植物组织细胞培养生产紫杉醇的研究进展
微生物发酵生产紫杉醇研究进展
微生物发酵生产紫杉醇研究进展摘要：综述了微生物发酵生产紫杉醇的主要研究进展，包括产紫杉醇的内生真菌的生物多样性、真菌细胞发酵生产紫杉醇的优势，同时也对如何改良内生真菌菌种性能和优化培养基组成及培养条件以提升其产紫杉醇的能力，作出了较为全面的综述。
关键字：紫杉醇，微生物发酵，内生菌，产量前言：目前国外市场上的紫杉醇仍依靠从红豆杉树皮中提炼和人工合成方法，目前并未见有第三种形式形成大规模产业化制作的报道。
紫杉醇的生产受着原材料与科技二个方面的约束，短期内无法突破。
为克服红豆杉资源匮乏和紫杉醇需要量的日益扩大的问题，人类对生产紫杉醇开展了多种多样的科学研究，涉及化学全合成、植物细胞培养、微生物转化和微生物发酵。
微生物发酵法生产紫杉醇由于具备突出优点，其研制与发展日益引起中外科研学者的普遍重视。
一、紫杉醇产生菌的研究进展（一）产紫杉醇的内生真菌的种类Stierle和Strobel等首次从短叶红豆杉的树枝上分离出一个可以形成紫杉醇的内生真菌，命名为安德列亚霉[1]。
当时这一发现对于紫杉醇的药源研究是一次重要的突破，为开发紫杉醇的物源提出了一个崭新的途径。
此后，各地研究者相继进行对产紫杉醇的内生真菌的分离操作，先后在西藏红豆杉、云南省红豆杉、东北地区红豆杉、欧洲红豆杉和中国红豆杉中分离到能形成紫杉醇的内生真菌，其寄主植被基本包括红豆杉属下的所有种类。
在国外的树木中，科学家也分离出来到了可形成紫杉醇的内生真菌。
Li等在不同种类的秃柏的韧皮部和木材部中均分离出能形成紫杉醇的内生真菌[2]。
GA等18人在同一种松树中分离出产紫杉醇的内生真菌。
这表明，产紫杉醇的内生真菌不但存在于红豆杉属植被中，在某些非红豆杉属植被中也存在，他的研究结果更拓宽了产紫杉醇的内生真菌的研究范畴。
（二）真菌发酵制备紫杉醇的优越性与过去在红豆杉植株的树皮上获得的紫杉醇比较，由内生真菌发酵制备紫杉醇有着更多的优越性，微生物发酵方法具有以下特点：（1）微生物发酵的方法易扩大化，有利于工业化生产的落地实施；（2）微生物易于通过诱变育种等方法筛选高产菌株，提高紫杉醇的产量，微生物育种及选育速度明显高于植物细胞株；（3）内生真菌生长迅速，在简单培养基中便可大量繁殖，形成丰富的发酵活性性质；（4）内生真菌在生物反应器中生长时，可人为调节各项发酵参数，使代谢路径朝着有利于紫杉醇的生产及高浓度紫杉醇的积累的方向进行。
紫杉醇
抗癌药物——紫杉醇一、前沿1963年美国化学家瓦尼（M.C. Wani）和沃尔（Monre E. Wall）首次从一种生长在美国西部大森林中称谓太平洋杉（Pacific Yew）树皮和木材中分离到了紫杉醇的粗提物。
在筛选实验中，Wani和 Wall发现紫杉醇粗提物对离体培养的鼠肿瘤细胞有很高活性，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（Duke）大学的化学教授姆克法尔（Andre T. McPhail）合作，通过x-射线分析确定了该活性成份的化学结构——一种四环二萜化合物，并把它命名为紫杉醇（taxol）。
紫杉醇具有显著的抗癌活性和独特的作用机理，现主要用于治疗晚期乳腺癌和卵巢癌等癌症。
紫杉醇分子结构复杂，具有特殊的三环[6+8+6]碳架和桥头双键以及众多的含氧取代基。
其全合成引起国内外许多有机化学家的兴趣。
先后共有30多个研究组参与研究，实属罕见。
经20多年的努力，于1994年才由美国的R．A．Holton与K．C．Nicolaou两个研究组同时完成紫杉醇的全合成。
随后，S．T．Danishefsky(1996年)、P．A．Wender(1997年)、T．Mukaiyama(1998年)和I．Kuwajima(1998年)4个研究组也完成这一工作。
6条合成路线虽然各异，但都具有优异的合成战略，把天然有机合成化学提高到一个新水平。
紫杉醇是目前已发现的最优秀的天然抗癌药物,在临床上已经广泛用于乳腺癌、卵巢癌和部分头颈癌和肺癌的治疗.紫杉醇作为一个具有抗癌活性的二萜生物碱类化合物,其新颖复杂的化学结构、广泛而显著的生物活性、全新独特的作用机制、奇缺的自然资源使其受到了植物学家、化学家、药理学家、分子生物学家的极大青睐,使其成为20世纪下半叶举世瞩目的抗癌明星和研究重点,包括寻找新的生物资源、化学全合成、半合成、衍生物制备、生物转化、生物合成、生物工程、构-效关系研究、作用机制研究、药理学和药效学等研究.2011年是发现紫杉醇结构40周年,对紫杉醇发现的曲折历史过程进行回顾和总结,以纪念这一伟大发现并纪念为紫杉醇的研究与第二代紫杉醇的开发作出贡献的科学家。
紫杉醇的发现及发展
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分离纯化
超临界提取 ,然后经己烷脱脂, 氯 仿萃取 HPLC 梯度洗脱
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紫杉醇的应用研究
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紫杉醇药物的发展趋势
紫杉醇生产 植物细胞培养，微生物发酵和生物合成是有潜力的 生产方法；植物细胞发酵萃取制造紫杉醇； 如何控制植物细胞生产紫杉醇的不稳定性是难点之 一。 靶向药物的开发 脂质体、药质体、环糊精包合、大分子结合物给药 系统与紫杉醇结合提高靶向性、水溶性； 聚合物（微囊、微球等）：用生物可降解聚合物包 载紫杉醇，生物适应性好可生物降解。
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紫杉醇药物的发展趋势
紫杉醇结构优化 如在紫杉醇结构改造过程中合成出来的紫杉醇衍生物 -多烯紫杉醇，具有较好的生物利用度，抗癌活性优 于紫杉醇，且毒副作用较小。 因水溶性增加，它更容易被制成制剂，目前已在世界 上40多个国家上市。 结构优化能够发现效果更好，毒副作用小且更易得到 的活性体。
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细胞悬浮培养：培养基为含1ppm的2，4-D、0.05ppm 的KT及10%椰乳的B-5培养基 红豆杉细胞大量培养：培养基与悬浮细胞培养基相 同。在反应器中加入培养液，灭菌后冷却至室温， 接种已经培养30天的悬浮培养细胞，接种量按干细 胞1到2克每升，在25摄氏度下，培养30天，待收获 细胞。 细胞干燥及收集：每批细胞培养30天后，离心或过 滤收集细胞，用去离子水洗涤两到三次，每次抽干， 然后于30至40摄氏度低温下真空冻干，即得红豆杉 培养细胞成品。
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化学全合成：
3）Danishefsky全合成路线（1996）：
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化 学 全 合 成 ：
整个路线37步，是 已知最短全合成路 线。
紫杉醇的合成研究进展
化工能源化 工 设 计 通 讯Chemical EnergyChemical Engineering Design Communications·163·第47卷第1期2021年1月紫杉醇由于其良好的抗肿瘤作用，得到广大的关注，广泛应用于治疗乳腺癌、头颈癌、卵巢癌、肺癌等。
紫杉醇注射液、紫杉醇酯质体、紫杉醇（白蛋白结合型）等产品不断更迭换代、提高疗效，将紫杉醇更好地应用于临床实践。
紫杉醇结构化学名为5β，20-环氧-1，2α，4，7β，10β，13α-六羟基紫杉烷-11-烯-9-酮-4，10-二乙酸酯-2-苯甲酸酯-13[（2’R ，3’S ）-N-苯甲酰-3-苯基异丝氨酸酯]，结构如图1所示。
图1 紫杉醇结构式1 紫杉醇的全合成紫杉醇母核骨架为6-8-6碳环结构，其全合成自20世纪开始，全世界众多化学家致力于其合成路线的研究。
其全合成路线主要分为三个过程：紫杉醇母核骨架的合成；对骨架进行官能团反应，对其进行修饰；最后加上侧链苯基异丝氨酸完成全合成。
其全合成过程复杂、烦琐，耗时长，且效率低下。
Wender 合成是目前公开最短的紫杉醇全合成路线。
以化合物2为起点，经过系列反应得到化合物7，完成AB 环的合成。
经过C-3位反应和氧化反应得到10，经醇醛缩合得到12，完成C 环的建立。
然后经过C-5的溴取代，C-4、C-20臭氧化完成对含氧D 环的建立，得到13，再进一步得到巴卡亭Ⅲ（14），最后完成C-10乙酰化及侧链的加成得到紫杉醇。
其合成路线，如图2所示。
23OOOOHOH OTMSO OO O CHO45678OOO OOOOOOO OTBSTIPSOOTBSTIPSOCHOOH TIPSOTIPSOOBOMOHHO OBzOAcOTESO OO OOO 910TIPSOHO OH OHOH BrOTroeAcO AcOO OHO 1211OBzOBzHHOBOMTIPSOTIPSOHO HOHO 1314OCOPhOAcOBzH HHH O OOTES 1OO ONPhAcO AcOOHBzOTroe图2 Wender 合成路线2 紫杉醇的半合成紫杉醇的全合成烦琐且收率低，不适合大生产，于是应寻求更佳的合成方法。
紫杉醇的大规模培养及其影响因素
课程名称细胞工程课题紫杉醇的大规模培养及其影响因素学院酿酒与食品工程学院专业生物工程姓名学号指导老师老师紫杉醇的大规模培养及其影响因素钟坤1酿酒与食品工程学院生工112班摘要：紫杉醇是一个从红豆杉植物中提取的对多种癌症都具有较好疗效的天然药物。
近几年植物细胞培养生产紫杉醇的尝试性研究不断有突破性进展，综合当今研究报告，对利用植物细胞培养大规模生产紫杉醇过程及其影响因素作一定的分析与概述。
关键字：紫杉醇、细胞培养、红豆杉、影响因素紫杉醇是一种复杂的天然的抗癌药物，属于二萜生物碱，其基本结构由浆果赤霉素Ⅲ和连接其13位碳上一苯丙氨酸衍生物构成。
1982年紫杉醇开始在临床上进行试验，1989年完成II期临床，1990年进行Ⅲ期临床，1992年12月29日美国正式批准用于晚期卵巢癌、肺癌、子宫癌的治疗。
它是经认证、目前最好的天然抗癌药物之一，可广泛用于肺鳞癌、肺腺癌、乳腺癌、睾丸胚胎癌、卵巢癌、恶性胸腺癌、胆囊癌、食道癌、非小细胞肺癌、淋巴瘤、膀胱癌、生殖细胞癌、头颈癌等肿瘤的治疗，特别是晚期卵巢癌的治疗。
1995年中国医学科学院药物研究所研制的国产紫杉醇原料(从云南红豆杉、西藏红豆杉、东北红豆杉、中国红豆杉和美丽红豆杉五种植物中提取，纯度达98％以上)、据估算，从1000~2000棵稀有的紫杉树皮中只能提取lkg紫杉醇，而对l例病人制各充足的药物需3～4棵百年的老红豆杉树。
由于红豆杉属植物中紫杉醇的含量极低，远远不能满足市场的要求。
为了解决紫杉醇供需之间的尖锐矛盾，多年来，科学家在寻找及扩大紫杉醇药源途径方面做了大量工作，紫杉醇的全合成已取得成功，但皆因路线长，收率低等原因目前无法实现工业化．化学半合成是一条扩大紫杉醇来源的较好途径，国外已用半合成法生产紫杉醇，但化学半合成所用前体巴卡亭III和10一去乙酰巴卡亭III等仍要依赖于从红豆杉属植物中提取，限制了它的应用，利用植物细胞培养技术生产紫杉醇是一种大有前途的途径。
紫杉醇
紫杉醇的研究进展【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。
作为抗肿瘤药物应用于临床，特别是紫杉醇的化学结构与其药理活性的构效关系获得了重要成果。
恶性肿瘤患者应用紫杉醇的临床资料,观察药物的毒副作用,总结紫杉醇临床应用特点。
探讨紫杉醇的作用机理及其获得方法。
【关键词】：红豆杉紫杉醇抗癌次生代谢产物生物合成机理紫杉醇简介紫杉醇最早由太平洋红豆杉Taxus brevifolia的树皮中分离提取的新型抗癌植物药，1992年12月29日，美国FDA批准紫杉醇上市，美国BMS公司，商品名Taxol，用于治疗卵巢癌。
紫杉醇的特点是广谱抗癌。
对肺癌、食管癌、膀胱癌、头颈部癌、黑色素瘤、结肠癌和HIV 引起的卡波济肉瘤也有效【1】。
紫杉醇(Paclitaxel，商品名为Tax01)分子式为C47H5lNOl4，是1963年美国化学家Wall等首先从短叶红豆杉(Taxus brevifolia)树皮中分离出来的具有独特抗癌活性的二萜类化合物，命名为紫杉醇,1971年利用X射线确定了它的结构，紫杉醇为针状结晶，具有高度的亲脂性，不溶于水(在水中溶解度为0.006 mg／mL) ，不溶于石油醚，可溶于甲醇、乙醇、乙酸乙酯、二氯甲烷等有机溶剂。
与糖结合成苷后的水溶性大大提高，紫杉醇分子中虽有含氮取代基，但氮原子处于酰胺状态，邻近又有吸电子基，故不显碱性而为中性化合物。
紫杉醇对酸相对稳定(pH4-8范围内)，碱性条件很快分解【9】。
紫杉醇在植物体内的含量相当低，目前公认含量最高的短叶红豆杉树皮中也仅含0．069％，资源很匮乏。
由于美国、加拿大等国家对红豆杉立法保护，药源地转向了中国等国家。
在中国，８０％的红豆杉集中在云南，而且云南红豆杉的紫杉醇含量最高。
从1992年到2001年，将近10年时间，云南红豆杉遭到了毁灭性的破坏，分布在滇西横断山区中的300多万棵红豆杉，绝大部分被剥了皮（有调查数据认为是92.5%），已慢慢死去。
红豆杉细胞组织培养生产紫杉醇的综述
１ ． 简介 红豆杉又名紫杉 ，是世界公认的濒临灭绝的天然珍稀抗癌 植物 ， 红豆杉 的提取物紫杉醇 ， 因具有独特的抗癌机理 ， 被认为 是人类同癌症抗争的最有利武器。 在全世界共有十一种 ， 目前我 国共有四个种和一个变种 ， 即云南红豆杉 、 西藏红 豆杉 、 东北红 豆杉 、 中国红豆杉和南方红豆杉 （ 变种） 红豆杉产生 的二萜类次 药物， 亢 具有独特的抗癌机理 ， 因此红豆杉倍受关注『 。 ２ ］ 紫杉醇是红豆杉属植物 中的一种复杂的次生代谢产物， 也 是目前所了解 的惟一一种可以促进微管聚合和稳定已聚合微管 的药物。同位素示踪表明， 紫杉醇只结合到聚合 的微管 上， 不与 未聚合的微管蛋 白二聚体反应。细胞接触紫杉醇后会在细胞 内 积累大量的微管 ， 这些微管的积 累干扰了细胞 的各种功能， 特别 是使细胞分裂停止于有丝分裂期 ， 阻断了细胞的正常分裂 。 通 过 Ⅱ一ⅢＪ 研究， Ｉ 紫杉醇主要适用于卵巢癌和乳腺癌 ， 对肺癌 、 大肠癌 、 黑色素瘤 、 头颈部癌 、 淋巴瘤 、 脑瘤也都有一定疗效 。 解决药源的问题的方法说来应该就两个大方面 ，即人工合 成和生物技术方法 ，也就是化学合成和利用相关生物技术解 决 紫杉醇 的药源 问题。但是 ， 由于紫杉醇化学结构 的复杂眭 ， 这就 意味着紫杉醇的化学合成在经济上是不可行的 ：而且紫杉醇 的 半合成原料 ， 例如从针叶红豆杉所分离得到的巴卡亭 Ⅲ， 也要从 红豆杉属植物中提取获得 【。这样看来 ， ３ 】 人工合成的方法 ， 不论 是全化学合成还是￣４ ＆合成 ， － ｇ 其可行 艮 。 低 从生物技 术角度来看 ， 人们主要从遗传转化 、 人工栽培 、 真 菌生产和植物细胞培养等几个方面尝 试解 决紫杉醇的药源 问 题 ，而其 中的细胞培养因具有众多优点而成为商业化生产 的首
真菌发酵法生物合成抗癌药物紫杉醇的研究
真菌发酵法生物合成抗癌药物紫杉醇的研究真菌发酵法生物合成抗癌药物紫杉醇的研究一、引言癌症是当今世界严重威胁人类健康的重大疾病之一，寻找有效的抗癌药物一直是医学和生物学领域的研究热点。
紫杉醇作为一种重要的抗癌药物，具有独特的作用机制和显著的临床疗效。
传统的紫杉醇提取方法主要依赖于从红豆杉属植物中提取，然而红豆杉生长缓慢，资源有限，这限制了紫杉醇的大量生产。
因此，探索新的紫杉醇生产方法具有重要的现实意义。
真菌发酵法生物合成紫杉醇作为一种有潜力的替代方法，受到了广泛的关注。
二、紫杉醇的结构与作用机制1. 紫杉醇的化学结构紫杉醇是一种复杂的二萜类化合物，其分子结构包含多个手性中心和独特的官能团。
它的基本结构由紫杉烷环和侧链组成，紫杉烷环是一个刚性的四环结构，侧链则连接在紫杉烷环的特定位置上。
这种复杂的结构赋予了紫杉醇独特的物理和化学性质。
2. 紫杉醇的抗癌作用机制紫杉醇主要通过促进微管蛋白聚合，抑制微管解聚，从而稳定微管结构来发挥抗癌作用。
在细胞分裂过程中，微管是构成纺锤体的重要成分，紫杉醇稳定微管的作用会导致纺锤体无法正常形成，进而阻断细胞的有丝分裂过程，使癌细胞停止增殖并最终死亡。
此外，紫杉醇还可能通过其他机制影响癌细胞的生物学行为，如调节细胞信号传导通路、诱导细胞凋亡等。
三、真菌发酵法生物合成紫杉醇的研究进展1. 产紫杉醇真菌的筛选与鉴定研究人员从自然界中广泛筛选能够产生紫杉醇的真菌。
通过对不同环境样本（如土壤、植物组织等）进行分离培养，然后利用高效液相色谱（HPLC）等分析方法检测培养物中是否含有紫杉醇。
经过大量的筛选工作，已经发现了一些能够产生紫杉醇的真菌菌株，如紫杉霉属（Taxomyces）、拟盘多毛孢属（Pestalotiopsis）等。
对这些产紫杉醇真菌进行准确的分类鉴定，有助于深入了解它们的生物学特性和代谢途径。
2. 真菌发酵条件的优化为了提高真菌发酵生产紫杉醇的产量，需要对发酵条件进行优化。
紫杉醇的发现及发展..
化学半合成
首次报道的是Denis等提出的半合成路线：
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全合成策略：
1：线性战略，由A环到ABC环或由C环到ABC环 2：会聚战略：由A环和C环会聚合成ABC环。
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全合成策略：
所有的合成路线都是通过若干步反应后得到含有紫杉醇的 母核结构的化合物即Baccatin III, 最后再与 Ojima内酰 胺（β-lactam ，3 ）进行偶联反应加上侧链，最终得到 目标产物紫杉醇。
年份 销售额 （亿美元） 增长率 （ %）
1000 800 600 400 300 200 0 2000年 2002年 350 480 620
1000 780
1993
1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000
1.50
3.40 5.80 8.13 9.41 12 约15 约20
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简要机理
作用机理：阻滞肿瘤 细胞有丝分裂 结合位点：β-微管 蛋白亚基（N-端第31 位氨基酸和217-231位 氨基酸结合位点） 主要作用：导致细胞 周期停滞；诱导细胞 凋亡；LPS活性
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紫杉醇应用现状及前景
治疗卵巢癌、乳腺癌的首选药物，对白血病、肺 癌、脑癌、直肠癌等疗效也显著，并且毒性试验 表明它的毒副作用很小，是目前最好的天然抗癌 药物之一。
126.67 70.59 40.17 15.74 27.52 25 33.3
需求量
6 国际紫杉醇原料药需求走势图（单位：公斤）
2004年
紫杉醇的发现历程
1960年，Dr. Jonathan L. Hartwell, NCI.开启 了从植物中筛选抗肿瘤活性成分项目； 从样品中发现了一些具有9KB细胞毒性； RTI（Research Triangle Institute）研究T. brevifolia 1966年6月，纯组分的分离以及一些物理常数
红豆杉组织培养生产紫杉醇的研究进展
红豆杉组织培养生产紫杉醇的研究进展李西齐哈尔滨工业大学（威海）山东威海生物工程系（07201）摘要：红豆杉是珍稀药用裸子植物,其内含物紫杉醇对癌症尤其是乳腺癌和卵巢癌有显著治疗效果,但其天然来源物种稀少,濒临灭绝。
实现工业化生产紫杉醇是解决紫杉醇药源需求的最佳途径。
利用红豆杉组织培养技术,在人工环境中对红豆杉组织细胞进行培养,筛选高产紫杉醇细胞系,可以实现大量、连续地生产目的产物紫杉醇。
红豆杉组织培养体系建立是组织培养技术生产紫杉醇中的关键,通过这个阶段对红豆杉组织器官培养,获得稳定生长、增殖的细胞,为筛选高产紫杉醇细胞系建立基础。
从上世纪七八十年代至今许多优秀的研究人员对这一课题进行了不断的探究和创新，在组织培养和提取方法上做了许多的优化。
本文综述了国内外红豆杉属植物组织培养研究方法和最新研究成果，以及紫杉醇生产方法的优化研究，为今后相关的研究和应用工作提供参考借鉴和帮助。
关键字：红豆杉紫杉醇组织培养优化综述引言红豆杉属植物为红豆杉科常绿乔木或灌木,分布于北半球温带至中亚热带地区,全世界共11种,即欧洲红豆杉(T.baccataL.)、短叶红豆杉(T.brevifolia Nutt.)、加拿大红豆杉(T.canadensisMarsh)、佛罗里达红豆杉(T.floridanaChapm.)、杂种紫杉(T.mediaRehd.)、球果红豆杉(T.globose),以及西藏红豆杉(T.wallichiana Zucc.)、东北红豆杉(T.cuspidataSieb.et Zucc.)、云南红豆杉(T.yunna-nensis Cheng et L.k.Fu)、红豆杉[T.chinensis(Pilg)Rehd.]和其变种南方红豆杉(T. chinensis var mairei),后5种在我国有所分布【1】。
而紫杉醇(paclitaxel)是从红豆杉科红豆杉属(Taxus spp.)植物中分离出的具有紫杉烷独特骨架的二萜类成分,由于它对转移性卵巢癌、乳腺癌和非小细胞肺癌等癌症具有很好的疗效,正日益为人们所重视。
紫杉醇的提取工艺研究资料讲解
紫杉醇的提取工艺研究紫杉醇提取纯化方法的研究进展紫杉醇是最早从红豆杉属植物中分离出来的三环二菇类化合物，是继阿霉素和顺铂之后最热点的抗癌新药。
紫杉醇具有复杂的化学结构，分子由3个主环构成二菇核，分子中有11个手性中心和多个取代基团，母环部分是一个复杂的四环体系，有许多功能基团和立体化学特征。
分子式C47H51NO14，分子量853.92。
同位素示踪表明, 紫杉醇只结合到聚合的微管上, 不与未聚合的微管蛋白二聚体反应。
细胞接触紫杉醇后会在细胞内积累大量的微管，这些微管的积累干扰了细胞的各种功能,特别是使细胞分裂停止于有丝分裂期，阻断了细胞的正常分裂。
通过Ⅱ-Ⅲ临床研究，紫杉醇主要适用于卵巢癌和乳腺癌，对肺癌、大肠癌、黑色素瘤、头颈部癌、淋巴瘤、脑瘤也都有一定疗效。
紫杉醇属于有丝分裂抑制剂,它的独特机制在于可以诱导和促进微管蛋白聚合,促进微管装配及阻止微管的生理解聚,由此抑制癌细胞纺锤体的形成,阻止有丝分裂的完成,使其停留在G2期和M期直至死亡,从而起到抗癌的作用。
迄今为止紫杉醇是唯一促进微管聚合的新型抗癌药。
这一新的发现引起了各国医药界的极大兴趣。
现在已有包括我国在内的十多个国家批准了紫杉醇类药物的正式生产。
目前有关紫杉醇研究的几个主要问题是:紫杉醇的提取;紫杉醇的人工合成;紫杉醇的临床应用(水不溶性问题的解决);紫杉醇的构效关系;紫杉醇的抗癌机理。
紫杉醇的抗癌机理1971年,Wani等报道了紫杉醇在一些实验体系中具有抗癌活性。
1978年,Schiff等发现紫杉醇在极低的浓度下(0.25μM)可以完全抑制Hela细胞的分裂,而且在对细胞4小时的培养过程中,对DNA、RNA和蛋白质的合成没有明显影响。
Hela细胞在与紫杉醇共同温育20小时后被阻断在G2后期和M期。
1979年Schiff等用浊度法进行了研究,发现紫杉醇能缩短微管在体外的聚合时间,使平衡向微管聚合方向移动,从而减小微管聚合临界浓度。
在有GTP时,紫杉醇可以和PC-tubulin结合,计量比为1:1。
紫杉醇生物合成研究历史、现状及展望
紫杉醇生物合成研究历史、现状及展望邱德有;张彬;杨艳芳;邵芬娟;滕文静【摘要】Taxol is a diterpene isolated from Taxus. It is one of the most widely used compounds in the treatment of lung, ovarian and breast cancer. In this paper, the history of taxol biosynthesis research, its current status and the present research progress are reviewed. The future directions as well as the prospects of taxol biosynthesis research are also discussed.%紫杉醇是从红豆杉中分离出来的一种二萜类化合物，是目前临床上使用最广泛的抗癌药物之一。
回顾了紫杉醇生物合成的研究历史，主要包括参与红豆杉紫杉醇生物合成的结构基因、调控基因、红豆杉代谢组、内生真菌紫杉醇生物合成研究历史以及国际上紫杉醇生物合成专利情况等。
介绍了近年来红豆杉和内生真菌紫杉醇生物合成研究的现状。
最后探讨了本领域未来的研究方向并对其前景进行展望。
【期刊名称】《生物技术通报》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】9页(P56-64)【关键词】紫杉醇;生物合成;现状;前景【作者】邱德有;张彬;杨艳芳;邵芬娟;滕文静【作者单位】中国林业科学研究院林业研究所林木遗传育种国家重点实验室，北京 100091;国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心，北京 100190;中国林业科学研究院林业研究所林木遗传育种国家重点实验室，北京 100091;中国林业科学研究院林业研究所林木遗传育种国家重点实验室，北京 100091;国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心，北京 100190【正文语种】中文紫杉醇（Taxol）是红豆杉属植物中的一种二萜类化合物。
紫杉醇论文药理作用论文：紫杉醇的药理作用与研究进展
紫杉醇论文药理作用论文：紫杉醇的药理作用与研究进展【摘要】近年来，随着肿瘤疾病的高发，肿瘤药物的研制也有了创新性突破，其中，紫杉醇是近年来发现的具独特抗肿瘤作用的天然药物，与传统的药物抗肿瘤机理不同，紫杉醇主要是通过与细胞内微管蛋白结合，抑制正常微管的生理性解聚，促进微管蛋白聚合、微管装配，从而达到阻止癌细胞分裂增殖的目的。
现将紫杉醇的药理作用与研究进展作一综述。
【关键词】紫杉醇肿瘤药理作用20世纪60年代，美国化学家瓦尼等从红豆杉的树皮中分离出一种紫杉醇的粗提物，发现紫杉醇粗提物对离体培养的鼠肿瘤细胞有很高活性，并开始分离这种活性成份紫杉醇。
紫杉醇具有独特的二萜类结构成分，由于其独特的抗肿瘤作用机制，近年来在抗肿瘤药物中受到广泛重视，为了使广大医务工作者更好的了解这一药物，现就紫杉醇的药理作用与研究进展综述如下：1 理化特性紫杉醇分子式为c47h51no14，分子量为853.9，白色结晶体粉末。
无臭，无味。
不溶于水，碱性条件下很快分解。
2 药理作用chiff等[1]证实了紫杉醇具有独特的抗癌机制，是新型抗微管药物,微管是真核细胞的一种细胞内成分，正常情况下，微管蛋白二聚体之间存在动态平衡。
紫杉醇可使其失去动态平衡，紫杉醇作用于细胞微管，通过促进诱导和稳定微管蛋白聚合，抑制其解聚，使维管束难与微管组织中心相互连接，导致细胞在有丝分裂时不能形成纺锤体和纺锤丝，将细胞周期阻断于g2和m期，抑制细胞有丝分裂，使癌细胞无法继续分裂而死亡[2]。
体外实验证明紫杉醇具有显著的放射增敏作用，使细胞中止于对放疗敏感的g2和m期。
紫杉醇除作用于微管系统外，实验证明紫杉醇还作用于酶系统，调节的凋亡信号传递。
紫杉醇可诱导bcl-2磷酸化，使肿瘤细胞失去抗凋亡能力。
进一步的研究发现紫杉醇还可通过作用于巨噬细胞，导致癌坏死因子，进而调节体内的免疫功能。
3 紫杉醇的临床研究与应用紫杉醇可广泛用于非小细胞肺癌、乳腺癌、卵巢癌、头颈癌等肿瘤的治疗。
天然药物紫杉醇的研究进展
生物制药与研究2018·01168Chenmical Intermediate当代化工研究天然药物紫杉醇的研究进展＊王俊松（大连市第十一中学 辽宁 116031）摘要：紫杉醇作为天然植物化学抗癌药物，被称为“晚期癌症的最后一道防线”。
目前紫杉醇的研究合成工作已经取得较大进展，生物合成、真菌发酵、植物组织细胞培养等现代生物技术手段逐渐进入大众的视野。
它复杂的化学结构，显著的生物活性，独特的作用机理，匮乏的自然资源等受到了各个研究行业的普遍关注。
关键词：紫杉醇；天然药物；抗癌中图分类号：R 文献标识码：AResearch Progress of Natural Medicine PaclitaxelWang Junsong(No.11 Middle School of Dalian City, Liaoning, 116031)Abstract ：As a natural phytochemical anticancer drug, paclitaxel is called as "the last line of defense for advanced cancer". At present,paclitaxel research and synthesis work has made great progress. Biosynthesis, fungal fermentation, plant tissue cell culture and other modern biological technology have gradually entered the public field of vision. Its complex chemical structure, remarkable biological activity, unique mechanism of action, scarce natural resources have been widely concerned by various research industries.Key words ：paclitaxel ；natural medicine ；anticancer1.紫杉醇的结构特点紫杉醇（taxol），又称作红豆杉醇，泰素，紫素，特素，是从红豆杉的树皮、树根和枝叶中提取出的一种化合物，是第一个获得FDA批准的第一个天然植物化学药物，被认为是已发现的功效最显著的天然抗癌药物。
植物细胞工程技术生产紫杉醇研究进展
添加MeJA可以提高紫杉 醇和紫杉烷的合成效率
水杨酸是一种普遍存在于 植物的小分子酚类内源激 素，它能够激活植物过敏 反应和系统获得性抗性的 内源信号分子，可作为植 物抗病反应所需的信号分 子来激活植物防御保护机 制
植物硫化激动素具有促进 细胞增殖等多种生物活性
生物诱导子
各种真菌提取物
非生物诱导子
各种植物生长调 节剂
Ag
以稀土元素为代 表的各类重金属
盐
茉莉酸 茉莉酸甲酯
水杨酸 花生四烯酸
生物诱导子
真菌诱导子是一类诱导 植物细胞生长和次生代 谢产物合成的混合物
分类：真菌菌体、菌液 浓缩物、菌丝和菌液提 取物以及菌丝体处理的 可溶性成分、细胞壁降 解成分、肽类和蛋白质 等
能也被抑制，从而可以 提供更多的基础物质来
合成紫杉醇
一些糖醇也可作为诱导 子，如甘露醇可不同程 度地提高短叶红豆杉和 墨西哥红豆杉离体细胞 中紫杉醇含量
前体、诱导子、抑制剂的协同诱导
红豆杉细胞的反应器培养
要实现红豆杉细胞悬浮培养大规模生产紫杉醇，生 物反应器培养是最好的实现途径，而生物反应器设 计的核心技术在于先进的生物过程优化和放大能力
作用机制：这类物质可 在植物与真菌的相互作 用中快速、高度专一和 选择性地诱导植物特定 基因的表达，进而活化 特定的次级代谢途径， 积累特定的代谢产物
研究结论：真菌诱导子 不仅加强了紫杉烷类的 合成，而且提前了紫杉 烷类的合成时间
非生物诱导子
茉莉酸是植物体内的一种 重要信号分子，在植物抗 逆信号转导过程中具有重 要作用
愈伤组织也易分泌橙红色色素或发生褐化，使生长 速度减慢，甚至死亡（这是愈伤组织分泌的酚类物 质被氧化成醌类物质造成的）。
紫杉醇生产方法的研究
第21卷第3期 荆门职业技术学院学报 2006年5月Vol.21No.3 Journal of Jingmen Technical College May 2006[收稿日期]2005-03-30[作者简介]李先良(1976-),男,湖北武汉人,荆门职业技术学院讲师,硕士.研究方向:植物细胞工程.E -mail :li 2busher @.紫杉醇生产方法的研究李先良1,赵志常2(1荆门职业技术学院生物工程学院,湖北荆门 448000;2中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所,海南儋州 571737)[摘 要] 总结了紫杉醇的生产方法,分析了这些方法的优点和缺点,从红豆杉愈伤组织诱导、高产细胞系的选择、细胞悬浮培养及代谢调控四方面着重介绍了细胞培养生产紫杉醇的研究现状,对紫杉醇的生产方法进行了展望.[关键词] 紫杉醇;红豆杉;细胞培养[中图分类号] Q949.97 [文献标识码] A [文章编号] 1008-4657(2006)03-0091-06红豆杉科(Taxaceae )共有5属23种植物,能分离到紫杉醇的红豆杉都属红豆杉属,此属植物世界上共有11种,我国有4种和1变种,分别是西藏红豆杉(Taxus wallichiana )、云南红豆杉(T.yun 2nanensis )、红豆杉(T.chinensis )、东北红豆杉(T.cuspidate )、南方红豆杉(T.chinensis.Var.mairei ).从红豆杉科一些植物的树皮或枝叶中提取到的紫杉醇(Taxol )是一种二萜类化合物,其分子式为C 17H 51NO 14,分子量为853.92.对其进行X 射线衍分析,确定了该物质的化学结构如图1.紫杉醇在植物体内含量普遍偏低,即使在目前公认含量最高的短叶红豆杉树皮中也仅有0.060%～0.069%[1].经临床试验证明,它对肺癌、卵巢癌、结肠癌、白血病等多种癌症有特效,1992年美国FDA 批准紫杉醇用于晚期卵巢癌的治疗.图1 紫杉醇的结构式1 目前生产紫杉醇的主要方法紫杉醇的生产方法主要是提取分离和化学合成,提取分离的方法按来源不同又可分为三大类:从植物中分离提取、从真菌中分离提取及从培养细胞中分离提取.1.1 直接从红豆杉科植物中分离提取19紫杉醇含量与种、部位、生长年限、生长环境等因素有关.在所有红豆杉中短叶红豆杉中紫杉醇含量最高;从生长时间上看,生长时间越长的器官或组织紫杉醇含量越高;从生长环境上看,生长在阴处的树皮比暴露在日光下的高;就部位来看,一般树皮中紫杉醇含量较高,短叶红豆杉树皮中紫杉醇含量可达0.069%.据估算,从2000～3000棵稀有的紫杉树皮中只能提取1kg紫杉醇,而对1例病人制备充足的药物需3～4棵百年的老红豆杉树[2].自紫杉醇药效发现以来,红豆杉资源遭到毁灭性开发,有些种系濒临灭绝.因此,利用人工种植的红豆杉代替野生红豆杉成为必然.这要求人工栽培的红豆杉品种紫杉醇含量高、生长迅速.目前,曼地亚红豆杉能相对较好地满足这些要求,它是一个杂交品种,生长迅速(3～5a后可收获两次枝叶),其针叶中紫杉醇含量为0.017%～0.046%[3].因此,人工种植该品种生产紫杉醇的成本不会低,但是,选育优良品种提取紫杉醇无疑是一个有价值的研究方向.1.2 直接从紫杉醇产生菌中提取紫杉醇产生菌主要是一些红豆杉的内生真菌.真菌中最高紫杉醇含量为185.4μg/L,可见,当前利用微生物发酵方法产生紫杉醇的量很低,难以达到工业化生产的要求.而且,真菌自身合成紫杉醇的途径还未见报道,自身是否存在紫杉醇的合成途径还需进一步研究探索.此生产方法的前景还不明朗. 1.3 化学合成法化学合成是生产药物的一条重要途径,许多天然药物(如一些抗生素)除了可从生物体内提取外,还可通过化学的方法合成.紫杉醇的药效被发现以来,其化学合成的方法一直受到重视并得到很多的研究探索.迄今为止,在生产上有价值的紫杉醇的全合成尚未取得成功.紫杉醇结构复杂,母核有9个手性中心,因此应有2048个非对映异构体,1994年,Nincolaou等[4]运用逆合成分析法的战略全合成了紫杉醇,但是,需要22-25步,没有实用价值.紫杉醇的半合成是以天然来源的baccatinⅢ或10-去乙酰baccatin Ⅲ为原料,通过13位酯化得到紫杉醇或其它半合成衍生物.此法首先合成侧链,然后把侧链接到bacca2 tinⅢ或10-去乙酰baccatinⅢ上去.紫杉醇的半合成法的问题主要在于:1)合成原料在植物中含量不高,提取分离成本较高.2)每一步反应得率低,而且有时会碰到选择性较差的问题.所以,无论是全合成还是半合成,目前都取得了成功,但都难以应用于大规模的工业化生产.1.4 利用红豆杉细胞培养生产紫杉醇大规模地培养微生物细胞实现了许多种抗生素的大量生产,极好地满足了病人对抗生素的需求,挽救了无数人的生命.抗生素是微生物的次生代谢产物,紫杉醇是植物细胞的次生代谢产物,能否通过大规模的植物细胞培养大量获取紫杉醇很有研究价值.就现有的报道来看,这一生产方法受到了许多学者的重视,许多研究者在高产细胞系的选择和代谢调控方面进行了大量的卓有成效的研究.2 利用红豆杉细胞培养生产紫杉醇的研究在细胞的大规模培养前,应进行小规模培养,观察单位时间内单位质量的细胞中紫杉醇含量在最优的培养条件下是否能达到大规模生产的要求.红豆杉的小规模细胞培养研究首先就是要获取愈伤组织,从其中选出高紫杉醇含量的细胞系,继代后进行悬浮培养,调整好一些影响因素之后进行代谢调控,以期获得最大紫杉醇含量和最大生长速率.2.1 红豆杉愈伤组织的培养目前,所有的红豆杉均已建立脱分化的愈伤培养体系.其针叶、嫩芽、茎段、树皮、种仁均可作为外植体,但不同外植体的诱导效果与培养基和培养条件有关系,而且不同外植体形成的愈伤组织的质量也会有差异.一般而言,来自老茎、树皮的愈伤组织紫杉醇含量较高.对于红豆杉、中国红豆杉、云南红豆杉、曼地亚红豆杉、南方红豆杉等红豆杉而言,许多报道[5-7]认为MS培养基的诱导效果优于其它培养基,或者在研究中直接采用MS培养基,但在继代培养中,则认为B5培养基优于MS培养基,在B5培养基上的愈伤组织不仅生长快,而且紫杉醇含量较高[5,8].有的研究认为,MS培养基的诱导率高,但形成的愈伤组织质量差,容易褐化[6].对于东北红豆杉,一般采用B5培养基作诱导培养基[9,10],继代培养则采用MS培养基.红豆杉组织培养中的激素常使用NAA、2,4 29-D、KT和BA,其中2,4-D对于诱导愈伤组织的作用明显,在许多研究中常单独用2,4-D或和其它激素配合使用,有2,4-D的组合诱导效果往往比其它不含2,4-D的组合好[5,7].在愈伤组织的诱导和继代培养阶段,培养物会分泌一些酚类物质,这些酚类物质的产生和积累会导致组织褐化,细胞死亡.加入适量的抗氧剂或吸附剂可达到抑制愈伤组织褐化从而促进细胞生长的目的,如0.29mg/L L-谷氨酰氨和0.074～0.22mg/L桂皮酸[11],Vc,活性碳[12],聚乙烯吡咯烷酮(PV P)等能有效遏制褐化.继代培养时,把握好继代培养时间可较好避免继代培养中的褐化[7].2.2 高紫杉醇含量细胞系的选择不仅不同植株来源的细胞系在外观形态、生长速率和紫杉醇含量方面存在较大的差异,而且即使在来源于同一植株的细胞系中也存在色泽、质地和生长速率等性状不同的细胞团,并且这些性状之间表现出一定的相关性,这是高产细胞系的选择基础.在对云南红豆杉T Y6细胞系进行高产细胞系的选择中[13],发现颜色深、生长慢、干重/鲜重比值高的细胞系紫杉醇含量常常较高.相反,颜色浅、质地松散的细胞系含量低,但生长快.紫杉醇含量和生长速率存在负相关,这也是提高单位时间单位质量细胞紫杉醇含量的障碍之一.植物离体细胞培养过程中自然发生的变异是高产细胞系的来源之一.此外,还可人为增加诱变因素,增加变异频率和范围,从众多变异中选出高产细胞系.梅兴国等[14]用紫外线作为诱变因子,从诱变系中选出生长速率和紫杉醇含量分别是亲本1.13和6.25倍的细胞系.2.3 红豆杉的细胞悬浮培养建立细胞悬浮培养体系是细胞培养生产紫杉醇必不可少的阶段,悬浮培养的培养基及培养条件对紫杉醇含量及细胞生长速率有较大的影响.2.3.1 细胞悬浮培养的培养基悬浮培养一般采用B5培养基.激素种类和配比对培养细胞的生长和紫杉醇含量影响较大,不同红豆杉要求的激素种类及配比不同.NAA和TDZ的配合使用可使加拿大红豆杉细胞系的产量和生长量达到最高[15].在东北红豆杉的培养中,以IAA和BA配合效果最佳.而对中国红豆杉,采用2,4-D、NAA和BA 的优化配比组合的培养基才能取得很好的效果[16].而在西藏红豆杉的培养中,在培养基中单独加入2,4-D可提高紫杉醇含量,而单独加入IAA则没有效果[17].在云南红豆杉的悬浮培养中,生长素与细胞分裂素的浓度比达到5～10时,紫杉醇含量较高[18].曼地亚红豆杉悬浮培养中,只要1mg/L的2,4-D和0.1mg/L的BA就能达到很好的培养效果[19].碳源多为蔗糖.但其它糖类的加入对细胞生长和紫杉醇含量影响显著.果糖可以提高一般细胞系紫杉醇含量[20].半乳糖对细胞生长作用显著.葡萄糖则抑制紫杉烷的合成[11].添加椰子汁(CM)、水解酪蛋白(CA)和水解乳蛋白(L H)三种有机添加物均能提高紫杉醇含量,但只有CM和CA能促进细胞的生长[21].2.3.2 其它培养条件接种量对悬浮培养中的细胞生长和紫杉醇含量有重要作用,接种量太低,容易导致生长停止,接种量过高(6mg/L)时,可抑制紫杉醇的合成[22].温度对红豆杉细胞生长和紫杉醇含量也有一定影响,Choi 等[23]发现,红豆杉在24℃培养后,接着在29℃时培养14～21d,可使紫杉醇含量达到137.5mg/L的最高值,21d维持此温度,可使这一最高值保持42d.光照对紫杉醇合成是不利的,黑暗条件下紫杉醇含量和生长量均能比光照条件下提高3倍[24].Mirjalili和Linden[25]发现,低浓度氧气促进紫杉醇产生,高浓度二氧化碳则表现为抑制作用.2.4 红豆杉细胞培养中的代谢调控细胞培养中的代谢调控是在查明目标物质的代谢途径的基础上,通过加入前体物质、诱导子和抑制剂以增加目标物质含量的方法.2.4.1 紫杉醇的生物合成途径紫杉醇是一种双萜类化合物,在植物次生代谢中异戊二烯是合成所有萜类化合物的通用前体,它在体内经甲羟戊酸途径生成.Eisenreich等[26]以13C标记的[U-13C6]葡萄糖、[1-13C]葡萄糖和[1,2-13 C2]乙酸作前体,对中国红豆杉悬浮培养细胞进行饲喂试验,发现产物taxuyunnanineC(2α,5α,10β,14β39-四乙酰氧-4(20),11-紫杉二烯)的4个异戊二烯单元以完全相同的方式被标记,其中二碳单位和三碳单位均来自葡萄糖,外源乙酸仅标记taxuyunnanine C的乙酰基侧链而不标记紫杉烷环骨架.甲羟戊酸途径无法解释源自葡萄糖的三碳单位存在于双萜化合物中和异戊二烯单元中的放射标记分布方式.因此,异戊二烯单元不可能来自经典的甲羟戊酸途径,而是通过葡萄糖的初级代谢产物磷酸丙糖与丙酮酸脱羧产物二碳单位缩合,并发生分子内重排而产生的,这一途径也存于某些细菌和裸子植物中.异戊二烯单元异戊烯焦磷酸/二甲基丙烯基焦磷酸(IPP/DMA P)形成之后,4个异戊二烯分子逐一缩合,产生香叶基焦磷酸(GGPP),然后在紫杉二烯合成酶催化下,GGPP环化形成紫杉-4(5),11(12) -二烯,此步建立了紫杉醇的三环二萜的骨架结构.该骨架经过进一步修饰最终形成巴卡亭Ⅲ.α-苯丙氨酸经β-苯丙氨酸C′2位的羟基化和N原子的酰基化作用而形成苯基异丝氨酸和苯甲酰,它们分别依次加到巴卡亭Ⅲ上进而形成紫杉醇[27].2.4.2 代谢调控物对紫杉醇含量的影响前体物质是细胞内合成紫杉醇的反应物,细胞内的许多生物反应是酶促条件下的可逆化学反应,如果增加参与反应的物质的量,就可使平衡向着生成物的方向移动,从而生成更多的产物.Fett-Neto[28]通过研究发现苯丙氨酸(Phe)、苯丙甲酸、甘氨酸(Gly)、丝氨酸(Ser)均能显著促进东北红豆杉细胞紫杉醇的合成,其最好的结果为:添加苯甲酸提高400%,添加丝氨酸提高250%.甘烦远等[29]发现添加适量Phe、亮氨酸(Leu)或巴卡亭Ⅲ均能提高云南红豆杉细胞紫杉醇含量,但对培养细胞的生长率作用不大.陈永勤等[30]在培养细胞中加入Phe、乙酸钠、丙酮酸钠和香叶醇,发现Phe能促进细胞生长和紫杉醇的合成,乙酸钠对细胞生长和紫杉醇含量均无影响,而丙酮酸钠和香叶醇能提高紫杉醇含量,不能促进细胞生长.吴奇君等[31]发现加入前体物质的时间对东北红豆杉细胞紫杉醇含量也有影响,对数生长期(大约培养后的15d)加入前体物质比其他时期加入的效果要好.目前已在研究中使用过的前体物质主要是有:Gly、Ser、Phe、Leu、丙酮酸、苯甲酸钠、3-甲基-2-丁烯-1-醇、巴卡亭Ⅲ等.诱导子是一类能使植物产生特征性自身防御反应的物质,加入诱导子能提高紫杉醇含量,可能是因为防御反应途径与紫杉醇代谢有一段共同的代谢途径,这些物质的加入,可以激活共同途径中某些酶类的活性,从而促进代谢通量和代谢速率.因此,在某种意义上讲,加入诱导子也等于增加前提物质.诱导子主要有茉莉酸甲脂(MJ)、水杨酸(SA)、人参寡聚糖、几丁质、纤维素酶、茉莉酮酸、真菌诱导子、HgCL2等.诱导子提高紫杉醇含量的作用十分明显,Mirijalili和Linden等[32]发现10μmol/L的MJ 和5mg/L的乙烯可使东北红豆杉悬浮细胞的紫杉醇产量提高19倍.Yukimune等[33]在培养第0天加入100μmol/L的MJ使杂种红豆杉、欧洲红豆杉和短叶红豆杉分别提高了4、12和2.5倍.但有些诱导子表现对细胞毒害和延长细胞生长的作用,如水杨酸.抑制剂是一类可阻止紫杉醇合成的前体物向其他方向代谢的物质.抑制剂主要有单萜合成抑制剂,如α-蒎烯、松油醇、樟脑,甾体合成抑制剂氯化胆碱(CCC).理论上讲,前体物质,诱导子和抑制剂的结合使用可使紫杉醇产量得到更大幅度的提高,因为这三者的结合使用不仅可达到“开源”的效果,还可起到“节流”的作用.周忠强等[34]向培养基中加入30mg/ L3-甲基-2-丁烯-1-醇,2mmol/L苯甲酸钠,10mg/L CCC,100μmol/L MJ,0.1mmol/l Ser可以使紫杉醇含量提高1141.1%.3 紫杉醇生产存在的问题及生产方法展望利用红豆杉细胞培养生产紫杉醇是一种具有较多优点的方法,受到许多研究者的重视.目前未能实现工业化生产,这主要是因为:植物细胞生长慢,紫杉醇含量低,使得单位时间单位质量细胞紫杉醇含量较低,即使在理论上工业化生产也不能取得经济效益.但是,细胞培养生产紫杉醇仍是具有发展潜力的方法,在过去的一二十年里,随着生物技术的不断发展,细胞培养生产紫杉醇的方法从无到有,并且日益接近工业化生产的要求,所以,有理由相信,随着生物技术的进一步发展,此法最终可达到工业化生产的要求.目前,可以利用毛状根和冠瘿组织培养提高细胞生长速度,该方法是利用发根农杆菌诱导发根或49利用根瘤农杆菌诱导冠瘿组织进行培养.毛状根或冠瘿组织都属于植物瘤性组织,其生长速度大大超过正常植物及悬浮培养细胞的生长速度,而且无需外源激素,遗传性稳定,产物产量高.黄遵锡等[35]用发根农杆菌A4对短叶红豆杉外植体转化获得成功,所获培养物的生物量增长速度是细胞悬浮培养的2.9倍,紫杉醇含量是愈伤组织的1.3～8.0倍.虽然这种培养方法有较多优点,但其培养过程中同时产生一些物质对人及哺乳动物具有致命的毒害,而提纯以去掉它们的过程花费很大,严重阻碍了冠瘿组织或毛状根培养的工业化生产[36].目前,农杆菌侵染的组织为何能较一般组织细胞生长周期缩短,胭脂碱及冠瘿碱产生的内部机理也不清楚,这样也就无法知晓农杆菌的这两个作用之间是否存在关联.要利用此种方法提高植物细胞生长速度还需要许多基础研究的长足进步.在提高紫杉醇含量方面,首先需要弄清红豆杉的整个代谢网络,找出相关基因及酶,利用分子生物学的有关技术调控有关酶的活性或数量,使整个代谢流最大限度朝着合成紫杉醇的方向进行,减少其它不必要的代谢支路,使紫杉醇代谢流速增加.另外,将化学合成与生物转化技术结合是值得考虑的一条方法,生物转化是利用生物体系的催化作用将外源底物转化为产物的过程,利用生物转化可以进行化学方法难以进行的反应,可以减少化学合成步骤,提高合成效率.占纪勋等[37]利用真菌转化体系将紫杉烷类化合物sinanxanA转化成10-去乙酰-sinenxanA1,6α-羟基-10-去乙酰sinenxanA29α-羟基-10-去乙酰sinenxanA3.为紫杉醇类物质的生物转化作了有益尝试.[参考文献][1]方唯硕.紫杉醇的化学研究[J].中国药学杂志,1994,29(5):259-262.[2]翁开敏,贺全山.紫杉醇研究概况[J].海峡药学,2002,14(2):5-7.[3]Gragg 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Methods of Producing T axolL I Xian-liang,et al.(Jingmen Technical College,Jingmen,Hubei,448000,China)Abstract:This paper probes in a general way into the methods of producing taxol and analyzes the advantages as well as the f uture tendencies.Production of taxol is emphatically introduced by cell culture f rom callous induction,selection of high taxol content cell suspension culture and metabolic regulation of taxol.K ey w ords:taxus;taxol;cell culture69。
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细胞克隆技术筛选
• 目前，主要运用现代生物基因工程的方法来获得高产 细胞系
问题与前景
①红豆杉属植物组织细胞培养中的褐化现像，尚无 良好的解决办法【8】 ②紫杉醇本身是一种细胞生长的毒性物质,其量的 积累愈多,对细胞增殖的抑制越强.,即使添加真菌 诱导子及生物合成前体,组织细胞培养生产紫杉醇 也难以达到产业化应用水平【10】,
继代培养
• 愈伤组织长出后经过4~6周的迅速细胞分裂，原 有培养基的水分和营养成分多以耗失有害代谢产 物已在培养基中积累，必须移植。即是继代 • 愈伤组织也易分泌橙红色色素或发生褐化，使生 长速度减慢，甚至死亡（这是愈伤组织分泌的酚 类物质被氧化成醌类物质造成的）。
*缓解褐化
• 在培养基中加入还原剂或吸收酚类的物质, 可以减 少致死现象,保持愈伤组织的生长活性。 • 如：半胱氨酸、维生素C、活性炭 • PS：由于吸附剂对营养物质和激素的吸收,较高浓 度的吸附剂会部分地抑制愈伤组织的生长
• 紫杉醇在植物体内含量极低， 最多0.069% • 需多步柱分离技术，生产成本高
真菌发酵
• 真菌发酵生产紫杉醇因真菌的紫杉醇含量仅有植 物细胞的十万分之一,离生产的距离太远。
• 从长远来看,植物组织培养才是解决紫杉醇供需矛 盾的最佳途径。
组织培养
• 组织培养是在无菌和人为控制外因（营养成分、 光、温、湿）的条件下，培养和研究植物组织、 器官，甚至进而从中分化、发育 出整体植株的技 术。
添加诱导子
• 紫杉醇是一种植物防卫素，可以被诱导 • 茉莉酸甲酯----参与植物防御信号的转导与放大
• 花生四烯酸----浓度为5µ g/g时即可将紫杉醇含量 提高9.3倍,与茉莉酸甲酯表现出明显的诱导协同 作用。
筛选出高产的细胞株系
• • 紫杉醇含量 • 高的外植体 • • 诱导
愈伤组织
变异
高产细胞 植株
③细胞培养物生长速度慢,有效物质含量低、成本 高、大规模生产技术尚未过关【9】 ④添加诱导因子，在一段时间内可以增加紫杉醇产 量，但随着细胞的遗传，会逐渐产生抗性，是产 量降低，这也是无法工业化生产的一大原因。
• ⑤紫杉醇作为一种抗有丝分裂机制，在有丝分裂 过程中，干扰了细胞的正常分裂，使红豆杉细胞 染色体数目极易发生变化,红豆杉中紫杉醇的含量 极不稳定，因此稳定的保存并筛选高产的紫杉醇 细胞系显得尤为重要。
步骤：
悬浮培养
继代
悬浮
悬浮细胞培养
• 只有当愈伤组织经过长时期固体培养,表现出相当 的生理稳定性后,才能进行悬浮培养。一般采用B5 培养基，碳源多为蔗糖。 温度、接种量、光照强度，pH值等的改变均能影 响细胞的生长率和产物合成
加入培养基 • 半连续培养：每隔一定时间倒出一定量的悬浮液， 同时补充加入等量的新鲜培养液 • 连续培养：连续收获细胞，同时不断补充培养液
植物组织培养
• • • • 愈伤组织培养 继代培养 悬浮细胞培养 紫衫细胞大量培养
愈伤组织培养
• • • • 选择合适的外植体：以幼茎为佳 除去病原菌和杂菌：处理外植体 配置合适的培养基。 诱导及培养：将上述小块组织接种于MS培养基中， 于25 ℃的二氧化碳培养箱中培养40天。PH5.8， 诱导和分化，即可形成小的愈伤组织块
提高紫杉醇产量的方法
前体饲喂
添加诱导因子
添加抑制剂 筛选细胞株系
前体饲喂
• 一方面可通过增加底物量来加快反应速度和提高 产率 • 另一方面能够反馈抑制分支路径而促进反应顺利 进行,有效提高紫杉醇产量。 • 常用：苯甲酸，苯甲酰甘氨酸
添加抑制剂
• 添加抑制剂能够反馈抑制分支路径而使反应向有 利于紫杉醇合成的方向进行。 • 发现合成代谢抑制剂氯化胆碱CCC可以使紫杉醇 含量提高，但浓度过高却抑制合成。
• ⑥现今又有一种新的培养高产细胞系的方法,即利 用秋水仙素诱导建立四倍体红豆杉细胞系,实验证 明,产量是普通二倍体的3.85倍.[13]
参考文献
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排出培养基及其培养 物
紫衫细胞大量培养
• 前期利用碳水化合物的选择加快细胞生长,使细胞 量迅速增加。达到一定细胞量后,改用利于紫杉醇 合成的培养液。通过调整合成培养液的组成,延长 紫杉醇合成时间（静止期）。 • 为了提高生产率，需要提高活性细胞浓度，大规 模地培养红豆杉细胞。现在已经发展了不少大规 模培养系统，同时使用固定化的细胞，原位提取 等现代发酵技术方法能够在一定程度上提高活性 细胞的浓度。
植物组织细胞培养生产紫杉醇的 研究进展
背景介绍
• 紫杉醇是红豆杉属植物中的 一种复杂的次生代谢产物, 也是目前所了解的惟一 一种可以促进微管聚胞接触紫杉醇后会在细胞内积累大量的微管， 这些微管的积累干扰了细胞的各种功能,特别是使 细胞分裂停止于有丝分裂期，阻断了细胞的正常 分裂。 • 通过Ⅱ-Ⅲ临床研究，紫杉醇主要适用于卵巢癌 和乳腺癌，对肺癌、大肠癌、黑色素瘤、头颈部 癌、淋巴瘤、脑瘤也都有一定疗效。
获取紫杉醇的途径
• • • • 化学合成 红豆杉中提取 真菌发酵 植物组织培养
化学合成
1.全合成： 路线复杂，反应条件难以控制，产率低， 用到剧毒原料，仅限于实验室水平
2.半合成： 国外专利技术壁垒，国内生产附加值低
红豆杉中直接提取
• 资源匮乏红豆杉生长缓慢， 树皮剥取后不能再生， 树木将死去