第十四章 甾体激素的微生物转化工艺
生物转化与甾体药物
（５）双键的导入反应 ① 饱和3－酮和Δ4-3－酮甾体的1位脱氢 ② 饱和3－酮和Δ’-3－酮甾体的4位脱氢 ③ 伴着Ａ环芳香化的１位脱氢 ④ Δ1（10）5－3β－甾醇的芳香 化 ⑤ 羟基、酯或过氧化合的消除 （６）过氧化反应 ① 5，7-双烯间形成5α、8α-表二氢化合物 ② 氢过氧化（Hydroperoxidation） ７）杂原子氧化 ① 立体专一性氧化硫醚生物到转化亚与甾砜体药物
•还原反应 （１） 还 原 酮 到 醇 （２） 还 原 醛 到 醇 （３） 还 原某氢过氧化物到醇 （４） 还 原 烯 醇 到 伯 醇 （５） 双 键 饱 和 ① 还 原Δ1，4-3-酮到Δ4-3-酮 ② 还 原Δ4-3-酮到饱和３- 酮 ③ 还 原Δ4，6-3-酮到Δ4-3-酮 ④ 还 原Δ1，6-20-酮到饱和20-酮 ⑤厌氧性脱羟基
C H 2O H
C 2H 5
A cO S ito s te ro l d e riv a tiv e (L X III)
N o c a rd ia S p . w ild ty p e
HO
O
E ste ro n e (X X X V II) O
HO C h o le ste ro l(V III)
R
HO R = H -c h o le ste ro l(V III) C 2 H 5 -sito ste ro l(V II)
M y c o b a c te ria e n z y m e in h ib ito rs
O A n d ro s ta -1 ,4 -d ie n e -3 ,1 7 -d io n e (X X III)
Ni2+, Co2+, Pb2+, SeO32-, AsO2-
甾体生物转化技术研究的现状与进展_许正宏
生物催化剂的种类不够多、适用的反应类型有 限是当前限制甾体生物催化发展的因素之一，因此 需要大规模从自然界筛选特定功能的催化剂，或对 原有的催化剂进行改造。目前在高产菌株的选育 中，诱变育 种 仍 然 是 普 遍 应 用 并 十 分 有 效 的 方 法， 但由于甾体类微生物的转化菌株大多数为放线菌、 霉菌等，相 对 细 菌 来 讲，这 类 菌 株 细 胞 结 构 的 复 杂 性和特殊性导致采用菌丝体的诱变方法很难达到 预定的诱变效果。因此，在了解菌株细胞结构特征
（ BK2012127） 作者简介： 许正宏（ 1971—） ，男，江苏泰州人，教授，博士生导师，研究方向： 生物催化及传统发酵，E-mail： zhenghxu@ jiangnan． edu． cn
第2 期
许正宏等： 甾体生物转化技术研究的现状与进展
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合物的普通中间体，如利用生物转化降解植物甾醇 （ 豆甾醇、谷甾醇、麦角固醇） 边链生成有用的甾体 医药中间体，主要为雄甾 4 烯，3，17 二酮（ AD） 及雄甾 1，4 二烯，3，17 二酮（ ADD） ； ②对甾体药 物的特定位点进行修饰，生成具有生物活性但化学 合成法难以合成的化合物，如 9α、11α、11β、7α、15α 等位点的羟化，Δ1 脱氢及 A 环的芳香化等［4］。甾体 生物转化反应的多样性，不仅解决了化学合成法步 骤多、效率低、成本高和污染大的缺点，而且为甾体 药物的合成提供了更多的途径。因此，生物转化技 术作为甾体药物合成工艺中的补充替代途径，将成 为甾体医药工业的关键生产技术。
32
生物加工过程
第 11 卷
图 1 甾醇边链的降解 Fig． 1 Microbial degradation of sterol side-chains
甾体激素类生物技术药物的生产
蛋白同化激素的性激 素的作用减弱，而蛋 白同化作用仍然保留 或增强，临床使用比 较安全：①促进蛋白 质合成和抑制蛋白质 异化；②加速骨组织 钙化和生长；③刺激 骨髓造血功能，增加 红血球量；④促进组 织新生和肉芽形成； ⑤降低血胆甾醇。
性激素的重要生理功能是刺 激副性器官的发育和成熟， 激发副性特性的出现，增进 两性生殖细胞的结合和孕育 能力，还有调节代谢的作用。 雄性激素主要由睾丸和肾上 腺皮质所产生，卵巢也有少 量合成。
（三）发酵罐培养工艺 将玉米浆、酵母膏、硫酸铵、葡萄糖及水投入发酵罐中，搅拌， 用氢氧化钠溶液调整物料pH到5.7～6.3，加入0.03％豆油，灭菌 温度120℃，通入无菌空气，降温至27～28℃，接入犁头霉孢子 悬浮液，维持罐压58.8kPa，控制排气量，通气搅拌发酵28～32h。 用氢氧化钠溶液调pH到5.5～6.0，投入发酵液体积0.15％的莱氏 化合物S，氧化48h后，取样做比色试验检查反应终点。
（三）甾类激素 药用价值
糖皮质激素是由肾上腺束状带细
胞所合成和分泌，主要影响人体 的糖、蛋白质和脂肪的代谢，而 对水、盐的代谢作用影响较小。 临床上主要用于抗炎、抗过敏等， 如可的松和氢化可的松。
盐皮质激素是由肾上腺的球状带 细胞所分泌，主要作用是促进钠 离子由肾小管的重吸收，从而使 钠的排泄量减少，促进钾的排泄。 临床上主要用于治疗慢性肾上腺 皮质机能减退症(阿狄森病)及低血 钠症，如醛甾酮和去氧皮甾酮等。
雌性激素包括雌激素和孕激 素两类，主要由卵巢合成和 分泌，肾上腺皮质和睾丸也 能少量合成。
项目引导
二、甾类激素药物的生产方法 甾体微生物转化
生长阶段
转化阶段
项目引导
二、甾类激素药物子 制备
种子 培养
江南大学科技成果——甾体类化合物的生物转化技术
江南大学科技成果——甾体类化合物的生物转化技术
成果简介
主要针对我国甾体药物原料来源单一、初加工污染严重、甾体药物合成路线长等问题，重点开展薯蓣皂苷元清洁生产、植物甾醇生物转化以及屈螺酮重要中间体三羟基雄甾烯酮化学合成路线的生物替代等技术研究，旨在大幅度降低原料、能耗及生产成本。
创新要点
利用有高效转化能力的菌种，建立甾体的一步发酵或半合成技术，开发绿色的产物萃取技术及原位随程提取新工艺。
效益分析
建立植物甾醇生物化工生产线，转化合成4-AD、9-OH-AD等产品，投入建设资金3000-5000万元，预计年产值在2.0亿元以上。
推广情况天津药业集团有限公司、浙江仙居君业药业有限公司、河南利伟生物科技有限公司。
授权专利
一株高效转化黄姜中皂苷生产薯蓣皂苷元的菌株及其应用，201210167132.4；
一株高效转化去氢表雄酮菌株及其应用，201110438752.2；
一种利用亚麻刺盘孢霉羟化去氢表雄酮的方法，201210416740.6；
一种基于酶法辅提和微波酸解的黄姜薯蓣皂苷元清洁生产工艺，201110285328.9；
一株高效转化黄姜皂苷的菌株及其应用，201310040600.6。
甾体微生物转化在制药工业中的应用
甾体微生物转化在制药工业中的应用甾体微生物转化在制药工业中的应用甾体是一类重要的有机化合物，广泛存在于动植物体内，具有多种生物活性和药理作用。
然而，由于甾体结构的复杂性和多样性，合成甾体药物常常面临着困难和挑战。
为了解决这些问题，甾体微生物转化成为制药工业中的一项重要技术。
甾体微生物转化是利用微生物对甾体底物进行特异性代谢转化的过程，通过调控微生物的生理条件和底物浓度，可以实现对甾体结构的特异性修饰和功能化。
这种方法相对于化学合成具有高效、环境友好和选择性好的优点，因此在制药工业中被广泛应用。
甾体微生物转化在制药工业中的应用主要包括以下几个方面：1. 合成特定的甾体药物：通过选择合适的微生物菌株和培养条件，可以实现对甾体结构的选择性修饰，合成特定的甾体药物。
例如，利用微生物菌株对激素类甾体进行氧化、还原、羟化等反应，可以合成雌激素类或雄激素类药物。
2. 生产原料药的前体：甾体微生物转化还可以用于生产甾体类药物的前体，为后续的化学合成提供便利。
例如，通过微生物对甾体底物进行特定的代谢修饰，可以得到具有特定官能团的化合物，作为制备激素类药物的原料。
3. 优化合成路径：甾体微生物转化在制药工业中还可以用于优化合成路径，提高药物合成的效率和产量。
通过对微生物的基因工程改造和代谢调控，可以增强微生物对底物的代谢能力和底物转化效率，从而提高药物合成的产量和纯度。
4. 新药的发现和开发：甾体微生物转化还可以用于新药的发现和开发。
通过筛选和改造具有特定代谢能力的微生物菌株，可以得到新的甾体转化产物，并对其进行药理活性和生物活性测试，从而发现新的甾体类药物。
综上所述，甾体微生物转化是制药工业中一项重要的技术，可以实现对甾体结构的特异性修饰和功能化，为甾体类药物的合成提供了有效的方法。
随着基因工程和代谢工程等技术的不断发展，甾体微生物转化在制药工业中的应用前景将更加广阔。
甾体1,4-脱氢和11α-羟基化反应的两种不同微生物转化
一点看，如果两菌分别以两步转化，则需将第一步脱氢反应
的中间产物分离出并引入乙酰基后，才适合于作为第二步羟
基化反应的基质，这在工艺上是比较繁琐的，也是很不经济
的。综上所述，从简化工艺、缩短周期以及提高收率等方面，
节杆菌与犁头霉两菌一步连续转化比两菌分别以两步转化
优越。
参考文献
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第一节第一节微生物转化技术微生物转化技术
一、微生物转化的产生
1952年，Peterson和Murray首先发现 少根霉，以及后来发现的黑根霉能使黄体 酮转化成11-α-羟基黄体酮。这一步微生物 的转化反应可以省去10步化学反应，从而 解决了合成可的松等皮质激素中的最大难 题，几乎在同时，又发现银样链霉菌能将 孕酮氧化成16-α-羟基孕酮、此转化反应对 后来合成抗炎活性更强的16-α-羟基-9α氟氢化泼尼松起了重要的作用。
四、微生物转化的特点
1、可减少化学合成步骤，简化生产设备， 缩短生产周期。
如黄体酮合成可的松需要30多步，而用微生物 转化法，只需7步；生产炔诺酮，微生物法转化 可减少6步工序。
2、可提高产物得率和质量、降低成本。
甾体化合物微生物转化产率
底物 孕甾酮 反应部位 11α羟化 产物 微生物 产率％ 80％ －90％ 80％
2、脱氢反应
如棒杆菌和分枝杆菌的某些种，对甾核上的 [C1]及[C2]位的脱氢生产去氧可的松，反应转化 率可达到90％。
3、环氧化反应
具有11β－羟化能力的新月弯孢霉或短刺小克 银汉霉可将17α，21-二羟基-4,9（11）-二烯-3, 20二酮孕甾转变成9β，11 β －环氧化物。
4、芳环化反应
二、甾类化合物
甾体化合物又称类固醇化合物，普遍存在于 动植物组织内。自19世纪50年代发现肾上腺皮质 激素可的松等对类风湿性关节炎具有显著疗效以 来，甾类药物因具有多种生理活性和医疗用途而 得到迅速发展，成为医药工业中不可缺少的一类 药物。甾类药物的发现及成功合成被誉为半个世 纪来医药工业取得最引人注目的两大进展之一 （另一是发现抗生素）。比较重要的有麦角固醇、 胆酸、肾上腺皮质激素、性激素等，它们都是含 有环戊烷多氢菲核的化合物。
甾体激素药PPT课件
新药研发需要经过多个阶段， 包括靶点发现、药物设计、合 成与筛选、临床试验等。
当前，随着生物技术的不断发 展，新药研发的速度和效率得 到了显著提高。
甾体激素药的研究进展
近年来，甾体激素药的研究取得了重要进展，如新型激素类似物的发现和开发。
这些新药在疗效、副作用和给药方式等方面具有更好的表现，为患者提供了更多的 治疗选择。
案例分析：某甾体激素药的临床应用
某甾体激素药是一种糖皮质激素 类药物，具有强大的抗炎和免疫
抑制作用。
在临床应用中，该药物主要用于 治疗系统性红斑狼疮、肾病综合 征、支气管哮喘等免疫性和炎症
性疾病。
通过合理的剂量和用药方案，该 药物能够有效控制病情，提高患
者的生活质量。
案例分析：甾体激素药与其他药物的相互作用
激素类药物在体内代谢过程中 产生的代谢产物可能具有毒性 作用，对组织器官造成损害。
免疫抑制
激素类药物通过抑制免疫系统 功能，降低机体对感染和过敏
的抵抗力。
内分泌紊乱
激素类药物干扰正常的内分泌 平衡，导致一系列内分泌失调
症状。
基因突变
长期使用激素类药物可能导致 基因突变和肿瘤发生。
副作用与不良反应的预防与处理
化需求等。
06 甾体激素药的临床应用与 案例分析
临床应用概况
甾体激素药是一类具有特定化学结构 和生理活性的药物，广泛应用于临床 治疗多种疾病。
临床应用时需根据患者的具体病情和 医生的指导进行个体化治疗，同时注 意药物的副作用和不良反应。
这类药物具有抗炎、抗免疫、抗肿瘤、 抗骨质疏松等作用，对于一些难治性 疾病如系统性红斑狼疮、类风湿性关 节炎等有较好的疗效。
清除率是单位时间内从体内清除的药物量 ，是评价药物在体内消除能力的指标。