2'-脱氧鸟苷的制备

背景及概述^[1][2]

核苷及其衍生物在抗病毒和抗肿瘤方面的作用近年来越来越引起人们的关注。 1992 年 C .Perigaud 等人对核苷类抗病毒药物进行了综述。2′ -脱氧鸟苷是合成寡脱氧核苷酸等多种抗病毒 、抗肿瘤核酸药物的重要原料，在市场上有广泛需求。脱氧鸟苷很难用化学合成法进行合成，到现在为止仍没有成熟的化学合成脱氧鸟苷方法的报道。

现在获得脱氧鸟苷的方法主要是采用以 DNA为原料，先用核酸酶水解生成脱氧核苷酸，然后再用磷酸单酯酶水解，使其生成脱氧核苷，此方法成本高，而且 DNA 来源有限，大规模生产会受到限制。关于酶法合成脱氧鸟苷的报道，日本横关键三等应用肺炎克雷伯氏菌( K lebsiella pneumoni -ae) 生成脱氧鸟苷的方法，但转化率仅为28 %。

使用产气肠杆菌为酶源，以 2 ′ -脱氧尿苷和鸟苷为底物，2 ′ -脱氧鸟苷转化率仅为 18 %。其它亦有用胸苷和 2，6-二氨基嘌呤生成 2，6-二氨基 2′ -脱氧核苷，再用腺苷脱氨酶处理得到脱氧鸟苷的方法，但工艺步骤多，成本较高。

应用^[2-3]

2＇-脱氧鸟苷是一种天然的脱氧核苷，可直接用于制备组合脱氧核苷药物或者作为化学试剂用于生化研究；同时可作为中间体用于合成一些抗病毒核苷类药物以及分子标记物，如以2’-脱氧鸟苷原 料合成8-溴-2’-脱氧鸟苷和8-羟基-2’-脱氧鸟苷等重要分子标记物；合成2’-脱氧鸟苷的6位衍生物，如6-甲氧基、6-氨基等系列重要抗肿瘤的2’-脱氧鸟 苷衍生物。

另外采用2’-脱氧鸟苷为原料合成致癌或抗癌过程中的重要分子标记物N7-鸟嘌呤烷化物，该方法是以2′-脱氧鸟苷为原料，以碘乙烷、环氧乙烷、1-溴-2-氯乙烷、3-溴丙烯或1，2-二溴乙烷作为烷化剂，在二甲基亚砜、冰醋酸或二甲基乙酰胺溶液中，于15~50℃，反应0.5~96h，反应完毕后进行减压蒸馏，粗产品经硅胶柱层析分离纯化，用乙酸乙酯∶石油醚(体积比)=10~20∶1和乙酸乙酯∶无水甲醇(体积比)=10~20∶1洗脱液分别洗脱，得到N7-鸟嘌呤烷化物。方法具有反应条件温和、分离纯化过程简单、产物收率高、对环境污染较少等优点，有利于N7-鸟嘌呤烷化物的大量生产。

制备 ^[2-4]

方法1：利用产核苷磷酸化酶的乙酰短杆菌细胞酶法合成 2′ -脱氧鸟苷，其可能的反应机理如图 1所示：

以脱氧胸腺嘧啶核苷( Thymidine，dTR) 为脱氧核糖的供体，鸟苷酸(GM P) 为碱基鸟嘌呤的供体，在核苷磷酸化酶的作用下合成脱氧鸟苷。该实验还优化了其酶反应条件，从而得到 56.4 %的胸苷转化率，并使用离子交换法分离得到了纯度90.2 %的脱氧鸟苷。它具有步骤简单，反应时间较短，产物分离比较容易等优点。具体步骤如下：

1）乙酰短杆菌的培养和湿菌体制备：在1 L的带挡板的锥形瓶中装入发酵培养基 200 mL，于 121 ℃灭菌 20 min，冷却后从新鲜、长势良好的乙酰短杆菌斜面上接种，36 ℃培养 16 h，然后将培养液 10 000 r/min 离心 10 min，弃去上清液，所得菌体用 30 mm ol/ L 磷酸盐缓冲液( pH 7.0)洗涤2 ～ 3次，作为酶源冷冻备用。

2）脱氧鸟苷酶法合成及工艺优化：20mmol/L 的脱氧胸腺嘧啶核苷( dTR)，20 mm ol/ L的鸟苷酸 (GMP )，5 % 的湿菌体，100 m L30 mmol/L pH 6.98 磷酸盐缓冲液作为标准反应混合物，在60 ℃的恒温水浴槽中搅拌反应，反应时间为 6h。在不改变其它条件的情况下，依次考察不同的反应温度、菌体量、反应 pH、磷酸盐缓冲液浓度、底物浓度、底物比率和反应时间对酶反应的影响，优化其反应条件。

3）酶反应液中脱氧鸟苷的分离纯化：取适量的脱氧鸟苷反应液，高温灭活后用硅藻土过滤，在其中加入 5 mmol/L 的四硼酸钠，再通过 pH 中性的氯型阴离子树脂进行分离，以 0.5 倍柱体积每小时的流速上样洗脱，上样结束后用 0 ～ 0.2 mol/L的 NaCl 进行梯度洗脱，分布收集洗脱液。取收集到的脱氧鸟苷洗脱液脱盐浓缩结晶，得到脱氧鸟苷样品。

方法2：一种核苷类药物中间体2’-脱氧鸟苷的生产方法，是采用产脱氧核苷核糖转移酶 的发酵乳杆菌CGMCC 1.1880菌体浆状物为生物催化剂，在聚乙二醇（PEG）/无机盐双水相转化体系，以β-胸苷和鸟嘌呤为原料进行酶促反应，最后获得2’-脱氧鸟苷。所述的双水相转化体系中所用多聚物为聚乙二醇，所选的种类有PEG4000、 PEG8000、PEG10000、PEG15000和PEG20000。其优选为PEG10000和PEG15000，其选为 PEG10000。

所述聚乙二醇的浓度为25g/L-55g/L，包括 25g/L、45g/L和55g/L，优选 PEG10000的的浓度为45g/L。双水相转化体系中所用无机盐为磷酸盐，所选的盐种类有磷酸二氢钾、磷酸二氢钠和磷酸二氢铵，优选为磷酸二氢钾。磷酸盐的浓度为30g/L-60g/L，包括30g/L、 45g/L和60g/L，优选磷酸二氢钾的浓度为45g/L。底物为β-胸苷和鸟嘌呤，其中β-胸苷浓度为16.5g/L，鸟嘌呤所选的浓度为10.3g/L-18.0g/L，包括10.3g/L、15.2g/L和18.0g/L，优选浓度为15.2g/L；β-胸苷和鸟嘌呤摩尔比为1：1-2，包括1：1、1：1.5和1：2，优选的比例为1：1.5。

β-胸苷是目前五种脱氧核苷（2’-脱氧腺苷、2’-脱氧尿苷、2’-脱氧胞苷、2’-脱氧 鸟苷和β-胸苷）中最易得、价廉的脱氧糖基供体，而鸟嘌呤相比于其它含鸟嘌呤结构的物质，如鸟苷、鸟苷酸或者2，6-二氨基嘌呤等，是最为直接、易得和价廉的脱氧核糖受体，因此，采用生物催化法制备2’-脱氧鸟苷，鸟嘌呤和β-胸苷作为初始底物是最理想的组合。

方法3：一种用乙酰短杆菌的核苷磷酸化酶合成2’-脱氧鸟苷的方法，包括如下步骤：

(1)将乙酰短杆菌(Brevibacterium acetylicum)QD96-CGMCCNo.0472接入培养基进行培养，培养获得的菌体作为核苷酸磷酸化酶备用；所述培养基为常规的，其组分和重量含量包括：牛肉膏1％，蛋白胨1％，酵母膏0.5％，NaCl 0.5％，pH为7.0；

(2)然后将步骤(1)获得的菌体加入底物溶液，所述底物溶液中，脱氧核糖受体的含量为5～40mol/L，脱氧核糖供体浓度为5～40mol/L，磷酸缓冲液浓度为10～50mmol/L，菌体的湿重加入重量为1～5％，40～65℃反应1～4h，离心，获得溶液含有2’-脱氧鸟苷的溶液，溶液经HPLC检测，2’-脱氧鸟苷的转化率达60％，然后从反应产物中收集2’-脱氧鸟苷；所述的脱氧核糖受体选自鸟嘌呤、鸟苷或鸟苷酸，但由于鸟嘌呤在水中溶解度较低，其中以鸟苷酸为；所述的脱氧核糖供体选自2’-脱氧核糖、2’-脱氧核糖-1-磷酸，胸苷、2’-脱氧尿苷或2’-脱氧胞苷等，但从目前原料来源难易和价格因素考虑，选择胸苷、2’-脱氧尿苷或脱氧核糖较好。

主要参考资料

[1] 李喻, 窦洁, 曹静, 邱蔚然, & 周长林. (2011). 乙酰短杆菌酶法合成 2′-脱氧鸟苷. 药物生物技术, 18(2), 119-123.

[2] CN201510140553.1 一种核苷类药物中间体2’-脱氧鸟苷的生产方法

[3] CN201110114010.4N7-鸟嘌呤烷化物的制备方法

[4] CN201010611733.0 用乙酰短杆菌的核苷磷酸化酶合成2’-脱氧鸟苷的方法