当前国内甾醇资源开发显现的问题

             

1.  问题的提出

早在2年前，笔者就撰文“关注发展本土甾体资源，均衡发展我国甾体药业”在国内生物化工研讨会上交流（参见http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=219433 ）。但是却未能引起相关产业部门及管理层面“有影响人士”的重视，已至于目前出现了令人担心的不利于我国甾体药业健康均衡发展的苗头。

据称，2007年春国内10多家甾体药业“骨干俱乐部”成员和少数薯蓣皂素厂家在海南召开了一次行业会议，一位业内“有影响人士”在会上报告声言，他有能力“在3到5年内利用甾醇生物降解中间体，大部份取代以致完全代替国内现有的薯蓣皂素半合成工艺技术路线……”。於是乎，在这一号令之下国内刹那间就出现了一股势不可挡的“甾醇开发热”。大有当年“大跃进时代”，发生在科技领域的“大兵团作战夹击胰岛素”的势头。时至今日，我们仅采用期刊“精细与专用化学品”发布的2007至2009年固（甾）醇和妥尔油进口贸易数据的涨落现象，就可以说明国内甾体药物行业及产业的发展，在甾醇资源开发利用上显现的问题。不能一哄而起；不能违背科学发展观的指导，要根除“大跃进”式的思维模式，绝对不能搞““大兵团作战”，否则谈不上发展，而是倒退，造成大量人力物力财力资源的浪费与损失。

表1. 固（甾）醇和妥尔油进口贸易数据

日       期	甾  醇		妥 尔 油
	(t)           (万美元)		(t)            (万美元)
2007，1~7	166	365	4952	328
2008，1~7	251	681	6381	411
2009，1~7	110	161	1576	117
小    计	527	1207	12909	856
合计金额	2063 (万美元)

      

笔者仅统计了从“精细与专用化学品”2007，1~7~2009，1~7三年期间的部份数据，从表1中可以看出固（甾）醇共计进口527（t），支付外汇金额1207 (万美元)；妥尔油，这是一种国外造纸工业利用针叶林木材造纸的纸浆废（母）液，可以从中分离出以β-谷甾醇为主的植物甾醇粗品混合物，共计进口12909（t），支付外汇金额856 (万美元)；两项相加共计支付外汇金额2063 (万美元) （表1）。

    这些数据说明了什麽问题？有无必要非得要化巨额外汇大量进口国内已经有的同样可资源化的轻工造纸行业的废（母）液——妥尔油？国内从70年代和“八五”国家攻关以来在植物甾醇开发和生物催化和生物加工的技术成熟度如何？特别令人刺眼的是进口上万吨的造纸废（母）液，这更令人匪夷所思。难道国内的轻工造纸行业的废（母）液还不能满足需求吗？对环境有利的资源化开发怎能仅停留在口头上呢？这种现象正常吗？     

2.  甾醇资源的工业生物技术开发仍须遵循高新技术发展的基本规律——循序渐进的二次研发过程

开发利用植物甾醇，主要是包括谷甾醇，豆甾醇，菜油甾醇等天然产物混和物，如像利用包括皂素类的薯蓣皂素，海柯吉宁（蕃蔴皂素），梯柯吉宁（剑蔴皂素），以及澳洲茄胺都是当今用来工业生产甾体激素药物的起始原料。我国长期以来主要利用薯蓣皂素，少部分利用海柯吉宁（金沙江干热河谷蕃蔴皂素资源的开发研究，天然产物研究与开发，2007，19：696~700）和梯柯吉宁；植物甾醇，这种凡是高等维管束植物经主代谢途径，均可导致在相关组织细胞生物合成分布有植物甾醇。显然，国内轻化工行业有大量这种植源性可资源化开发植物甾醇的废弃物存在，必不可少的前期工作就是分离出可供微生物降解的植物甾醇底物，发酵工艺的选择又依赖于选育菌种的性能，如通常的分枝杆菌可因为豆甾醇组份的存在而抑制发酵降解活性，导致积累目标产物浓度降低。近年也已经报道了选育分枝杆菌突变株，可用于来自蔗糖工业废物富含β-谷甾醇和豆甾醇混合物，易柀该突变株生物转化，且具有解除豆甾醇抑制活性的作用；微生物生物催化不同的甾醇底物具有不同的亲和力，作为最终底物使用，不同来源甾醇混合物有不同的植物化学组成，均存在对发酵降解的影响这些都是当前研发工作的新热点。

早期自70年代以来，国内对植物甾醇微生物断测链仅作了部分零星的实験研究工作，有少数论文发表；国家“八五攻关”也含有动植物甾醇微生物断测链的研究内容，其后国家层面中断该项目的工作，也未见有工业规模开发利用的报道。可见，国内在这方面的应用研究基础工作是比较薄弱的，如本土菌种的分离选育，以及前期开发可应用性的植物甾醇原料配套加工技术也缺失或不成熟。因此近年突显的“甾醇开发热”，盲目大举进口甾醇和妥尔油，继又出现“消化不良”的涨落现像。其原因在于国内数十年来，甾体药业主要突显化学合成技术力量的配置，化学社区处于强势地位；生物学社区一直势单力薄，相应科研工作储备不足。加之两者间缺乏实质性的有效沟通交流与合作，当前出现的植物甾醇微生物断测链“浮燥冒进”现像也就不足为怪了。植物甾醇的微生物发酵降解测链，生产有用的甾体中间体雄甾-4-烯-3，17-二酮（AD），雄甾-1，4-烯-3，17-二酮（ADD），以及近年国外已经形成的研发热点——制9α-羟基-AD，由于该中间体用于合成高效含卤（氟，氯）皮质激素更具有吸引力，因其化学结构上9α-羟基的存在，借助已有的化学手段可顺利地在C₉-位引入一个卤原子，在C11β-位引入必不可少的功能羟基；这就可提供避开国内现有薯蓣皂素工艺路线的瓶颈——环氧黄体酮低效的C11α-羟基化黑根霉发酵步骤。

甾醇的发酵降解断侧链，产生C-17酮甾体（AD，ADD，9α-OH-AD）是一个复杂的微生物多酶体系的分解代谢过程，也是甾醇资源的工业生物技术开发领域颇具挑战性的课题（表2）。因此，分离筛选合适的工业微生物菌种，对菌种在遗传学和生理生化，分子细胞水平复杂性问题的研究，以及经由逐级放大考察生物催化及其生物加工过程优化等的实験研究工作，所有这些都属于微生物生物学和生物技术的系统研究与开发复杂性课题研究，不可能“一蹴而就”。国外已经走过40余年开发历程，早在80年代就进入工业化水平开发生产AD和ADD，已经形成1000t/a级的全球市场需求量；如进入新世纪以来的德国先令公司（柏林），借助选育的分枝杆菌突变株工业发酵植物甾醇生产AD和ADD，发酵罐生产规模已达200立方米。可见，没有坚实可靠的前期基础研究工作铺垫，匆忙进入工业规模开发，欲要达到“技术可行，经济合理”的目标是绝对不可能的。

 

 

 

 

表2. 17-酮甾体的发酵生产

底   物 （g/l）	微  生  物	主产物	摩尔产率 (%)
羊毛甾-7，9（11）-二烯-3 –醇 （0.25）	分枝杆菌NRRL B-3805	4,8(14)-ADD- 3,17-二酮	30
3b–乙酰氧-19-胆甾-5-烯胆甾醇 （0.5）	Moruxella sp	雌酮	15
胆甾醇（1.0）	分枝杆菌NRRL B-3805	睾丸酮	51
麦角固醇（0.3）	分枝杆菌NRRL B-3805	AD	35
麦角固醇（0.3）	分枝杆菌NRRL B-3683	ADD	30
α -谷甾醇（1.0）	分枝杆菌NRRL B-3805	AD	25
α -谷甾醇（1.0）	分枝杆菌NRRL B-3683	ADD	20
β-谷甾醇（1.0）	分枝杆菌NRRL B-3805	AD	90
β-谷甾醇（5.0）	分枝杆菌Mycobacterium sp.VKM  Ac-1815D ET1	AD	72
植物甾醇（10）	分枝杆菌NRRL MB-3683	AD	90
植物甾醇（30）	分枝杆菌NRRL MB-3683	AD	80

资料来源：Enzyme and Microbial Technology 32(2003)688~705

3.  评论及建议

历史的经験值得注意。鉴于当年“大兵团作战夹击胰岛素”项目的教训，大轰大哄数年后复归于沉寂；冷静思索，总结经験教训后，又重新开始，最终取得了具有哲学意义“人工合成牛胰岛素”举世嘱目的科学成就。当前的“甾醇开发热”与当年的“胰岛素合成”项目很相似，头脑该冷静下来了。

建议国内甾体药业企业须得与国内有资质的学术研究机构相关团队真诚合作，脚踏实地走出一条“研企合作”之路，才可能真正建立起开发利用本土甾醇资源，发展甾醇加工的系统工业生物技术；一步一步地延伸研发链，形成有竞争能力的一个个甾体中间体及化学实体，与国内已有50余年甾体药物合成化学工作基础的科学家团队合作，实现化学-生物法的完美整合，建立起多样化有自主创新特色的甾体激素药物产品系列。只有这样，方可能稳健地建立起甾醇新资源开发体系可与薯蓣皂素，以及已有一定研究工作基础的待开发的本土皂素资源，蕃蔴皂素和剑蔴皂素相比较的甾体药物生产体系。到那时就可以自豪地宣称，我国实现了从甾体药业大国向强国的过渡。               

 

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