埃博霉的生物合成阎家麒

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1、埃博霉素的生物合成(2009-02-1714:30:32)阎家麒（福建紫杉园生物有限公司，福建明溪365200）摘要：埃博霉素是由黏细菌纤维堆囊菌产生的次级代谢产物。与紫杉醇相似，它们可以抑制微管解聚，使细胞有丝分裂终止在G2-M期。在p-糖蛋白表达型的多药耐药性肿瘤细胞系中维持很大的毒性，而且比紫杉醇有更好的水溶性。全合成埃博霉素虽然可以实现，但是与发酵方法相比尚无经济可行性。本文介绍了埃博霉素生物合成基因簇的克隆和异源表达，同时也对Red/ET重组技术的特点以及在埃博霉素生物合成中的应用进行了详细阐述。关键词：埃博霉素（埃坡霉素，埃坡西龙）；生物合成；埃博霉素基因

2、簇；埃博霉素D内酰胺衍生物；Red/ET重组技术埃博霉素（埃坡霉素，埃坡西龙，epothilones）是由黏细菌纤维素堆囊菌分泌的结构为16元内酯大环为中心体，噻唑环配基为侧链的一类细胞毒性化合物，是一种具有类似紫杉醇微管蛋白聚合和微管稳定作用的新抗肿瘤药物（图1）。Fig.1epothilones作者简介：阎家麒(1939-),男，教授，专业方向：基因工程制药，天然产物有机合成。Tel:15859888678E-mail:yanjq66@126.com21埃博霉素的发现埃博霉素A和B是在20世纪90年代由Höfle及其同事最先从南非Zambesi河岸的泥土中找到一种

3、黏细菌纤维素堆囊菌Sorangiumcellulosum(Myxococcales)菌株Soce90，从其培养物中分离提取了一种抗真菌活性的化合物并对其进行性质研究[1,2]。首先用光谱和X－射线衍射晶体学方法测定了埃博霉素的结构排布,该化合物是依据它的结构亚单位，epotide,thiazol和ketone命名的（图2）。Fig.2Thenamingofepothilones1995年前后，Bollag等人发现埃博霉素是一种具有类似紫杉醇的促微管蛋白聚合特性、结构新颖的抗肿瘤化合物。这一结果立即引起许多有机化学家、生物学家、药学家及临床医生的极大关注，在国际上迅速开

4、展了对埃博霉素的多角度研究。2埃博霉素化学生物学埃博霉素外观为无色油状，可在乙酸乙酯中形成粉末状结晶。上述埃博霉素A、B、C、D、E5种分子结构仅存微小差别。埃博霉素总共有7个手性中心和一个大环，包括含有噻唑的侧链与一个环氧化物。2.1微管聚合与解聚微管（microtubule）存在于几乎所有的真核细胞中，是有丝分裂期纺锤体、纤毛及鞭毛基体的主要成分。微管为中空柱状结构，外径约24nm，壁厚约5nm，其长度因细胞种类和功能不同而异。微管由α、β微管蛋白（tubulin）形成的异二聚体（heterodimer）为基本结构单位组装而成，α和β微管蛋白均为球蛋白，直径约5n

5、m，α、β微管蛋白头尾相接交替排列成原丝（protofilament）。13根原丝沿微管纵轴环状排列而成筒状。α、β微管蛋白二聚体是有极性的，即α微管蛋白总是位于一侧，β微管蛋白位于另一侧。因此，由α、β微管蛋白二聚体为组装单位形成的多聚体也存在极性，即一端3为α微管蛋白（正极），另一端为β微管蛋白（负极）。微管的这种极性在其组装和执行功能过程中发挥着重要作用。细胞提取物在37℃、无Ca2+存在、加入GTP的条件下，微管可自发形成，当温度降低，则微管解聚[3]。2.2以微管或微管蛋白为靶点的药物及其结合位点埃博霉素、紫杉醇、长春碱（vinblastin）和秋水仙碱(c

6、olchicines)都是作用于微管蛋白的天然药物，但它们的结合位点和作用机制不同。与紫杉醇结合位点相互作用的药物包括埃博霉素及其衍生物等。这些是另一类抗有丝分裂抗肿瘤药物，具有促进微管的聚合与稳定性的作用。实验研究表明，埃博霉素具有与紫杉醇相类似的稳定微管活性，其作用机制主要是，埃博霉素在低温、无GTP或微管偶联蛋白（MAPs）和在Ca2+存在的条件下与β微管蛋白N端第31位氨基酸和第217~231位氨基酸结合，促进微管蛋白聚合，装配成微管，抑制其解聚，从而导致微管束排列异常，形成星状体，使纺锤体失去正常功能，导致染色体分离受阻，细胞核不能分裂，使得细胞有丝分裂终止

7、在G2-M期，从而引起细胞毒性导致细胞死亡[4]。有研究认为，埃博霉素A和B是[3H]紫杉醇连接的竞争抑制剂，与紫杉醇具有几乎相同的IC50值，埃博霉素在结合到微管上时，占有不同的但可能是重叠的结合位点。是紫杉醇结合到微管蛋白聚合物的竞争性抑制剂。与紫杉醇比较，埃博霉素水溶性好，注射、口服均可；结构简单，有利于化学合成及衍生化；在P-糖蛋白表达型的多药耐药性（MDR）细胞中也维持很大的细胞毒性，约为紫杉醇的2000~5000倍[5]。3埃博霉素的全合成与紫杉醇比较，埃博霉素的化学结构相对简单，所以化学合成埃博霉素及其衍生物成为近年来生物有机化学家们关