蟲草素合成工藝研究現狀

王智森 高飛 紀玉哲 楊燦 李慧敏 苑文華

摘要：蟲草素是在蛹蟲草中分離提純得到的含氮配糖體的核酸衍生物，屬嘌呤類生物堿，是一種核苷類抗生素。蟲草素具有抗病原微生物、免疫調節、以及抗腫瘤、抗代謝紊亂、氧化損傷、治療神經疾病等多種生物活性，在臨床上應用及其廣泛。本文綜述了蟲草素合成工藝的研究進展，為后續的有關研究提供有價值的參考。

關鍵詞：蟲草素;合成;研究進展

Abstract：Cordycepin is a nucleic acid derivative of nitrogen-containing glycosides separated and purified from Cordyceps militaris. It belongs to purine alkaloid and is a nucleoside antibiotic. Cordycepin has a variety of biological activities such as anti-pathogen microbial immune regulation， anti-tumor， anti-metabolic disorder， oxidative damage and nerve diseases， and is widely used in clinical applications In this paper， the progress in the synthesis of cordycepin is reviewed， which provides valuable reference for the subsequent research。

Keywords：Cordycepin;Synthesis;Research progress

【中圖分類號】R28 ? ? ? ? ? ? 【文獻標識碼】A ? ? ? ? ? ? 【文章編號】2107-2306（2021）13--01

蟲草素[1]（cordycepin）即3’-脫氧腺苷（3’-deoxyadenosine），是一種天然核苷類似物（nucleosideanalogue）。與腺苷（adenosine）化學結構較為相似，僅缺少3’-OH。蟲草素在野生的冬蟲夏草中含量極低，研究所用的蟲草素多為蛹蟲草中提取合成的。隨著蟲草素研究的不斷深入，其抗病毒、抗腫瘤等[2]生物活性不斷被發現，蟲草素被廣泛應用于功能性食品、保健品藥品等多個領域，引起了人們的廣泛關注，但蟲草素的在市場上來源混雜，價格昂貴，制約了其進一步的發展應用。本文以蟲草素的合成工藝為研究重點，從化學合成和生物合成兩大方面進行蟲草素研究進展概述，為蟲草素的合成開發。

1、蟲草素的全合成

目前有關蟲草素全合成的研究報道較少，蟲草素化學全合成路經在1984年由Ohon[3]等首次提出，以腺苷為起始原料，通過間氯過氧苯甲酸環氧化、豬肝臟酯酶水解立體選擇合成中間物質，在經酯化水解、氧化開環、四氫化硼還原、嘌呤成苷等一系類步驟得到蟲草素。該方法繁瑣復雜、反應條件苛刻，蟲草素收率低于2%，無法進行工業化生產。Aman[4]改進了上述方法，去除層析分離等繁瑣操作，省略了分離純化的精制過程，工藝路線適用于大工業生產，產品的純度較高，總收率為20%，經過酸水解和氫化可得蟲草素純度大于99%。Mcdonald[5]等人以二氫呋喃甲醇為原料合成蟲草素，主要通過炔醇環異構化為內環烯醇醚不對稱完全合成蟲草素。

2013年李啟歡[6]等人在結合半合成方法進行了蟲草素的全合成研究，分別以D-葡萄糖和D-木糖為合成原料取得了重大突破，以Barton-McCombie反應脫去葡萄糖和木糖3`-脫氧核糖為關鍵步驟，分別經過8步和7步化學反應以37%和40%的總產率完成了蟲草素的全合成，并且在最后新制備的飽和溶液的氨水中，利用高溫封閉加熱可以順利去除酯基保護基團，經過水重結晶后純度超過了98.5%，產率高達95%。同年，陽如春等人對蟲草素全合成路徑進行了分類分析，詳細對蟲草素反應途徑、基因組進行歸納整理。

2、蟲草素的半合成

在1960年Todd[7]等人發表了第一條蟲草素的半合成的化學合成路徑，該方法以以 5'-O-乙酰腺苷與對硝基苯磺酰氯為起始原料，反應生成3'-O-p-對硝基苯磺?；佘?，然后和碘化鈉在特定溫度下與2'-5-己二酮中反應生成3'-碘-腺苷，最后利用鈀碳氫化轉化為蟲草素。該方法簡單便捷，可以通過取代、催化等簡單操作方式得到蟲草素;但是由于其原料特殊產率相對較低，成本較高不適合規模化生產。

Hansske[8]和Robins[9]等人在1980報道了以腺苷為原料的三步合成蟲草素的簡短方法，腺苷在無水乙腈環境下，與2-乙酰氧基異丁酰溴反應生成中間體，在經過陰離子交換樹脂后與三乙基硼氫化鋰（或氘化物）發生還原反應，生成蟲草素。該方法在微量制備時收率較高，但在規?；a時收率下降至30%，并且原料成本較高，無法工業化生產。后Kwon[10]對上述方法進行了優化改良，但是改進后產率雖有所提升，但超低溫的環境仍然不適合生產。

Norman[11]等人和Talekar[12]等人發表了更加簡便以腺苷為生產原料蟲草素半合成方法，主要通過腺苷與原乙酸三甲酯在酸性產物下生成中間體，該中間體與乙酰溴發生開環反應，三丁基氫化錫和偶氮異二丁腈還原反應，最后在堿性條件下脫去保護基，得到蟲草素，收率可達30%以上，是現在主流的合成方法。但是該方法有微弱毒性，也會造成一定的環境污染。

Shiragami等人后續進行了制備過程中試劑改進，雖大大降低了毒性與污染，但產率也極大的降低，并且步驟繁瑣，無法解決蟲草素工業化生產問題。

Kim[13]等以KimBarton-Mc Combie 反應為主要途徑合成蟲草素，Zhang[14]等利用腺苷在堿性條件下用三苯基氯甲烷選擇性地保護 5'位羥基，對甲苯磺?；Ｗo3'位羥基。最后再在堿性條件下脫去保護基得到蟲草素。這些方法簡單，反應條件要求較低。但需要色譜柱純化，并且蟲草素整體收率不高，也無法進行規?；a。如果解決色譜柱純化問題，可以考慮用于工業化生產。

3、蟲草素的生物合成

在大量有關蟲草素的相關報道中，認為蟲草素是冬蟲夏草的有效成分，但隨著對蟲草素研究的不斷深入，冬蟲夏草中發酵菌絲中只含有極微量的蟲草素，在子實體中幾乎不含蟲草素。天然的蟲草素，主要存在于蛹蟲草、新疆蟲草、蟲草頭孢菌等部分蟲草素屬分離出來的菌株中。據調查發現蟲草素的生物合成存在多種途徑，在1961年Kredich[15]等人首次報道了蟲草素的潛在前提是腺苷。1976年Lennon[16]等人通過關鍵腺苷和核糖研究蟲草素在蛹蟲草中的生物合成途徑，推測蟲草素的生物合成可能是由還原機制生成，并未報道具體合成途徑。

在2011年Zheng[17]等人對蛹蟲草菌的全基因組完成相關測序，經分析表明蛹蟲草擁有腺苷和嘌呤代謝的反應所需大部分基因，但是缺乏脫氧腺苷激酶和RNR。在2014年，Xiang等人結合前人經驗證明5'-核苷酸酶在蟲草素合成過程中發揮這重要作用。2016年Lin等人首先在腺苷激酶（ ADK）催化下生成腺苷單磷酸 ，腺苷單磷酸再在腺苷酸激酶反應下生成腺苷二磷酸，再與核苷酸還原酶作用下3'-d ADP ，ADEK將3' -dADP的作用下生成3'-dAMP ，最終在 5'核苷酸酶（NT5E）轉化成蟲草素。2017年Xia等人通過對比蟲草素生物合成全基因組信息與模式真菌構巢曲霉的對比基因組，大膽推測了蛹蟲草的腺苷通過磷酸轉移酶（ Cns3 編碼） 磷酸化生成3'-AMP，在經磷酸水解酶（ Cns2編碼） 去磷酸化形成中間體2'-C-3'-dA，最終經氧化還原酶Cns1介導的氧化還原反應轉化成蟲草素。

4.總結與展望

蟲草素因其非常廣譜的生物活性，已成為當下的研究熱點。隨著生物技術和化學合成技術的發展，人們逐漸摸索出蟲草素合成的機制、途徑，并且對合成蟲草素的基因組完成了探索，為后需蟲草素合成工藝打下了堅實基礎，并且在藥理作用方面研究在不斷完善。經整理發現蟲草素生物合成途徑以及差異表達基因的代謝通路和化合物關系網絡分析方面還有所欠缺。未來研究可以以蟲草素短周期、高產量、無污染、提產率的合成方法和蟲草素調控網絡及調控機理作為研究方向，做好蟲草素產業化開發工作，為人類的健康事業貢獻出自己的力量。

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