核酸类药物概述

第十四章核酸类药物第一节核酸类药物概述第二节天然核酸类物质的制取第三节核酸类结构改造药物的制备第十四章核酸类药物第一节核酸类药物概述1.核酸类药物概述2.核酸类药物分类第二节天然核酸类物质的制取第三节核酸类结构改造药物的制备第十四章核酸类药物第一节核酸类药物概述第二节天然核酸类物质的制取1.RNA与DNA的提取与制备（一）RNA的提取与制备（二）DNA的提取与制备2.单核苷酸的制备（一）酶解法（二）发酵法生产核苷酸（三）半合成法制备核苷酸3.核苷的制备（一）RNA化学水解法制备核苷（二）发酵法生产核苷第三节核酸类结构改造药物的制备第十四章核酸类药物第一节核酸类药物概述第二节天然核酸类物质的制取第三节核酸类结构改造药物的制备1.叠氮胸苷（AZT）2.阿糖腺苷3.三氮唑核苷4.阿糖胞苷5.聚肌胞苷酸(PolyI:C）6.胞二磷胆碱核酸类药物概述在1869年，F.Mischer从细胞核中分离得到一种酸性物质，即现在被称为核酸的物质。1939年，E.Knapp等第一次用实验方法证实核酸是生命遗传的基础物质。核酸不仅携带有各种生物所特有的遗传信息而且影响生物的蛋白质合成和脂肪、糖类的代谢。核酸类药物概述核酸是一种多聚体大分子，它的组成单元是核苷酸，将核苷酸中的磷酸基团去掉，剩余部分称核苷，核苷进一步分解可生成戊糖和碱基。胰核酸酶胰、肠核苷酸酶核苷酶核酸类药物概述核酸类药物则正是在恢复它们的正常代谢或干扰某些异常代谢中发挥作用的。高尿酸血症：尿酸盐结晶沉积于关节、软组织、软骨及肾，导致关节炎、尿路结石和肾脏疾病。治疗：别嘌呤醇核酸类药物概述核苷及其衍生物干扰病毒DNA的合成，治疗病毒疾病。腺苷、肌苷、尿苷、核苷酸、脱氧核苷酸、双丁酰环腺苷酸、胞二磷胆碱、核苷三磷酸等核酸组分及衍生物，是天然的代谢激活剂，有助于改善机体的物质代谢和能量代谢，加速受损组织的修复。临床广泛用于放射病、血小板减少、急慢性肝炎、血细胞减少、心血管疾病等。辅酶A是调节糖、脂肪及蛋白质代谢的重要因子，用于治疗动脉硬化、脂肪肝、各种肝炎等。嘌呤核苷酸GMPAMP嘧啶核苷酸的结构核酸类药物分类－具有天然结构的核酸类物质如：ATP、GTP、CTP、UTP、IMP、CoA、CoI(NAD+)、CoII(NADP+)。这类药物有助于改善物质代谢和能量平衡，修复受损组织，促使缺氧组织恢复正常生理机能。临床上广泛用于放射病、血小板减少症、白细胞减少症、急慢性肝炎、心血管疾病和肌肉萎缩等的治疗。核酸类药物分类－具有天然结构的核酸类物质这些药物多数是生物体自身能够合成的物质，在具有一定临床功能的前提下，毒副作用小，它们的生产基本上都可以经微生物发酵或从生物资源中提取。ATP：用于心肌炎、心肌梗死、心力衰竭、及动脉或冠状动脉硬化、肝炎等的治疗或辅助治疗。肌苷：用于急慢性肝炎、肝硬化、白细胞减少、血小板减少等。核酸类药物分类－自然结构核酸类物质的类似物和聚合物它们是当今人类治疗病毒、肿瘤、艾滋病的重要药物，也是产生干扰素、免疫抑制的临床药物。主要有叠氮胸苷、阿糖腺苷、阿糖胞苷、聚肌胞等。核酸类药物分类－自然结构核酸类物质的类似物和聚合物它们大部分通过由自然结构的核酸类物质进行半合成为结构改造物，或者采用化学一酶合成法。OOHOHNHNOOCF3OOHNHNOOCH3N3OOHNHNOOIOHNNNOOHOHNH2OOHNNNHNOHNH2OOHNNNHNOHNH2OCH2OHCH2OHHOOHNNNHNOHOHOOHNNNHNOHNH2OHOH三氟代胸苷叠氮胸苷5'-碘脱氧尿苷三氮唑核苷无环鸟苷丙氧鸟苷阿糖腺苷双脱氧肌苷珍奥核酸究竟是什么？是从动植物组织中提取的核酸类物质，并不一定含有上述核酸类药物。因而珍奥核酸是一种保健品，服用珍奥核酸起不到上述治疗作用，保健品也不应作为药物使用。（一）RNA的提取与制备在工业上主要由RNA生产5’-核苷酸。RNA经桔青酶作用可得鲜厚味强的5-’呈味核苷酸；在医药上，可治肝炎、心脏病、关节炎、抗癌和抗病毒；RNA还可应用于洗涤剂、乳化剂、奶液和雪花膏等，在日用化妆品中，有润肤养颜的效果；在农业生产中，RNA的使用可使农作物早熟和增产。（一）RNA的提取与制备1.RNA的工业来源从微生物中提取RNA，是工业上最实际和有效的方法，一些最常见的菌体含有丰富的核酸资源。通常在细菌中RNA占5％-25％，在酵母中占2.7％～15％，在霉菌中占0.7%~28%,面包酵母含RNA4.1％～7.2％。2.高RNA含量酵母菌体的筛选酵母菌体收率高，易于提取RNA。可以从自然界筛选并可用诱变育种的方法提高酵母的RNA含量。（一）RNA的提取与制备发酵法生产高含量RNA酵母及其RNA提取工艺流程见图12-8。（一）RNA的提取与制备3．用工业废水培养高含量RNA酵母使用工业废水培养高含量RNA酵母减少环境污染，降低粮食消耗，如味精生产废水中的成份基本上可供酵母生长。（一）RNA的提取与制备4.RNA提取实例（二）DNA的提取与制备DNA，可以促进细胞的活化，调节新陈代谢，延缓机体衰老，维护正常免疫功能有积极的作用。1．工业用DNA的提取从冷冻鱼精中提取。鱼精中主要含有核蛋白、酶类以及多种微量元素。核蛋白的主要成分是脱氧核糖核酸(DNA)和碱性蛋白质(鱼精蛋白)，其中DNA占大约2／3。纤维状DNA沉淀（二）DNA的提取与制备2．具有生物活性DNA的制备可从动物内脏（肝、脾、胸腺）中提取制备，操作条件0～3℃。动物内脏加4倍量生理盐水经组织捣碎机捣碎1分钟，匀浆于2500rpm离心30分钟，沉淀用同样体积的生理盐水洗涤3次，每次洗涤后离心，将沉淀悬浮于20倍量的冷生理盐水中，再捣碎3分钟，加入2倍量5％十二烷基磺酸钠，并搅拌2～3小时，在0℃2500rpm离心，在上层液中加入等体积的冷乙醇，离心即可得纤维状DNA，再用冷乙醇和丙酮洗涤，减压低温干燥得粗品DNA。（一）酶解法1.酶解法制备脱氧核苷酸，参见吴梧桐主编，p330（一）酶解法2.酶解法制备戊糖核苷酸，参见吴梧桐主编，p331（一）酶解法3．双酶法生产肌苷酸和鸟苷酸（I+G）。呈味核苷酸的主要品种是肌苷酸钠和鸟苷酸钠，商品名称为（I+G），用核酸酶P1降解RNA可获得GMP和AMP，其中AMP经脱氨生成IMP。双酶法生产肌苷酸和鸟苷酸的工艺流程参见吴梧桐主编，p330（一）酶解法4．菌体自溶法生产核苷酸磷酸二酯酶在合适的条件下降解细胞内的RNA可产生5′-核苷酸。在国内用谷氨酸产生菌体自溶法生产5′-核苷酸。工艺流程如下：（一）酶解法5．碱水解法生产2'、3'-混合核苷酸。用酶法降解RNA得到的是5’-核苷酸，可用于生产呈味核苷酸。2’、3’-混合核苷酸在医药上有它的特殊用途。对血小板减少，白血球减少症和癌症化疗后升白血球均有较好疗效。用碱水解RNA可产生2’、3’-混合核苷酸。实际上，是由于稀碱水解过程中，先形成一个中间环状物2’、3’–环状核苷酸，它很不稳定，进一步水解生成2’，3’–核苷酸。（二）发酵法生产核苷酸IMP生成总反应过程①SAMP合成酶③IMP脱氢酶②SAMP裂解酶④GMP合成酶AMP和GMP的生成SAMP（二）发酵法生产核苷酸（二）发酵法生产核苷酸1．发酵法生产肌苷酸（IMP）肌苷酸钠是一种高效增鲜剂，在谷氨酸钠中添加2%，鲜度可以增加3倍。因此在味精中添加肌苷酸钠后成为第二代特鲜味精。(1)产氨短杆菌嘌呤核苷酸生物合成途径，代谢调控和肌苷酸发酵机制。（参见吴梧桐主编，p333）（二）发酵法生产核苷酸（二）发酵法生产核苷酸对5’-IMP的生物合成来说，关键的酶是PRPP转酰胺酶，利用产氨短杆菌直接发酵法生产肌苷酸的关键：①使用腺嘌呤缺陷型菌株。②提供亚适量腺嘌呤从而解除了对PRPP转酰胺酶的活性影响。③选育Mn2+不敏感性变异株④菌本身的5'-核苷酸降解酶活力低（二）发酵法生产核苷酸2.发酵法生产黄苷酸（XMP）及酶法转化成鸟苷酸（GMP）。鸟苷酸钠是比肌苷酸钠更强的增鲜剂，它还是三氮唑核苷和无环鸟嘌呤的原料，因此在食品工业和制药行业中需求量很大。然而直接发酵生产GMP产量很低，没有生产价值。（二）发酵法生产核苷酸黄苷酸（XMP）是鸟苷酸（GMP）的前体产物，可以通过累积黄苷酸（XMP），之后再用酶转化法生产GMP。菌种A：丧失GMP合成酶的鸟嘌呤缺陷型和腺嘌呤缺陷型。菌种B：5’-核苷酸分解力微弱，GMP合成酶活性强.控制A、B菌接种比例，混合培养，大量产生XMP并高效转化成GMP。（三）半合成法制备核苷酸由于发酵法生产核苷的产率很高，因此可由发酵法生产核苷后经提取，精制再经磷酸化制取核苷酸。方法：将核苷悬浮于磷酸三甲酯或磷酸三乙酯中，在冷却条件下加入氯化氧磷，进行磷酸化。从核苷生成5‘-核苷酸收率可达90%。氯化氧磷肌苷，悬浮于磷酸三乙酯中肌苷酸（IMP）0℃核苷的制备核苷是多种核苷类药物的原料，这些药物通常是生物自身能够合成的组成遗传物质的结构类似物，目前已用于临床的此类药物有几十种另外，核苷的发酵法生产水平大大高于同类结构核苷酸的发酵水平，因此肌苷酸钠，鸟苷酸钠可分别由肌苷和鸟苷经化学磷酸化方法合成，ATP由腺苷酯法合成。（一）RNA化学水解法制备核苷•RNA以甲酰胺化学水解，树脂分离、结晶，可制得4种核苷。（二）发酵法生产核苷发酵法生产核苷是近代发酵工程领域中的杰出成果，产率高，周期短，控制容易，产量大。菌种：枯草芽孢杆菌或短小芽孢杆菌变异株，嘌呤核苷分解活性低，而嘌呤核苷酸酶活性高。枯草杆菌的嘌呤核苷酸合成途径。(参见吴梧桐主编，p337)ADPAMPGMPGTPGDPSAMPIMPXMPAMP脱氨酶IMP脱氢酶GMP还原酶SAMP合成酶PRPPAICARSAICARPRPPATPSAMP裂解酶GMP合成酶（二）发酵法生产核苷在右边的合成途径中，嘌呤核苷酸生物合成的第一个酶PRPP转酰胺酶受AMP、ADP、以及腺嘌呤衍生物的强烈抑制而受鸟嘌呤衍生物的抑制很弱。IMP脱氢酶受最终产物GMP及鸟嘌呤衍生物反馈抑制，SAMP合成酶受AMP反馈抑制的。枯草杆菌的腺嘌呤缺陷型，当培养基中提供限量腺嘌呤时就累积肌苷。而枯草杆菌的腺嘌呤、黄嘌呤缺陷型，当培养基中提供限量鸟嘌呤时就累积腺苷。枯草杆菌的嘌呤核苷酸合成途径PRPP转酰胺酶1．发酵法生产肌苷（I或Iou）肌苷生产菌（AJ11102）遗传性状：①腺嘌呤缺陷型（A-）；②GMP还原酶缺失（GMPred-）；③磺胺脒抗性（SGr）；④精氨酸缺陷型（Arg-）。选育出从遗传上解除正常代谢控制的理想菌株。肌苷产率达20g/L.1．发酵法生产肌苷（I或Iou）工艺要点：①保证培养基有充足N源。②短小芽孢杆菌受PO43-的抑制。③Mg2+、Ca2+对肌苷生产有促进作用。④提供的生长因子腺嘌呤或酵母粉必须亚适量。⑤发酵条件，30～34℃，pH6.0～6.2，高溶氧，低分压。2．发酵法生产鸟苷和黄苷（G，X）鸟苷生产菌性状：以肌苷产生菌为出发菌株，再增加德夸菌素抗性，解除GMP对酶PRPP转酰胺酶、IMP脱氢酶、GMP合成酶的反馈抑制黄苷生产菌性状与鸟苷产生菌株相类似，关键是要缺失GMP合成酶。选育鸟嘌呤和腺嘌呤双重缺陷型（G-和A-），培养基中限量供给腺嘌呤、鸟嘌呤。3．发酵法生产腺苷（A或Ado）腺苷产生菌遗传性状：①腺嘌呤回复（A+）；②黄嘌呤缺陷（Xn-）；③AMP脱氨酶缺失；④GMP还原酶(GMPred-)缺失；⑤抗8杂氮黄嘌呤（8AXr）注意防止黄嘌呤缺陷型标记的回复，保存期间斜面的反复移植是黄嘌呤回复，腺苷产量下降的主要原因。3．发酵法生产腺苷（A或Ado）小结：以产氨短杆菌为出发株，用发酵法直接产生AMP或GMP是很困难的。因为其生物合成途径经IMP然后分成两条直链途径，最终合成AMP和GMP。而使用枯草杆菌为出发株，其合成途径经IMP分成两