L-核糖的制备与应用

背景及概述^[1]

核糖(ribose，C5H10O5)是一种典型的五碳糖，是各种核糖核酸(ＲNA)、核苷酸辅酶以及ATP、NADP的组成成分，与生物遗传关系密切，对生物体的生理活性具有重要的调控作用。

纯净的L-核糖是白色晶体或白色晶体粉末，带有甜味；可溶于水、乙醇、甲醇，不溶于乙醚、苯和丙酮。L-核糖具有良好的抗肿瘤抗病毒能力且对正常细胞的毒副作用很小。其是重要的药物合成中间体，可用于合成具有抗病毒活性的核苷类化合物，在抗艾滋病、抗病毒中间体方面显示强大的潜能。

制备^[1-2]

1.化学合成法

L-核糖的化学合成通常以较廉价的糖为原料，如表所示。

例如：将L-阿拉伯糖衍生物C—2羟基的构型翻转即可得到L-核糖，实现这一翻转的方法有两种，一种是将C—2位羟基转化为磺酸酯，然后通过亲核试剂的进攻实现构型翻转；另一种是将C—2位羟基氧化，然后在硼氢化钠或硼氢化锂存在的条件下将羰基还原。使用的催化剂，除了钼化合物外，还有钨、锶、钙等络合物和三氧化钼与3-羟丙基吡啶体系等。目前，采用化学法合成L-核糖，在合成步骤与收率等方面均有了较大的提高，但仍存在合成工艺路线复杂、反应步骤繁琐、试剂昂贵、总收率低、需使用大量有机溶剂和产生有害的副产物等问题，难以适应工业化生产的要求。

2.生物合成法

通过微生物或酶进行生物转化生产L-核糖已成为国内外研究热点，生物转化合成L-核糖具有立体选择性好、反应条件温和、污染少等特点。根据原料不同可分为两类：以核糖醇为原料和以L-阿拉伯糖为原料的生物合成法。

A一步法转化生产L-核糖

由于L-核糖异构酶活力普遍不高，发明了采用核糖醇直接转化为L-核糖的一步转化。将在Apiumgraveolens菌株中发现的NAD依赖型甘露醇-1-脱氢酶(Mannitol-1-dehydrogenase，简称MDH)克隆到大肠杆菌中并表达，对重组大肠杆菌放大培养，用全细胞催化1L100g/L的核糖醇，发酵72h，可转化55%。

一步法简化了操作步骤，降低了成本。为了提高L-核糖的得率，用易错PCＲ获得MDH重组大肠杆菌的突变株，通过硝基水杨酸鉴别还原性糖的方法筛选到了酶活较高的菌株，该突变株在50mL摇瓶中的转化率达到(46.6±1.7)%。对该突变菌株进一步研究发现，酶的稳定性和表达都得到了提高，而且不用添加诱导剂和改变温度，为大规模生产L-核糖奠定了基础。

应用^[3]

L-核糖过去没有实际的应用价值，直到近年来，新型抗癌、抗病毒药物研发进展迅速，已筛选到多种以L-核糖或其衍生物为主要结构砌块的潜在药物，表1列举了相关药物及其研发情况。其中，已进入实际销售阶段的是抗乙肝药物替比夫定(中国销售名：素比伏，生产商：北京诺华制药，2012年起获准销售)、还有克里夫定以及恩曲他滨；根据预测，2017年替比夫定在美国的销售额将达到1．6亿美元。

替比夫定的主要结构模块为2-脱氧-L-核糖，主要依赖有机合成，常用的方法包括以L-阿拉伯糖、D-葡萄糖为出发化合物，大都需要4～6步或更多步反应，总体转化率不高；若以L-核糖为出发底物，则大大缩短合成路径。除替比夫定外，核苷类似物肝病药物的开发近十多年来一直是热点，今后可能出现更多基于L-核糖结构的抗肝病毒药，根据WHO的统计，全球人口约5%感染乙肝，其中中国占总感染人数的约1/4，而只有其中的1%得到了有效治疗；因此，抗乙肝药的市场是广阔的。此外，多种基于L-核糖的药物已显示出具有抗艾滋病能力，应用潜力更为巨大。

主要参考资料

[1] L-核糖的生产研究进展

[2] L-核糖的合成研究进展

[3] 医药中间体L-核糖的生物制造研究进展