综述：核苷类似物的生物技术合成：最新进展与展望

这篇综述系统阐述了核苷类似物（NAs）在抗病毒和抗癌治疗中的核心作用，重点分析了从传统化学合成向生物催化（酶法）转化的技术突破。文章详细解析了核苷磷酸化酶（NPs）和N-脱氧核糖转移酶（NDTs）的催化机制，探讨了多酶级联反应在绿色合成中的应用，并展望了酶工程、固定化技术和人工智能（AI）驱动的未来优化策略。

　　

引言

核苷类似物通过模拟天然核苷酸结构干扰病毒或癌细胞DNA/RNA合成，已成为治疗HIV、肝炎、COVID-19及淋巴瘤等疾病的核心药物。传统化学合成面临步骤复杂、手性控制难等问题，而生物催化技术凭借高立体选择性、温和反应条件和环境友好特性，成为工业化生产的新方向。

药理机制

核苷类似物需经细胞内磷酸化激活为三磷酸形式（如favipiravir-RTP），通过竞争性抑制RNA依赖的RNA聚合酶（RdRp）或导致链终止发挥作用。其疗效取决于三个关键条件：成功三磷酸化、嵌入核酸链及阻断后续核苷添加。早期药物如齐多夫定（AZT）因缺乏3'-羟基而终止链延伸，但存在宿主毒性问题。

关键合成酶

核苷磷酸化酶（NPs）：

• 嘧啶核苷磷酸化酶（PyNP）：可逆裂解尿苷、胸苷等生成核糖-1-磷酸，其有序双底物机制依赖保守催化三联体（His/Glu/Asp）。
• 嘌呤核苷磷酸化酶（PNP）：偏好6-氧嘌呤（如鸟苷），哺乳动物源PNP为三聚体，而细菌源六聚体底物范围更广。

N-脱氧核糖转移酶（NDTs）：

• 分为I型（嘌呤间转移）和II型（嘌呤-嘧啶通用），如乳酸杆菌来源的LrNDT可催化5-氟-2'-脱氧尿苷（5-FdU）合成，转化率达76.2%。

多酶级联系统

1. 糖基转移酶联用：NPs与NDTs协同实现“一锅法”合成，如以肌苷为底物通过PNP/PyNP组合高效制备5-甲基尿苷（94%收率）。
2. 黄嘌呤氧化酶（XOD）辅助：将副产物次黄嘌呤转化为尿酸，推动反应平衡向产物倾斜。
3. 脱氨酶整合：如腺苷脱氨酶（AD）将2,6-二氨基嘌呤核苷转化为鸟苷类似物，解决鸟苷溶解度低的问题。
4. 磷酸戊糖变位酶（PPM）：将核糖-5-磷酸转化为核糖-1-磷酸，为NPs提供糖基供体。

生物催化策略

1. 游离酶催化：热稳定酶（如来自嗜热菌的PyNP）在高温下保持活性，耐受有机溶剂（如DMSO），适合工业化放大。
2. 全细胞催化：大肠杆菌工程菌共表达PNP/UP合成阿糖胞苷（67.5%收率），但需优化宿主代谢通量以减少副反应。
3. 固定化技术：NDT固定于聚乙烯亚胺修饰的琼脂糖上可重复使用10次以上，显著降低催化剂成本。

未来展望

结合AI的酶理性设计、流动化学系统开发及代谢途径优化，将突破现有技术瓶颈。例如，通过深度学习预测酶突变位点，可定向进化出识别2'-氟代核糖的突变体，为抗埃博拉药物研发提供新工具。

（注：全文严格基于原文数据，未添加非文献支持结论。）