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Angew|邓子新院士团队通过破译甾醇降解途径中双功能还原酶助力重要甾体药物前体高产

来源:admin  浏览量:  更新时间:2020-12-22 09:26:14


近日,《德国应用化学》(Angewandte Chemie International Edition,IF 12.95)在线发表了武汉大学药学院邓子新院士团队关于通过破译甾醇降解途径中双功能还原酶助力重要甾体药物前体高产的最新研究进展。这也是邓子新院士团队继2019年发表在Nature Communications相关工作的基础上,在甾类药物领域的又一次最新突破。论文题为A Dual Role Reductase from Phytosterols Catabolism Enables the Efficient Production of Valuable Steroid Precursors武汉大学药学院博士后彭海东为该论文的第一作者,瞿旭东教授为该论文的通讯作者。该研究工作得到国家自然科学基金和国家重点研发项目的支持。

甾体类药物是目前化药工业上仅次于抗生素类药物的第二大类药物,约有400多种药物已应用于临床,每年约1,000,000吨(销售额达1000亿美元)的市场需求。由于此类药物结构的复杂性,其生产主要依靠PG4-AD的半合成;目前工业上,PG4-AD的生产主要是通过薯蓣皂苷的化学降解和植物甾醇的生物降解。虽然这些方法已应用多年,但PG生产过程中存在的步骤冗长、产率低和环境污染严重,以及4-AD降解合成过程中副产物4-HBC难以除去等问题仍待解决。目前,化学方面,研究者可直接应用普通试剂仅两步合成就可从4-HBC半合成PG,大大降低了合成成本且简化了合成步骤。然而,4-HBC仅仅是4-AD生产过程中的副产物,其产量较低,如何获得高产的4-HBC,又如何解决4-HBC4-AD的影响,成为目前需要解决的关键。

 

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该研究中,作者在植物甾醇的降解途径中发现一个新颖的具有双功能作用的还原酶mnOpccR,该酶既可以以四电子的方式还原3-oxo-4-pregnene-20-carboxyl-CoA (3-OPC-CoA)形成20-hydroxymethyl pregn-4-ene-3-one (4-HBC),也可以以二电子的方式还原3-oxo-4-pregnene-20-carboxyl aldehyde (3-OPA)形成4-HBC。通过失活或者过表达新金色分枝杆菌(Mycobacterium neoaurum)中mnOpccR,可分别高效专一地实现4-AD4-HBC的高产。再通过两步简单合成反应,4-HBC可高效转化形成100 g级的PG

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新金色分枝杆菌中甾醇的降解途径

 

为了提高4-HBC的产量,作者首先将该代谢途径中唯一的kstD失活,结果显示其确实只产4-AD4-HBC进一步地,作者通过生物信息学分析以及酶的活性测试实验,发现了参与合成4-HBC的关键双功能还原蛋白mnOpccR;同时,还对mnOpccR的催化还原机制进行了解释。再次,作者通过操纵新金色分枝杆菌Mycobacterium neoaurum中该基因的失活与过表达可以在4-AD4-HBC之间改变代谢通量,进而高效专一地生产4-AD4-HBC。最后,通过结合两步合成方法可以将4-HBC高效转化为PG

该研究工作提供了一个可以解决上述长期存在的问题的切实可行的PG4-AD的制造方案。

 

论文链接:https://doi.org/10.1002/anie.202015462