他汀类药物的生物技术合成以及应用
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以他汀类药物为例说明me_too药物(原创实用版)目录1.概述他汀类药物和 me-too 药物2.他汀类药物的研发和应用3.me-too 药物的定义和特点4.me-too 药物在药物研发中的优势5.他汀类药物和 me-too 药物的关系正文他汀类药物是一类用于降低胆固醇和预防心血管疾病的药物,其主要作用机制是抑制肝脏中的胆固醇合成。
自 20 世纪 80 年代以来,他汀类药物已成为心血管疾病治疗的首选药物,其销售额也一直占据全球药物市场的前列。
me-too 药物,又称仿生药物,是指在原有药物基础上进行结构改造或修饰得到的新药物。
这类药物具有与原药相似的药效和安全性,但通常具有更高的生物利用度和更长的作用时间。
近年来,随着药物研发技术的不断进步,me-too 药物在药物研发中越来越受到重视。
他汀类药物的研发和应用为其他药物研发提供了很好的借鉴。
从最初的天然药物提取,到后来的化学合成,他汀类药物的研发历程充满了挑战和创新。
me-too 药物的研发也受益于他汀类药物的成功经验,通过改进原有药物结构,提高药效和安全性,为药物研发提供了新的方向。
me-too 药物的定义和特点使得其在药物研发中具有很大的优势。
由于 me-too 药物是在原有药物基础上进行改进,因此其研发周期相对较短,成功率也较高。
此外,me-too 药物具有与原药相似的药效和安全性,因此在药物上市后,医生和患者更容易接受。
他汀类药物和 me-too 药物之间存在密切的联系。
一方面,他汀类药物的成功研发为 me-too 药物提供了很好的范例;另一方面,me-too 药物的研发也为他汀类药物的改进提供了新的思路。
他汀类药物是3-羟基-3-二酰辅酶A 还原酶抑制剂(A 3-hydroxy -3-methyl glutaryl coenzyme A reductasem,HMG -CoA),能够发挥限制人体肝脏甾醇生物合成步骤达到增加低密度脂蛋白受体基因表达,最终降低其水平,缓解动脉粥样硬化症状的作用。
他汀类药物最早由美国食品药品管理局在1987年批准,上市并得到广泛应用后证实其降低血脂水平的作用,也就此奠定他汀类药物对于心血管疾病一、二级预防的地位。
但在最新的研究报告中提出,他汀类药物除了会影响人类脂类水平外,还有多效性的特点,通过抗氧化应激和抗炎发挥抗血栓、改善内皮功能等效果,作用发挥的机制在于抑制甲羟戊酸参与细胞信号转导、细胞分化增殖等关键生物学内容。
另外,他汀类药物还在白细胞介素、转化生长因子、过氧化物酶体增殖受体等当中发挥重要作用。
他汀类药物通常分为亲脂性他汀和亲水性他汀,前者包括辛伐他汀、阿托伐他汀、洛伐他汀或西立伐他汀,后者如普伐他汀、瑞舒罚他汀等等,他汀类药物应用后主要抑制3-羟基3-甲基戊二酰辅酶A ,待其转化甲羟戊酸,下游胆固醇生物合成和胆固醇合成减少,于是肝细胞中胆固醇水平下降,导致肝细胞表面低密度脂蛋白受体表达增加,于是在血液中摄取的低密度蛋白(Low Density Lipoprotein,LDL)进一步增多,形成循环,水平下降。
他汀类药物会抑制胆固醇合成,也会使得胆固醇合成的途径中异戊二烯的产生减少,于是蛋白质活性降低,细胞不断生长、增殖、凋亡,功能发生变化。
他汀类在抑制蛋白活性后,人体血管内皮功能改善,减轻氧化应急,也抑制患者动脉粥样硬化的发展。
1 心血管系统疾病中应用他汀类药物的效果1.1 他汀类药物发挥降压及保护心肌的效果 临床应用中,他汀类药物能够对小三磷酸鸟苷进行调节,与蛋白结合从而降低血管紧张素Ⅱ和Ⅰ型受体表达,进而与ACEI 联合表现较高降压效果。
此外,因为酶Ras 相关C3肉毒毒素底物1(Rac1)参与介导烟酰胺腺嘌呤二核苷酸氧化多元复合酶的激活,应用他汀类药物抑制Rac1,减少Ang Ⅱ诱导心肌细胞与血管平滑肌细胞过氧化物产生的作用,发挥抗氧化应激功效。
一甲基澳瑞他汀e 化学结构-概述说明以及解释1. 引言1.1 概述一甲基澳瑞他汀(Simvastatin)是一种广泛应用于临床治疗高胆固醇血症和心血管疾病的药物。
它属于被称为他汀类药物的一员,是一种竞争性抑制HMG-CoA还原酶的药物,通过降低胆固醇的合成来达到降低血浆胆固醇的效果。
随着现代生活方式的改变和不良饮食习惯的普遍存在,高胆固醇血症在全球范围内变得越来越普遍。
该疾病不仅与心血管疾病的发展密切相关,还可能导致其他严重的健康问题,如动脉粥样硬化和心肌梗死等。
一甲基澳瑞他汀由黄曲霉属真菌产生,即通过天然发酵法生产得到。
然而,为了提高其药代动力学性质和治疗效果,科学家们通过改进和优化合成方法,合成了合成一甲基澳瑞他汀。
现在,一甲基澳瑞他汀已经成为一种被广泛研究和临床使用的药物。
在本篇文章中,我们将介绍一甲基澳瑞他汀的化学结构、合成方法、性质与用途等方面的内容。
通过深入了解一甲基澳瑞他汀,我们可以更好地理解它在治疗高胆固醇血症和心血管疾病方面的作用机制,并有望对该药物的未来发展提供一定的启示。
在接下来的章节中,我们将详细介绍一甲基澳瑞他汀的化学结构、合成方法以及它在临床上的广泛用途。
最后,我们将总结这篇文章的主要观点,并对一甲基澳瑞他汀的未来进行展望。
通过本文的阅读,读者将能够全面了解一甲基澳瑞他汀,为今后的相关研究和临床实践提供有益的指导与参考。
文章结构部分的内容如下:1.2 文章结构本文主要包含以下几个部分:引言、正文和结论。
引言部分通过概述一甲基澳瑞他汀的化学结构和合成方法,介绍背景知识和研究意义。
此外,本部分还会明确文章的目的,即对一甲基澳瑞他汀进行全面的分析和探讨。
正文部分将围绕一甲基澳瑞他汀展开讨论。
首先,我们将介绍一甲基澳瑞他汀的化学结构,包括其分子式、分子量等信息,并通过图表等形式直观地展示其结构。
其次,我们将详细介绍一甲基澳瑞他汀的合成方法,包括起始原料的选择、反应步骤和条件等。
生物化学在医药中的应用有哪些生物化学是一门研究生物体化学组成和生命过程中化学变化的科学,它与医药领域有着紧密的联系。
生物化学的研究成果为医药的发展提供了重要的理论基础和技术支持,使得医药领域在诊断、治疗和预防疾病方面取得了显著的进步。
一、生物化学在疾病诊断中的应用1、生物标志物检测生物化学中的许多物质,如蛋白质、酶、激素、代谢产物等,在疾病发生时其含量或活性会发生特异性的变化。
通过检测这些生物标志物,可以帮助医生早期诊断疾病。
例如,心肌梗死时,心肌细胞内的肌酸激酶、肌红蛋白等会释放入血,检测血液中这些标志物的水平有助于快速诊断心肌梗死。
又如,肝癌患者血液中甲胎蛋白的水平会显著升高,是肝癌诊断的重要指标之一。
2、基因诊断随着分子生物学技术的发展,基因诊断在疾病诊断中发挥着越来越重要的作用。
通过检测患者的基因序列,分析是否存在基因突变、缺失、插入等异常,可以诊断遗传性疾病、肿瘤等疾病。
例如,通过检测 BRCA1 和 BRCA2 基因的突变情况,可以评估女性患乳腺癌和卵巢癌的风险。
3、代谢组学分析代谢组学是研究生物体代谢产物的一门学科。
通过分析患者血液、尿液等体液中的代谢产物谱,可以发现疾病相关的代谢变化,为疾病诊断提供新的思路和方法。
例如,糖尿病患者的糖代谢紊乱,通过检测血液中的葡萄糖、糖化血红蛋白等代谢产物,可以诊断糖尿病及其并发症。
二、生物化学在药物研发中的应用1、药物靶点的发现生物化学的研究有助于发现药物作用的靶点。
药物靶点通常是与疾病发生发展密切相关的生物大分子,如蛋白质、酶、受体等。
通过研究疾病发生的分子机制,确定关键的靶点分子,为药物研发提供方向。
例如,血管紧张素转换酶(ACE)是高血压治疗的重要靶点,基于对ACE 作用机制的研究,开发出了一系列有效的降压药物。
2、药物筛选利用生物化学技术可以建立高效的药物筛选模型。
例如,基于酶活性的筛选模型,可以筛选出能够抑制特定酶活性的化合物;基于细胞培养的筛选模型,可以筛选出对细胞增殖、凋亡等过程有影响的药物。
他汀类药物1.1 总体情况他汀类(statins)药物即羟甲戊二酰辅酶A(HMG--CoA)还原酶抑制剂。
目前国内外临床上常用的降血脂药物有:胆汁酸螫合剂、烟酸类、苯氧芳酸衍生物、HMG-CoA还原酶抑制剂等,其中发展得较快的品种首推HMG-CoA还原酶抑制剂。
1987年,默克公司的降血脂药物洛伐他订(lovastatin,Mevacor)获FDA批准上市后,由于疗效显着,副反应少,耐受性好,而受到广泛的好评。
洛伐他汀的开发成功被称为调脂药物研究的里程碑,开创了降血脂药物的崭新阶段。
这是全球第一个批准上市的HMG-CoA还原酶抑制剂。
自从洛伐他汀问世后,先后又有辛伐他汀(Simvastatin,Zocor)、普伐他汀(Pravastatin, Mevalotin)、氟伐他汀(Fluvastatin, Lescol)上市。
第5个上市的是辉瑞公司的阿托伐他汀(AtorvastatinCa,Lipitor),后者为他汀类药物中唯一能明显降低高胆固醇血症病人升高的低密度脂蛋白胆固醇及甘油三酯的药物。
第6个上市的是拜耳公司的西立伐他汀(Cerivatatin,Lipobay),该药于1997年先后在英国和美国上市,但该药因不良反应于2001年8月撤下。
2000年,降血脂药(降胆固醇药)成为全球第二大治疗药物类别,全年销售额达159亿美元,同期增长21%。
2002年,辉瑞公司的阿托伐他汀(立普妥)以年销售额79.7亿美元占据了全球他汀类降血脂药物市场42%的份额,并与最接近它的竞争对手默克公司的辛伐他汀 (舒降之,Zocor)一起位居全球十大销售榜第一、二位。
2004年7月29日,默克(Merck)公司10mg规格的降胆固醇药物辛伐他汀作为非处方药物在英国投放上市,由强生(Johnson & Johnson)公司以商品名Zocor Heart-Pro进行销售至此,英国成为全世界第一个允许他汀类药物作为非处方药物销售的国家。
他汀类药物的生物技术合成以及应用摘要:他汀类药物是一类可以非常显著降低血液中胆固醇含量的药物;还可以减少中风或其他疾病的风险。
近几年来报道,他汀类药物还有其他的生物活性以及许多潜在的治疗用途。
天然他汀类药物有洛伐他汀和康帕丁,而普伐他汀是通过生物转化形成的。
辛伐他汀,是领先市场的第二他汀类药物,是一种洛伐他汀的半合成衍生物。
洛伐他汀主要是由Aspergillus terrus(土曲霉)菌株合成的,而康帕丁是由penicillium citrinum菌株合成。
洛伐他汀和康帕丁是通过液体深层发酵进行工业生产,但也固态发酵进行生产,这种新的生产方式具有一定的优势。
洛伐他汀在生物化学和遗传学上的一些研究进展让辛伐他汀在新的生产方式方面得以发展。
这种洛伐他汀衍生物可以通过monacolin J(无侧链洛伐他汀)过程有效合成,这个过程是一个酰基转移酶LovD进行的。
利用基因lovF 的组合生物合成,可以通过一种不同的方法设计土曲霉,从而使聚酮合成酶在体内合成2,2- dimethylbutyrate(simvastatin的侧链)。
这样产生的转化菌株能通过直接发酵产生辛伐他汀而非洛伐他汀。
关键字:他汀类药物生物合成和遗传学生物技术生产简介:据世界卫生组织的报道,心血管疾病是威胁健康的主导因素。
2005年,约有1750万人死于这些疾病,死亡率占全球约30%。
这种疾病是由于血浆中的胆固醇含量提高而致,因而胆固醇血症成为了动脉粥样硬化和冠状动脉疾病(Kannel等人,1961年)的主要危险因素。
一般来说,人体中的胆固醇只有三分之一是从饮食取得的,而其三分之二是由肝脏合成,还有一小部分是由其他器官合成的(Furberg 1999年;Alberts等人1980年)。
出于这个原因,抑制胆固醇的生物合成来控制其含量成为一个重要策略,以降低胆固醇在血液中浓度,如manzoni和Rollini(2002)关于他汀类的一篇报道中如是说。
他汀类药物可以选择性抑制胆固醇的合成的限速酶,即HMG-CoA还原酶。
因此,这些化合物便可以降低胆固醇含量,尤其是降低低密度脂蛋白(LDL)或低密度胆固醇(“坏胆固醇”)含量,而稍微增加高密度脂蛋白胆固醇(“好胆固醇”)的含量,因此,防止动脉内斑块的集结。
此外,他汀类药物已经运用于预防性药物前列心血管疾病,因为大量的临床试验数据显示,他汀类可以降低风险冠状动脉疾病的发病率和死亡率。
这就解释了的他汀类药物在医疗和商业领域取得巨大成功的原因。
2006年,两种他汀类药物出现于Forbes杂志的的名单之首,并入美国的20个最畅销药物之中,同为8.4美元和44亿美元的年销售额,预计他汀类药物使用量在增加。
然而,由于有关他汀类药物的专利即将关闭,再加上多种生产过程的盛行,他汀类药物与仿制药的竞争也将更加的棘手。
过去几年里,天然他汀类药物(洛伐他汀和康帕丁)的生物化学和遗传方面在科学领域取得了重要进展。
这些研究的生物技术开发创新也使衍生物的生产取得了显著进步。
一组不同的研究已经表明,他汀类治疗已经超越了降低高密度胆固醇水平的生物效应。
一些新的研究已经发现了他汀类药物许多新的生物(药)活性,如在癌症、阿尔茨海默氏症和与年龄有关的骨质流失等疾病的潜在应用。
他汀类药物的历史发展他汀类药物可分为天然他汀类和半合成衍生物,以及合成他汀类药物。
所有的天然他汀类药物都是hexahydronaphtalne内酯。
第一种他汀类药物是由科学家Sankyo Co. Ltd 在日本分离出来的,他在老鼠肝提取物通过真菌培养发现了可以抑制HMG-CoA还原酶的化合物,这种物质由Penicillium citrinum所生产的,即原名为ML236B或美伐他汀,以后叫做康帕丁(Endo et 等1976年)。
一旦弄明白了这种新化合物的潜力,默克公司的科学家便可以通过真菌进行选育。
他们分离出了土曲霉,能够产生一种非常有效的他汀类药物:洛伐他汀(Alberts等人,1980年)。
Endo et 等人(1979)从红曲霉中同样分离出同一种化合物,尽管这个物种不能经过工业生产而得到代谢产物。
除了额外的一个甲基,洛伐他汀与康帕丁的化学结构是相同的。
临床试验证明洛伐他汀可以显著降低低密度脂蛋白,而且副作用很小。
1987年,食品和药物管理局批准洛伐他汀以Mevacor的名称上市。
Sankyo研制出了普伐他汀,是一种更有效的康帕丁衍生物。
这个公司与Bristol - Myers Squibb公司联手注册分发普伐他汀和销售(如Pravachol销售)。
Merck研制的洛伐他汀第二代半合成衍生物,目前仍占领着他汀类药物的第二大市场。
这种衍生物就是辛伐他汀,虽然它是由洛伐他汀人工合成的,但它也可以利用生物技术进行生产。
Merck赞助了纳维亚辛伐他汀生存研究,对2221个被确诊为中度高胆固醇血症(200-300毫克/分升)的病人运用了辛伐他汀。
结果显示,使用辛伐他汀的患者不仅降低了胆固醇(25%)含量和低密度脂蛋白含量(35%),更重要的是,还减少42%他们的死亡率。
这些成功的的业绩吸引了其他药品公司进入他汀类药物市场。
他们花费一部分努力用于制造合成他汀类药物,紧随众所周知的商业名称为立普妥的阿托伐他汀之后,氟伐他汀(Sando Ag,Lescol)成为第一个完全合成的他汀类药物.这种产品很快成为了畅销药物。
各种合成他汀类药物的结构是不同的,而且与天然他汀类药物的结构完全不同。
只有戊二酰辅酶A的类成分,它负责抑制HMG-CoA还原酶,是常见的天然和合成他汀类药物。
(Manzoni 和Rollini 2002)。
正如前面提到的阿伐他汀(立普妥),是最重要的合成他汀类药物,其次是氟伐他汀(Lescol),瑞舒伐他汀(Crestor),拥有较小的市场份额。
还有匹伐他汀也出现在目前商业化一些东方国家。
洛伐他汀生物合成对红曲霉早期的研究表明,莫纳克汀L和J是洛伐他汀的生物合成途径中间体(Endo等人,1985)。
结果表明,莫纳克汀L是由九个醋酸分子首先合成的,然后,反过来,经羟基转换为莫纳J克汀因子。
羟基化反应中,18O2通过一个单加氧酶系统被纳入莫纳J,这个系统存在于红曲霉中自由提取的细胞色素P -450中(Komagata等人,1989)。
随后的实验展示了莫纳克汀J转化为洛伐他汀的过程(Kimura等人,1990)。
在土曲霉的研究中,经过使用标记前体表明,洛伐他汀的生物合成途径也开始醋酸,醋酸分子相互之间头尾相连连接成二聚链。
甲基常常是在侧链或蛋氨酸的C6上,并插入到结构中,然后关闭环(Shiao和Don 1987年)。
然后,主练呈环化状态,有些他汀类的主链还会通过侧链C8主链环化。
随之,经有氧氧化主链上的氧原子插入(Alberts等人1980,Greenspan和Yudrovitz 1985年,Moore等,1985年)。
对P.citrinum 和M.ruber 进行的研究途径是相似的(Endo 1985; Chakravarti和Sahail 2004年)。
因此,已经证明,洛伐他汀是由聚醋酸通过派生途径而来的(Moore等人,1985)。
由Peeves、McAda和骨髓增生异常综合征Panlabs公司的学者首创基因研究确定,I型聚酮合酶(PKS)基因对于土曲霉合成洛伐他汀是必不可少的(亨德里克森等,1999年)。
它的产品也就是现在的洛伐他汀nonaketide合酶(LNKS)已被证明(马,唐2007)要包括七个活性中心(活性中心序列:KS ketosynthase;MAT =丙二酰辅酶A:非加太酰基转移酶; DH=脱水;MT=甲基转移酶;KR= ketoreductase;ACP=酰基载体蛋白; CON=缩合域)。
在LNKS(lovB)基因的表征为理解二氢莫钠L和洛伐他汀的碳链的组装设置提供了一个平台。
此外,由于次生代谢的基因都存在于微生物体内,该基因还为克隆和定性其他参与洛伐他汀合成的基因提供了一个方便的通道。
Kennedy等人在1999年将此基因用作探针从基因组文库里面分离出两个粘粒,这两个粘粒包含完整的洛伐他汀基因产业集群。
他们发现18个超过64 kb的基因的存在。
这些基因中有两个(lovB和lovF)编码PKS。
如前所述,基因lovB编码LNKS,而lovF编码diketide合酶(DKS)。
在LNKS和DKS甲基域的存在表示,在这两种物质中甲基组可能是在聚合的过程中由S -腺苷甲硫氨酸添加上去的。
此外,该基因的功能可能在很大程度上通过序列的比较而得到预测的。
对其功能更多的了解,是通过功能诱变策略的缺失,通过中断群集中的单个基因。
现在很清楚,洛伐他汀合成簇包含两个I型聚(lovB和lovF)合成酶基因。
此外,lovE编码一个拥有典型的双核锌指结构的转录因子调控蛋白质。
lovE中断突变体不能产生洛伐他汀或中间体,而过多的中断突变造成产生更多的代谢产物。
据推测,lovE 在转录水平上调节洛伐他汀的生产。
然而,哈钦森等人于2000年发现有第二个具有相似的结构基因lovH。
由于Keller和霍恩在1997年发现,大多数次生代谢产物集群包含一个专门的调节基因,所以洛伐他汀生物的合成过程是如何应用这两个调控基因的,这并不明显。
另一方面,lovA和ORF 17编码细胞色素450单加氧酶。
主要nonaketide -派生骨架合成需要LNKS(lovB),还需要至少一种其他蛋白(烯酰还原酶lovC)与LNKS相互作用,并负责处理所需要的正确成长链,在没有lovC的情况下,LNKS就会形成共轭吡喃酮类化合物。
LNKS是包含七个活性部位的聚酶物质,并以某种类似于动物脂肪酸合成酶方式和I型PKS的细菌的功能。
此外,LovB正在减少迭代酶,使得病因不同于模块化、细菌型酶。
LovB的最小领域是反复使用丙二酰辅酶A合成nonaketide萘烷核心。
不同程度的polyketide剪裁后进行修改,每个缩合一步LovB由组合不同催化领域(包括上述所提到的分离enoylreductase,LovC)提供了关键中间体dihydromonacolin L。
LovB也包含了一个C-terminus领域内同序列的一个nonribosomal-peptide合成酶相似的领域。
在其领域中,不了解dihydromonacolin生物的功能。
最近,催化酶作为一个个体的领域已被用来分析生化和结构特点以及其他特点。
马和唐(2007)检查了最小的洛伐他汀nonaketide合成酶didomain与蛋白质。
他们调查表明,大多数检查的领域都能表示为独立的蛋白质,除了KS 领域。
LovB垫的显示板上对malonyl-CoA acetyl-CoA有强的选择性。
这种LovB垫相比于哺乳动物的FAS垫领域显示明显的不同特性,特别是在acetyl-CoA基体的特殊性上。