第十章甾類激素藥物

1 一 甾體激素藥物的分類及其藥理作用 1 甾體化合物的結(jié)構(gòu) 1 甾體化合物的基本結(jié)構(gòu) 第十章甾體激素藥物 甾體類化合物 甾體化合物 Steroids 又稱類固醇 是一類含有環(huán)戊烷多氫菲核的化合物 結(jié)構(gòu)通式如下圖 是廣泛存在于自然界中的一類天然化學(xué)成分 包括植物甾醇 膽汁酸 C21甾類 昆蟲變態(tài)激素 強(qiáng)心苷 甾體皂苷 甾體生物堿 蟾毒配基等 四環(huán)脂烴化合物 環(huán)戊烷多氫菲 C17 一般在核的C 10和C 13上常有甲基 在C 3 C 11和C 17上可能有羥基或酮基 A環(huán)及B環(huán)可能有雙鍵 C 17上有長短不一的側(cè)鏈 甾體化合物母核的基本結(jié)構(gòu) 2 2 立體結(jié)構(gòu) 天然甾體化合物B C環(huán)都是反式 C D環(huán)多為反式 A B環(huán)有順 反兩種稠合方式 甾體化合物可分為兩種類型 A B環(huán)順式稠合的稱正系 即C5上的氫原子和C10上的角甲基都伸向環(huán)平面的前方 處于同一邊 為 構(gòu)型 以實(shí)線表示 A B環(huán)反式稠合的稱別系 即C5上的氫原子和C10上的角甲基不在同一邊 而是伸向環(huán)平面的后方 為 構(gòu)型 以虛線表示 A B C環(huán)為椅式構(gòu)象 D環(huán)為信封式構(gòu)象六個(gè)手性中心 非那雄胺 四個(gè)環(huán)全部為反式稠合 3 雌甾烷雄甾烷孕甾烷13 CH310 CH310 CH313 CH313 CH317 C2H5 18 19 18 18 19 20 21 2 甾體激素藥物的分類與藥理作用 1 從化學(xué)角度分類 4 2 根據(jù)生理活性分類 觀點(diǎn)1 2 甾體激素藥物的分類與藥理作用 5 甾體激素 性激素 腎上腺皮質(zhì)激素 雌性激素 雄性激素 孕激素 雄性激素 蛋白同化激素 糖代謝皮質(zhì)激素 鹽代謝皮質(zhì)激素 雌甾烷 雄甾烷 孕甾烷 2 根據(jù)生理活性分類 觀點(diǎn)2 6 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 雄甾烷母核 10 13位角甲基 17 OH4 烯 3 酮 UV吸收 雄激素 睪丸素 性激素 作用 刺激副性特征器官的發(fā)育與成熟 增進(jìn)兩性生殖細(xì)胞的結(jié)合與孕育能力 調(diào)節(jié)代謝 更年期綜合癥 骨質(zhì)疏松癥等 7 雌甾 1 3 5 10 三烯 3 17 二醇A環(huán)芳構(gòu)化 3 酚羥基具有弱酸性3位羥基與17位羥基共平面 距離0 855nm不穩(wěn)定 易代謝 口服無效用途 治療卵巢功能不全所引起的疾病 雌二醇 雌激素 8 酚羥基 可以溶于NaOH水溶液乙炔基 乙醇溶液溶液遇硝酸銀試液產(chǎn)生白色炔雌醇銀沉淀17 位引入乙炔基 17 羥基代謝受阻 口服活性是雌二醇的10 20倍 用途 與孕激素合用有抑制排卵作用 和減輕突發(fā)性出血等副作用 可以和炔諾酮 或甲地孕酮配伍制成口服避孕藥 炔雌醇 孕激素 9 睪酮類 妊娠素 炔諾酮 左炔諾孕酮 10 抗孕激素藥物 孕激素受體拮抗劑孕激素拮抗劑 結(jié)構(gòu) 11 二甲氨基苯基 活性反轉(zhuǎn) 17 丙炔基 口服 穩(wěn)定 半衰期為34小時(shí) 血藥峰值與劑量無關(guān)代謝為N 去甲基 N 去雙甲基和丙炔醇用途 競爭性作用于孕激素受體和皮質(zhì)激素受體與前列腺素類藥物合用 抗早孕 米非司酮 11 蛋白同化激素作用 促進(jìn)蛋白質(zhì)合成和抑制蛋白質(zhì)異化 加速骨組織鈣化和生長 刺激骨髓造血功能 促進(jìn)組織新生和肉芽形成 降低血膽甾醇 苯丙酸諾龍 17 羥基雌甾 4 烯 3 酮 17 苯丙酸酯 12 腎上腺皮質(zhì)激素類藥物 結(jié)構(gòu) 孕甾烷母核 4 烯 3 20 二酮 21 羥糖皮質(zhì)激素 11和17位均有含氧基團(tuán)取代鹽皮質(zhì)激素 11和17位僅有其一 或均沒有含氧基團(tuán) 用途 糖皮質(zhì)激素 可的松 氫化可的松等 主要影響人體糖 蛋白質(zhì) 脂肪代謝 抗炎 抗過敏 鹽皮質(zhì)激素 醛固酮 去氧皮質(zhì)酮等 主要影響水鹽代謝 促進(jìn)鈉離子重吸收 鉀離子排泄 可治療阿猶森病 低血鈉病 13 糖皮質(zhì)激素構(gòu)效關(guān)系 糖皮質(zhì)激素結(jié)構(gòu)修飾的目的 糖 鹽活性分離21位羥基酯化1 延效 2 增加水溶性C1位引入雙鍵 A環(huán)變?yōu)榇?抗炎引入6F 9 F 抗炎同時(shí)引入9 F和16羥基或16甲基 皮質(zhì)激素藥物的重要基團(tuán)或結(jié)構(gòu) C17具有2個(gè)C原子側(cè)鏈 C3具有一個(gè)共軛的酮基 C17 具有一個(gè) OH C21有一個(gè) OH或者酯基 C11有 OH或酮基 醋酸氫化可的松 14 醋酸氫化可的松 孕甾母核 4 烯 3 20 二酮 11 17 21 三羥基 21醋酸酯用途 關(guān)節(jié)炎 風(fēng)濕癥 免疫抑制 抗休克 腎上腺皮質(zhì)激素類藥物 15 醋酸地塞米松 16 甲基 11 17 21 三羥基 9 氟孕甾 1 4 二烯 3 20 二酮 21 醋酸酯結(jié)構(gòu) 用途 膠原性疾病 過敏性疾病 急性白血病和腎上腺皮質(zhì)功能減退癥 腎上腺皮質(zhì)激素類藥物 16 二 甾類激素藥物的生產(chǎn) 1 人工合成 全合成 如雌二醇 2 天然原料結(jié)構(gòu)改造 半合成 化學(xué)合成 微生物轉(zhuǎn)化 1 生產(chǎn)方法 17 2 生產(chǎn)技術(shù)的歷史和現(xiàn)狀 1932 1939年 從動物是腺體中分離天然甾體激素 雌酮 Estrone 雌二醇 Estradiol 皮質(zhì)酮 Corticosterone 等 在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行全合成 促進(jìn)了藥物化學(xué)學(xué)科發(fā)展 1940 年代 發(fā)明薯蕷皂苷元 Diosgenin 為甾體激素藥物的原料 合成激素藥物中間體的工業(yè)方法 1949年 Honch發(fā)現(xiàn)腎上腺皮質(zhì)激素可的松 Cortisone 對治療風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎有顯著療效 促使科學(xué)家們努力去探索甾體藥物的合成 1952年 美國Upjohn藥廠的Peterson和Murray首先發(fā)現(xiàn)黑根霉 Rhizopusnigricans 能使孕酮 Progesterone 一步轉(zhuǎn)化為11 羥基孕酮 11d hydroxyprogerone 得率達(dá)到85 以上 1950 后期 1960 初期 發(fā)明了甾體避孕藥物 是人類生育控制劃時(shí)代的成就 消費(fèi)量大幅度增加 促進(jìn)甾體藥物工業(yè)生產(chǎn)水平達(dá)到新的高度 1970 年代 甾體激素全合成實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn) 優(yōu)勢領(lǐng)域在孕激素及雌激素 1980 20世紀(jì)末 甾體激素藥物發(fā)展趨緩 21世紀(jì)初 發(fā)展進(jìn)入新階段 新品種的發(fā)現(xiàn) 臨床新適應(yīng)癥的發(fā)現(xiàn)等 市場情況 1980年產(chǎn)量約9 5噸 銷售額15億美元 占醫(yī)藥產(chǎn)品總銷售額的4 3 1990年產(chǎn)量增至105噸 銷售額108億美元 年均遞增10 4 2000年銷售額約200億美元 約占世界醫(yī)藥總銷售額的6 成為產(chǎn)量僅次于抗生素的第二大類藥物 18 1949年人們發(fā)現(xiàn)腎上腺皮質(zhì)激素可的松對治療風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎有顯著療效 促使科學(xué)家們努力去探索甾體藥物的合成 甾體化合物分子中含有幾個(gè)不對稱的中心 人工合成相當(dāng)困難 后來又探索用化學(xué)方法改造已有的天然甾體化合物生產(chǎn)甾體藥物 但步驟多 收率低 價(jià)格昂貴 難于工業(yè)化生產(chǎn) 以從膽汁中提取的脫氧膽酸 deoxycholicacid 為原料 花費(fèi)了二年時(shí)間 經(jīng)過30余步化學(xué)反應(yīng) 最后從1270磅的脫氧膽酸才合成得到938毫克的醋酸可的松 Cortisoneacetate 其中僅將C 12上的氧原子轉(zhuǎn)移到C 11上 C 11上的氧對抗炎作用是必需的 就需要10步反應(yīng) 1952年 美國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)黑根霉能使孕酮一步轉(zhuǎn)化成11 羥基孕酮 收率達(dá)到85 以上 從此解決了可的松等皮質(zhì)激素類化合物合成中最大的難題 開創(chuàng)了微生物轉(zhuǎn)化甾體化合物的先例 后來生物轉(zhuǎn)化在甾體化合物中的進(jìn)展也開拓了它在其他領(lǐng)域中的應(yīng)用 如維生素 二羥丙酮以及某些氨基酸 生物堿的合成也離不開生物轉(zhuǎn)化 現(xiàn)代微生物的生物轉(zhuǎn)化技術(shù)已廣泛應(yīng)用于化學(xué)和制藥工業(yè) 19 三 微生物轉(zhuǎn)化的特點(diǎn) 專一性 底物及產(chǎn)物空間結(jié)構(gòu)專一產(chǎn)量高 一個(gè)酶促反應(yīng)可代替幾個(gè)化學(xué)反應(yīng) 收率高反應(yīng)條件溫和 常溫常壓 可改善工人勞動條件 避免減少使用強(qiáng)酸 強(qiáng)堿或有毒物質(zhì)可進(jìn)行化學(xué)法難以進(jìn)行的反應(yīng) 20 四 甾體藥物微生物轉(zhuǎn)化的反應(yīng)類型 1 甾體化合物的微生物轉(zhuǎn)化反應(yīng)位點(diǎn) 2 主要反應(yīng)類型 氧化 還原 水解 酯化 ?；?異構(gòu)化 鹵化和A環(huán)開環(huán)反應(yīng)等 氧化反應(yīng)包括 羥基化 環(huán)氧化 脫氫和芳構(gòu)化反應(yīng)等 21 3 工業(yè)上重要的微生物轉(zhuǎn)化反應(yīng)羥基化反應(yīng) 最普遍 最重要的氧化反應(yīng) 有11 11 16 和19位上的羥基化反應(yīng) C 1 2脫氫反應(yīng)環(huán)氧化反應(yīng)A環(huán)芳構(gòu)化反應(yīng)還原反應(yīng)水解反應(yīng)側(cè)鏈降解 22 工業(yè)上重要的甾體化合物微生物轉(zhuǎn)化反應(yīng) 五 甾體藥物的生物轉(zhuǎn)化生產(chǎn)工藝的一般流程 發(fā)酵工程的基本技術(shù)過程 生物反應(yīng)器 發(fā)酵罐 生物轉(zhuǎn)化反應(yīng)器 酶反應(yīng)器 游離或固定化酶 細(xì)胞 為催化劑反應(yīng)簡單發(fā)酵罐 生物反應(yīng)過程中 伴隨有細(xì)胞的生長 代謝 或者同時(shí)進(jìn)行復(fù)雜酶系的生物催化反應(yīng)發(fā)酵過程細(xì)胞培養(yǎng)過程反應(yīng)復(fù)雜 3 生物反應(yīng)器的分類 型式多樣 按照幾何尺寸或結(jié)構(gòu)分類 釜 罐 式 高徑比1 3 管式 長徑比 30 塔式 豎立高徑比 10 膜式 內(nèi)一膜件 最常見 一般用于連續(xù)操作 一般用于連續(xù)操作 膜反應(yīng)器 酶膜反應(yīng)器 C 固定化細(xì)胞的中空纖維反應(yīng)器生物反應(yīng)器 膜裝置 反應(yīng)與分離耦合 如 發(fā)酵罐 超濾膜 CSTR UR a b 酶 游離態(tài)操作方式 間歇 連續(xù) 27 菌種 孢子制備 種子罐 發(fā)酵罐 過濾 提取液 結(jié)晶 濾液 底物溶解 溶料罐 濾餅 提取液 結(jié)晶 1 甾體藥物的生物轉(zhuǎn)化生產(chǎn)工藝流程 28 2 轉(zhuǎn)化方法 一步發(fā)酵轉(zhuǎn)化法 邊發(fā)酵邊轉(zhuǎn)化 是我國目前甾體醫(yī)藥工業(yè)普遍采用的微生物轉(zhuǎn)化法 靜息細(xì)胞 干細(xì)胞或孢子懸浮液法 多菌種協(xié)同轉(zhuǎn)化法 固定化細(xì)胞或固定化酶轉(zhuǎn)化法 雙水相系統(tǒng)轉(zhuǎn)化法 有機(jī)相介質(zhì)轉(zhuǎn)化法 29 甾體生物轉(zhuǎn)化工藝一般可分為兩個(gè)階段 菌體生產(chǎn)和產(chǎn)酶階段將菌種接入斜面孢子培養(yǎng)基上 在一定溫度下培養(yǎng)3 5天 然后將成熟孢子接入搖瓶和種子罐沉沒培養(yǎng) 種子培養(yǎng)好后轉(zhuǎn)入發(fā)酵罐 在適當(dāng)培養(yǎng)基和培養(yǎng)條件 溫度 攪拌 通風(fēng)量 pH 下進(jìn)行培養(yǎng) 細(xì)菌的生長階段一般為12 24小時(shí) 真菌為24 72小時(shí) 在這個(gè)階段重要的是創(chuàng)造各種良好條件使微生物盡快的生長和繁殖 在盡可能短的時(shí)間內(nèi)繁殖大量的菌體并產(chǎn)酶 甾體轉(zhuǎn)化階段將被轉(zhuǎn)化的物質(zhì)直接加入到培養(yǎng)液中進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化 這一階段需要控制好適合轉(zhuǎn)化反應(yīng)的各種條件 如pH 溫度 攪拌和較大的通氣量等 必要時(shí)還可以加入酶激活劑和抑制劑 30 3 典型甾體藥物的生產(chǎn)工藝 3種典型的腎上腺皮質(zhì)激素藥物的生產(chǎn)步驟粗線為微生物轉(zhuǎn)化 細(xì)線為化學(xué)合成 以3種典型的腎上腺皮質(zhì)激素藥物氫化可的松 醋酸可的松和醋酸潑尼松的生產(chǎn)為例 說明甾體微生物轉(zhuǎn)化的過程 31 1 氫化可的松的生產(chǎn)工藝原理 概述氫化可的松 Hydrocortisone 化學(xué)名11 17 21 三羥基孕甾 4 烯 3 20二酮 作用與用途 腎上腺皮質(zhì)激素類藥物 能影響糖代謝 并具有抗炎 抗病毒 抗休克及抗過敏作用 主要用于腎上腺皮質(zhì)功能減退癥的代替治療 產(chǎn)品 原料藥 制劑 a 氫化可的松片 b 氫可軟膏 c 氫可注射液 32 氫化可的松的生產(chǎn)工藝 33 氫化可的松生產(chǎn)工藝流程以皂素為起始原料 經(jīng)裂解 氧化 水解 環(huán)氧化 沃式氧化 開環(huán) 上溴 碘代 置換等一系列化學(xué)合成 得到甾環(huán)21 醋酸酯 化合物RSA 以化合物RSA作為發(fā)酵的底物 經(jīng)過微生物的生物轉(zhuǎn)化反應(yīng) 在甾環(huán)的11 位引入羥基后 形成氫化可的松 34 氫化可的松生產(chǎn)工藝流程及主要工藝參數(shù) 茄子瓶28 5d孢子懸浮液1 接種量種子培養(yǎng)基種子培養(yǎng)28 0 06MPa250r min 25M3 h 19 21h發(fā)酵培養(yǎng)基發(fā)酵培養(yǎng)10 接種量 28 0 06MPa160r min 40 60M3 h 12 13h底物RSA溶解罐氧化反應(yīng)28 160r min 周期30 40h 40 150M3 h離心過濾發(fā)酵液粗品提取醋酸異丁酯 7 1 氫化可的松粗品分離甲醇和二氯甲烷 14 86 氫化可的松精品結(jié)晶 精制乙醇 活性炭干燥氫化可的松成品 35 種子標(biāo)準(zhǔn) 菌絲量1 3 1 2 種齡19 21h 在試管中下沉 5min 呈芝麻粒狀 pH4 1 4 6左右 鏡檢無雜菌發(fā)酵菌體標(biāo)準(zhǔn) 菌絲體積占1 2 2 3 pH3 8 菌齡12 13h 鏡檢菌體生長良好 無雜菌氧化過程 轉(zhuǎn)化周期30 40h 過程檢測放罐標(biāo)準(zhǔn) pH6 4 7 0 H2SO4顯色 1級成品標(biāo)準(zhǔn) 外觀白色或幾乎白色 熔點(diǎn) 208 干燥失重 1 0 比旋度 162 169 含量 98 5 培養(yǎng)基 種子培養(yǎng)基 玉米漿1 25 酵母膏0 23 硫酸銨0 3 葡萄糖1 05 pH6 4 6 7發(fā)酵培養(yǎng)基 玉米漿1 20 酵母膏0 25 硫酸銨0 5 葡萄糖1 05 pH6 4 6 7 底物投料方式 填加有機(jī)溶劑 乙醇 RSA 工業(yè)酒精 80 85 1 18注意 回流溶解 加熱過猛不利于底物溶解和生物轉(zhuǎn)化 氫化可的松生物轉(zhuǎn)化工藝主要控制要點(diǎn) 36 氧化級別的比色分析 底物RSA H2SO4 濃 腎上腺皮質(zhì)酮 紅色 氧化級別分 0 1 2 3 4 5六級 生產(chǎn)菌種 藍(lán)色犁頭霉 Absidiacoerulea 轉(zhuǎn)化率70 分離率69 71 收率45 50 新月彎孢霉 Curvalarialunata 轉(zhuǎn)化率80 93 收率55 60 發(fā)酵液的TLC圖譜 37 2 醋酸潑尼松的生產(chǎn)工藝 英文名 PrednisoneAcetate化學(xué)名 17 21 二羥基孕甾 1 4 二烯 3 11 20 三酮21 醋酸酯 分子式 C23H28O6分子量 400 47 理化性質(zhì) 白色或幾乎白色的結(jié)晶性粉末 無臭 味苦 在氯仿中易溶 在丙酮中略溶 在乙醇或醋酸乙酯中微溶 在水中不溶 熔點(diǎn) 為235 242 熔融時(shí)同時(shí)分解 用途 具有抗炎 抗過敏作用 臨床上用于各種急性嚴(yán)重細(xì)菌感染 嚴(yán)重的過敏性疾病 膠原性疾病 紅斑狼瘡 結(jié)節(jié)性動脈周圍炎等 風(fēng)濕病 腎病綜合征 嚴(yán)重的支氣管哮喘 血小板減少性紫癜 各種腎上腺皮質(zhì)功能不足癥 剝脫性皮炎 天皰瘡 神經(jīng)性皮炎 濕疹等 38 醋酸潑尼松的生產(chǎn)過程 39 醋酸潑尼松生產(chǎn)過程中的微生物轉(zhuǎn)化反應(yīng) 作用機(jī)理 C1 2位脫氫酶與輔酶 VK2酮類 酮烯醇化結(jié)構(gòu)雙鍵 直接脫去氫 C1 2位脫氫酶 EC1 3 994 單一蛋白 分子量為56 62KDa 胞內(nèi)酶 誘導(dǎo)酶 40 醋酸潑尼松的工藝流程 C1 2位脫氫反應(yīng) 化學(xué)合成 以SeO2為催化劑 轉(zhuǎn)化率為65 生物轉(zhuǎn)化 以簡單節(jié)桿菌為生產(chǎn)菌種C1 2位脫氫酶 專一性高 轉(zhuǎn)化率為97 以上 41 生物脫氫工藝的主要操作要點(diǎn) 種子標(biāo)準(zhǔn) 1 TTC染色 菌液呈1min變色 3min變紅 15min變紫 鏡鑒無雜菌 透光率10 25 pH7 2 7 5 底物投料方式 直接