概述[1]
頭孢菌素C(簡稱CPC)是由頂頭孢霉(Acremoniumchrysogenum)產(chǎn)生的一種β-內(nèi)酰胺類抗生素。結(jié)構(gòu)顯示頭孢菌素C用二氫噻嗪環(huán)代替了青霉素中的噻唑環(huán)與β-內(nèi)酰胺環(huán)相連，正是由于這種結(jié)構(gòu)上的差異使得頭孢菌素C有著更強(qiáng)的穩(wěn)定性，不易被青霉素酶破壞，能夠殺死許多青霉素耐藥菌。另外，頭孢菌素C的不良反應(yīng)發(fā)生率低，對人、畜較為安全。CPC經(jīng)化學(xué)改造后的7-氨基頭孢烷酸(簡稱7-ACA)是頭孢類抗生素，例如頭孢噻吩、頭孢氨芐等的重要中間體。頭孢類抗生素自發(fā)現(xiàn)以來一直作為重要的抗感染藥物而廣泛應(yīng)用于臨床治療。
應(yīng)用[2]
頭孢菌素類藥物屬于β-內(nèi)酰胺類廣譜抗生素，通過干擾細(xì)菌細(xì)胞壁的合成、加速細(xì)胞壁的破壞而起到殺菌的作用。頭孢菌素的抗菌部位為其母核7-氨基頭孢烷酸(7-ACA)，它是各類半合成頭孢菌素類抗生素藥物的重要中間體。由于制備工藝簡單、高效、低污染，采用頭孢菌素C(CephalosporinC，CPC)?；敢徊酱呋呀釩PC生產(chǎn)7-ACA已經(jīng)成為發(fā)展趨勢。
制備[3]
由于CPC在臨床上的重要作用，CPC生物合成的研究備受關(guān)注。經(jīng)過幾十年的研究，CPC的生物合成途徑已基本闡明。同大多數(shù)微生物中參與次級代謝產(chǎn)物生物合成的基因相似，參與CPC生物合成的基因也成簇存在于頂頭孢霉的染色體上。在頂頭孢霉中參與CPC合成的基因分別位于VII號染色體上的“早期”基因簇和位于I號染色體上的“晚期”基因簇。“早期”基因簇中的基因pcbAB和pcbC編碼的蛋白(ACV合酶和異青霉素N合酶)分別負(fù)責(zé)CPC合成的前兩反應(yīng)：在ACV合酶(ACVS)催化下，L-α-氨基己二酸(L-α-aminoadipicacid)、L-半胱氨酸(L-cysteine)和L-纈氨酸(L-valine)縮合為三肽的ACV，再經(jīng)異青霉素N合酶(IPN)催化形成異青霉素N(IPN)。cefD1和cefD2位于“早期”基因簇中pcbC的下游，編碼青霉素N異構(gòu)化酶，負(fù)責(zé)將異青霉素N異構(gòu)化為青霉素N(PenN)。最后兩步反應(yīng)由“晚期”基因簇中的基因cefEF和cefG編碼的擴(kuò)環(huán)酶-羧化酶和DAC乙酰轉(zhuǎn)移酶負(fù)責(zé)，最終將青霉素N催化為CPC。
次級代謝產(chǎn)物的形成會對細(xì)胞造成一定的負(fù)擔(dān)，因而產(chǎn)生菌往往會通過一些轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白將次級代謝產(chǎn)物運(yùn)輸出細(xì)胞。真菌中，ATP-結(jié)合轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(ATP-bindingcassette，ABC)和主要協(xié)助轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白超家族(majorfacilitatorsuperfamily，MFS)在次級代謝產(chǎn)物及其中間代謝產(chǎn)物分泌中起主要運(yùn)輸作用。CPC的產(chǎn)生過程中，也涉及到了一系列的前體物及終產(chǎn)物的轉(zhuǎn)運(yùn)。
研究發(fā)現(xiàn)，CPC“早期”基因簇中的cefT基因，編碼了一種MFS家族膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，增加cefT基因的拷貝數(shù)能夠顯著增加CPC的產(chǎn)量。隨后的研究顯示，cefT編碼一種親水蛋白，參與了異青霉素N、青霉素N和脫乙酰頭孢菌素C的分泌。
最近發(fā)現(xiàn)，在CPC“早期”基因簇中cefD1的下游還存在另一個編碼MFS家族蛋白的cefM基因，其編碼產(chǎn)物含有12個跨膜區(qū)，也參與了CPC的產(chǎn)生。在cefM敲除突變株中，CPC產(chǎn)量大幅下降，但是細(xì)胞內(nèi)的青霉素N含量則比野生型菌株高出了7倍。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)異青霉素N異構(gòu)化為青霉素N的過程發(fā)生在過氧化物酶體中，cefM參與了青霉素N從過氧化物酶體轉(zhuǎn)運(yùn)到胞質(zhì)的過程。有研究顯示在CPC“早期”基因簇中，還存在第三個編碼膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的基因cefP，其編碼產(chǎn)物含有11個跨膜區(qū)。cefP敲除突變株中不再有CPC生成，而是積累了大量的異青霉素N，表明cefP參與了異青霉素N異構(gòu)化為青霉素N的過程。有趣的是，Teijeira等[8]發(fā)現(xiàn)，cefP突變株必須由cefP和cefR共同回補(bǔ)才能恢復(fù)菌株的野生表型。cefR是位于cefP上游的一個調(diào)控基因，在cefR的敲除突變株中，cefEF轉(zhuǎn)錄延遲，青霉素N分泌量增加而CPC產(chǎn)量減少，過表達(dá)cefR則相反，轉(zhuǎn)錄結(jié)果表明cefR通過充當(dāng)基因cefT的抑制子來調(diào)控CPC的生物合成。
主要參考資料
[1] 海洋化學(xué)辭典
[2] CN201110460235.5一種降低頭孢菌素C分解的方法
[3] 頭孢菌素C生物合成調(diào)控研究進(jìn)展