紫杉醇的性质及色谱分析方法

紫杉醇的性质及色谱分析方法

摘要

紫杉醇是从紫杉(Taxus brevifolia)树皮中所提得，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。已成为目前全球销售量排名第一的抗肿瘤药物。综述紫杉醇的发现历史、来源、性质及色谱分析方法。

Abstract

Paclitaxel is extracted from Taxus brevifolia bark,whichnot only is one of the plants of the genus Taxus chinensis complex secondary metabolites, also is the only kind of antitumor drugs that can promote microtubule polymerization and stable microtubule polymerization till now. It has become the top sales in the worldwide . Review of Paclitaxel history, origin, nature and chromatographic methods.

关键词：发现历史；来源；性质；紫杉醇；色谱

Keyword：Discovery history; Source; Properties; Paclitaxel; The chromatographic

1.紫杉醇简介：

1.1发现历史

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）。

1.2来源

由于野生红豆杉资源有限且紫杉醇含量极低，限制了紫杉醇制药业的发展，全世界紫杉醇的需求量约为4000公斤/年，而总产量只有到300-400公斤/年。所以，从天然的红豆杉中提取紫杉醇的方法远远不能满足人们对紫杉醇日益增长的需要。因此，采用各种手段积极寻求紫杉醇新药源生产途径，扩大紫杉醇原料供应能力，已成为紫杉醇产业发展的重点研究方向之一, 目前已取得了一定的进展, 其途径可归结为以下几种：

1.2.2天然红豆杉植物提取

紫杉醇的最直接来源是对天然植物红豆杉属种树皮和叶片中中提取。但由

于红豆杉数量极少,自身繁殖率低，生长缓慢，且紫杉醇的含量又极低。在这种情况下，要获得足够的紫杉醇用于临床研究和基础研究，单纯靠从天然植物中提取必将给红豆杉属植物的在自然界中的生存带来极大的威胁。但由于从红豆杉中提取紫杉醇的工艺已经成熟且工业化。因此,人们可利用人工栽培的方法来解决天然资源不足的问题。规模化、集约化营造红豆杉人工原料林, 是目前解决紫杉醇原料短缺的最现实、最快捷解决紫杉醇原料紧缺的方法。近年来，我国红豆杉人工种植发展迅速，云南农科院高山经济植物所繁育了5万株，成活率达94.3%，湖南绥宁县林业局繁殖幼苗3000多株,现已移栽大田，黑龙江中医药大学人工育苗也获成功。人工植物栽培的成功,为紫杉醇的获取开辟了广阔的前景[1]。据不完全统计, 我国现有红豆杉种植企业140多家, 现已在云南、福建、湖南、四川、黑龙江等地拥有一定规模的红豆杉种植基地, 种植面积近15万亩。红豆杉人工种植对保护野生资源和满足紫杉醇制药工业的发展发挥了积极的作用。

1.2.3化学合成

1.2.3.1 紫杉醇的全合成

1994年初,Holto和Nicolaou几乎同时宣告紫杉醇的全合成获得成功[2-3]。此后紫杉醇全合成又在不同的研究小组获得成功[4-5]，但由于紫杉醇是分子结构复杂的化合物,全合成途径都包括25-40步化学反应,合成路线极其复杂,反应条件极难控制，所用化学试剂昂贵且收率低, 产品成本极高、效率低，目前尚未进入产业化。

1.2.3.2 紫杉醇的半合成

半合成法指的是将红豆杉属植物中所含的紫杉醇类似物经过某些化学反应,将其转化为紫杉醇。目前紫杉醇半合成法是为从天然红豆杉针叶中提取分离10-去乙酰基巴卡亭III(10-deacetylbaccatin III)或巴卡亭III (baccatin III)原料, 通过选择性保护7位羟基, 然后再酰化10位羟基，得到7位保护的巴卡亭III, 然后与侧链缩合,最后去掉保护基团得到紫杉醇。由于10-去乙酰基巴卡

亭III和巴卡亭III在红豆杉属植物枝叶中含量较高，而且红豆杉枝叶量大,再生能力强，为紫杉醇半合成提供了丰富的原料。现在紫杉醇的半合成方法已比较成熟，国外紫杉醇生产的主要企业如美国Bristol-Myers Squibb Co.，现已利用半合成法进行工业化生产紫杉醇。目前,半合成紫杉醇被认为是除人工种植外,扩大紫杉醇来源的有效途径。半合成法可以更大限度地利用植物资源, 但与直接提取紫杉醇的办法并无本质上区别,需要消耗大量红豆杉树木，仍然不能从根本上解决植物资源的匮乏问题。

1.2.4 植物组织细胞培养

利用植物细胞培养法生产紫杉醇，是各种研究方向中十分有吸引力的一个方向，细胞培养能够连续均匀生产，受外界条件影响不大，而且可以在反应器中大规模培养，易于提高产量和进行产物的提取纯化。美国农业部于1991年就批准了Christen和 Gibson 等用细胞培养法生产紫杉醇及其类似物的专利[6-7]。1994年ESCAgenetics(CA, USA)也宣布用细胞培养的方法生产紫杉醇，用细胞培养法所得产物紫杉醇含量为树皮的2-5倍[8]，但这个工作的细节没有报道。中国的甘烦远等发现云南红豆杉细胞在发酵罐中生长速率达到12 g/L，紫杉醇含量为0.119%，约为成年树树皮中含量的12倍，为栽培植株的40倍[9]，但未见实际应用的报道，短期内成功应用的可能性较小。目前，虽然红豆杉细胞培养生产紫杉醇取得了很大的进展，紫杉醇生物合成途径基本清楚，细胞的生长和紫杉醇的产量已基本得到解决，有的已经得到生物反应器放大阶段，如美国一公司现在已经完成4000 L的培养技术，正在进行20000 L规模的工业放大研究[10]，但植物细胞遗传与生理的不稳定性、细胞间的不一致性使得在培养工程中高产细胞系不能实现高产率，而且易发生遗传变异产生其它代谢产物。另外，植物细胞培养技术较复杂，对反应器要求较高，也阻碍了通过细胞培养工业化生产紫杉醇的实现[11]。