20350-15-6 / 布雷菲爾德菌素A的應用及合成方法

背景及概述^[1][2]

近年的研究結果表明細胞粘附分子在諸如腫瘤、過敏和炎癥疾病的過程中起著重要的作用，人們已開始從微生物代謝產(chǎn)物中篩選能抑制特定粘附分子介導的細胞間粘附過程的化合物單體，以求開發(fā)新的防止腫瘤浸潤和轉移或治療風濕性關節(jié)炎的藥物，在篩選真菌活性代謝產(chǎn)物的過程中，發(fā)現(xiàn)許多屬于青霉Penici llium屬(包括其有性世代屬Eupenicillium和Talaromyces)的菌株的共同代謝產(chǎn)物布雷菲爾德菌素A具有抑制內皮白細胞粘附分子ELAM-1的活性。

布雷菲德菌素A （（+）-Brefeldin A，BFA）是一種真菌合成的大環(huán)內酯類抗生素，也稱之為斜臥菌素或殼二孢素，布雷菲德菌素A誘導高爾基體的分解，反競爭性抑制蛋白質從內質中轉運至高爾基體，具有抗真菌、抗病毒、抗有絲分裂、抗腫瘤，抗線蟲等生物學活性。目前，作為一種重要的分子工具，布雷菲德菌素A被廣泛應用于哺乳動物信號傳導途徑的研究。美國腫瘤研究院（NCI）發(fā)現(xiàn)，布雷菲德菌素A能夠誘導腫瘤細胞分化和凋亡，作為化學治療試劑用于腫瘤治療具有廣闊的應用前景。

結構^[2]

作用機制^[2]

高爾基體接受來自內質網(wǎng)新合成的蛋白質，對其實施翻譯后修飾過程，最后將這些修飾過的蛋白質發(fā)送到胞內目的地。潴泡模型描述分泌性蛋白質是如何從早期的高爾基體潴泡單元轉移到晚期潴泡，根據(jù)潴泡模型，分泌性蛋白質利用潴泡成熟或順向小泡轉運機制通過高爾基體，而需要回收到內質網(wǎng)的蛋白質通過逆向小泡被分揀、循環(huán)，小泡形成取決于COPI包裹Arf1-GTP組裝。

布雷菲德菌素A，通過反競爭性抑制作用，穩(wěn)定Arf：sec 7域復合物，與過渡Arf-GDPsec7域復合物結合、形成流產(chǎn)性Arf-GDP：BFA：sec 7域復合物。2003年Goldberg等得到了布雷菲德菌素A與Arf-Sec7d結合物的單晶結構，從而為證實鳥嘌呤核苷的交換的機理提供了有力證據(jù)。布雷菲德菌素A的這種小分子反競爭性的抑制蛋白質的作用對藥物研究和基礎生物學研究都具有重要的意義。

布雷菲德菌素A不僅顯著影響哺乳動物的分泌途徑，還會引起細胞的形態(tài)變化，特別是誘導高爾基體的分解，導致高爾基分解后酶重新分配回內質網(wǎng)。美國國家癌癥研究院發(fā)現(xiàn)布雷菲德菌素A還具有選擇性抑制和殺死人腫瘤細胞活性。布雷菲德菌素A通過不依賴于p53凋亡機制誘導人前列腺癌細胞凋亡，由于p53調節(jié)的凋亡途徑往往在前列腺癌細胞中被終止，因此，誘導不依賴于p53的細胞凋亡的藥物如布雷菲德菌素A是有效的備選化療藥物。聯(lián)合使用低劑量BFA提高吉西他（Gemcitabine）與對人胰腺癌細胞MIA PaCa-2 細胞線的作用效果。

應用^[1-2]

布雷菲德菌素A是一種天然存在的大環(huán)內酯類抗生素，能有效抑制蛋白質由內質網(wǎng)向高爾基體的轉運過程，是一種廣泛應用于哺乳動物信號傳導研究的分子工具；布雷菲德菌素A具有抗真菌、抗病毒、抗有絲分裂、抗腫瘤等生物學活性，布雷菲德菌素A及其衍生物是重要的抗腫瘤候選藥。鑒于布雷菲德菌素A具有多重生物學活性及潛在的抗腫瘤藥用價值，布雷菲德菌素A開發(fā)和研究工作一直受到產(chǎn)學界的高度重視，是當前抗癌藥物開發(fā)研究的一個熱點。

制備 ^[2]

1.化學合成

由于具有廣泛的生物活性和獨特的大環(huán)內酯結構，因而布雷菲德菌素A結構鑒定及其合成成為有機合成化學家最具吸引力的目標分子之一。1976年Corey和Wollenberg首次報道了布雷菲德菌素A的合成。1979年，Kitahara小組完成布雷菲德菌素A的首次全合成。自Corey的消旋體合成工作以來，有關布雷菲德菌素A的片段合成、表觀合成和全合成的報道層出不窮。2001年Kim小組以分子內的1，3-偶極環(huán)加成和關環(huán)復分解反應構建內酯大環(huán)。

2.發(fā)酵合成

文獻報道的、具有布雷菲德菌素A合成能力的菌種包括青霉屬（Penicillium）、斜臥青霉（Penicillium decumbens）、藍青霉（Penicillium cyaneum）、殼二孢屬（Ascochyta）、擬青霉（Paecilomycessp. ）、棒曲霉（Aspergillus clavatus）、分支孢屬（Cladosporium sp.）、鏈格孢菌屬（Alternariazinniae）、莖點霉屬（Phoma）、踝節(jié)菌屬（Talaromyces sp.），布雷正青霉（Eupenicilliumbrefeldianum）ATCC 58665 已經(jīng)被用于布雷菲德菌素A中試規(guī)模生產(chǎn)。

1995年，McCloud報道了11000 L規(guī)模上E. brefeldianum合成布雷菲德菌素A 的發(fā)酵過程，McCloud 對真菌E. brefeldianum（ATCC 58665）液體進行深層發(fā)酵，25℃通氣攪拌培養(yǎng)，轉速250 r /min，空氣流量0.73 vvm，培養(yǎng)基組成：葡萄糖20 g/L，麥芽汁2 g/L，酵母膏2.5 g/L，蛋白胨2 g/L，KH2PO4 2 g/L，MgSO4·7H2O2g/L，CaCO3 4 g/L，pH 7.0，布雷菲德菌素A發(fā)酵單位為169 mg/L。

國內使用青霉菌液體發(fā)酵，液體發(fā)酵培養(yǎng)基： 馬鈴薯200 g/L （煮汁），葡萄糖20 g/L，（NH4）2SO4 4.0 g/L，KH2PO41.0 g/L，MgSO4·7H2O 2.0 g/L，CaCO3 5.0 g/L，pH自然，裝液量100：250 （v/v），28°C，120 r/min，振蕩培養(yǎng)7 d，最終產(chǎn)量151.6 mg/L；并且首先利用青霉進行固體發(fā)酵，布雷菲德菌素A的固體發(fā)酵培養(yǎng)基的最佳條件為：馬鈴薯300 g/L（煮汁），葡萄糖25 g/L，（NH4）2SO4 0.2 g/L，KH2PO4 0.5 g/L，MgSO4·7H2O 0.5 g/L，NaCl 0.5 g/L，瓊脂2.0 g/L，pH自然，接種量5.0×105孢子/100 mL固體培養(yǎng)基，培養(yǎng)溫度28°C，靜置培養(yǎng)8 d，布雷菲德菌素A的產(chǎn)量達到392.16 mg/L。

主要參考資料

[1] 褚以文, 彭義杰. 細胞粘附分子 ELAM-1 的抑制劑——布雷菲德氏真青霉產(chǎn)生的布雷菲爾德菌素 A[J]. 中國抗生素雜志, 1999, 4.

[2] 薛鋒, 王亞軍, 鄭裕國. 新型抗腫瘤抗生素布雷菲德菌素 A 的研究進展[J]. 科技通報, 2010, 26(4): 536-541.