图 雷帕霉素结构式
雷帕霉素是含氮大环内酯类微生物代谢产物，它们具有特殊的结构基团，即内酯环上含有 1 分子非蛋白质组成氨基酸——哌可酸，通过哌可酰基与细胞内一类具有脯氨酰顺反异构酶活性的免疫亲合蛋白(immunophilin)FKBPs(FK506 bingding proteins)相互作用形成复合物，作用于细胞不同靶位，发挥多种不同的生物学功能。这类化合物具有广泛的生物学活性，除抗真菌活性外，临床已用作器官移植抗排斥药物、血管扩张支架涂层药物、靶向抗肿瘤药物、炎症治疗药物。同时，这类化合物还具有潜在的治疗中风、神经退行性疾病、帕金森综合症、老年痴呆等作用。Harrison 等人 2009 年 7月在《Nature》杂志上报道雷帕霉素可以延长哺乳类动物老龄小鼠寿命的研究成果，立即引起各国科学家的广泛关注和高度兴趣，美国《Science》杂志把此项研究成果评选为当年十大科学进展之一。
一般认为，雷帕霉素与FKBP12结合，RAPA-FKBP12复合物与哺乳类雷帕霉素靶蛋白(mTOR)结合，抑制多种刺激引起的T淋巴细胞和B淋巴细胞的增生，使细胞停留在细胞周期Gl期晚期，阻止这些细胞进入S期。
图 雷帕霉素、FK506及环保菌素A的作用机制
雷帕霉素的生物合成途径为，雷帕霉素由七个单位的乙酸盐七个单位的丙酸盐通过聚酮途径合成，所需的甲基来自甲硫氨酸。起始单元是莽草酸经还原以后的产物，从莽草酸形成环己乙烷衍生物的过程保留了环己烷基的完整性。赖氨酸先脱氨环化形成羧酸哌啶，再由羧酸哌啶和聚酮乙酯健和酰胺键连接，形成雷帕霉素的初始结构。
含有哌可酰基的含氮大环内酯类微生物代谢产物具有相似的生物合成途径，它们都属大环内酯类化合物，由典型的具有模块结构的 I 型聚酮合酶(Polyketide synthase, PKS)催化合成内酯环碳链骨架，由单模块的非核糖体肽合成酶(Non-ribosomal peptidesynthetase, NRPS)催化把哌可酸整合到内酯环骨架，并通过环化酶活性域使含哌可酰基的聚酮链内酯化从 KS/NRPS 杂合酶上脱离，最后通过一些列氧化酶、甲基转移酶等进行侧链基团的修饰形成最后的活性产物。
图 雷帕霉素及其衍生物的生物合成途径
1999年雷帕霉素通过FDA批准在美国首次上市，至今已在英国、德国、丹麦等国家上市，主要用于肾移植排异。随着我国雷帕霉素生产技术的不断改进和产量的提高，雷帕霉素将有望成为国内高速增长的品种，同时满足世界市场的需求，其市场发展空间十分巨大。
雷帕霉素是一种新型免疫抑制剂，也是一种多用途药物，近年来，随着器官移植手术的快速发展，免疫抑制剂的需求无论从用量，还是种类都有很大的增加，作为新一代免疫抑制剂，雷帕霉素不仅自身具有重要的医疗价值，而且它的衍生物也在治疗癌症，自身免疫疾病以及老年痴呆症方面具有广泛的前景，特别在抗癌药方面得到了开发和应用。
国外对雷帕霉素衍生物的临床研究已进行多年，呈方兴未艾之势。雷帕霉素衍生物替西罗莫司(temsirolimus)于2007年被FDA批准，用于抗肾癌治疗。2009年，诺华制药的依维莫司(everolimus)被FDA批准用于肾癌、胰腺癌、脑癌等多种肿瘤的治疗。
除此之外，雷帕霉素的新的衍生物也不断涌现。例如，Biolimus，deforolimus,Zotarolimus，Radiforolimus，Deforolimus等。
