基因工程让降血脂药制造更绿色

2017-07-18 08:01:56中科院之声

心血管疾病是居民健康的重要威胁，国家心血管病中心统计显示我国目前（2016年）患病人数高达2.7亿，而且死亡率也高居首位，每5例死亡中就有2人是死于心血管疾病，远高于肿瘤等其他疾病。因此，心血管疾病的防治非常重要。血脂异常是心血管疾病的重要诱因，调节血脂是心血管疾病防治的有效手段。辛伐他汀（Zocor，舒降之）是由默克公司研发的重要降血脂药物，它能有效抑制人体内的胆固醇合成，从而降低血脂水平。这使得辛伐他汀成为血脂异常患者的首选药物之一，具有很大的市场前景，是我国销量最大的降血脂药，2015年全球销售额更是高达30亿美元。

近年来，随着民众环保意识的提高以及政府的重视，很多药企因违规排污事件被媒体屡次曝光，并受到了严厉的行政处罚。为了减少生产对环境的破坏，政府和企业也加强了在绿色制造方面的引导和研发投入，其中用生物催化方法替代传统化学方法是一个重要的关注热点。

辛伐他汀是天然产物洛伐他汀的半合成衍生物，工业生产工艺可分为三个过程：土曲霉发酵生产洛伐他汀，碱水解洛伐他汀制备辛伐他汀的前体物monacolin J，化学方法进一步将monacolin J转化成辛伐他汀（图1）。针对monacolin J转化成辛伐他汀，美国研究人员前期开发了一种更环保的生物催化转化方法，并获得2012年美国总统绿色化学奖。但monacolin J的制备仍然是使用传统的碱水解洛伐他汀工艺，工序相对复杂、环境污染较大。因此，开发一种绿色高效的monacolin J生产方法非常重要。之前，包括制药巨头默克公司在内的多家国内外研究团队曾试图开发可替代的生物转化方法，但是由于效率较低，都未能应用到实际生产中。

图1 辛伐他汀的传统生产工艺（黑色）和新开发的全生物合成方法（绿色）示意图

中科院青岛能源所微生物代谢工程团队（http://mme.qibebt.ac.cn）与全球最大的洛伐他汀/辛伐他汀原料药生产企业浙江海正药业集团进行了深入合作。近期，该团队发现了一个具有自主知识产权的高效洛伐他汀水解酶，能高效水解洛伐他汀生成 monacolin J，水解活性是专利报道同类酶的232倍。随后，通过基因工程改造技术，在海正药业的洛伐他汀工业生产土曲霉菌株中异源表达该洛伐他汀水解酶，成功实现了洛伐他汀的细胞内水解，95%的洛伐他汀在合成后即被水解成了 monacolin J，从而将产洛伐他汀工业菌株改造成了高产monacolin J的土曲霉菌株。

利用该基因工程菌株，可以直接使用现有的洛伐他汀发酵设备和工艺，通过一步发酵的方式直接生产 monacolin J ，将不再需要洛伐他汀碱水解工艺。因碱水解工艺而产生的浓酸、浓碱以及有机试剂等废液也将不复存在，最大限度地避免了生产对环境的破坏，也减小了企业的污染排放压力。此外，也大大简化了辛伐他汀的生产工艺，将生产工艺从三步减少为两步，并填补了辛伐他汀全生物合成的最后一个缺口，为辛伐他汀的绿色制造打下基础。

上述研究获得国家自然科学基金和海正药业集团的支持。