我国甾体激素药业在合成生物学时代应该追踪前沿R&D——氢化可的松生物合成基因克隆及遗传工程

                                     杨顺楷       四川      成都

目前，我国甾体激素药物产业转型发展势头看好。进入新世纪初，我国原有的本行业立足以薯蓣皂素-双烯半合成路线进入发展瓶颈期。经过数十年耗尽野生可利用薯蓣植物资源后，继之由贫困县域经济以脱贫致富名义，开发人工种植薯蓣（黄姜），利用2年期收获根茎原料150吨，经传统酸水解-有机溶剂提取方法制得1吨薯蓣皂素；产品质量低，加工工艺初级原料和水资源耗量大，导致薯蓣植物水溶性糖类杂质污染环境；加之“人工种植”遍地开花，皂素产品积压，价额大跌，谷贱伤农局面出现；继之又是大幅度缩减或因南水北调中线工程保水质而禁黄姜种植业，皂素产品稀缺，皂素-双烯产品价额大幅度上升，行业产业发展进入不可持续的瓶颈期。

此时，德国开发的植物甾醇200吨发酵罐生物降解产品雄烯二酮AD,ADD,9-OH-AD，已经技术-经济性的可取代薯蓣皂素-双烯半合成路线。这就迫使我国的甾体激素药物产业进入转型发展阶段，南北引进两条植物甾醇发酵生产AD,ADD,9-OH-AD产品，结合原有的甾体药物化学合成手段，较为成功地完成了我国甾体激素药物产业整体的转型发展。目前我国基本上已经成为世界甾体药物APIs的制造中心，据2021年统计，我国的甾体药APIs 市值已经达到人民币800亿元，可喜可贺，成绩巨大。

当代全球甾体激素药物产业是仅次于抗生素的第二大部类药品，2021年全球市值1400亿美元。国际上主要由数个发达国家的制药公司,从我国进口甾体原料药API，美英德法意日等制药公司加工产出中高端药物制剂，销售全球，获利丰厚。由此可见，我国仍然处于该产业链的低端，这种局面须得改变。

怎样改变？本文如标题所述，即“我国甾体激素药业在合成生物学时代应该追踪前沿R&D——氢化可的松生物合成基因克隆及遗传工程”是可行途径。现在介绍法国Sanofi 公司研制基础糖皮质激素氢化可的松合成生物学创新项目论文内容，即“由简单碳源人工合成氢化可的松API及中间体”（Nat.Biotechnol.,2003,21,143-149）简介如下：

1）借助重组酿酒酵母，经由在单一酵母菌株装配和表达13个工程基因，其中9个基因来自哺乳类和植物；

2）内源性的生物合成再造途径，产生可相容的甾醇作为底物，成为该途径的杂合部分；

3）失活4个基因，结果除去不想要的副反应。这就表明自较高等的真核生物，转移一个复杂的生物合成途径进入微生物细胞是可行的，细胞工厂构建成功。

氢化可体松生物合成基因克隆及遗传工程要点如下：

1）8个成熟的哺乳类蛋白形式：细胞色素P450=CYP11AI，肾上腺皮质铁氧还蛋白（ADX）,和皮质铁氧还蛋白还原酶（ADR); ADX 的线粒体形式和CYP11B1;3-beta-HSD，CYP17A1, 和CYP21A1;

2)优化：2个线粒体系统模块，破解伴同ATF2,GCY1，以及YPR1 基因产物的副反应；

3）结果氢化可体松（=天然产物皮质醇）来自酿酒酵母重组菌，利用单一碳源底物——葡萄糖发酵发酵罐发酵产物含量达到70%（Nature,Biotech.,21,133-134(2003）。

欧美这类大型制药集团公司，仅仅从基础抗炎糖皮质激素氢化可的松入手，已经在开发利用合成生物学手段R&D ，实现了高端科技的绿色生物制造。由此可以利用成熟的甾体化学合成手段，从氢化可体松出发，生产出结构各异活性多样（高效低毒）的多种甾体激素衍生药物，销售到它们掌控的全球市场，利润它们占大头。仅就大吨位的4大抗炎基础糖皮质激素，即氢化可的松，泼尼松龙，可的松，泼尼松（2000年已经达到年产出800吨）均在我国制造。说白了，就是要利用我国该产业半合成路线低价优势，实施同我国业内甾体激素APIs进行竞争，巧妙地将我国该产业发展排挤到低端。因此，我国的甾体激素药物产业发展，很有必要进入合成生物学及其工业生物技术R&D,积极参与全球化的创新高科技竞争。须知新世纪甾体激素药物工业的生物制造具有大优势，即提高资源利用率，降低能耗，及对环境友好；切记切记！