雄烯二酮的微生物生产与转化研究进展

１．２．１
甾体微生物转化产生４ＡＤ的菌株
甾体微生物转化是通过微生物产生一种或一系 列的胞内或胞外酶对甾体化合物的分子结构进行修 饰和改造的的过程．近些年来，关于微生物转化生产 甾体激素类药物方面已被广泛研究．通过微生物转 化甾体化合物生产甾体激素类药物关键中间体 ４ＡＤ已成为甾体医药工业普遍的生产技术，几乎替 代了传统的化学工艺方法［６］．经研究发现：许多微生 物如简单节杆菌（Ａ订＾ｒ０６口ｆ把ｒ ５ｉｍ夕ｚｅｚ）、芽孢杆菌
万方数据
浙江工业大学学报
第４３卷
素结构，使其激素活性降低，蛋白同化活性提高而得 到．如南诺龙（Ｎａｎｄｒ０１０ｎｅ）、康力龙（Ｓｔａｎｏｚｏｌ０１）和 丙酸睾丸素（Ｔｅｓｔｏｓｔｅｒｏｎｅ Ｐｒｏｐｉｏｎａｔｅ）等，主要用于 治疗骨质疏松、血管疾病和发育疾病等［２］． 雄甾一４一烯一３，１７一二酮简称雄烯二酮（Ａｎｄｒｏ— ｓｔｅｎｅｄｉｏｎｅ）（４ＡＤ），分子式为Ｃ１９
甾醇（Ｓｔｅｒ０１）是广泛存在于自然界中由３个己 烷环及一个环戊烷稠合而成的环戊烷多氢菲衍生 物，是一类重要的甾体化合物，按其原料来源主要分 为植物性甾醇、动物性甾醇和菌类甾醇三大类．植物 性甾醇包括谷甾醇、豆甾醇和菜油甾醇等，动物性甾 醇以胆固醇为主，而麦角甾醇则属于菌类甾醇．由于 自然界中动植物甾醇的来源广泛，可以从大豆、玉米 等植物中提取豆甾醇、伊谷甾醇和菜油甾醇等植物 甾醇，也可以从猪、牛、鱼等动物的脂肪和油中提取 胆固醇等［９］，加之这些甾醇价格低廉，所以通过微生 物转化廉价的甾醇制备４ＡＤ是现在甾体微生物转 化制备４ＡＤ的重点． 在近期的研究中，Ｙｕｃｈａｎｇ Ｌｉｕ等［１叩从云豹
ｓｕｂｓｔ豫ｔ姻ａ州ｏｏｒｒ嚣舯岫Ｉｌｉ嚷
ｆｏｒ ｐｍｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ４ＡＤ
ｂｉ蝴ｔａｌｙＳｔｓ
ｕｓｅｄ
的从喜马拉雅山脉的西北土壤中分离出的诺卡氏菌
（Ｎｏｃ口ｒｄ沈ｓｐ）也具有将胆固醇（Ｉ）转化成４ＡＤ的 能力，如图１所示．Ｍ．Ｊ．Ｃ．Ｃｌａｕｄｉｎｏ等［１２３采用硅酮 固定化分枝杆菌（Ｍｙ∞６ｎｃ抛ｒｉ“ｍ
ｏｎ
ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｒａｎｓｆｂｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔｅｒｏｉｄａｌ ｄｒｕｇｓ
ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ ４ＡＤ ｂｙ ｍｉｃｍｂａｃｔｅｒｉａ
ＷＡＮＧ
Ｈｏｎｇ，ＺＨＯＵ Ｑｉｃｈｕｎ，ＳＨＡ０ Ｙａｎｙａｎ，ＣＨＥＮ Ｓｕ
Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１００１４，Ｃｈｉｎａ）
ａｎ
ｋｅｙ ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ
ｓｔｅｒｏｉｄ ｈｏｒｍｏｎｅｓ ｄｒｕｇｓ．
ｎｏｔ
Ｍｉｃｒｏ源自文库ｉａｌ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｉｓ
ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ ｆｏｒ ｓｏｍｅ ｒｅａｃｔｉｏｎｓ ｗｈｉｃｈ ｍａｙ
ｏｎｅ
ｈａｐｐｅｎｅｄ ｕｎｄｅｒ
ａ
第４３卷第６期 ２０１５年１２月
浙江工业大学学报
ＪＯＵＲＮＡＬ ０Ｆ ＺＨＥＪＩＡＮＧ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＴＥＣＨＮｏＬＯＧＹ
ｖ０１．４３ Ｎ０．６ Ｄｅｃ．２０１５
雄烯二酮的微生物生产与转化研究进展
王鸿。周启春。邵燕燕。陈苏
（浙江工业大学药学院，浙江杭州３１００１４）
摘要：甾体激素类药物在制药行业至关重要，在医疗领域的应用范围不断扩大，并已广泛应用于临 床，而雄烯二酮是生产甾体激素类药物不可或缺的关键中间体．微生物转化可以替代一些化学合成 难以进行的反应，逐渐成为甾体激素类药物生产的关键技术，通过微生物转化得到药物关键中间体
１００余种，４ＡＤ已成为生产这些甾体激素类药物的
基本原料，并且它的应用领域也在不断的扩大，不仅
合成常用的甾体激素类药物，还应用于新药的研发
和生产，如用于治疗乳腺癌的抗肿瘤药物福美司 坦［４］就是通过对４ＡＤ的研究合成出来的新的甾体 激素类药物．而且４ＡＤ还可以作为类固醇类激素免 疫抗原，应用于诱导动物的双胎及多胎生产，对拯救 濒危物种起到了十分重要的作用．因此，随着甾体类
ｓｐ．ＮＲＲＬ Ｂ＿
３８０５）细胞技术对谷甾醇（ＩＩ）进行生物转化生产出 了４ＡＤ，并且比自由细胞转化有更好的转化活性和 稳定性．随后Ｆｉｌｉｐｅ Ｃａｒｖａｌｈｏ等［１３３用此株菌株在水 和有机相的双相体系中转化谷甾醇（ＩＩ），同样得到
了４ＡＤ，并具有很好的转化效率，如图１所示．
Ｖｒｕｓｈａｌｉ
Ｇｕｌｌａ等［１４１采用丝裂霉素Ｃ和紫外联合处
ｒｅｇｕｌａｒ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｗａｙ．Ａｎｄｒｏｓｔｅｎｅｄｉｏｎｅ ｉｓ ｔｈｅ
ｔｏ
ｗｈｉｃｈ
ｃａｎ
ｂｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ
ａｓ
ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ａｎｄ ｔｈｅｎ ｂｅ ｕｓｅｄ
ａｎ
ｐｒｏｄｕｃｅ ｖａｌｕａｂｌｅ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ ｏｆ ｓｔｅｒｏｉｄ ｈｏｒｍｏｎｅｓ
理获得许多突变株，通过对突变株的筛选，发现了一 株偶发分枝杆菌能够降解豆甾醇（ＩＩＩ）Ｃ一１７的边链 获得４ＡＤ，如图１所示．Ｙａｎｂｉｎｇ Ｓｈｅｎ等［１司报道了 新金分枝杆菌可将菜油甾醇（ＩＶ）和菜籽甾醇（Ｖ）转
１．２．２
不同甾醇微生物转化生成４ＡＤ
化成４ＡＤ，他们利用两株新金分枝杆菌通过在转化 体系中加入羟丙基一ｐ一环糊精来提高生产４ＡＤ和 ＡＤＤ的产率及反应速率．Ｚｈｉｌｏｎｇ ｗａｎｇ等［１６１用分 枝杆菌通过浊点系统中微生物静息细胞转化也证明 了混合植物甾醇中菜油甾醇（ＩＶ）能够转化成４ＡＤ， 如图１所示．Ａｒａｃｅｌｉ ０ｌｉｖａｒｅｓ等［１７３报道的文献中指 出谷甾烷醇（肛ｓｉｔｏｓｔａｎ０１）（ＶＩ）和菜油甾烷醇 （Ｃａｍｐｅｓｔａｎ０１）（ＶＩＩ）也可以通过分枝杆菌生成 ４ＡＤ，如图１所示．另外，ｗｅｂｅｒ等报道的麦角甾醇
万方数据
第６期
王鸿，等：雄烯二酮的微生物生产与转化研究进展 表ｌ生产４ＡＤ的微生物及其利用的底物
（Ｎｅｏ＾ｚｉｓ咒Ｐ她ｚｏｓ口）的粪便中分离出一株新的放线 菌戈登氏菌（Ｇｏｒｄ０７２如行ｅｏ＾ｚｉ厅Ｐｃｉｓ）能够选择性的
降解胆固醇（Ｉ）生成４ＡＤ．Ｐｒｅｅｔｉ Ｓｈａｒｍａ等ｎｕ报道
ＴａＭｅ １
Ｄｉｆｆｅ代ｎｔ
Ｈ２６
也低，而且工艺十分复杂，对环境的污染也很严重． １．２微生物转化法 微生物转化法产生４ＡＤ最早可追溯至上世纪 ６０年代，美国的生物学家Ｓｉｈ等［５１首先发现可以利 用微生物放线菌切除饱和甾醇的侧链而得到４ＡＤ， ４ＡＤ再经化学结构修饰可合成几乎所有的甾体激 素类药物．这一发现打破了传统方法用薯蓣皂素生 产４ＡＤ工艺繁杂、产率低、价格贵以及污染大等的
（Ｃ０ｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌ
Ａｂｓｔ憎ｃｔ：Ｓｔｅｒｏｉｄ ｈｏｒｍｏｎｅ ｄｒｕｇｓ
ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｃｌｉｎｉｃａｌ
ａｒｅ
ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｉｎ ｔｈｅ
ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌ
ａ
ｉｎｄｕｓｔｒｙ ａｎｄ ｈａＶｅ ｂｅｅｎ
ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．
Ａｎｄｒｏｓｔｅｎｅｄｉｏｎｅ ｉｓ
就成功的通过两株分枝杆菌（蜘缸础？ｒｉ“优ｓｐ．
ＮＲＲＬ Ｂ一３ ６８ ３和Ｍｙｃ０６口ｃ￡盯ｉ“ｍ
ｓｐ．
ＮＲＲＬ
Ｂ
１
４ＡＤ的生产
３８０５）转化谷甾醇（Ｓｉｔｏｓｔｅｒ０１）、豆甾醇（Ｓｔｉｇｍａｓｔｅ卜 ０１）、胆固醇（Ｃｈ０１ｅｓｔｅｍｌ）、麦角甾醇（Ｅｒｇｏｓｔｅｒ０１）４
１．１化学合成 传统工艺生产４ＡＤ的主要方法是从动植物中 分离出的类固醇中间体原料合成，这种方式使用的 原料主要从薯蓣属植物穿地龙、黄姜、柴黄姜和黄山 药等的根茎中提取薯蓣皂素，经化学合成而制成，也 有从动植物组织液中直接提取或者由非甾体化合物
激素药物生产的不断发展，对４ＡＤ的生产及其转化
的甾体激素类药物化合物的研究已成为甾体药物研 究领域的热门．本文主要综述了近年来微生物法生 产４ＡＤ及其转化成甾体激素类药物化合物的研究 进展．
的生物降解获得关键中间体４ＡＤ［７。，其中，通过微 生物分枝杆菌对甾醇侧链Ｃ。，位降解、Ｃ。．ｅ位双键
的氢化以及Ｃ３位上的羟基的酮基化是典型的微 生物转化生产４ＡＤ的例子．Ｐａｔｔａｎａ ｓｒｉｐａｌａｋｉｔ等¨１
种甾醇制备出４ＡＤ．其实早在１９４４年就有报道分 枝杆菌能够利用胆固醇和植物甾醇作为唯一碳源 进行生长繁殖，接着美国Ｓｉｈ和日本Ａｒｉｍａ先后成 功的通过微生物转化甾醇获得４ＡＤ，随后人们从
环境中筛选出很多不同微生物来转化甾体化合物
制备４ＡＤ．表１详列了生产４ＡＤ的微生物及其利 用的底物．
化学法直接合成，这三种方式不仅成本消耗高，产率
ｈｏｒ—
ｍｏｎｅｓ），如醛固酮（Ａｌｄｏｓｔｅｒｏｎｅ）、去氧皮质酮（ＤＩｅｓ— ｏｘｙｃｏｒｔｏｎｅ）、氢化可的松（Ｈｙｄｒｏｃｏｒｔｉｓｏｎｅ）、可的松
收稿日期：２０１５—０３—２３ 基金项目：国家自然科学基金资助项目（３０９７３６８１） 作者简介：王鸿（１９７２一），女，黑龙江齐齐哈尔人，教授，博士生导师，研究方向为药学，Ｅ＇ｍａｉｌ：ｈｏｎｇｗ＠ｚｊｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ．
ｃｏｒｔｅｘ
（Ｃｏｒｔｉｓｏｎｅ）和地塞米松（Ｄｅｘａｍｅｔｈａｓｏｎｅ）等，主要 用于免疫抑制、抗炎和抗毒素等；２）性激素（Ｓｅｘ— ｈｏｒｍｏｎｅｓ），包括雌激素（Ｅｓｔｒｏｇｅｎｓ），如雌二醇（Ｅｓ— ｔｒａｄｉ０１）等，孕激素（Ｐｒｏｇｅｓｔｏｅｎｓ），如孕酮（Ｐｒｏｇｅｓ— ｔｅｒｏｎｅ）等和雄激素（Ａｎｄｒｏｇｅｎｓ），如睾酮（Ｔｅｓｔｏｓ— ｔｅｒｏｎｅ）等三类，主要用于治疗性功能型疾病和避孕 等；３）蛋白同化激素（Ａｎａｂｏｌｉｃ ｓｔｅｒｏｉｄｓ），是一种半 合成激素类药物，主要通过改造天然来源的雄性激
（Ｂ口ｃ洲越ｓ）、棒状杆菌（Ｃｏｒｙｎ已６口ｃ抛ｒｉＭｍ）、诺卡氏菌
（Ｎｏｃｎ以缸）、短杆菌（Ｂ理讥６口ｆｔＰｒｉ乱仇）、沙雷氏菌 （ＳＰｒｒ口“沈）、马红球菌（Ｒ＾ｏｄＤｃｏｃｃＭｓ ｅｑ以）、溶脂短 杆菌（Ｂｒｅ讲６口以Ｐ““ｍ ｚｉ声ｏｚｙｔｉｆＭｍ）、新月弯胞霉菌 （ＣＭｒ伽缸＾ｎ ｚ牡，ｚｎ施）和分枝杆菌（ＭｙｃＤ６口ｃ￡Ｐ一乱ｍ） 等都能够对一些甾体化合物的的侧链进行选择性
０２，是生产甾
体激素类药物不可替代的的关键中间体．雄烯二酮 的发现最早可追溯至１９３１年，当时Ｂｕｔｅｎａｎｄｔ在一 名男性警察的尿液中发现了雄烯二酮的存在，并将 其命名为雄甾酮，随后通过对雄烯二酮的研究，确立 了其化学结构及其在机体内的作用．研究表明：４ＡＤ 在体内，就像是甾体激素类化合物的营养补充剂，可 以作为雄激素和雌激素的前体，通过代谢生成雌雄 激素来维持机体的正常运转，如人体内对运动性能 很重要的睾酮，其含量的二分之一就是通过腺外 ４ＡＤ转化而来．另外，人们发现４ＡＤ也具有蛋白同 化激素的特性［３］．而在体外，通过大量的研究发现， 以４ＡＤ作为起始原料几乎可以生产所有肾上腺皮 质激素、性激素及蛋白同化激素等甾体激素类药物， 如用于治疗心血管疾病的坎利酮、普利酮和螺内酯 等和用作避孕药的性激素类药物炔诺酮等，都可以 通过４ＡＤ生产，目前工业上用４ＡＤ生产的药物有
ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ．
Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，
ｔｈｅ ａｄｖａｎｃｅｓ ｏｆ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｂｉｏｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｉｔ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｕｓｅｄ
ａｓ ａ
ａｎｄｒｏｓｔｅｎｅｄｉｏｎｅ ｗｅｒｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ． ｓｔｅｒｏｉｄ ｈｏｒｍｏｎｅ ｄｒｕｇｓ．
雄烯二酮，再由其生产出有价值的甾体激素类化合物，已成为现在研究的热点．通过微生物法生产
及转化雄烯二酮的研究进展的综述，为进一步甾体激素类药物的研究提供了参考． 关键词：雄烯二酮；生物转化；甾体化合物 中图分类号：Ｑ８１５ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００６—４３０３（２０１５）０６一０６１１一０７
Ｓｔｕｄｉｅｓ
ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｆｕｒｔｈｅｒ ｒｅｓｅａｒｃｈ
ｏｆ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｎｄｒｏｓｔｅｎｅｄｉｏｎｅ；ｂｉｏｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ；ｓｔｅｒｏｉｄ
甾体激素类药物是世界上仅次于抗生素的第二 大类药物，对机体起着非常重要的调节作用，已经成 为临床上不可缺少的药物［１］，被广泛应用于消炎、避 孕、治疗心血管疾病、抗肿瘤、人体器官移植、内分泌 失调和老年性疾病等．甾体激素类药物主要分为三 大类：１）肾上腺皮质激素（Ａｄｒｅｎａｌ
种种束缚，为甾体激素类药物的生产提供了新的途
径．接着，７０年代Ｍａｒｓｃｈｅｃｋ等用诱变方法筛选到 分枝杆菌突变株，能有效产生４ＡＤ．随后德国先令
（Ｓｃｈｅｒｉｎｇ
ＡＧ），日本三菱化成，荷兰Ｇｉｓｔ，美国Ｕｐ—
ｊｏｈｎ等许多大的制药公司先后对４ＡＤ开发成功， 并已应用于生产，使得微生物转化逐步成为生产 ４ＡＤ的关键技术．