HMG—CoA还原酶抑制剂及其生化转化

食品与发酵工业 Food and Fermentation Industries Vo1．28 No．6 HMG．CoA还原酶抑制剂及其生物转化 于 海 方慧英 诸葛健 (江南大学教育部工业生物技术重点实验室，无锡，214036) 摘 要 对 HMG—CoA 还原 酶 抑制 剂作 用、发 现和 发 展过程 进行 了，同 时也对 几种 HMG—CoA 还原 酶 抑 制剂 的微 生 物转化 进 行 了归纳。 关键词 HMG—CoA，酶抑制剂，微 生物转化 胆固醇含量的升高是冠心病发生的主要 原因，HMG—CoA还原酶抑制剂在降低胆固 醇的药物中是最有效和 比较安全的，因而得 到广泛应用。HMG—CoA(羟甲基戊二酰辅酶 A，3一Hydroxy一3一Methylglularyl—Coenzyme)还 原酶是催化 HMG—CoA转化成羟 甲基戊酸， 也是肝内合成胆固醇的限速酶之一。因此可 有效地减少或阻断体 内胆固醇的合成，达到 防治高血脂的 目的。HMG—CoA还原酶抑制 剂和 HMG—CoA是 HMG—CoA还原酶的竞争 性抑制剂_2 J，前者的抑制能力要高于后者的 结合能力 10 000倍以上_3 J。现在 临床上用 的 HMG—CoA 还原 酶抑 制剂 有 ：美伐 他 汀 (mevastatin)、洛 伐他汀(1ovastatin)、普伐他 汀(pravastatin)、辛伐他汀(simvastatin)、阿托 伐他汀 (atorcastatin)和西立伐他汀 (cerivas— tatin)等等。其中美伐他汀、洛伐他汀是微生 物产生的，普伐他汀是在微生物作用下将美 伐他汀羟基化形成的。辛伐他汀是半化学合 成的(底物是洛伐他汀)，其余的全是化学合 成的 。 现在研究发现 HMG—CoA还原酶抑制剂 可防治中风[ 、促进骨的形成[ ]和治疗骨质 疏松症 j，它也能 降低病 人的 c活性 蛋 白 (CRP)的血浆浓度，一些最新结果也进一步 证实长期使用他汀类药物通过消炎减少心血 管疾病的发生l7]。HMG—CoA还原酶抑制剂 可降低 HFH(家族性高胆固醇血症病人)的 TC(总胆固醇)和 LDL(低密度脂蛋白)的水 第一作者：博士研究生．讲师。 收稿 日期：2001—12—31 66 平，有效延缓动脉粥样硬化的进展_8．9 ；他汀 类药物还具有非降脂的作用【1引。现在 又对 HMG—CoA还原酶抑制剂的空间结构和作用 机理有 了更深入 的研究 ⋯。 因此研 究 HMG— CoA还原酶抑制剂对治疗一些疾病尤为重 要，它的优势正在逐渐体现出来_1 。有学者 认为对 HMG—CoA还原酶抑 制剂 的研 究是 21世纪的一个新课，不亚于当年青霉素的 发现 [12] 1 HMG—CoA还原酶抑制剂发现 Endo在 1971年寻找通过微生物生产治 疗胆固醇的药物时，从 6 000多株 中筛选 出 一 菌株 (Penicillium citrinum)，它的提取液 具有抑制 HMG—CoA还原酶 的作用，称之为 ML一236B(compactin、mevastatin) ；将提 取 液进行分离和提纯，最终确定其结构(图 1)， 在医学上称之为美伐他汀，又名美瓦停。其 他一些研究者证实它在哺乳动物与高胆固醇 血症患者中都有明显的降低血清中总胆固醇 水平的作用。后因在 日本谣传它能使狗的小 肠发生形态学上的改变而停止临床应用_1 。 1976年，Endo研 究小组将美伐 他汀样 品和一些相关数据无偿提供给 Merck公司， 通过动物试验得出相 同的结论。不久以后， 该公司从土壤中分离到 Aspergillu5 terre 5， 它能产 生美伐 他汀的类似物——洛伐 他汀 lovastatin，乐瓦停，美降之)，发现它的抑制效 果优于美伐他汀_1 ．1 ，并能明显降低血清(中 综 述 与 专 题 评 论 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 28卷 第 6期 于 海等：HMG—CoA还原酶抑制剂及其生物转化 Compactin 睾伐他汀 氟沸他j丁 阿托伐他i丁 两立伐f电f丁 HMG~ oA 图 l HMG-CoA还原酶抑制剂和 HMG—CoA结构示意图 总胆固醇的含量和原发性高胆固醇血症病人 次为 10、11和 28 nmol／L；而 HMG—CoA与 的 LDI 一胆固醇，因其安全性好，在 1987年获 HMG-CoA 还 原 酶 结 合 的 米 氏 常 数 为 4 得 FDA批准用于临床 。 “mol／L[ 。 2 化学合成 的 HMG—CoA还原酶抑制 剂 由于 HMG—CoA还原酶抑制剂 有一个基 本的结 构：多聚酮 和 羟基 内酯，并 且 发现 HMG—CoA还原酶抑制剂的作用位点是羟基 内酯，这就促使研究者在保持其基本结构不 变而对其进行化学修饰，Merck公 司首次以 洛伐 他 汀 为 底 物 合 成 辛 伐 他 汀 (simvas— tatin)，1994年瑞士 Sandoz公司首次人工合 成氟伐他汀(fluvastatin)，之后美国的 Warne— Lambet公司上市了 目前分子质量最大的含 氟的他汀类药物阿托伐他汀(atorvastatin)； 1997年德国 Bayer公司上市了西立伐他汀 (cerivastatin)，是 合成他汀类物质 中分子质 量最小的药物_1 (图 1)。有学者还对 HMG— CoA还原酶抑制剂 的抑制效果进行 了比较， 发现 阿托 伐他 汀抑 制 效果 最 好，IC5 为 8 nmol／L，美伐他汀为最次，ICs 为 23 ntool／L， 西立伐他汀、辛伐他汀和氟伐他汀的 IC5 依 3 几种 HMG—CoA还原酶抑制剂 的生 物转化 3．1 美伐他汀到普伐他汀 (pravastatin)的 生 物转化 普伐他汀最初是从给药(美伐他汀)后的 哺乳动物的代谢产物中分离得到的。发现它 比美伐他汀更为有效[1 。这就促使研究人 员试图通过微生物将美伐他汀转化成普伐他 汀(图 2)。最早获得成功的是 Serizawa课题 组，他们从大约 1 000株细菌和真菌 中进行 筛选，结果发现在 13个属 26个种的真菌中 有 53株菌具有此转化作用；而细菌中具有此 转化作用的菌株很少，多数为放线菌，主要为 Nocardia sp． 和 Streptomyces roseochro— mogenus。在真 菌 中最 好 的 一株 为 Mucor hiemalis SANK363672。转 化 率 大 约 为 43．7％。后来他们又发现含有 P450单氧化 酶的 Streptomyces carbophilus也是 具有此转 化作用。在此研究基础上，Amold["]研究小 67 一一 -． 蝎 综 述 与 专 题 评 论 维普资讯 http://www.cqvip.com 食品与发酵工业 Food and Fermentation Industries Vo1．28 No．6 组检测其中有转化作用的 59株放线菌，发现 有一 株 Actinomadura sp．2966(后 编 号 为 ATCC 55678)具 有 较 高 的 转 化 率 (65～ 78％)。此研究小组从菌龄、培养基、底物添 加方式等方面进行了系统的研究。 美伐他汀 羟荩化 普伐他汀 图 2 美伐 他 汀和 普伐 他 汀相互 关 系 图 3．2 洛伐他汀和 辛伐他 汀的生物转化 3．2．1 微生物 对洛伐他汀 的转化 微生物对洛伐他汀(图 3 a)的转化是在 1983年 由日本学 者_1 6_首次提 出，他 们在进 行美伐他 汀转 化成普伐他汀 时，偶然发现 MM∞rh瑟mnlis SANK3 6 3 67 2对洛 伐 他 汀 也具有转化作用，产物分别是 6一羟基一洛伐他 汀和 -a-羟 基一异一洛 伐 他 汀 (产 率 分 别 为 17．3％和 16．3％)，它们的结构式见(图 3 b、 c)，但二者对 HMG—CoA还原酶 的抑制效果 低于洛伐 他汀。1990年，Merck公 司发现 Actinomycete MA 6474(ATCC5 3828)在 适 合的条件下，对洛伐他汀的钠盐具有转化作 用，可生成 6一羟 甲基一洛伐他汀和 8一酰基洛伐 他汀。后者对 HMG—CoA还原酶 的抑制效果 好于洛伐他汀(EP381478；08．08．90)。1997 年 ，Antonia Jekkelt 发 现 Absidia coeruleu IDR705 (IDR： Institute for Drug Research I td．，Budapest，Hungary)对洛伐他汀有转 化作用，产物有两种：一种是 C2位的 CH3被 CH，OH所取代，此物质为新物质(图 3 d)；另 一 种是以前为化学合成的物质(图 3 e)。二 者对 HMG—CoA还原酶的抑制效果同洛伐他 汀相 似。 图 3 洛伐他汀衍生物的结构示意图 还有一种是将洛伐他汀转化为 triod acid (图 3 f)。由于它保 留了 HMG—CoA还原酶 抑制剂的主要结构，因而它对 HMG—CoA还 原酶也具有抑制作用，同时 triod acid还具有 以下两点优越性 ：(1)triod acid可作为中间 体合成新的他汀类物质；(2)由于洛伐他汀和 辛伐他汀结构极其相似，在辛伐他汀合成之 后很难将未反应的洛伐他汀除掉，若将洛伐 他汀转化成 triod acid，再通过结晶法就可将 triod acid和 辛伐 他汀 分开。菌 株 Clonos— tachys compactiuscula对洛伐他 汀的钠盐或 铵盐就 有此 种转化作用，产率可达 60％以 上，而对辛伐他汀没有作用。Schimmmel等 人还对转化酶的性质进行了研究_1 。 3．2．2 微生物对辛伐他汀 的转化 最初研究辛伐他汀生物转化的是 Merck 公 司[ ， ]，发 现 Nocnrdin ntotrophifn sP． amethystina 和 Actinomycete MA6474 (ATcC53828)对辛伐他汀有 明显的转化作 用，转化后的产物见(图 4)，其中 b物质有 a、 8两 种 形 式。对 Nocardia atotrophica sp． nmethystina来说，高浓度的辛伐他汀对转化 有抑制作用，而低浓度 、流加培养有利于转化 产品的生成，作者还讨论 了在小试和中试 中 溶解氧、种子培养基、流加方式等对转化率的 影响；而 Actinomycete MA6474是从土壤 中 综 述 与 专 题 评 论 ／-． 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 28卷 第 6期 于 海等：HMG—CoA还原酶抑制剂及其生物转化 分离得到的，主要对辛伐他汀钠盐有转化作 用，文章中讨论了转化培养基的种类、pH、无 机盐等对转化率的影响，还对转化产品中的 a8二者 比例的产量进行了讨论。 b 图 4 辛伐他汀 2种衍生物的结构示意 图 4 结 语 探讨利用微生物的转化作用来合成新的 抑制剂或抑制剂的类似物，上面所讨论的生 物转化是较为成功的例子 ；现在许多进行 临 床试验的 HMG—CoA还原酶抑制剂都是化学 合成的(由于西立伐他汀与其他降脂药物如 吉非贝齐联用，导致罕见的肌无力不 良反应， 因而 它 已从全 球 市场 撤 出[ 0])；当 HMG— CoA还原酶抑制剂的家族 出现新成员时，就 需要对其 进行 一系列 的试验 ；因此 HMG— CoA还原酶抑制剂的研究是一项系统工程， 需各学科学者共同努力。 参 考 文 献 1 Istvan E S，Deisenhofer J．Science，2001，292 ： 1160～ 1164 2 张哲峰，刘铁钢，张 冬 ．中国现代应用药学杂， 1999，16(6)：1--4 3 Akira E．Journal of Lipid Research，1992， 33 ： 1 569～ 1 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