雄烯二酮（4-ad）制备脱氢表雄酮（dhea）的新方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于生物技术领域，涉及一种脱氢表雄酮（DHEA)的新制备方法，利用羰基 还原酶的高度区域选择性和立体选择性实现。
【背景技术】
[0002] 留体化合物在医药领域应用十分广泛。根据其药理可大致分为性激素，肾上腺皮 质激素和孕激素等等。目前已大概有300多种留体药物已经被批准上市，每年产量超过100 万吨，全球市值大约为100亿美元，是仅次于抗生素的全球第二大类药物。
[0003] 作为留体药物中的一种，DHEA经常被作为抗衰老药物来使用，因为人们认为体内 DHEA含量的减少与一系列衰老相关的病症发病密切相关。有些文章显示，人在80岁的时 候，其体内的DHEA含量只有25岁时候的1/10。人们通常认为，脱氢表雄酮硫酸酯（DHEAS) 是DHEA的一种更稳定的存在形式。DHEA和DHEAS被认为是大脑中最重要的神经甾体 (Baulieu E E， Schumacher M. Progesterone as a neuroactive neurosteroid, with special reference to the effect of progesterone on myelination [J]. Steroids, 2000，65(10-11): 605-612)。DHEA同时还是胆固醇代谢为性激素(如睾酮等)时关键的中 间产物。近期的研究更是进一步的表明了神经留体在加强记忆（Shi J, Schulze S, Lardy H A. The effect of 7-〇xo_DHEA acetate on memory in young and old C57BL/6mice
[J]· Steroids, 2000, 65(3): 124-129)，抵抗焦虑，抗痊挛（Kokate T G, Svensson B E, Rogawski M A. Anticonvulsant activity of neurosteroids-correlation with gamma-aminobutyric acid-evoked chloride current potentiation [J]. J Pharmacol Exp Ther, 1994，270 (3) :1223-1229),抗抑郁，以及保护神经系统尤其保护其免受氧化 剂伤害（Bastianetto S, Ramassamy C, Poirier J, et al. Dehydroepiandrosterone (DHEA) protects hippocampal cells from oxidative stress-induced damage [J]. Mol Brain Res, 1999，66(1-2): 35-41.)和由外源物诱导突变所造成的DNA损害（Shen S, Cooley D M, Glickman L T, et al. Reduction in DNA damage in brain and peripheral bloodlymphocytes of elderly dogs after treatment with dehydroepiandrosterone (DHEA) [J]· Mutat Res-Fundam Mol Mech Mutagen, 2001，480(1) :53-62)。除去 DHEA 本身的药用功能，作为留体工业中的重要一分子，DHEA也是留体工业中合成其他留体药物 的重要前体化合物。据文献报道，相比于DHEA，7 a -OH-DHEA在防止体外神经元细胞缺氧 死亡方面有着更高的活性，其抗氧化性也大大的加强。此外，羟基化之后的7 a -OH-DHEA， 其对肿瘤增生有着强烈的抑制作用（李合平，梁冬松，戴贵馥，etal. 7α-羟基-去氢 表雄酮的合成与活性测定[J].中国药学杂志，2009，43(20): 1596-1598)。于此类似 7 α，15 a -OH-DHEA，和1 a -OH-DHEA等经DHEA衍生合成出来的药物均有着特殊的药理作 用，应用前景十分广泛。因此，DHEA作为留体药物中的重要基础原料，其工业合成对整个甾 体工业的发展有着重大的影响。
[0004] 1953年人们首次在含有大量β-谷留醇的木材副产物中人工合成了 DHEA。因为 步骤复杂，收率太低，其并没有获得工业上的应用。1956年Rosenkranz等采用薯芋皂苷为 初始原料成功的合成了 DHEA，正式开启了 DHEA合成的工业化时代[61]。经薯芋皂苷配基 合成DHEA的流程大同小异，其原理几乎一样只差别于各个步骤选择了不同的保护剂或氧 化剂等。但是随着时代的发展，环境问题越来越成为制约社会和科技发展的重大问题。传 统的DHEA的生产模式需要消耗大量的薯蓣皂素资源，而其基本上是由专门的耕地种植获 得。此外，工业上在皂素资源的提取和裂解过程中会产生大量的废水以及其他污染物，使得 该行业面临着巨大的环保压力。随着老龄化社会的到来，医用资源的消耗必将进一步扩大。 这必将导致DHEA的生产面临着资源和环境的双重制约。因此开发新的工艺路线，以替代传 统的生产工艺刻不容缓。
[0005] 伴随着生物技术的进步，生物技术在留体工业上的应用越来越广泛。在面对这资 源压力和环境压力，现在采用微生物方法降解植物留醇生产4-AD的工艺已经取得实质性 的进展。国外以及国内某些领先企业已经开始了工业化规模的发酵生产。该工艺以此前大 量被丢弃和闲置的留醇资源为原料，经过工程菌大量发酵，可大规模的生产留体工业的基 础类药物4-AD。其既解决了大面积占用耕地的资源问题，也解决了环境污染问题。可以预 见，随着更多此类工程菌的开发，以及更多企业采用此工艺方法，4-AD的价格从长期来看一 定会走低的。鉴于4-AD和DHEA结构的高度相似，本方法利用4-AD为原料，通过化学法制 备中间体后，利用羰基还原酶选择性β -还原羰基制备DHEA。
【发明内容】
[0006] 本发明提供了一种由4-AD制备DHEA的新方法。该发明的包括如下步骤：
碱性条件下，将4-胆留烯-3-酮（I)的4位双键位移至5位，以双键位移后的化合物 (II) 为底物，在羰基还原酶的作用下，将3位羰基还原为β -羟基，从而制备脱氢表雄酮 (III) 。
[0007] 在合成过程中，羰基还原酶分别为来源于兔子的AKR1B19和来源于 /kriosiAs·的 PFADH。
[0008] 在羰基还原酶的作用下，将3位羰基还原为β -羟基，从而制备脱氢表雄酮（III) 的反应步骤如下： 底物II与溶剂、助溶剂构成反应体系，加入生物催化剂和辅酶循环体系进行反应，温 度为25~40°C ;时间为4~24小时，制得化合物III ;上述的反应体系为1 mL时，底物II用 量为3 mg~30 mg ;上述的溶剂为磷酸缓冲溶液，助溶剂为二甲基亚砜，N，N-二甲基甲酰胺， 甲苯中的一种或多种；上述的生物催化剂包括辅酶烟酰胺腺嘌呤二核苷酸、葡萄糖脱氢酶 或者甲酸脱氢酶和羰基还原酶，或者是粗酶粉；上述的纯酶或者粗酶粉的用量为〇. 1 mg~30 mg〇
【附图说明】
[0009] 图1化合物II的核磁谱图； 图2化合物III的核磁谱图。
【具体实施方式】
[0010] 结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。
[0011] 实施例1 称取1 g 4-AD与3.9 g叔丁醇钾。在干燥的烧瓶中，通氮气25min，使用充满氮气的 气球密封。将30mL叔丁醇缓慢的注射进去，搅拌反应3h。将反应体系迅速加入到105 mL 的10%的醋酸中，以终止反应。再搅拌lOmin后，使用NaHC03中和，并且使用乙酸乙酯（EA) (3X50mL)萃取，无水硫酸钠干燥。减压除去溶剂最终得到黄色的粗产品。柱层析分离，得 到纯品320 mg，产率32%。产物II核磁谱图如图1所示。
[0012] 实施例2 选用实验室保存的26种不同来源于羰基还原酶2 mg，以化合物II为底物进行筛选。 反应体系为1 mL，底物II用量为3 mg;磷酸缓冲溶液，助溶剂为二甲基亚砜，辅酶烟酰胺腺 嘌呤二核苷酸0.5 mg，葡萄糖脱氢酶或者甲酸脱氢酶和羰基还原酶2 mg，反应24小时后， EA等体积萃取，TLC检测。筛选出羰基还原酶AKR1B19和PFADH。
[0013] 实施例3 以化合物II为底物进行筛选，羰基还原酶分别为PFADH。反应体系为1 mL，底物II用 量为300 mg;磷酸缓冲溶液，助溶剂为甲苯，辅酶烟酰胺腺嘌呤二核苷酸0.5 mg，甲酸脱氢 酶和羰基还原酶2 mg，反应24小时后，EA等体积萃取，TLC检测。
[0014] 实施例4 以化合物II为底物进行筛选，羰基还原酶分别为AKR1B19和PFADH。反应体系为1 mL， 底物II用量为300 mg ;磷酸缓冲溶液，助溶剂为二甲基亚砜，辅酶烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 0. 5 mg，甲酸脱氢酶和羰基还原酶2 mg，反应24小时后，EA等体积萃取，TLC检测。
[0015] 实施例5 150 mL体系进行转化：D-葡萄糖（18 g/L)，D-葡萄糖脱氢酶（2 g/L)，NADP+ (0. 5 g/ L)，AKR1B19 (300 mg)，溶解于 135 mL 磷酸缓冲液中（200 mM，pH=6.5)。5-AD (146 mg)溶 解于15 mL DMSO中。反应混合物在30°C摇床反应。TLC检测反应进程至底物完全转化。约 5 h后，用EA萃取三遍反应液。有机相用无水硫酸钠干燥后旋干。采用硅胶柱纯化，得到白 色固体76 mg，4 NMR鉴定，产物核磁谱图如图2所示。
[0016] 实施例6 150 mL体系进行转化：D-葡萄糖（18g/L)，D-葡萄糖脱氢酶（2 g/L)，NADP+ (0. 5 g/ L)，PFADH(300 mg)，溶解于 135 mL 磷酸缓冲液中（200 mM，pH=6.5)。5-AD (146 mg)溶解 于15 mL DMSO中。反应混合物在30°C摇床反应。TLC检测反应进程至底物完全转化。约 5 h后，用EA萃取三遍反应液。有机相用无水硫酸钠干燥后旋干。
【主权项】
1. 一种雄烯二酮（4-AD)制备脱氢表雄酮（DHEA)的新方法，该发明的包括如下步骤：碱性条件下，将雄烯二酮（I)的4位双键位移至5位，以双键位移后的化合物（II)为底 物，在羰基还原酶(醇脱氢酶）的作用下，选择性的将3位羰基还原为β -羟基，从而制备脱 氢表雄酮（III)。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：利用羰基还原酶还原化合物II时，底 物II与溶剂、助溶剂构成反应体系，加入生物催化剂和辅酶循环体系进行反应，温度为 25~40°C ;时间为4~24小时，制得化合物III ;上述的反应体系为I mL时，底物II用量为3 mg~30 mg;上述的溶剂为磷酸缓冲溶液，助溶剂为二甲基亚砜，N，N-二甲基甲酰胺，甲苯中 的一种或多种；上述的生物催化剂包括辅酶烟酰胺腺嘌呤二核苷酸、葡萄糖脱氢酶或者甲 酸脱氢酶和羰基还原酶，或者是粗酶粉；上述的纯酶或者粗酶粉的用量为0.1 mg~30 mg。3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：利用羰基还原酶还原的是3位羰基，还原 产物为脱氢表雄酮。
【专利摘要】本发明涉及一种脱氢表雄酮新的制备方法，属于甾族化合物制备方法，其特征在于以雄烯二酮(4-AD)为原料，叔丁醇为溶剂，在叔丁醇钾的作用下，首先实现4，5位的双键位移，再经过羰基还原酶的还原，得到脱氢表雄酮。该方法利用羰基还原酶作为催化剂，能够实现3位羰基高度的区域选择性和立体选择性还原。
【IPC分类】C12P33/06
【公开号】CN105483198
【申请号】CN201410468674
【发明人】陈曦, 张铮斌, 张大龙, 张汝金, 冯进辉, 吴洽庆, 朱敦明, 马延和
【申请人】中国科学院天津工业生物技术研究所, 浙江仙居君业药业有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年9月16日