采用大孔吸附树脂与反相聚合物色谱相结合的方法分离纯化阿斯克霉素

《Separation and Purification Technology》：Separation and purification of ascomycin by a combined method of macroporous adsorption resin - reversed-phase polymer chromatography

阿斯卡霉素分离纯化采用反相聚合物树脂与 macroporous adsorption resin 联合工艺，通过静态吸附优化 HZ-816 树脂，结合动态色谱提升纯度至 98.55%，回收率 85.87%，产率 53.82%，为工业化应用奠定基础。

　　

王文鑫|徐焕新|宁芳红|万俊芬

华东理工大学生物工程系生物反应器工程国家重点实验室，中国上海梅龙路130号，200237

摘要

曲霉素在治疗各种自身免疫性疾病和皮肤病方面发挥着重要作用；其在医药市场的应用前景十分广阔。作为吡美莫司的中间体，分离和纯化高纯度的曲霉素是生产高质量药品的关键步骤。然而，由于曲霉素及其主要杂质的结构相似，分离和纯化过程极具挑战性。因此，本研究开发了一种新的分离和纯化系统，该系统结合了反相聚合物树脂和大孔吸附树脂的协同效应，提供了一种创新的分离和制备方法。在静态吸附阶段，选择了HZ-816作为最佳树脂，并采用Lagergren二阶动力学模型和Temkin等温模型进行吸附过程的分析；吸附过程是自发的、放热的，并且为多层吸附。为了达到最佳纯化效果，实验条件设定为曲霉素浓度为0.5 mg/mL、流速为4 BV/h、样品体积为110 BV，洗脱液为70%乙醇、流速为2 BV/h。最终获得的产品纯度为82.07%，回收率为62.68%。在反相聚合物色谱阶段，通过优化洗脱流速和载量等参数，纯度提升至98.55%，回收率为85.87%，洗脱速率为95.54%，产率为53.82%。通过优化实验程序和材料选择，本研究为后续低成本、高效率且可持续的应用奠定了坚实的基础，为曲霉素分离和纯化技术的发展提供了参考。

引言

曲霉素（FK520，FR-900520）是一种从链霉菌KK317的菌体中提取的抗真菌抗生素，属于23元环大环内酯类抗生素。

在以往的研究中，曲霉素常被视为他克莫司的杂质而被舍弃[2,3]。然而，在研究他克莫司的作用机制过程中，研究人员发现了曲霉素，其结构与他克莫司高度相似，具有开发新型免疫抑制剂的潜力[4]。曲霉素是一种具有抗炎作用的细胞内抗生素，能够抑制多种疾病，如红斑狼疮[5]、预防器官移植排斥[6, [7], [8], [9]]、癫痫[10]、睑缘炎[11]、肺动脉高压[12]以及心血管疾病[13,14]。作为吡美莫司的关键中间体[15, [16], [17], [18]]，曲霉素在制药工业中得到广泛应用[19]。此外，其类似物他克莫司[20, [21], [22]及其衍生物西罗莫司[23, [24], [25], [26]]也因其药用价值而在医学领域得到广泛应用，推动了免疫抑制剂市场的发展。因此，基于曲霉素的免疫抑制剂市场具有巨大的规模和广阔的发展前景。

曲霉素的分离和纯化难点在于其主要杂质13-O-去甲基曲霉素（FK-523，FR-900523），如图1所示；两者之间的分子量差异仅为14.02[27, [28], [29]]。由于两者结构高度相似且物理化学性质相近，分离13-O-去甲基曲霉素非常困难[30]。尽管曲霉素具有显著的治疗价值，但以往的研究主要采用液-液萃取法结合大孔吸附树脂和硅胶柱色谱法进行分离和纯化。液-液萃取法使用丁酸乙酯和石油醚等有机溶剂进行多次萃取，但纯度较低[31, [32], [33]]；大孔吸附树脂-硅胶柱色谱法的结合也存在问题，如硅胶树脂的成本较高[4,34]。

我们发现目前尚未有研究报道反相聚合物树脂在曲霉素分离和纯化中的应用。反相聚合物树脂相比硅胶树脂具有成本更低、化学稳定性更强的优点。反相聚合物树脂的价格约为5000元人民币/升，使用寿命约为5-6年，而反相硅胶的价格约为10000-20000元人民币/升，使用寿命仅约2年。此外，反相聚合物树脂能够耐受有机相以及强酸和强碱，避免了硅胶水解、脱落等问题，具有更长的使用寿命和更高的耐用性，更适合工业生产。

此外，大孔吸附树脂与反相色谱法的结合已逐渐应用于萜类糖苷[35]和糖肽类抗肿瘤抗生素[36]等物质的分离和纯化。本研究开发了大孔树脂与反相色谱法结合的新方法用于曲霉素的分离和纯化，并探讨了树脂对曲霉素的吸附机制。这一新方法不仅为该领域引入了一种新的分离和纯化技术，还简化了研究流程，为后续研究提供了宝贵的参考。

材料

曲霉素菌丝体来自上海百普达生物科技有限公司；5种大孔树脂（包括反相聚合物树脂MN30，见表1）来自上海华振科技有限公司；乙腈（色谱纯度）来自上海泰坦科技有限公司；磷酸（纯度85%-90%）来自北京英诺凯科技有限公司；甲基叔丁基醚（色谱纯度）来自上海阿拉丁科技有限公司；PRP-1色谱柱（150 mm × 4.1 mm）也用于实验。

树脂筛选

如图2所示，五种树脂对曲霉素的吸附能力存在显著差异（P < 0.05）。实验结果表明，HZ-816、HZ-818和HZ-826对曲霉素的吸附能力最强，其中HZ-816略优于其他两种树脂；而HZ-806和HZ-828的吸附能力较弱。具有较高吸附能力的三种树脂均为非极性或弱极性树脂，且具有较大的比表面积。

结论

本研究首次将大孔吸附树脂与反相聚合物色谱法结合应用于曲霉素的分离和纯化。实验结果表明，HZ-816树脂对曲霉素的吸附能力最强，吸附过程符合Lagergren二阶动力学模型和Temkin等温模型，说明该过程具有复杂性。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

我们感谢上海华振科技有限公司的技术支持以及整个项目期间团队的协作与帮助。