漫談天然抗癌藥物——紫杉醇

張修前

摘要紫杉醇是存在于紅豆杉樹中的一種化學(xué)物質(zhì)，其獨(dú)特的抗癌療效日益被人們重視，被譽(yù)為20世紀(jì)90年代國際上的抗癌藥三大成就之一。介紹了紫杉醇的抗癌機(jī)理及獲取紫杉醇的幾種方法。

關(guān)鍵詞紫杉醇抗癌機(jī)理紅豆杉

中圖分類號(hào)Q-49

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼E

1963年美國化學(xué)家瓦尼和沃爾首次從一種生長在美國西部大森林中的太平洋杉的樹皮和木材中分離到了紫杉醇的粗提物。在篩選實(shí)驗(yàn)中，瓦尼和沃爾發(fā)現(xiàn)紫杉醇粗提物對(duì)離體培養(yǎng)的鼠腫瘤細(xì)胞有很高的抑制活性，并開始分離這種活性成份。由于該活性成份在植物中含量極低，直到1971年，他們才同杜克大學(xué)的化學(xué)教授姆克法爾合作，通過X射線分析確定了該活性成份的化學(xué)結(jié)構(gòu)。

1人類對(duì)紫杉醇抗癌作用的認(rèn)識(shí)

紫杉醇主要是一種四環(huán)二萜化合物，呈白色粉末狀，易溶于氯仿、丙酮等有機(jī)溶劑。

1979年，愛爾伯特愛因斯坦醫(yī)學(xué)院的蘇珊郝蔚芝報(bào)道了紫杉醇獨(dú)特的活性作用機(jī)理，這使它進(jìn)入成為一類新的腫瘤化療藥的雛形階段。約翰霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院報(bào)道了紫杉醇對(duì)晚期卵巢癌的驚人療效，并被1989年的國內(nèi)醫(yī)藥學(xué)年鑒收錄。

也在1979年，施貴寶公司被美國國家癌癥研究所指定為合作伙伴，共同對(duì)紫杉醇進(jìn)行開發(fā)，目的是使其能進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

1991年，美國國家癌癥研究所主任Broder博士斷言在未來15年，紫杉醇將成為國際最主要的抗癌藥物。

1992年12月美國食品藥物管理局正式批準(zhǔn)紫杉醇作為治，療晚期卵巢癌的新抗癌藥物。

紫杉醇作為一種高效、低毒、廣譜、活性強(qiáng)、作用機(jī)制獨(dú)特的抗癌天然藥物，尤其是對(duì)子宮癌、卵巢癌、乳腺癌具有特殊的療效，也可用于治療肺癌、食管癌、生殖組織腫瘤、子宮內(nèi)膜癌、淋巴瘤、膀胱癌等。它的問世被譽(yù)為20世紀(jì)90年代國際上的抗癌藥三大成就之一。

2紫杉醇的抗癌機(jī)理

微管是真核細(xì)胞的一種組成成分，與細(xì)胞有絲分裂過程中紡錘體的形成密切相關(guān)。微管主要成分是微管蛋白，分為α微管蛋白和β微管蛋白兩種。β微管蛋白和β微管蛋白彼此間具有很強(qiáng)的親和力，故常以二聚體的形式存在，是構(gòu)成微管的亞單位。在適宜的條件下，只要二聚體達(dá)到一定的濃度，就可以自我組裝成微管。細(xì)胞中的微管裝配所需要的微管蛋白來自細(xì)胞質(zhì)中的微管蛋白庫，而原有的微管解聚又是細(xì)胞質(zhì)微管蛋白庫中的微管蛋白二聚體的重要來源，可隨時(shí)被用來裝配紡錘體等微管。

紫杉醇是一種高效細(xì)胞毒素，與已上市的其他化學(xué)合成抗腫瘤劑或植物抗癌藥相比，具有獨(dú)特的抗癌機(jī)理。紫杉醇能結(jié)合到腫瘤細(xì)胞的微管的特定部位上，防止細(xì)胞中原有的微管解聚，使微管穩(wěn)定，細(xì)胞內(nèi)積累大量的微管。這樣，腫瘤細(xì)胞微管蛋白庫中的微管蛋白二聚體含量達(dá)不到一定濃度，腫瘤細(xì)胞在有絲分裂時(shí)就不能由微管蛋白迅速重新裝配形成紡錘體微管，抑制了細(xì)胞分裂和增殖，使癌細(xì)胞停止在G2和M期，直到死亡，從而阻止癌細(xì)胞的生長，進(jìn)而起到抗癌的作用。

3獲取紫杉醇的方法

3.1從天然紅豆杉植物中提取

紅豆杉屬植物共11種，在亞洲，中國、緬甸、印尼等國擁有的野生紅豆杉較多。我國有4種及1種變種，它們分別是云南紅豆杉、西藏紅豆杉(又名喜馬拉雅紅豆杉)、中國紅豆杉、東北紅豆杉、南方紅豆杉(又名美麗紅豆杉)。自然界中的紫杉醇主要存在于紅豆杉樹的全身，而樹皮的含量最高，達(dá)萬分之一左右。并不是所有品種的紅豆杉均含有紫杉醇，而且不同種類紅豆杉的紫杉醇含量多少的差別非常明顯。經(jīng)權(quán)威部門鑒定和相關(guān)報(bào)道，中國境內(nèi)的紅豆杉都具有一定含量的紫杉醇，其中東北紅豆杉和南方紅豆杉紫杉醇的含量較高，尤其是生長環(huán)境特殊的東北紅豆杉中紫杉醇含量最高可達(dá)萬分之三。

紫杉醇在不同植物來源以及植物體的不同部位的含量與提取分離有著直接關(guān)系。有人對(duì)東北紅豆杉幼苗以及成樹的不同部位中的紫杉醇含量作了分析，結(jié)果表明，成樹紫杉醇的含量高低依次為：樹皮>樹葉>樹根>樹干>種子。

紅豆杉植物樣品經(jīng)過預(yù)處理，再用有機(jī)溶劑提取，然后用液一液萃取法、固相萃取法、CO₂超臨界液體萃取法等方法進(jìn)行萃取，再經(jīng)過柱層析法、薄層色譜法、沉淀法、膠束電動(dòng)毛細(xì)管色譜法、膜分離法、樹脂吸附分離法、高速逆流色譜法、化學(xué)反應(yīng)法、藥理作用靶點(diǎn)法等進(jìn)行分離純化。

3.2化學(xué)合成

紫杉醇的化學(xué)合成又分為全合成和半合成。毫頓及其同事成功地構(gòu)建了紫杉醇骨架，首次合成天然紫杉烷類化合物Taxusin，以BaccatinⅢ衍生物為原料半合成紫杉醇，該法已被BMS公司用于工業(yè)化生產(chǎn)紫杉醇。R.A.Holton所采用的紫杉醇全合成路線以細(xì)致為特色，其特點(diǎn)是步驟少，收率高，以價(jià)廉易得的樟腦為起始原料進(jìn)行了線性合成，其成功的主要原因是經(jīng)歷約10年時(shí)間對(duì)紫杉醇分子構(gòu)象與反應(yīng)性的深入研究以及對(duì)多種化學(xué)合成方法的改進(jìn)和發(fā)展。

半合成法指的是經(jīng)過某些化學(xué)反應(yīng)將紅豆杉屬植物中所含的紫杉醇類似物轉(zhuǎn)化為紫杉醇。這些前體包括10-脫酰基巴卡丁Ⅲ、巴卡丁Ⅲ(10-DAB)、10-脫酰基紫杉醇、10-脫酰基三尖杉寧堿、7-戊醛基-10-脫酰基紫杉醇等。20世紀(jì)90年代研發(fā)的以巴卡丁Ⅲ(簡稱10-DAB)制造紫杉醇的主要成分C47H51NOl4的半合成法就是比較成熟的一種方法。10-DAB取自歐洲大陸常見的歐洲紫杉的葉子及小樹枝，其含量可達(dá)0.1％，其分離過程并不會(huì)對(duì)樹林造成重大傷害。由于針葉再生很容易，紫杉醇半合成可有較豐富的原料。但是，半合成法的制造過程非常復(fù)雜，需要11道化學(xué)轉(zhuǎn)換、7道分離步驟、使用13種溶劑、13種有機(jī)試劑及其他物質(zhì)才能完成。而且這種方法仍然要采用天然植物的葉子和樹枝，多少會(huì)對(duì)植物產(chǎn)生一定的破壞。

3.3真菌發(fā)酵生產(chǎn)紫杉醇

美國俄勒岡州波特蘭大學(xué)的化學(xué)家安杰拉·霍夫曼和她的同事最早發(fā)現(xiàn)生長在榛樹上的真菌也可合成紫杉醇。

1991年，美國蒙大拿州立大學(xué)植物病理學(xué)家Gary Strobel和化學(xué)家安德里亞·斯帶爾勒檢驗(yàn)了從20多個(gè)樣點(diǎn)的25棵大樹上分離出的200多個(gè)微生物，結(jié)果有一種真菌具有合成紫杉醇的能力，把該菌放在合成培養(yǎng)基中培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)該菌合成紫杉醇能力十分穩(wěn)定，經(jīng)鑒定是一個(gè)新物種，他們把該菌命名為安德列亞菌。目前該菌合成紫杉醇的能力只有24～50ng／L，科學(xué)家正努力優(yōu)化其發(fā)酵條件，并通過誘變和基因工程技術(shù)全面提高其紫杉醇生產(chǎn)能力。盡管其產(chǎn)率很低，但由于真菌的基因操作比植物容易得多，因而有可能通過傳統(tǒng)的方法和基因工程的方法來增加紫杉醇在真菌中的產(chǎn)量。

另據(jù)報(bào)道，我國西安一枝劉制藥公司的研究人員從中國紅豆杉樹皮中分離出一種真菌，對(duì)其重組誘變，通過菌種優(yōu)化培養(yǎng)，紫杉醇和BaccatinⅢ在培養(yǎng)液中的濃度均達(dá)到2×10^-3g/L，有望實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

3.4植物細(xì)胞工程培養(yǎng)法

近年來美國百時(shí)美一施貴寶公司進(jìn)一步研發(fā)出利用最新植物細(xì)胞工程培養(yǎng)生產(chǎn)紫杉醇技術(shù)：培養(yǎng)特定的紫杉細(xì)胞愈傷組織，直接萃取其中的紫杉醇，經(jīng)純化與結(jié)晶分離而成。它的優(yōu)點(diǎn)是植物細(xì)胞可以大量培養(yǎng)。在工廠里用大的培養(yǎng)罐培養(yǎng)紅豆杉樹細(xì)胞，工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)紫杉醇，這種生產(chǎn)方式不受氣候、溫度、地理?xiàng)l件的限制，解決了藥物來源問題。據(jù)估計(jì)，在我國紅豆杉僅有100萬株左右，而如果用直接提取紫杉醇的方法，治療一個(gè)病人需要6棵百年樹齡的紅豆杉。由于全世界的紅豆杉資源非常有限，植物細(xì)胞工程培養(yǎng)法，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義不但解決了紫杉醇來源問題，而且能大大降低紫杉醇的生產(chǎn)成本，澤惠廣大低收入癌癥患者。但到目前為止，國內(nèi)外紅豆杉培養(yǎng)細(xì)胞中紫杉醇產(chǎn)量通常都不高，即使是偶爾報(bào)道獲得較高的產(chǎn)量也都存在產(chǎn)量不穩(wěn)定的問題。究其原因，主要是由于人們對(duì)紫杉醇生物合成的部位、途徑及其調(diào)控機(jī)制還不甚清楚，特別是對(duì)紫杉醇生物合成途徑中的關(guān)鍵步驟及其調(diào)控機(jī)制了解不多所致。

此外，利用基因工程提高細(xì)胞中紫杉醇含量也是一條誘人的途徑，但是同樣是由于紫杉醇生物合成的具體途徑不甚清楚，加之紫杉醇的合成可能需要多個(gè)基因(或一組基因)參與，所以還有待于進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]韓貽仁，分子細(xì)胞生物學(xué)[M]，北京：高等教育出版社，1989：210-214,339—340。

[2]包怡紅，王軍，紫杉醇抗癌機(jī)理研究進(jìn)展[J]，特產(chǎn)研究，2004，(1)：62—64。

[3]王正平，天然抗癌藥物——紫杉醇[J]，應(yīng)用科技，2004，31(1)：56—58。

[4]趙凱，周東坡，抗癌藥物紫杉醇的提取與分離純化技術(shù)[J]，生物技術(shù)通訊，2004，15(3)：309—312。

[5]陳巧鴻，王鋒鵬，抗癌藥物紫杉醇的全合成——Holton合成紫杉醇路線的剖析[J]，天然產(chǎn)物研究與開發(fā)，2001，13(3)：88—95。

[6]劉本葉，葉和春等，抗癌新藥紫杉醇的研究概況[J]，植物學(xué)通報(bào)，1995，12(3)：8－14。

[7]貢長生，張克立，綠色化學(xué)化工實(shí)用技術(shù)[M]，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002：208—211。

[8]杜燦屏等，21世紀(jì)有機(jī)化學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略[M]，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002：171—172。