青蒿素生物合成的研究狀況

1、.：.；青蒿素生物合成的研討情況青蒿素是我國科研人員從傳統(tǒng)中醫(yī)藥黃花蒿中提取出來并自主研發(fā)的一種抗瘧疾特效藥1。20世紀70年代，我國科技任務者從黃花蒿中分別提純出一種抗瘧活性單體青蒿素，以后又確定了它的分子構造和構型。1986年我國自主研發(fā)的蒿甲醚油針劑、青蒿琥酯鈉鹽的水針劑以及青蒿素栓劑等抗瘧疾藥作為一類新藥在我國同意消費。1995年蒿甲醚率先被收入國際藥典，這是我國初次得到國際認可的自主研發(fā)新藥。目前，青蒿素系列抗瘧藥已有5種新藥(青蒿素、青蒿琥酯、蒿甲醚、雙氫青蒿素、復方蒿甲醚)共9種劑型上市并在世界各國銷售，每年挽救了數(shù)百萬重癥瘧疾患者的生命。除了獨特的抗瘧作用外，青蒿素系列藥物還具

2、有抗血吸蟲、肺吸蟲、紅斑狼瘡、皮炎以及免疫調理，抗流感等多種療效2。但是，目前國際抗瘧藥市場上青蒿素類藥物只占有很少的份額，其緣由主要在于青蒿素原料缺乏。1植物提取如今，藥用青蒿素根本植物黃花蒿的提取物。多年來，野生黃花蒿資源分布零散，其中青蒿素含量非常低，僅為0410，且產量和質量也不穩(wěn)定，影響消費工藝和本錢3。人們在其近緣植物中至今尚未發(fā)現(xiàn)含有青蒿素的植物。在已探明有利用價值的野生黃花蒿資源中，每年僅可提取青蒿素為10至20噸，遠遠不能滿足市場每年近200噸的需求。另外，由于作為原料的黃花蒿要求在花前收獲，這將導致野生黃花蒿種子逐年減少，進而引發(fā)資源枯竭。況且從黃花蒿葉和花蕾等部分中提取，

3、但環(huán)節(jié)較多，費時又費力。2化學全合成青蒿素是具有過氧基團的新型倍半萜內酯，其分子式為C15H22O5，相對分子質量為282.334。青蒿素雖已能人工合成，但由于合成難度大、本錢高、毒性較大，未能投入工業(yè)化消費5。3生物合成鑒于此，青蒿素生物合成的研討，對于有效提高青蒿素的生物產量、青蒿素生物工程運用和黃花蒿藥用植物資源的可繼續(xù)利用，均有較重要大的實際意義和運用價值。3.1青蒿素前體化合物與青蒿素生物合成有關的中間體有十幾種，其中最重要的是青蒿酸、青蒿素B、青蒿烯、二氫青蒿素等6。3.1.1青蒿酸青蒿酸7在黃花蒿中含量高，具有適宜的化學構象，是合成青蒿素及其衍生物的手性合成單體及前體。1983年

4、許杏祥等最先研討了從青蒿酸前體到青蒿素的半合成，并于l986年報道了以R-(+)-2香草醛為原料。經14步合成青蒿素的合成途徑。1983年Schmid G等運用烯醇醚5在低溫下光氧化反響中引進過氧基，完成了青蒿素的全合成。l988年，汪猷等以青蒿酸為前體，用黃花蒿勻漿體系進展了青蒿素及青蒿素B的生物合成，實驗過程中在勻漿中參與放射標志的青蒿酸，結果在青蒿素和青蒿素B中檢測到放射性標志，故以為在由(2-14C)一3,5-二羥基-3-甲基戊酸-一內酯(2-14C)-MVA合成青蒿素和青蒿素B的過程中，青蒿酸是一種重要的中間產物。有研討報道，利用標志的青蒿酸和甲羥戊酸(Mevalonate,MVA)

5、進展了青蒿素體內和體外的生物合成研討，得到了類似結論。Jung M等的研討闡明，青蒿酸在青蒿中的含量幾乎為青蒿素的1O倍，而且顯示出同樣的抗瘧活性，由此進一步證明了青蒿酸是青蒿素合成過程的一種重要中間體。1990年黃敬堅8等運用幼苗水插法和頂株扦插法，在黃花蒿體內以(2-14C)-MVA為前體，勝利地合成了青蒿酸。1991年夏志強9等報道青蒿酸甲酯經溴化產生溴化物，再經氘解生成(15-2H)-青蒿酸甲酯，再經水解生成(15-2H)-青蒿酸。之后他們又用同樣方法合成了(15-3H)-青蒿酸。1994年Weather P J等在青蒿毛狀根中檢測到青蒿酸、青蒿素B以及青蒿烯，故而以為青蒿酸、青蒿素B

6、和青蒿烯為青蒿素合成過程的中間體。2003年Abdin M z等亦證明了青蒿酸是青蒿素合成的中間體。 3.1.2青蒿素B101987年Akihi1a A等報道了(3H,14C-22)標志3RSMVA到青蒿素和青蒿素B的轉化。Vergauwe A等以為利用基因工程手段得到的黃花蒿轉基因植株可經過刺激合成途徑中某個關鍵酶的過量表達和抑制耗費青蒿素合成前體的其他代謝途徑中的關鍵酶來到達青蒿素穩(wěn)定高產的目的。l996年Brown G D從青蒿的地上生長部分中分別出了新穎的開環(huán)杜松烷和二羥基杜松交酯，用1H和13CC-NMR光譜學鑒定了其構造，并提出了由青蒿素B和青蒿酸經過二羥基杜松交酯和4,5開環(huán)杜松

7、烷的醇烯互變體生物合成青蒿素的機理。青蒿素和青蒿素B均來源于青蒿酸，這與Jung M和汪猷等得到的結論一致。3.1.3青蒿烯1994年weather P J等在發(fā)根農桿菌ATCC15 834誘導的黃花蒿發(fā)根培育產物中檢測到了青蒿烯。同年Brown G D在研討由青蒿酸轉化為青蒿素的過程中從青蒿中獲得杜松烯，并推測經杜松烯合成脫氫青蒿素并最終合成青蒿素的生物合成途徑。3.1.4二氫青蒿素近年來，出現(xiàn)了以二氫青蒿素為前體原料的兩種設計合成道路的方法，一種是將二氫青蒿素與三氟乙酸酐反響制得三氟乙酰基二氫青蒿素，不經分別直接與酚類反響；另一種是將二氫青蒿素與乙酸酐反響制得乙?；淝噍锼睾笤倥c酚類反響

8、。3.1.5其他前體其他前體包括二氫青蒿酸、倍半萜類二氫-表-脫氧青蒿素B、青蒿乙素、異戊二烯等。萜類化合物的生物合成是由異戊二烯逐漸代謝而實現(xiàn)的，而甲羥戊酸為異戊二烯的生物合成前體。以甲羥戊酸內酯31或異戊烯基焦磷酸32為原料可合成青蒿素。在青蒿葉勻漿中青蒿酸也能轉化為青蒿乙素30，青蒿乙素30和11,13-二氫青蒿酸3O是青蒿素生物合成的中間體。Kudakasseril等在青蒿芽的培育過程中，添加以14C標志的異戊烯基焦磷酸，最終在培育物中檢測到含有放射標志的青蒿素。2001年Brown等發(fā)現(xiàn)，15一13C2H3-雙氫青蒿酸和雙氫-表-去氧青蒿素B等也是青蒿素的前體。2003年，Abdin

9、等發(fā)現(xiàn)11,13-二氫青蒿酸26能轉化為青蒿素。2003年Martin等研討了紫穗二烯合酶在大腸桿菌中的表達。用紫穗二烯合酶催化法呢基焦磷酸環(huán)化可制得青蒿酸生物合成的前體紫穗二烯35。 3.2青蒿素生物合成的場所研討 Ferreira等經過研討青蒿葉形狀，在頭狀花序中發(fā)現(xiàn)了與青蒿素合成有關的透明的T腺狀細胞列，確定這就是青蒿素及其相關化合物合成及聚集的場所，并不是一切的細胞都具有合成青蒿素的才干。它提示應將提高青蒿素生物合成的重點轉移到添加T腺狀細胞上，應經過各種方法盡能夠添加T腺狀細胞的數(shù)量，從而提高青蒿素生物合成的才干。3.3青蒿素生物合成途徑11青蒿素生物合成前體和中間體的深化研討為青蒿

10、素生物合成道路提供了豐富的資料，此外，同位素技術、質譜和核磁共振等技術的開展為其代謝途徑提供了非常有利的手段。青蒿素生物合成途徑屬于植物類異戊二烯代謝途徑可分為三大步：由乙酸構成FPP，合成倍半萜，再內酯化構成青蒿素。Wallwaart等將生物合成途徑概括為：FPP4，11二烯倍半萜青蒿酸二氫青蒿酸二氧青蒿酸過氧化物青蒿素。植物類異戊烯生物合成存在甲羥戊酸和丙酮酸P磷酸甘油醛兩條途徑。青蒿素等倍半萜類的生物合成途徑在細胞質中進展，屬于甲羥戊酸途徑。l987年，Akhila等經過放射性同位素永蹤法發(fā)現(xiàn)青蒿素的生物合成途徑為：FPP青蒿酸二氫青蒿酸青蒿素。生物合成青蒿素的途徑近年來引起了廣泛關注，

11、但目前的任務僅涉及合成青蒿素的生物合成中間體，而青蒿素最終產品的研討進展不大，且鮮見報道。但這恰恰是能夠提高青蒿素市場供應的最重要途徑，因此要全面加大青蒿素最終產品生物合成的研討力度。3.4青蒿素生物合成關鍵酶及其基因的調控人們在對青蒿素合成道路研討的過程中，以為有幾個關鍵酶的作用十清楚顯。其中以法尼基焦磷酸合成酶、倍半萜環(huán)化酶以及內脂構成過程的加氧酶或氧化酶對青蒿素的作用最為重要12。我國有科技人員13經深人研討提出了三點觀念：一是青蒿素生物合成的分子代謝調控，可經過添加生化合成前體，或控制關鍵酶，或激活關鍵酶控制的基因，或關鍵酶基因轉化等方法，大幅度提高青蒿素含量。二是關鍵酶基因的克隆，并

12、在適宜的青蒿離體培育體系和微生物中高效表達。三是利用基因工程手段改動關鍵酶基因，可大大加強控制酶的效率14。綜上所述青蒿素的生物合成研討是添加青蒿素供應的重點方向之一。青蒿素及其衍生物的生物合成遭到多種限速酶所調控，且一些編碼限速酶基因的表達能夠具有高度的組織和時空特異性。因此，經過導入過量表達的限速酶基因或抑制其它分支途徑的反義基因，可提高轉基因器官或植株中青蒿素及其衍生物的含量。同時，在相關的微生物(內生細菌、真菌)中導入青蒿素合成酶基因，可望為運用轉基因微生物發(fā)酵工業(yè)化消費青蒿素奠定根底。在青蒿素代謝研討方面，青蒿素生物合成關鍵步驟及相應酶類確實定是值得首先注重的領域。參與青蒿素合成的酶

13、類數(shù)量多、催化反響的種類也多，這就使得生物合成調理的研討存在許多困難。但是由于分子生物學的進展，獲得某些關鍵酶的cDNA克隆產物已成為能夠，相關的分子生物技術為生物合成調理細節(jié)的研討提供了重要的工具，基因工程手段將成為青蒿素合成代謝調控的新途徑。參考文獻1陳思安,韓頌,趙敏.產青蒿素作物黃花蒿的研討現(xiàn)狀及展望J.黑龍江醫(yī)藥,2021,6(23):891-894.2王建平.青蒿素的運用及其作用機制.醫(yī)藥化工J,2021,11:11-14.3吳代娟,羅桂甫.青蒿素生物合成研討進展綜述.精細化工中間體J,2021,6(38):12-16.4青蒿素構造研討協(xié)作組一種新型的倍半萜內脂-青篙素J.科學通報

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