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埃博霉素的生物合成
阎家麒 1, 鲁习金 2
(1. 湖北荆工药业有限公司,湖北京山 431800; 2. 湖北荆工生物工程有限公司, 湖北荆门
448124)
摘要:埃博霉素是由粘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)。
epothilones
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: 0********** E-mail: yanjq99@
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��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
的泥土中找到一种黏细菌纤维素堆囊菌 Sorangium cellulosum(ales) 菌株 So
ce90,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)。
The naming of epothilones
1995 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,在国际上迅速开展了对埃博霉素的多角度研究。
��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、E 5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。
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 5nm,
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
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在极性,即一端为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]。
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(colchicines)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。
与长春碱结合位点相互作用的药物包括长春新碱、长春碱和长春地辛(vindesine),
它们作用于纺锤体微管而抑制有丝分裂,可快速、可逆、温度非依赖性地结合于微管
蛋白,每分子的微管二聚体有两个长春碱结合位点,分别具有高亲和性(KD=¬
μmol/L)和低亲和性(KD=10μmol/L)。但在微管蛋白二聚体上确切的位点尚未被阐
明。近年来研究表明,长春碱的结合位点可能位于围绕α微管蛋白第 339 位和β微管
蛋白第 390 位残基的一级结构中。长春碱可能结合于已聚合的微管上,抑制微管组装,
也可能结合于微管多聚体形成凝聚和不全结晶。
与秋水仙碱结合位点相互作用的药物结合于可溶性微管蛋白形成秋水仙碱/微管蛋
白复合物,使二者的构象发出改变,然后削弱微管末端的连接键