].精细与专用化学品,2014, 22(5):19-23.

[4] 林志坚,郑仁朝,楼亿圆,等.草甘膦化学合成工艺及其中间体的生物法合成技术展望[J].农药,2009,48(8):547-551.

[5] 聂雅洁,郑仁朝,柳志强,等.拟南芥腈水解酶催化合成普瑞巴林中间体(S)-3-氰基-5-甲基己酸[J].精细与专用化学品,2014,22(5):19-23.

[6] 聂雅洁,郑仁朝,柳志强,等.拟南芥腈水解酶催化合成普瑞巴林中间体(S)-3-氰基-5-甲基己酸[J].精细与专用化学品,2014,22(5):19-23.