輔酶Q10的制備方法及醫療保健作用

輔酶Q₁₀是一種廣泛分布于生物體中的脂溶性有機醌類化合物，對心臟病、高血壓、壞血病等有極好的療效，其制備可以通過生物提取也可以通過微生物發酵或化學合成。因此輔酶Q₁₀既是一種化學合成藥物也是一種生物合成藥物。

生物合成藥物是利用生物酶等生物活性分子為載體合成藥物，可提高反應選擇性和反應速率。化學合成藥物一般是指以結構較簡單的化合物或具有一定基本結構的天然產物為原料，經過一系列反應過程制得的對人體具有預防、治療及診斷作用的原料藥。化學合成藥物和生物合成藥物其實沒有明顯的界限，如果非要區分的話傳統的化學合成工藝沒有生物活性的大分子（蛋白質、核酸等）或微生物的參與，而是通過人工設計的合成路線，以經典的有機反應進行合成的生物技術的引入主要體現在生物活性分子，如各種酶，參與到合成中。美迪西提供一整套化學藥物開發服務，實現首尾相接的一體化服務，可以提供從處方前研究、藥物分析、藥物穩定性研究、制劑研發，乃至全套的CMC服務在內的一站式服務。

1、輔酶Q₁₀的制備

（1）化學合成藥物輔酶Q₁₀

輔酶Q₁₀的可以采用化學合成法，因此可以說它是一種化學藥物，其基本途徑包括芳香族醌（即輔酶Q₀）結構和聚異戊二烯側鏈結構的分別合成以及兩者的縮合。輔酶Q₀的化學合成以香草醛為起始反應物，醛基還原為甲基得到甲氧酚，再經硝化、羥甲基化、氫化生成2—氨基高黎蘆醇，后者形成重氮鹽后水解為酚衍生物，再經亞硝基二磺酸鉀氧化生成輔酶Q₀。

C₅₀聚異戊二烯的合成以短鏈類異戊二烯作為起始反應物，但需要相當復雜的化學反應才能獲得最終產物，而且收率極低。一種改進的工藝是使用茄呢醇（一種天然的全反式C₄₅聚異戊二烯醇）作為反應起始物，并通過異戊二烯單位的延伸反應合成C₅₀聚異戊二烯。茄呢醇在煙葉、馬鈴薯葉和桑葉含量較高，相對而言提取工藝也較簡單。輔酶Q₀與C₅₀異戊二烯醇的縮合過程通常是先將輔酶Q₀還原為氫醌衍生物，然后在酸性催化劑存在下與C₅₀異戊二烯醇縮合。該過程伴隨一些不利的副反應，從C₅₀聚異戊二烯醇生成的異戊二烯支鏈通常含有順反異構體，而且由于相對分子質量較大，縮合效率極低。因此，化學合成輔酶Q₁₀的工藝路線并不比傳統的發酵方法更優越。

（2）微生物發酵法生產藥物輔酶Q₁₀

微生物發酵法能可持續性生產輔酶Q₁₀，具有越來越多的商業價值。有研究者首先將來自類球紅細菌的十聚異戊二烯焦磷酸合成酶基因 (Dps) 整合到大腸桿菌ATCC 8739染色體上，敲除內源的八聚異戊二烯焦磷酸合成酶基因 (ispB)，使內源的輔酶Q₈合成途徑被輔酶Q₁₀合成途徑取代，得到穩定生產輔酶Q₁₀的菌株GD-14，其輔酶Q₁₀產量達0.68 mg/L，單位細胞含量達0.54 mg/g DCW。隨后用多個固定強度調控元件在染色體上對MEP途徑的關鍵基因dxs和idi基因以及ubiCA基因進行組合調控，將輔酶Q₁₀單位細胞含量提高2.46倍 (從0.54到1.87 mg/g)。進一步引入運動發酵單胞菌Zymomonas mobilis的Glf轉運蛋白代替自身的磷酸烯醇式丙酮酸：碳水化合物磷酸轉移酶系統 (PTS)，使輔酶Q₁₀產量進一步提高16%。最后，對高產菌株GD-51進行分批補料發酵，輔酶Q₁₀產量達433 mg/L，單位細胞含量達11.7 mg/g DCW。這是目前為止文獻報道的大腸桿菌產輔酶Q₁₀最高菌株。

（3）生物提取法生產

在20世紀60年代，輔酶Q₁₀主要從動物的臟器中提取，由于含量小且受到原材料的限制，不可能實現大規模生產。生物提取法是最傳統的生產工藝，該方法生產的是側鏈雙鍵幾何構型全反式的天然產品，易被人體吸收，產品純度較高、質量較好。但是由于生物體內輔酶Q10含量低，各種化學成分復雜，并受原料來源限制，因此該方法生產成本高、產品價格昂貴，規模化生產受到限制，在現代工業生產中已被逐漸淘汰。

2、輔酶的醫療保健作用

各種輔酶Q中只有輔酶Q₁₀具有醫療價值。正常人體內輔酶Q₁₀約1.5g，主要來源于食物，牛肉、菠菜、沙丁魚、金槍魚和花生中輔酶Q₁₀的含量較高。但由于膳食的不平衡或隨著年齡的增長，人體內的輔酶Q₁₀通常達不到所需的水平。研究表明，當輔酶Q₁₀少于正常水平20%時，可導致人體各種機能下降和許多疾病的產生。

輔酶Q₁₀過去只是作為一種能量藥物使用，隨著藥理學研究的深入，它在臨床上的應

用范圍也愈加廣泛，尤其在心臟病和肝病的治療方面有明顯效果。現已查明，心衰和高血

壓病人的心肌內輔酶Q₁₀含量明顯低于正常人，補充適量的輔酶Q₁₀可以保護缺血的心肌免受損傷，緩解冠心病、風濕性心臟病和病毒性心肌炎引起的心悸、房早、室早和陣發性房顫等心律失常癥狀，同時對某些原發性及腎血管性高血壓的治療也能奏效。

輔酶Q₁₀是一種非特異性的免疫功能增強劑，因而在對付各種急慢性病毒性肝炎方面有其獨到之處。此外，輔酶Q₁₀還用于治療糖尿病（刺激胰島素分泌）、再生障礙性貧血、支氣管哮喘、牙周炎等疾病。

美國第二醫學的臨床研究結果證實，輔酶Q₁₀作為體內強抗氧化劑具有清除自由基、維持細胞膜通透性、改善免疫功能以及促進脂肪代謝等顯著的生理功能，因而其預防保健作用逐漸為人們所重視。經常補充適量輔酶Q₁₀可以降低血液黏度，防止動脈粥樣硬化，并在一定程度上降低體重。

通過測定癌癥及AIDS病人體內輔酶Q₁₀濃度發現，與正常人相比其含量較低。Lockwood等研究了各種各樣癌癥病人包括乳房癌、前列腺癌、胰癌和結腸癌等病人，對其體內輔酶Q₁₀缺乏發生率進行研究，對32位已轉移至腋窩淋巴結的乳房癌病人，經服用輔酶Q1090mg/a并結合服用一定劑量的抗氧化劑如VC、VE、β-胡蘿卜素、硒、ω-3、ω-6不飽和脂肪酸，經一年試驗，病人均未發生腫瘤轉移，其中6病例其腫瘤發生部分消退。

鑒于輔酶Q₁₀廣泛的生理功能，且無特殊的副作用以及與其他藥物的配伍禁忌，世界上許多國家將之譽為人體重要的營養素，其銷售量也逐年增加。

可以化學合成藥物輔酶Q₁₀，然而由于其化學合成路線已經沒有進一步改進的余地，目前日本基本上壟斷了世界輔酶Q₁₀的生產。因而采用生物合成方法，利用途徑操作技術構建高產輔酶Q₁₀的工程菌是實現大規模生產輔酶Q₁₀的關鍵步驟。