转化石胆酸为熊去氧胆酸

熊去氧胆酸

熊去氧胆酸（Ursodeoxycholic acid，UDCA）是一种有价值的胆汁酸，用于治疗胆囊炎可以溶解胆固醇胆结石，比鹅去氧胆酸（chenodeoxycholic acid，CDCA）副作用更少。UDCA还具有抗炎作用，可用于治疗囊性纤维化和原发性胆汁性肝病胆管炎。UDCA的主要天然来源是熊胆汁，通过养殖熊获得胆汁。或者由胆酸（cholic acid，CA）或CDCA半合成UDCA。从CA形式开始的合成路线CDCA只需5步，包括Wolff–Kishner还原，并在C7发生差向异构化以产生UDCA。该途径的产率不超过30％。为了克服这些局限性，采用了较短的合成路线CDCA向UDCA的生物催化差向异构已开发。

石胆酸

石胆酸（LCA， lithocholic acid）是一种价格低廉的丰富的肉类生产废物产品，因为这种胆汁酸在农场动物中被发现像绵羊，牛，和猪。当前，没有生物技术利用这些已知来源的LCA，使其成为理想的合成UDCA的原料。据报道已经有一些微生物可由LCA转化为UDCA。例如，木霉镰刀菌将LCA转化为多种产品，包括UDCA，收率为35％。但是，目前尚无酶可选择性地在7β位羟基化LCA以形成UDCA以及其在微生物中的合成途径方面的报道。发掘一个直接7β-羟基化的酶将LCA直接转化为UDCA会非常有价值，这将可避免利用真菌转化时的复杂代谢（产生多个副产物）造成的下游处理复杂化。

来自德国格赖夫斯瓦尔德大学生物化学系的Uwe T. Bornscheuer教授团队，设计了链霉菌来源的细胞色素P450单加氧酶CYP107D1（OleP），用于石胆酸的立体和区域选择性7β-羟基化，生成熊去氧胆酸，并将结果发表在近期的Angew Chem Int Ed Engl，题为“Engineering Regioselectivity of a P450 Monooxygenase Enables the Synthesis of Ursodeoxycholic Acid via 7β-Hydroxylation of Lithocholic Acid”.

之前的研究表明，OleP在7β位羟化睾丸激素，但针对LCA仅在6β位羟化形成多甲酰氧胆酸（MDCA）。作者在结构的基础上，利用数据库3DM进行残基功能预测分析，并结合分子对接的方法确定氨基酸残基F84，S240和V291是与7β羟化相关的残基。然后通过丙氨酸扫描鉴定出S240A是产生UDCA的关键突变。基于这些位置设计合成了“小巧但聪明”的文库，然后作者用比色测定法对产生UDCA的库进行了筛选。最终，作者确定了一个几乎完美的区域选择性和立体选择性三重突变体（F84Q / S240A / V291G），它产生的UDCA水平比S240A变体高10倍。这种生物催化剂为从生物废物LCA环保合成UDCA开辟了新的可能性。