胞苷的应用和制备

背景及概述^[1]

胞苷即胞嘧啶核苷，是组成核酸的一种核糖核苷(含有嘧啶碱基胞嘧啶)，并构成遗传密码的一个单位。胞苷在脱氧核糖核酸和胞核糖核酸中与相应的鸟(便嘌呤)苷以非共价形式配对。前已有多种合成胞嘧啶核苷（胞苷）的方法，具体如下：1）Nishimara等人在1964年提出的方法，利用硅醚化保护的N4-乙酰基胞嘧啶与1-氯代三苯基甲酰基核糖在加热回流条件下反应生成混合构型胞苷，然后利用重结晶和柱层析将二种异构体分离。该方法的缺点是流程复杂、收率低，其原料1-氯代三苯基甲酰基核糖不易得到，且是α，β两种构型混合体，其参与反应后生成物也是两种异构体，后处理困难。该方法无法实现规模化生产。2）利用尿苷为原料，经六甲基二硅胺烷（HMDS）硅醚化得到4，2′，3′，5′-四硅醚化尿苷，然后在干燥的容器中一步高压氨解得到胞苷。该方法中尿苷原料昂贵，且脱保护反应条件苛刻，收率低难以工业化生产。

应用^[2]

胞苷作为嘧啶核苷，主要用于生产抗肿瘤、抗病毒药物的中间体，是制造阿糖胞苷(Ara-CR)、环胞苷(CycloC)、三磷酸胞苷(CTP)、胞二磷胆碱(CDP-Choline)等药物的主要原料[2]。其应用举例如下：制备5′-胞苷酸，包括以下步骤：胞苷的合成：胞嘧啶与D-核糖在合成酶Ⅰ的催化作用下合成胞苷，将反应所得溶液进行过滤得到胞苷过滤液；5′-胞苷酸母液的制备：胞苷过滤液中和磷酸二氢钠在合成酶Ⅱ的催化作用下合成5′-胞苷酸，所得反应液保温搅拌一段时间后过滤得到5′-胞苷酸母液；5′-胞苷酸的精提：调节5′-胞苷酸母液的pH，而后过滤得到5′-胞苷酸粗品，将5′-胞苷酸粗品精制得到产品5′-胞苷酸。本发明的优点是：可降低5′-胞苷酸的生产成本；工艺周期较短，可提高5′-胞苷酸的制备效率；产品5′-胞苷酸的总收率达到90%以上，含量大于99%；对环境、设备及操作人员均无害。

制备^[3-4]

方法1：化学合成法。一种胞嘧啶核苷的制备方法，包括以下步骤：

①硅烷化：将胞嘧啶和叔丁基二甲基氯硅烷经硅烷化反应得N-(叔丁基二甲基硅基)-2-(叔丁基二甲基硅氧基)-4-嘧啶胺，将N-(叔丁基二甲基硅基)-2-(叔丁基二甲基硅氧基)-4-嘧啶胺在三氯甲烷中溶解得到N-(叔丁基二甲基硅基)-2-(叔丁基二甲基硅氧基)-4-嘧啶胺的三氯甲烷溶液；

②糖苷合成：将四乙酰核糖在三氯甲烷中溶解后加入四氯化钛溶液，在18℃～30℃的环境温度下滴加N-(叔丁基二甲基硅基)-2-(叔丁基二甲基硅氧基)-4-嘧啶胺的三氯甲烷溶液，经糖苷反应得胞嘧啶乙酰核糖；

③氨解：在18℃～30℃的环境温度下向胞嘧啶乙酰核糖中加入氨的质量百分浓度为10%的氨的甲醇溶液（即甲醇氨溶液），经氨解反应得胞嘧啶核苷粗品；

④精制：将胞嘧啶核苷粗品加入乙醇中，在搅拌下加热回流溶解后加水，冷却至0℃±2℃析晶至少5h后分离出固体，干燥，得到胞嘧啶核苷。

具体合成路线如下：

方法2：微生物法。由大肠杆菌变异株产生嘧啶核苷。

1）大肠杆菌中嘧啶核苷酸的生物合成途径

大肠杆菌的嘧啶核苷酸合成途径与枯草芽孢杆菌类似。在大肠杆菌细胞内，也主要存在两种途径合成核苷酸，一条是利用葡萄糖等碳源和氮源，以5′-磷酸核糖为出发物质的全合成途径（denovopathway），一条是由嘧啶碱基通过核糖基化及磷酸化而合成的补救途径。

2）胞苷合成的代谢调节机制

大肠杆菌嘧啶核苷酸生物合成及代谢控制过程如图所示。

研究表明，与枯草芽孢杆菌不同，大肠杆菌中嘧啶核苷酸的生物合成只在三个控制点上受到终产物的反馈控制，催化这三步反应的酶都是变构酶。将天冬氨酸与氨甲酰磷酸转变为氨甲酰天冬氨酸的反应是此途径的关键步骤，催化此反应的天冬氨酸-转氨甲酰酶接受终产物CTP的反馈抑制，它被抑制将影响尿苷酸和胞苷酸的合成。另两个调节位点分别是由氨甲酰磷酸合成酶催化的反应，它受UMP的反馈抑制；CTP合成酶催化的反应，接受CTP的反馈抑制，它只影响胞苷酸的合成。在大肠杆菌胞苷从头合成途径中，UMP合成酶系和CTP合成酶系受到尿嘧啶核苷酸和胞嘧啶核苷酸的反馈抑制，而胞苷脱氨酶使胞苷进一步反应生成尿苷。首先利用Red重组系统敲除胞苷脱氨酶基因cdd，切断胞苷进一步代谢为尿苷的分解途径，得到胞苷脱氨酶缺失菌株。然后在此基础上，再转入一个构建好的重组质粒，该质粒过表达胞苷生产菌上嘧啶操纵子的结构基因pyr，此基因编码UMP从头合成途径中的6个关键酶，经过这些改造后，得到一株基因工程菌，胞苷产量有不同程度地提高。

主要参考资料

[1] 现代药学名词手册

[2] CN201710615002.5一种5′?胞苷酸的酶催化合成工艺

[3] CN201210168051.6一种胞嘧啶核苷的制备方法

[4] 微生物发酵法生产胞嘧啶核苷的研究进展