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埃博霉素制备及应用

发布日期:2019/11/2 13:16:10

背景及概述[1][2]

近年来,肿瘤耐药问题日益突出,抗肿瘤新药开发需求更加迫切,埃博霉素 (epothilone,以下简称EPOs) 是16元大环内酯类抗生素,1996年由Reichenbach 实验室首次分离得到,具有抗肿瘤、抗真菌的活性和细胞毒性。

本品通过微管稳定作用、抗有丝分裂和作为微管形成抑制剂,发挥其强效的抗肿瘤作用。微管稳定是其抗肿瘤的主要作用。对于EPOs 的生物合成基因以及发酵生产等方面的研究已成为研究的热点。微管是由α,β-微管蛋白异二聚体聚合形成的长管状细胞器结构,EPOs能够诱导和促进微管蛋白聚合,防止解聚,干扰肿瘤细胞的生长,甚至诱导其凋亡。EPOs 的药理活性和理化性质等方面均优于紫杉醇,有望发展成为比紫杉醇更有效的抗肿瘤药物。众多临床研究关注 EPOs 治疗紫杉烷类抗恶性肿瘤的疗效。

制备[1]

对 EPOs 生物合成以及发酵生产的研究已成为该领域中研究的一大热点。但由于产 EPOs 纤维堆囊菌聚集生长,生长密度具有依赖性,且产量低的特点,往往难以进行大规模发酵。其思路是通过对EPOs 基因簇的研究和改造,筛选高产异源表达菌株;另一种思路则是通过优化 EPOs 产生菌及天然培养基组分提高产量。

1 埃博霉素的生物合成基因簇

EPOs 生物合成基因簇,包含非核糖体肽合酶(nonribosomal peptide synthetases, NRPS)和Ⅰ型多聚乙酰合酶(polyketide synthases,PKS)模块,由 6 个负责加工 EPOs 结构单元的基因和一个编码细胞色素环氧化酶 P450 的环氧化修饰基因组成,共56 kb。EPOs 生物合成基因簇结构示意图,见图 1。

EPOs C (EPOs D) 可通过环氧化修饰转化为EPOs A(EPOs B), 而 EPOs A/C 与 EPOs B/D 在 C12 位单个甲基的差别则与第四步结构单元加工时酰基转移酶识别的底物是丙二酰辅酶A 还是甲基丙二酰辅酶 A 有关。纤维堆囊菌中存在2种天然EPOs合成基因簇,并分别存在于S.cellulosume SMP44 (Acc.No.AF217189)和 S.cellulosum Soce 90 Acc.No.AF210843)中, 两者存在693 个碱基编码的285个氨基酸的差异。

2 埃博霉素的表达和发酵

目前,EPOs 的发酵生产是研究的热点。EPOs异源表达有很多优势, 如发酵时间较短,易进行基因工程操作,可结合传统菌种优化方法以及借助蛋白质和代谢途径工程改造表达系统,提高 EPOs 活性和产量;另外,如选用甲基丙二酰特异性的酰基转移酶,可实现单一生产临床上效果更好的 EPOsB 或EPOs D,而不产生 EPOs A或 EPOs C;还可将P450 基因钝化或敲除,从而阻断EPOs D 的环氧化。

Oßwald 等报道采用黄色黏球菌(M.xanthus)进行基因簇修饰后的生物合成,其产量为20 mg/L,且培养基中需加入油酸甲酯,使后期难以纯化, 但该方法为 EPOs 的异源表达提供了可能。此外,Cao等报道研究了用So0157-2 菌合成 EPOs B 的产量与培养基组分的关系。结果表明糊精和蔗糖是产EPOs B 最好的碳源,应用含糊精和蔗糖的 GSM 培养基,使其产量由 11.3mg/L提高到 (82.0±3.0)mg/L。糊精的作用是 EPOs 生物合成的一大限速因素。足量的糊精可产生丰富的乙酰CoA,提供EPOs 生物合成的前体和大量三磷酸腺苷(ATPs)。

目前,EPOs 种类的发酵生产菌与发酵产量的情况,见表1。表 1 显示虽然 EPOs 在 S.coelicolor 和 E.coli中产量还很低,但异源表达在大量生产高效 EPOs方面仍具有很大的应用前景。

临床应用和适应症[1]

临床研究表明EPOs 对于脑转移性肿瘤、微管相关蛋白引起的神经退行性疾病及紫杉醇耐药性肿瘤具有良好的治疗前景。此外,对于EPOs与卡培他滨、卡铂等药物合用的临床前研究和临床研究均显示具有较好的治疗活性。目前, EPOs B类和 EPOs D是最具临床前景的两类 EPOs 类药物。顾觉奋等报道将 EPOs 新产品的研发信息作了综述, 并对临床最具前景的两类药物 (EPOs B 类和 D 类)作了归纳。

EPOs B 类包括已上市的主要治疗乳腺癌的伊沙匹隆, 以及正处于临床研究阶段的还有沙戈匹隆和帕土匹隆。目前,临床应用最具代表性的伊沙匹隆是由百时美施贵宝研发的 EPOs B内酰胺衍生物,2007 年 10 月 FDA 批准上市,用于其他化疗药物治疗无效的转移性或局部晚期乳腺癌的治疗。根据 FDA 临床研究网站的相关数据,对其 2010 年—2012 年间临床研究的资料,评价了伊沙匹隆与其他药物联合治疗的效果。

联用单抗或酪氨酸激酶抑制剂(TKI),在多种癌症治疗中表现出较好的临床结果, 如联用阻断受体(VEGFR 和PDGFR 和 c-kit)酪氨酸激酶介导的血管生成途径的药物, 在卵巢癌的临床试验中显示出较好的疗效。另外,研究表明伊沙匹隆易引起神经病变等不良反应,与其他药品联用或以其最佳有效剂量的研究证实可降低伊沙匹隆的不良反应,发挥协同增效,增强疗效。

主要参考资料

 [1]徐晓威,徐寒梅,顾觉奋.埃博霉素作用机制和临床药理的研究进展[J].抗感染药学,2013,10(02):81-85.

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