资源生物学与生物制造：大豆谷甾醇（纯）边链化学法降解得孕甾酮与 薯蓣皂素-双烯-孕甾酮早期PK

                                杨顺楷        四川      成都

1.    甾体激素药物化学家对半合成原料生物资源选择的历史性更替过程

   自从20世纪30-40年代对人体内重要的生理活性物质胆固醇的化学结构阐明，相继又分离出诸多生物活性成分，如肾上腺皮质激素激素，性激素，孕激素等，由此自然就开始了对这些生源天然产物活性物质的药物用途研究。体内产生的这些物质数量很少，数量微小，药物化学家们自然就须得借助半合成方法，制备出这些甾体激素药物，其中以可的松为代表的治疗风湿关节炎的治疗剂研究与开发，就在全球范围内轰轰烈烈开展起来了。

   首批（50-80年代），以胆酸的半合成路线，在经过26步合成反应后制得可的松，经济性可想而知；同期，美国的普强制药公司立足丰富的大豆植物甾醇资源，从大豆植物甾醇混合物中，化学法分离出豆甾醇组份，因为该豆甾醇侧链C23-24有一个双键，作为半合成原料可以用化学法断掉边链制得孕甾酮。由孕酮出发，借助化学和微生物转化法的整合工艺，顺利地制得四大基础糖皮质激素药物，即可的松，泼尼松，氢化可的松 ，及泼尼松龙。这一立足孕甾酮的工艺技术在普强制药一直应用了25年，故所以后来墨西哥大幅度提高薯蓣皂素价格，美国制药公司对其毫不在意，反而受害的是弱势的发展中国家。

   显然，在这早期研制阶段，具有较好的技术-经济性。但是这一从大豆甾醇混合物中分离出仅占有15-20%的豆甾醇（纯品）作为半合成原料，合成糖皮质激素药物在技术路线上是可行的，但是当年又出现了一个分离出豆甾醇后，剩余物占有75-80%以beta-谷甾醇为主的豆甾醇混合物残渣无法处理。谷甾醇废料堆大量堆积在南达柯达州的公路旁，状如小山丘，占用了大量的土地，可见当时被作为丢弃的谷甾醇废料堆，已经说明那时利用豆甾醇的数量已经相当引人注目，这就造成了环境污染问题。

   恰好同期 ，或许更早一些时候，宾席法尼亚大学化学系的Marke r 教授研究开发出了墨西哥丰富的薯蓣植物资源，利用薯蓣皂素建立起更加经济合理的薯蓣皂素-双烯醇酮-孕甾酮路线。商业化风投开发薯蓣资源的结果，降低了孕甾酮的价格 ，从1945年30英镑/克，下降到1955年12先令/克；那时从大豆混合植物甾醇分离豆甾醇（纯品）的竞争性价格也剧烈降低，从3先令6辩士/克，降低到1先令6辩士/克。由此可见，早期在甾体激素药物产业发展过程中，资源生物学与生物制造的技术与经济性的平衡之手，完全由发达国家所掌控，发展中国家或后发国家只能够处在产业链的底端，即单纯依赖初级生物资源产出点API出口，是没有出路的。这也就是为什么过去30年来我国涉及薯蓣资源，开发皂素及其API产品出口的企业商家有数百家之多，至今已然。

   薯蓣皂素合成到孕甾酮薯蓣植物资源作为半合成糖皮质甾体激素原料，持续达到半个世纪之久。由墨西哥主导到70年代，后近30年由我国主导，在首先利用完毕我国的野生薯蓣资源后，又开发出坡地农业种植薯蓣 作物，俗称黄姜。然而进入新世纪后，这一路线的不可持续性体现在对水资源耗量大，以及对薯蓣皂素边链化学法加工，被称为Marker降解制双烯醇酮中间体工艺中的“铬酐氧化-开环裂解”反应步骤，所致的“铬污染”环境，早期也认为该工艺有缺陷，但是其后的近50年也就一直保留下来，反正问题都留在发展中国家的墨西哥和中国土地上。日益突出的环境保护问题不得不引起高度重视。

   
   

2. 我国甾体激素药物产业发展如何开辟具有创新特色的产业发展之路？

   进入新世纪以来，医药化工须得在资源，环境与社会经济发展之间保持平衡，要有可持续性。于是，我国的甾体激素药物产业发展，立足薯蓣皂素-双烯的API路线已经走到尽头，必需转型发展——依赖植物甾醇生物降解路线，产出4AD，ADD，及9-OH-AD等，开辟出具有我国创新特色的甾体激素药物产业发展大国，实现向强国的过渡。

   参考美国普强制药公司历史发展经验，对我国当前甾体激素药物产业转型发展植物甾醇路线，发展很有必要借鉴。

   1）生物制造的特色是多学科科学家的密切合作。特别是化学合成团队与生物发酵转化的合作，一步步实现工程化阶段的技术-经济性。例如普强制药的科学家早期较为完美地实现从化学法豆甾醇-孕甾酮-C11-OH-孕甾酮（生物转化法）分枝，a）可的松-泼尼松；b）17-OH孕酮-RS-氢化可的松-泼尼松龙（由此衍生出一系例优秀糖皮质激素药物；c）孕甾酮到避孕药物。

   2）出现大规模的废弃谷甾醇废料时，70年代初开始筛选对植物甾醇可生物降解的突变株实验研究。终于发现一株偶发分枝杆菌（Mycobacterium fortuitum）突变株，可积累起9OH-AD，第二次微生物甾体技术突破；在其代谢途径上也产生另外一个中间体4AD，以及ADD（雌激素系列）。后续与化学加工整合起来，完成皮质激素必不可少的双羟丙酮侧链。

   3）综观普强制药公司在研制开发大豆植物甾醇，即基于两个姐妹甾醇，首先建立起豆甾醇路线，其后针对环境保护问题，继续开发出植物甾醇混合物生物降解的4AD，ADD，以及9-OH-AD 路线；而且两者都是来自于大豆植物物资源，美国最大宗的农产品—大豆。普强制药公司，为此已经在甾体激素药物发展史上坚持研发40年。

   
   

3. 结语

   我国甾体激素药物产业目前基本完成以植物甾醇生物降解的产业转型发展，形成了年产千吨级的工业规模4AD，已经取得很好的研发成果。人才是第一位的重要，企业家善待科学技术人才是取得成功的关键。须得切实重视，紧密依靠多学科的科学技术专家，和具有工匠精神的技术工程人才。特别是在细菌发酵生产的工程技术领域，从菌种到生物加工过程， 还存在诸多的不确定性，例如菌种细胞生长培养和生物反应器过程中的“鲁棒性” 就是一个值得深入研究的课题。至于管理层面的人性化，笔者在此不予赘述了。