紅豆杉樹皮中的“抗癌明星”——紫杉醇

譚斌

太平洋紫杉

小小樹皮，大大寶藏

植物紫杉又名紅豆杉，為紅豆杉科紅豆杉屬植物，屬常綠灌木或喬木，在地球上已有250多萬年歷史。因紫杉的生物學特性對生態環境要求甚高，野生紫杉的生長條件近乎苛刻，生長地域窄小，對氣候要求嚴格，導致全世界只有十余種。自然條件下，紫杉生長速度緩慢，再生能力差，一般成樹要生長近百年時間，因此在世界范圍內還沒有形成大規模的自然紫杉林。

生長近千年的紫杉樹

瓦尼（左）與沃爾（右）

紫杉醇中的17碳四環骨架（圖片來源/維基百科）

紫杉醇是從植物紫杉中發現的一種具有復雜結構的天然有機化合物。早在1965年，美國三角研究園的化學家沃爾與瓦尼就在太平洋紫杉樹皮粗提取物中發現，這些提取物對離體培養的腫瘤細胞，包括白血病細胞、肝癌細胞及黑色素瘤細胞都具有很強的抑制作用，也就是說，能夠使離體培養的癌細胞失去活性，或者降低其活性。

同年，沃爾與瓦尼從短葉紫杉干樹皮中提純得到少量活性成分，但并沒有解析出這種活性物質的具體結構，只知道這種物質含有羥基（醇類所含有的基團），因為它是從太平洋紫杉中獲得的，所以將這種物質正式命名為紫杉醇。到了1971年，他們又利用X射線衍射和核磁共振分析，確定了紫杉醇是由47個碳原子組成的環狀化合物，有11個立體中心和一個17碳的四環骨架結構，因此，它也被稱為只有自然界才能孕育出的“怪物”。

紫杉醇球棍模型結構圖（圖片來源/維基百科）

紫杉醇在紫杉樹皮中的含量平均約為1.5/10000。由于早期紫杉醇的市場供應主要靠從紫杉樹皮中提取分離，因此大量的采伐已經嚴重威脅到紫杉物種的生存。目前紫杉已成為世界上公認的瀕臨滅絕的天然珍稀植物，中國也將其列為珍稀瀕危保護植物。

中國將紫杉列為珍稀瀕危保護植物

紫杉醇究竟是如何抗癌的

眾所周知，正常的細胞在分裂過程中，細胞一分為二，其染色體在復制后，紡錘絲將其由原來的位置拉向兩側，而紡錘體需要作為細胞骨架的微管解聚才能形成，染色體也只有在紡錘體和紡錘絲的牽引下向兩極移動才能完成有絲分裂，因此微管在細胞分裂中是十分重要的。

1979年，藥理學家霍爾維茨發現紫杉醇能與微管蛋白結合，促進微管蛋白聚合形成微管，從而抑制微管的正常生理解聚，致使其不能形成紡錘體和紡錘絲，使細胞不能正常分裂，阻止了癌細胞的快速繁殖，進而誘導癌細胞凋亡，因此，紫杉醇在抗癌藥物中，被視為有絲分裂中的微管抑制劑。

紫杉醇的合成之路

由于天然的紫杉醇是從來源稀少的太平洋紫杉中提取而來的，而且天然紫杉的生長周期長，大約13.6千克的樹皮才能提取出1克的紫杉醇，治療一個卵巢癌患者需要3～12棵百年以上的紫杉，因此長期的供不應求和高昂的價格使得紫杉醇的人工合成技術快速的發展。

目前紫杉醇人工合成的主要方法是生物工程法，也就是紫杉醇半合成。

生物工程法是利用生物工程手段大規模生產紫杉醇，先培育并篩選出可大量產生紫杉醇的菌株，通過對它們不斷地培養，多次誘變、優化其基因結構，實現在培養基里“無限制地”生產紫杉醇，而不再受原料稀少的限制。最新科研成果表明，每升培養液中可產出448.52微克紫杉醇的高產菌株，合成效率已大大提高。

在中國，紫杉醇是長期居于銷售額排名第一的化學制劑，是抗腫瘤藥領域用藥金額非常大的品種，目前中國市場上有161種紫杉醇的相關產品，55項紫杉醇的臨床試驗也在進行中。2019年，中國海和生物制藥有限公司宣布其紫杉醇口服溶液3期臨床試驗完成中國首例患者給藥。我們相信，在醫藥技術不斷進步的今天，從豐富的自然資源中發掘具有藥用價值的天然產物將對人類健康產業大有裨益。

（責任編輯/陳天昊 美術編輯/李子夜）

知識鏈接

什么是微管？

微管是細胞骨架的一個組成部分，遍布于細胞質中。具有聚合和解聚的動力學特性，在維持細胞形態、細胞分裂、信號轉導及物質輸送等過程中起著重要作用。

微管維持細胞的結構，并與微絲和中間纖維一同形成細胞骨架。它們也組成纖毛和鞭毛的內部結構，提供了用于胞內運輸平臺和參與多種細胞過程，包括分泌囊泡、細胞器和細胞內的物質的運動。此外，它們還具有參與細胞分裂（有絲分裂和減數分裂），包括形成紡錘體，以及拉開真核染色體等作用。

微管的環狀橫截面是由13條原纖維構成的中空管狀結構（圖片來源/維基百科）