24259-59-4 / L-核糖的制備與應用

背景及概述^[1]

核糖(ribose，C5H10O5)是一種典型的五碳糖，是各種核糖核酸(ＲNA)、核苷酸輔酶以及ATP、NADP的組成成分，與生物遺傳關系密切，對生物體的生理活性具有重要的調(diào)控作用。

純凈的L-核糖是白色晶體或白色晶體粉末，帶有甜味；可溶于水、乙醇、甲醇，不溶于乙醚、苯和丙酮。L-核糖具有良好的抗腫瘤抗病毒能力且對正常細胞的毒副作用很小。其是重要的藥物合成中間體，可用于合成具有抗病毒活性的核苷類化合物，在抗艾滋病、抗病毒中間體方面顯示強大的潛能。

制備^[1-2]

1.化學合成法

L-核糖的化學合成通常以較廉價的糖為原料，如表所示。

例如：將L-阿拉伯糖衍生物C—2羥基的構型翻轉即可得到L-核糖，實現(xiàn)這一翻轉的方法有兩種，一種是將C—2位羥基轉化為磺酸酯，然后通過親核試劑的進攻實現(xiàn)構型翻轉；另一種是將C—2位羥基氧化，然后在硼氫化鈉或硼氫化鋰存在的條件下將羰基還原。使用的催化劑，除了鉬化合物外，還有鎢、鍶、鈣等絡合物和三氧化鉬與3-羥丙基吡啶體系等。目前，采用化學法合成L-核糖，在合成步驟與收率等方面均有了較大的提高，但仍存在合成工藝路線復雜、反應步驟繁瑣、試劑昂貴、總收率低、需使用大量有機溶劑和產(chǎn)生有害的副產(chǎn)物等問題，難以適應工業(yè)化生產(chǎn)的要求。

2.生物合成法

通過微生物或酶進行生物轉化生產(chǎn)L-核糖已成為國內(nèi)外研究熱點，生物轉化合成L-核糖具有立體選擇性好、反應條件溫和、污染少等特點。根據(jù)原料不同可分為兩類：以核糖醇為原料和以L-阿拉伯糖為原料的生物合成法。

A一步法轉化生產(chǎn)L-核糖

由于L-核糖異構酶活力普遍不高，發(fā)明了采用核糖醇直接轉化為L-核糖的一步轉化。將在Apiumgraveolens菌株中發(fā)現(xiàn)的NAD依賴型甘露醇-1-脫氫酶(Mannitol-1-dehydrogenase，簡稱MDH)克隆到大腸桿菌中并表達，對重組大腸桿菌放大培養(yǎng)，用全細胞催化1L100g/L的核糖醇，發(fā)酵72h，可轉化55%。

一步法簡化了操作步驟，降低了成本。為了提高L-核糖的得率，用易錯PCＲ獲得MDH重組大腸桿菌的突變株，通過硝基水楊酸鑒別還原性糖的方法篩選到了酶活較高的菌株，該突變株在50mL搖瓶中的轉化率達到(46.6±1.7)%。對該突變菌株進一步研究發(fā)現(xiàn)，酶的穩(wěn)定性和表達都得到了提高，而且不用添加誘導劑和改變溫度，為大規(guī)模生產(chǎn)L-核糖奠定了基礎。

應用^[3]

L-核糖過去沒有實際的應用價值，直到近年來，新型抗癌、抗病毒藥物研發(fā)進展迅速，已篩選到多種以L-核糖或其衍生物為主要結構砌塊的潛在藥物，表1列舉了相關藥物及其研發(fā)情況。其中，已進入實際銷售階段的是抗乙肝藥物替比夫定(中國銷售名：素比伏，生產(chǎn)商：北京諾華制藥，2012年起獲準銷售)、還有克里夫定以及恩曲他濱；根據(jù)預測，2017年替比夫定在美國的銷售額將達到1．6億美元。

替比夫定的主要結構模塊為2-脫氧-L-核糖，主要依賴有機合成，常用的方法包括以L-阿拉伯糖、D-葡萄糖為出發(fā)化合物，大都需要4～6步或更多步反應，總體轉化率不高；若以L-核糖為出發(fā)底物，則大大縮短合成路徑。除替比夫定外，核苷類似物肝病藥物的開發(fā)近十多年來一直是熱點，今后可能出現(xiàn)更多基于L-核糖結構的抗肝病毒藥，根據(jù)WHO的統(tǒng)計，全球人口約5%感染乙肝，其中中國占總感染人數(shù)的約1/4，而只有其中的1%得到了有效治療；因此，抗乙肝藥的市場是廣闊的。此外，多種基于L-核糖的藥物已顯示出具有抗艾滋病能力，應用潛力更為巨大。

主要參考資料

[1] L-核糖的生產(chǎn)研究進展

[2] L-核糖的合成研究進展

[3] 醫(yī)藥中間體L-核糖的生物制造研究進展