他克莫司理化、药理及合成研究

理化性质与免疫抑制机制

他克莫司（Tacrolimus，FK506）是由链霉菌属(Streptomyces)发酵得到的产物。到目前为止，已报道超过15种产生他克莫司的菌种，包括 Streptomyces tsukubaensis9993,Streptomyces tacrolimicus, Streptomyces sp.ATCC53770,Streptomyces sp. MA6949,Strepto-myces glaucescens MTCC5115,Streptomyces clavu-ligerus CKD1119等。他克莫司是一种高效的23元大环内酯类新型免疫抑制剂，常温下为无色晶体，熔点为127万夜,溶于甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯、氯仿或乙醚，难溶于己烷或石油醚，不溶于水，在不同贮存条件下稳定性都较高，分子式是C₄₄H₆₉NO_12，相对分子质量为804.02，化学结构式如下图。

他克莫司对于T淋巴细胞的增殖抑制显著，其中主要是作为钙调神经磷酸酶抑制剂发挥作用，并显示出与环孢菌素A非常相似的作用机制。具体机制是当他克莫司与其细胞溶质受体(主要是FKBP12-)相互作用时，钙调神经磷酸酶的钙调蛋白依赖性丝氨酸/苏氨酸磷酸酶活性受到抑制。在这种情况下，钙调神经磷酸酶不再能使转录因子(例如NFAT)去磷酸化，而去磷酸化的转录因子是控制T细胞增殖所必需的。这种机制在人类T淋巴细胞和酵母等真菌细胞中是保守的，因此他克莫司也具有抗真菌活性。该活性可用于通过对易感菌株如酿酒酵母TB23的生物测定来定性检测他克莫司[1]。

药代动力学和药效学研究

他克莫司经小肠吸收，个体吸收差异显著，主要在肝脏经CYP3A4、CYP3A5代谢，CYP3A5*3基因多态性是造成血药浓度个体差异的核心因素，中国汉族人群突变率高，各国已依据基因型给出用药推荐。大量临床与动物研究证明，他克莫司在肾、肝、心脏移植中抗排斥疗效优于环孢素A，可调控T细胞免疫、减轻巨噬细胞浸润，有效控制急慢性排斥反应。但该药治疗窗窄，浓度失衡会引发排斥或毒性，存在糖尿病、高血压、感染、肝肾及神经系统损伤等多种不良反应。临床需严密监测血药浓度与相关生化指标，实施个体化给药，减少不良事件。

生物合成研究

他克莫司是1984年从筑波山土壤的筑波链霉菌中分离得到的聚酮类免疫抑制剂，原始菌株发酵产量极低。早期研究主要通过优化发酵培养基与培养条件使产量得到初步提升，后续结合菌株改良，产能实现数十倍增长，国内相关研究多围绕培养基优化和菌株诱变筛选开展。

国内众多学者在摇瓶与发酵罐体系中系统考察碳氮源、pH、装液量、转速、温度、接种量、发酵周期等参数，还利用响应面法、分批补料等工艺进一步提升产量；同时借助ARTP等离子诱变、复合诱变等手段选育高产突变菌株，部分突变株产量较出发菌株大幅提高，且遗传稳定性良好。

在分子与代谢调控层面，国外研究者利用基因缺失突变结合外源前体添加，可基本消除子囊霉素、双氢他克莫司等副产物，但存在产物总产量下降、前体具有毒性的局限。金美英等人借助代谢组学识别出13种与他克莫司合成密切相关的代谢物，通过在不同发酵阶段外源添加莽草酸、氨基酸、豆油等前体，有效提高产物合成水平。另有研究通过调控三酰甘油代谢，重定向乙酰辅酶A碳流，该策略可作为通用方法提升多种聚酮类抗生素产量，也为他克莫司高产改造提供新思路。

结论

他克莫司是器官移植抗排斥常用免疫抑制剂，个体基因型差异导致血药浓度差异明显，药效与安全性优于环孢霉素A，筑波链霉菌为主要生产菌株。随着其合成基因簇与代谢通路被解析，发酵工艺优化、诱变育种、基因敲除结合外源补料、代谢组指导前体添加等方式均可提升产量、减少副产物。但传统链霉菌基因工程操作复杂，当前工程菌高产多依赖外源补料。新兴基因编辑技术与强启动子资源为产业化提供潜力，后续重点是改造筑波链霉菌他克莫司合成通路，实现减副产物、提产量、降成本，助力工业化生产[1]。

参考文献

[1]金美英,方晨捷,陈燏,等. 免疫抑制剂他克莫司研究进展[J]. 发酵科技通讯,2020,49(1):37-43,57.