漫谈天然抗癌药物——紫杉醇

漫谈天然抗癌药物——紫杉醇
作者：张修前
来源：《中学生物学》2009年第09期
摘要紫杉醇是存在于红豆杉树中的一种化学物质，其独特的抗癌疗效日益被人们重视，被誉为20世纪90年代国际上的抗癌药三大成就之一。

介绍了紫杉醇的抗癌机理及获取紫杉醇的几种方法。

关键词紫杉醇抗癌机理红豆杉
中图分类号Q-49
文献标识码E
1963年美国化学家瓦尼和沃尔首次从一种生长在美国西部大森林中的太平洋杉的树皮和木材中分离到了紫杉醇的粗提物。

在筛选实验中，瓦尼和沃尔发现紫杉醇粗提物对离体培养的鼠肿瘤细胞有很高的抑制活性，并开始分离这种活性成份。

由于该活性成份在植物中含量极低，直到1971年，他们才同杜克大学的化学教授姆克法尔合作，通过X射线分析确定了该活性成份的化学结构。

1人类对紫杉醇抗癌作用的认识
紫杉醇主要是一种四环二萜化合物，呈白色粉末状，易溶于氯仿、丙酮等有机溶剂。

1979年，爱尔伯特爱因斯坦医学院的苏珊郝蔚芝报道了紫杉醇独特的活性作用机理，这使它进入成为一类新的肿瘤化疗药的雏形阶段。

约翰霍普金斯大学医学院报道了紫杉醇对晚期卵巢癌的惊人疗效，并被1989年的国内医药学年鉴收录。

也在1979年，施贵宝公司被美国国家癌症研究所指定为合作伙伴，共同对紫杉醇进行开发，目的是使其能进行产业化生产。

1991年，美国国家癌症研究所主任Broder博士断言在未来15年，紫杉醇将成为国际最主要的抗癌药物。

1992年12月美国食品药物管理局正式批准紫杉醇作为治，疗晚期卵巢癌的新抗癌药物。

紫杉醇作为一种高效、低毒、广谱、活性强、作用机制独特的抗癌天然药物，尤其是对子宫癌、卵巢癌、乳腺癌具有特殊的疗效，也可用于治疗肺癌、食管癌、生殖组织肿瘤、子宫内膜癌、淋巴瘤、膀胱癌等。

它的问世被誉为20世纪90年代国际上的抗癌药三大成就之一。

2紫杉醇的抗癌机理
微管是真核细胞的一种组成成分，与细胞有丝分裂过程中纺锤体的形成密切相关。

微管主要成分是微管蛋白，分为α微管蛋白和β微管蛋白两种。

β微管蛋白和β微管蛋白彼此间具有很强的亲和力，故常以二聚体的形式存在，是构成微管的亚单位。

在适宜的条件下，只要二聚体达到一定的浓度，就可以自我组装成微管。

细胞中的微管装配所需要的微管蛋白来自细胞质中的微管蛋白库，而原有的微管解聚又是细胞质微管蛋白库中的微管蛋白二聚体的重要来源，可随时被用来装配纺锤体等微管。

紫杉醇是一种高效细胞毒素，与已上市的其他化学合成抗肿瘤剂或植物抗癌药相比，具有独特的抗癌机理。

紫杉醇能结合到肿瘤细胞的微管的特定部位上，防止细胞中原有的微管解聚，使微管稳定，细胞内积累大量的微管。

这样，肿瘤细胞微管蛋白库中的微管蛋白二聚体含量达不到一定浓度，肿瘤细胞在有丝分裂时就不能由微管蛋白迅速重新装配形成纺锤体微管，抑制了细胞分裂和增殖，使癌细胞停止在G2和M期，直到死亡，从而阻止癌细胞的生长，进而起到抗癌的作用。

3获取紫杉醇的方法
3.1从天然红豆杉植物中提取
红豆杉属植物共11种，在亚洲，中国、缅甸、印尼等国拥有的野生红豆杉较多。

我国有4种及1种变种，它们分别是云南红豆杉、西藏红豆杉(又名喜马拉雅红豆杉)、中国红豆杉、东北红豆杉、南方红豆杉(又名美丽红豆杉)。

自然界中的紫杉醇主要存在于红豆杉树的全身，而树皮的含量最高，达万分之一左右。

并不是所有品种的红豆杉均含有紫杉醇，而且不同种类红豆杉的紫杉醇含量多少的差别非常明显。

经权威部门鉴定和相关报道，中国境内的红豆杉都具有一定含量的紫杉醇，其中东北红豆杉和南方红豆杉紫杉醇的含量较高，尤其是生长环境特殊的东北红豆杉中紫杉醇含量最高可达万分之三。

紫杉醇在不同植物来源以及植物体的不同部位的含量与提取分离有着直接关系。

有人对东北红豆杉幼苗以及成树的不同部位中的紫杉醇含量作了分析，结果表明，成树紫杉醇的含量高低依次为：树皮>树叶>树根>树干>种子。

红豆杉植物样品经过预处理，再用有机溶剂提取，然后用液一液萃取法、固相萃取法、CO2超临界液体萃取法等方法进行萃取，再经过柱层析法、薄层色谱法、沉淀法、胶束电动毛细管色谱法、膜分离法、树脂吸附分离法、高速逆流色谱法、化学反应法、药理作用靶点法等进行分离纯化。

3.2化学合成
紫杉醇的化学合成又分为全合成和半合成。

毫顿及其同事成功地构建了紫杉醇骨架，首次合成天然紫杉烷类化合物Taxusin，以BaccatinⅢ衍生物为原料半合成紫杉醇，该法已被BMS 公司用于工业化生产紫杉醇。

R.A.Holton所采用的紫杉醇全合成路线以细致为特色，其特点是步骤少，收率高，以价廉易得的樟脑为起始原料进行了线性合成，其成功的主要原因是经历约10年时间对紫杉醇分子构象与反应性的深入研究以及对多种化学合成方法的改进和发展。

半合成法指的是经过某些化学反应将红豆杉属植物中所含的紫杉醇类似物转化为紫杉醇。

这些前体包括10-脱酰基巴卡丁Ⅲ、巴卡丁Ⅲ(10-DAB)、10-脱酰基紫杉醇、10-脱酰基三尖杉宁碱、7-戊醛基-10-脱酰基紫杉醇等。

20世纪90年代研发的以巴卡丁Ⅲ(简称10-DAB)制造紫杉醇的主要成分C47H51NOl4的半合成法就是比较成熟的一种方法。

10-DAB取自欧洲大陆常见的欧洲紫杉的叶子及小树枝，其含量可达0.1％，其分离过程并不会对树林造成重大伤害。

由于针叶再生很容易，紫杉醇半合成可有较丰富的原料。

但是，半合成法的制造过程非常复杂，需要11道化学转换、7道分离步骤、使用13种溶剂、13种有机试剂及其他物质才能完成。

而且这种方法仍然要采用天然植物的叶子和树枝，多少会对植物产生一定的破坏。

3.3真菌发酵生产紫杉醇
美国俄勒冈州波特兰大学的化学家安杰拉·霍夫曼和她的同事最早发现生长在榛树上的真菌也可合成紫杉醇。

1991年，美国蒙大拿州立大学植物病理学家Gary Strobel和化学家安德里亚·斯带尔勒检验了从20多个样点的25棵大树上分离出的200多个微生物，结果有一种真菌具有合成紫杉醇的能力，把该菌放在合成培养基中培养，发现该菌合成紫杉醇能力十分稳定，经鉴定是一个新物种，他们把该菌命名为安德列亚菌。

目前该菌合成紫杉醇的能力只有24～50ng／L，科学家正努力优化其发酵条件，并通过诱变和基因工程技术全面提高其紫杉醇生产能力。

尽管其产率很
低，但由于真菌的基因操作比植物容易得多，因而有可能通过传统的方法和基因工程的方法来增加紫杉醇在真菌中的产量。

另据报道，我国西安一枝刘制药公司的研究人员从中国红豆杉树皮中分离出一种真菌，对其重组诱变，通过菌种优化培养，紫杉醇和BaccatinⅢ在培养液中的浓度均达到2×10-3g/L，有望实现产业化。

3.4植物细胞工程培养法
近年来美国百时美一施贵宝公司进一步研发出利用最新植物细胞工程培养生产紫杉醇技术：培养特定的紫杉细胞愈伤组织，直接萃取其中的紫杉醇，经纯化与结晶分离而成。

它的优点是植物细胞可以大量培养。

在工厂里用大的培养罐培养红豆杉树细胞，工业化规模生产紫杉醇，这种生产方式不受气候、温度、地理条件的限制，解决了药物来源问题。

据估计，在我国红豆杉仅有100万株左右，而如果用直接提取紫杉醇的方法，治疗一个病人需要6棵百年树龄的红豆杉。

由于全世界的红豆杉资源非常有限，植物细胞工程培养法，具有非常重要的现实意义不但解决了紫杉醇来源问题，而且能大大降低紫杉醇的生产成本，泽惠广大低收入癌症患者。

但到目前为止，国内外红豆杉培养细胞中紫杉醇产量通常都不高，即使是偶尔报道获得较高的产量也都存在产量不稳定的问题。

究其原因，主要是由于人们对紫杉醇生物合成的部位、途径及其调控机制还不甚清楚，特别是对紫杉醇生物合成途径中的关键步骤及其调控机制了解不多所致。

此外，利用基因工程提高细胞中紫杉醇含量也是一条诱人的途径，但是同样是由于紫杉醇生物合成的具体途径不甚清楚，加之紫杉醇的合成可能需要多个基因(或一组基因)参与，所以还有待于进一步研究。

参考文献：
[1]韩贻仁，分子细胞生物学[M]，北京：高等教育出版社，1989：210-214,339—340。

[2]包怡红，王军，紫杉醇抗癌机理研究进展[J]，特产研究，2004，(1)：62—64。

[3]王正平，天然抗癌药物——紫杉醇[J]，应用科技，2004，31(1)：56—58。

[4]赵凯，周东坡，抗癌药物紫杉醇的提取与分离纯化技术[J]，生物技术通讯，2004，
15(3)：309—312。

[5]陈巧鸿，王锋鹏，抗癌药物紫杉醇的全合成——Holton合成紫杉醇路线的剖析[J]，天然产物研究与开发，2001，13(3)：88—95。

[6]刘本叶，叶和春等，抗癌新药紫杉醇的研究概况[J]，植物学通报，1995，12(3)：8－14。

[7]贡长生，张克立，绿色化学化工实用技术[M]，北京：化学工业出版社，2002：208—211。