Page 24 - 《中国药科大学学报》2026年第2期
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150                      学报   Journal of China Pharmaceutical University 2026, 57(2): 144 − 154  第 57 卷

               thaxtomin A（图  4-D）中  L-色氨酸吲哚基团的区域               伐他汀复合物的晶体结构，选取关键残基位点，通
               选择性硝化，生成        4-硝基-L-色氨酸 。在星形孢菌                过定向进化和高通量筛选，成功获取最佳组合突变
                                              [36]
               素的糖基化修饰过程中，P450 酶             StaN  负责与化合        体  P450 Prava ，实现了立体选择性的反转         (＞99%) 和
               物活性密切相关的          C5'- N12 糖苷键的生成（图         4-   催化效率、底物耐受性的提升。DSM                   公司已于
               C），与大多已报道的自由基机制不同，该过程有糖                          2020 年实现普伐他汀的万吨级量产，许多国内企业
                                                                                 [39]
               C5'处经羟基化和脱水后产生的亲电氧鎓阳离子参                          也进入了中试阶段 。
               与 ，与之相似的还有黑莫他丁（图                 4-D），P450 酶          中国科学院青岛生物能源与过程研究所则通
                 [32]
               HmtT  负 责 催 化 该 过 程   [23] 。 来 源 于 灰 绿 链 霉 菌     过对橘青霉的系统代谢工程改造，成功通过一步
               (Streptomyces griseoviridis)NRRL 2 427 的灰绿霉素     法生产普伐他汀 。该研究团队首先利用还原伴侣
                                                                               [40]
               (griseoviridin)（图  4-D）生物合成过程中，P450 酶            工 程 ， 筛 选 出 最 优 的    P450 酶 与 还 原 伴 侣 组 合 ，
                                                  [31]
               SgvP  负责含噻吩的九元内酯环的合成 。除此外，                       P450 Prav a  与  P450 Rh F  的还原酶结构域  RhFRED  融合
               济南游动放线菌         (Actinoplanes tsinanensis) 来源的   而成的重组蛋白展示了最高的转化率。但                    NADPH
               吲 哚 骈 二 氢 噻 喃 环 类 化 合 物 创 新 霉 素                  的匮乏导致体系的低产率，作者团队通过筛选不同
               (chuangxinmycin)（图  4-D）生物合成过程中，P450 酶           的  NADPH  再生体系，选择了效果最佳的葡萄糖-6-

                                   2
               CxnD  通过分子内      C(sp )-H  硫醇化形成吲哚骈噻喃            磷酸脱氢酶      (G6PDH)。另外，通过敲除副产物相关
               环  C–S  键 。                                      酶蛋白    mbE，以及过表达转录因子            mlcR  和自抗性
                        [20]
                    除 催 化 天 然 产 物 生 成 特 殊 的 键 或 官 能 团           基因   mlcD，增强了菌株对他汀类化合物的耐受，有
               外，P450 酶还可催化分子内的氧化重排反应。如                         效提升了产量。将该组合模块策略在                   50L  发酵罐
               戊丙酯菌素（图         4-D）生物合成过程中，P450 酶               中进行验证，普伐他汀和总他汀的滴度分别为
               PntM(CYP161C2) 催化一个罕见的氧化重排，反应                    8.48 和  15.06 g/L，是传统的两步法合成的          4 倍，具
               涉及新戊基碳正离子的瞬时生成和重排反应 。丰                           备优良的工业化应用前景。
                                                      [28]
               富的催化反应类型铸就了             P450 酶在天然产物生物                 结合上述案例不难看出，目前依然存在许多阻
               合成过程中独一无二的角色。                                    碍  P450 酶实际应用的难题有待攻克。这些限制因
                                                                素可概括如下：(1)P450 酶自身的缺陷：如酶的低
                3    P450 酶应用的限制因素及其改造策略
                                                                               [41]
                                                                                                           [42]
                                                                活性与弱稳定性 、酶与辅因子的低偶联效率 ；
                    P450 酶在催化惰性      C–H  键的选择性氧化反应             (2) 催化体系的综合限制：如复杂的电子传递过
               上，相较化学催化剂，具备显著的优势。这表明                            程 、辅因子再生系统的调控、底物或产物可能对
                                                                  [43]
               P450 酶在制药、精细化工和环保领域都有很大的                         体系带来的毒性或抑制作用等。尽管困难巨大，但
               应用潜力，由日本三共           (Sankyo) 公司开发的降脂药           P450 酶的优良催化性能依然有很大的吸引力。利
               普伐他汀     (pravastatin) 的生产工艺为两步发酵半合              用基因工程、蛋白质工程、代谢工程等生物技术克
               成 法  [38] 。 首 先 利 用 经 诱 变 筛 选 的 高 产 橘 青 霉        服这些阻碍，是实现将感兴趣的底物转化为有药用
               (Penicillium  citrinum) 菌 株 发 酵 得 前 体 美 伐 他 汀    价值的活性小分子的有效途径。
               (mevastatin)，美伐他汀经提纯和化学开环后，再由                     3.1    基于  P450 酶结构的改造策略
               玫瑰红链霉菌        (Streptomyces carbophilus) 进行全细         野生型   P450 酶只对天然底物具有较高的催化
               胞催化，P450    sca- 2  负责  6β  位的羟基化到普伐他汀。          活性，且难以适应工业生产面临的高温、有机溶剂
               采用补料分批发酵维持底物浓度，避免因底物浓度                           等极端条件。P450 酶在工业化反应体系中的低活
                                                                                                          [41]
               过高导致细胞损伤，同时，通过调整发酵温度、溶氧                          性和弱稳定性，是阻碍其应用的主要因素之一 。
               量等参数避免        P450 酶的失活。该工艺成熟稳定，                 通过定向进化或理性设计改造酶蛋白，提高其催化
               但 生 产 周 期 长 且 成 本 较 高 。 东 方 拟 无 枝 酸 菌            活性和稳定性，或改变底物选择性，是推动                   P450 酶
               (Amycolatopsis orientalis) 来源的  CYP105AS1 对美     工业化应用的有效措施。
               伐他汀的     C6 羟基化具有高活性和区域选择性，但                          以类固醇的选择性羟基化反应为例，类固醇
               立体选择性仅为         4%。通过解析       CYP105AS1 与美       是一类具有极高价值的核心药物及药物先导化合
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