紫杉醇及其类似物的研究进展

紫杉醇及其类似物的研究进展

摘要：紫杉醇(Taxol)是近40年从红豆杉属植物中发现的最著名的天然抗肿瘤药物，在过去30年多年间紫杉醇因其独特的结构、新颖的作用机制和显著的抗癌活性成为化学家、药理学家和生物学家的研究热点。本文对紫杉醇及其类似物的基本结构、作用机理、开发利用以及合成方法方面进行了总结。

关键词：紫杉醇作用制剂合成

正文：紫杉醇是一种从红豆杉属植物中提取的四环二萜化合物（结构式如图1所示）。美国化学家瓦尼（M.C. Wani）和沃尔（Monre E. Wall）于1963 年首次从一种生长在美国西部的名为太平洋杉（Pacific Yew）的树皮和木材中分离到了紫杉醇的粗提物。直至1979年分子药理学家Dr. Horw itz

阐明了紫杉醇的独特作用机制：紫杉醇能与微管蛋白结合，并促进其聚合，抑制癌细胞的有丝分裂，有效阻止癌细胞的增殖。

图-1

紫杉醇的抗肿瘤作用机制

1 阻滞肿瘤细胞有丝分裂

微管是真核细胞的一种组成成分，它由两条类似的多肽为单位构成的微管蛋白二聚体形成。微管具有构成细胞网状支架，维持细胞形态，参与细胞运动，参加细胞器的位移及胞内物质运输等功能，尤为重要的是染色体的分裂和位移，均需在微管的帮助下进行。正常情况下，微管蛋白和组成微管的微管蛋白二聚体存在动态平衡。紫杉醇可使二者之间失去动态平衡,导致细胞在有丝分裂时不能形成纺锤体和纺锤丝，抑制了细胞分裂和增殖，使癌细胞停止在G2期和M期，直至死亡，进而起到抗癌作用。

2 诱导细胞凋亡

Fas /Fasl信号传导系统是细胞凋亡信号传导的重要途径之一。用Fasl抗体可以抑制紫杉醇诱导的凋亡, 表明紫杉醇诱导细胞凋亡与Fas/Fasl相关。实验中发现, 紫杉醇作用于人肉瘤细胞Saos-2后Fas的表达持续升高, Fasl的表达也增高了3倍。

Bcl-2家族中一些成员促进凋亡，如Bax基因；另一些则阻碍凋亡，如Bcl-2基因。有研究表明紫杉醇诱导MCF-7细胞凋亡，使Bcl-2降低、Bax增加，同时Bcl-2/Bax的比率亦随时间延长及剂量的增加而逐渐下降，呈现出明显的时间及剂量依赖性。

紫杉醇的应用

紫杉醇是过去数十年里最好的天然抗肿瘤药物之一，由于其独特的作用机制使之成为继环磷酰胺、阿霉素、顺铂后又一重要的抗肿瘤药物。它具有独特抗癌活性，作为晚期卵巢癌的二线治疗药，至今已在40多个国家获准上市，是目前治疗乳腺癌和卵巢癌的特效药。传统紫杉醇制剂

紫杉醇的水溶性极差，临床上现采用无水乙醇和聚氧乙烯蓖麻油( 1:1, V/ V) 作为混合溶媒，增大其溶解度。

自身及溶剂的特点可引起严重过敏反应及神经毒性等不良反应，限制其临床应用的安全性和有效性。

现紫杉醇剂型设计的主要目的就是设计新的更能被接受的剂型。

紫杉醇的应用受到限制

(1)药源紧张。

(2)水溶性低，口服生物利用度差。

(3)助溶剂聚氧乙烯蓖麻油会引起不良反应。

(4)紫杉醇本身引起的毒性反应，如神经毒性。

紫杉醇新剂型开发

前体药物：与其他化合物交联形成无活性的衍生物，在体内经酶解或水解后解离出活性药物。

糊剂：选择生物相容性聚合物，制成外用糊剂，亦可实现紫杉醇局部用药，具有持续释放和缓慢的抗血管活性作用。

脂质体：利用脂质体包裹技术，提高了紫杉醇水溶性，在耐药性方面比Cremophor为溶媒有了较大的进步。

免疫脂质体：可以大大提高脂质体的主动靶向性而且该脂质体的稳定性良好，抗体活性保留完好，体外细胞毒性高于普通脂质体。

紫杉醇纳米粒：不含聚氧乙烯蓖麻油的注射用紫杉醇白蛋白纳米悬浮液。紫杉醇和白蛋白结合的纳米微粒，形成肿瘤间质中有较高的药物浓度从而增加紫杉醇化疗疗效。

紫杉醇的多种来源途径

迄今为止，紫杉醇最主要的来源途径是从红豆杉属植物的茎皮中分离提取得到

紫杉醇的全合成

1994 年，美国佛罗里达州立大学R. Holton 教授的研究组采用线性途径，实现了紫杉醇的全合成

但是，紫杉醇的全合成步骤太多，总收率极低，因此没有进行大规模工业生产的意义。紫杉醇半合成

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。

半合成紫杉醇可以大大地改善紫杉醇供应的短缺情况；通过半合成，还可以使紫杉醇的侧链具有更大的可变性，有可能获得活性更高的紫杉醇衍生物。

半合成是目前世界上紫杉醇原料药提供的主要途径，半合成紫杉醇经过合成步骤,其纯

度高且每批产品质量容易保持一致，合乎药检的标准，而且生产成本比天然紫杉醇并没有提高。

C13位支链、C2位苯甲酰基和C4位乙酰基以及D环对其生物活性是必需的，而对C1位、C7位、C9位和C10位等的结构进行修饰往往能改善其生物活性和水溶性。

将C2-OBz立体构型翻转得到2-epi-Taxol，HCT116细胞毒性和微管蛋白聚合试验测定显示：该修饰物既无细胞毒性，也无促微管蛋白聚合的活性修饰。

C7位被OCH2SCH3可以提高活性。

细胞培养

1989年，美国农业部首先发现短叶红豆杉的植物细胞能产生紫杉醇。

1991 年，Gibson 等申请了用组织细胞培养方法生产紫杉醇及其类似物的美国专利。

真菌发酵

1991年，美国Montana州立大学植物病理学家Gary Strobel和化学家Andrea Stierle发现一种真菌具有合成紫杉醇的能力，该菌被命名为安德列亚菌。

代谢工程生产紫杉醇

随着紫杉醇代谢途径的逐步阐明，利用组合表达系统来生产紫杉醇及其衍生物的研究迅速开展起来。迄今为止，已经在大肠杆菌和酵母中组合产生了紫杉烯等紫杉醇前体物质。美国华盛顿州立大学生物化学研究所Croteau教授的实验室已克隆了12个紫杉醇生物合成相关基因，还应用代谢工程方法组合了4个基因，使重组的大肠杆菌形成紫杉烯。