关于他汀类药物中间体的生物催化合成研究进展

倪华兵　洪跃　郭伟威　刘琛

摘 要：他汀类药物属于降血脂药物的一种，（3R，5S）-二羟基酯属于他汀类药物具有关键作用的重要结构，同样属于合成药物期间的关键中间体，其结构存在两个手性碳原子，所以存在（3R，5S）-二羟基酯结构中间体制备，也变成他汀类药物制备的限速步骤。

关键词：生物催化;他汀;手性

前言：

他汀类药物属于临床对高血脂进行科学治疗的一种药物，其结构主要为（3R，5S）-二羟基酯。当前，关于他汀类药物的制备方法主要以化学合成为主，不过手性中间体合成与实际纯度需要依赖于昂贵物料成本和环境成本。基于此，有关研究人员均思考探索运用生物催化的方式对化学合成的部分关键步骤予以有效替换，使排放可以得到明显改善，且环境友好。

1、二步法

1.1乙醇脱氢酶

乙醇脱氢酶属于率先在生物催化中有效应用的一种工业酶，催化反应见图1。

Mark等人利用中的乙醇脱氢酶，位于大肠杆菌中过量表达，利用细菌提取物，完成生物催化合成羟基羰基酯，见图2，此羰基酯属于合成阿托伐他汀的重要前提。基于的乙醇脱氢酶反应，能够对化合物7采取高度区域选择性以及对映体选择性还原，获取羟基羰基酯8，此步骤反应时间应不超过24h。乙醇脱氢酶能够对2-丙醇氧化为丙酮进行有效循环，所以无需位于反应体系添加其他酶辅因子，确保系统可以再生。同时，2-丙酮发生的氧化现象，可为反应提供重要驱动力。以顺式选择性还原，8被还原，变为双羟基酯9，而后9通过相应的保护，得到中间体10。而10属于阿托伐塔顶合成阶段重要的手性模块。

此外，关于9的具体制备方法，可基于Lactobacil lus ke-fir全细胞，当作相应的生物催化剂。此微生物存在类型各不相同的两种乙醇脱氢酶，基于中间体8，对7进行转化，获得9。此反应体系内，辅因子的再生，能够通过细胞内葡萄糖代谢做出有效补偿。

1.2腈水解酶

腈水解酶同样属于在生物催化中有效应用的一种酶，催化反应见图3。

部分腈水解酶能够对3-羟基戊二腈（11）完成去对称化，获得合成阿托伐他汀所需的关键中间体，见图4。

1.3脂肪酶

脂肪酶属于在生物催化中大量有效应用的一种酶，催化反应见图5。

Danny等人基于的脂肪酶，以转酯反应为主，对16a做出动力学拆分，获取克量级71a。之后，以化学合成法，获取植被阿托伐他汀中间体18a。同时，研究人员基于16b当作底物，基于的脂肪酶，制备获取中间体19，且对映体过量值相同，见图6。不过此策略并非适用于放大规模，由于动力学拆分的影响，且酶反应后其他环节同样需相应的时间。

可通过C-4的手性合成，且当作前体完成左旋肉碱的有效合成。Jia等人提出具体的催化合成法，利用20合成相应的中间体13，见图5。化合物20使通过消旋体21位于水相中，通过脂肪酶催化水解制成。脂肪酶仅可以立体特异性第水解对映体，获取的酸缺乏稳定性，较易失去一分子，以高对映体纯度形成对应内脂20，见图7。

两步脂肪酶催化法合成制备的工艺。第一步反应，即乙酸乙烯同消旋体24，完成选择性已酸化制备26;第二步反应，即脂肪酶作用影响，25同乙醇共同得到26的对映体27。

1.4卤代醇脱脂素酶

通过对卤代醇脱脂素酶加以有效利用，对消旋体28采取不间断动力学拆分，合成制备阿托伐他汀所需的关键中间体（R）-30。具体操作期间，并没有发现（S）-28转化为中间体，而（R）-28则发生快速转化，产物（R）-30同样如此。所以，（R）-28、（R）-30能够利用柱色谱分离，从反应混合物之中进行有效分离，

存在一种特殊酶，可通过两步骤，便能够合成制备阿托伐他汀的关键中间体13，

2、一步法

2.1羰基还原酶

Daniel等人基于二羰基酯当作底物、当作全细胞催化剂，以较大对映体过量值，合成获得克数量级二羟基乙基酯32a，此部分菌株对应的羟基还原酶能够用在还原反应之中。同时，李青等人对可以还原乙基二酮酯（31a）与叔丁基二酮酯（31b）等100多株培养物做出严格仔细筛选，获得的可以对31a、31b依次进行还原，并获得（3R）-甲羟基、（5S）-甲羟基化合物。此类甲羟基化合物可以继续被还原，获得二羟基酯32a、32b，以此提供化合物33与19的替代合成路线。化合物33与19则属于合成他丁类药物的关键中间体，24h时间内，底物31a、31b可以完成彻底转化，并變成二羟基酯，其中，粗产物能够以快速分离色谱以及结晶的方式，进一步纯化，以此获取对映体过量值以及非对映体过量值极高的产物。

Jason等人对有关的关键酶基因，位于大肠杆菌中进行克隆，通过提取物对31a采取立体选择性还原，以此获取32a，对映体过量值以及非对映体过量值相对较高。刘一凡等人研究出可以一步选择性催化二羰基酯31a底物的具体方法，获得可以将二羰基酯还原为双羟基产物32a的双羟基还原酶。此方法也成为制备合成他汀类药物关键中间体的非常重要的生物催化方案。

2.2醛缩酶

最初，率先通过醛缩酶制备合成他汀类药物关键中间体的方法，即对氯乙醛同乙醛，通过醛缩酶进行催化，获得化合物34，34通过环合获取中间体35，，3通过氯化获取36，通过深入分析研究得知，醛缩酶对氯乙醛并不具备良好的亲和性，失活速度较快，所以，酶量消耗较大，无法在工业化中进行有效应用。通过改进，以突变醛缩酶进行催化，使底物对醛缩酶产生的抑制影响得到解决。DSN公司以工业化规模，开展对制备合成中间体36的科学研究，研究人员基于定向进化技术以及高通量，获取醛缩酶突变体。对中间体36进行转化，获取不饱和内酯37，37同有关亲核试剂发生加成反应，获取相应的吡喃糖苷衍生物38a～38c，使此催化过程位于中间体合成制备方面获得重要应用。

结论：综上所述，同化学合成法相比，制备他汀类药物中间体，使用生物催化发具备明显的优势特点，如高对映体选择以及高区域选择性，且反应能够处于温和环境开展，使极端反应环境下存在的问题得到有效避免。随着技术水平的提升与进步，他汀类药物中间体生物制备工艺势必会更加科学高效。

参考文献：

[1]徐慰倬，张莹，来琳琳，等.他汀类药物中间体的生物催化合成研究进展[J].中国药物化学杂志，2016（01）：60-67.

[2]陶源，胡又佳，周斌，等.他汀类药物中间体（S）-4-氯-3-羟基丁酸乙酯生物催化合成的研究进展[J].世界临床药物，2017，38（4）：359-363.