NMN的酶法合成：更綠色、更高效

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作者：云天來源：CPhI制藥在線

2021-01-27

NMN，中文名煙酰胺單核苷酸（圖一），是煙酰胺磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶的反應(yīng)產(chǎn)物。近年來，由于NMN被發(fā)現(xiàn)在心腦血管疾病、神經(jīng)退行性病、糖尿病等方面有所作用，引起了巨大關(guān)注，其原料藥的需求也在不斷加大。

NMN，中文名煙酰胺單核苷酸（圖一），是煙酰胺磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶的反應(yīng)產(chǎn)物。近年來，由于NMN被發(fā)現(xiàn)在心腦血管疾病、神經(jīng)退行性病、糖尿病等方面有所作用，引起了巨大關(guān)注，其原料藥的需求也在不斷加大。

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圖一 NMN結(jié)構(gòu)式

NMN的制備主要有化學合成法和酶催化合成法。相比于化學合成法，酶催化合成法因無有機溶劑殘留、以及無需考慮手性問題，被認為是環(huán)保無公害的合成方法。

早在1957年，Jack等人以磷酸核糖焦磷酸（PRPP）、煙酰胺為原料在紅細胞提取物中酶催化下合成β-NMN，從而闡釋了β-NMN在機體內(nèi)的生成路徑。合成路線如圖二：煙酰胺和磷酸核糖焦磷酸（PRPP）在煙酰胺磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶（NAMPT或NAMPRT）催化作用下生成NMN和焦磷酸（PPi）。此外，煙酰胺核苷（NR）在煙酰胺核苷激酶（NRK）催化下磷酸化生成NMN。

Jack酶催化合成路線

圖二 Jack酶催化合成路線

我國研究人員在NMN的酶催化合成上做了較多的研究工作。傅榮昭等人利用次黃嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶、黃嘌呤氧化酶和NAMPT三個酶組合，以焦磷酸、煙酰胺、肌苷酸為底物合成了NMN。該反應(yīng)轉(zhuǎn)化率可達80%-100%，但反應(yīng)中產(chǎn)產(chǎn)生的副產(chǎn)物黃嘌呤會對NAMPT酶產(chǎn)生抑制作用，需要黃嘌呤氧化酶將該副產(chǎn)物降解，反應(yīng)體系比較復(fù)雜。

隨后，傅榮昭等人又利用AMP和核苷酶、PRS和NAMPT三個酶，以磷酸、煙酰胺、肌苷酸為底物合成了NMN。該反應(yīng)具有較高轉(zhuǎn)化率，但使用的AMP核苷酶研究相對較少，使用該工藝難以找到適合于生產(chǎn)的酶。

此外，傅榮昭等人利用核糖激酶、核糖磷酸焦磷酸激酶、NAMPT多酶聯(lián)用，以煙酰胺、三磷酸腺苷和核糖為原料合成NMN。該反應(yīng)投料方式可以為一步投料方式，也可以是分布投料（首先核糖與三磷酸腺苷反應(yīng)得到PRPP，然后加入煙酰胺得到NMN），一步投料具有反應(yīng)時間短、操作簡單的優(yōu)勢，而分布投料具有反應(yīng)徹底的優(yōu)勢。該反應(yīng)轉(zhuǎn)化率也可達80%-100%，且所用到的核糖激酶、核糖磷酸焦磷酸激酶研究均較為深入，反應(yīng)過程明確。

傅榮昭酶催化合成路線

圖三傅榮昭酶催化合成路線

2018年（圖三），傅榮昭等人申請了國際專利（WO，2018023206[P].2018-02-08），該專利使用基因定點突變的方法人工構(gòu)建了多種具有高催化活性的NAMPT突變體，然有以這些高活性突變體催化煙酰胺和PRPP合成NMN。該工藝具有酶催化活性高、工業(yè)應(yīng)用價值高的特點。

竺偉酶催化合成路線

圖四竺偉酶催化合成路線

2018年，竺偉等人以D-5-磷酸核糖和煙酰胺為原料，在ATP存在下，使用固化含有磷酸核糖焦磷酸合成酶和NAMPT的基因工程菌全細胞催化，一步實現(xiàn)了NMN高效合成，NMN濃度可達13.3g/L，轉(zhuǎn)化率高達99.5%。該工藝具有成本低、生產(chǎn)工藝簡單、細胞可循環(huán)使用等諸多優(yōu)點，在成本節(jié)約上具有一定優(yōu)勢。

可以看出，研究人員對NMN更優(yōu)工藝的開發(fā)一直在進行，酶催化合成作為綠色、高效合成方法，在NMN的制備上具有舉足輕重的作用?？梢源_信，隨著生物技術(shù)的不斷提升和NMN酶催化工藝的研究不斷深入，后續(xù)還會不斷涌現(xiàn)出更優(yōu)秀的NMN酶催化工藝。

參考文獻：

1. Progress in Synthsis of β-Nicotinamide Mononucleotide,2020;

2. Advance in Synthesis of β-Nicotinamide Mononucleotide,2020.

3. 專利：WO, 2018023206[P]. 2018-02-08.

4. 專利：CN108949865[P]. 2018-12-07.

5. 專利：CN107889505A[P]，2018-04-06.

6. 專利：CN108026535A[P]，2018-05-11.

7. 專利：CN108026130A[P]，2018-05-11.

作者簡介：云天，藥物化學博士，主要從事小分子藥物研究，尤其擅長小分子藥物的合成工藝及后期藥物開發(fā)研究，已完成多個抗癌藥物分子的合成和活性評估。

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