紫杉醇研究进展

紫杉醇的研究进展

1.概述

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。1971年由Wani 等首先从短叶红豆杉中提取分离出来。于1992年12月紫杉醇被FDA批准上市，目前紫杉醇已成为世界公认的强活性广谱抗癌药物。然而由于这种天然化合物资源极其有限，严重的限制了其研究和应用的进度。同时尖锐的供需矛盾也在医学、化学和植物组织培养领域中引起了一场非同寻常的广泛研究，以增加这种化合物的来源和寻找高效、低毒、来源丰富的紫杉醇类似物。已成为目前全球销售量排名第一的抗肿瘤药物。它的作用方式和药理及临床特性均具有独特之处,被称癌症化疗上的新突破。

紫杉醇，英文名称Paclitaxel，别名泰素，紫素，特素，化学名称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]，分子量853.92，分子式C47H51NO14。熔点为213~216℃。紫杉醇具有高度亲脂性,不溶于水,血浆蛋白结合率89%~98%,终末半衰期平均值为 5.3~l7.4h, 主要经肝脏代谢,肾脏清除仅5%。[1] 结构式如下：

2紫杉醇的药用植物资源及药源植物中有效含量研究

红豆杉为红豆杉科植物,也称紫杉,全世界约有11种,主要分布于北半球,我国有4种1变种,主要分布于甘肃、陕西、安徽、湖北、湖南、广西、贵州、四川、云南等省区[2-3]。研究表明[4],植物中紫杉醇含量在万分之二以下,极其低微。短叶红豆杉树皮中紫杉醇含量最高,其次为中间红豆杉树皮;东亚产四种红豆杉中,云南红豆杉枝叶中紫杉醇含量最高东北红豆杉和美丽红豆杉次之,短叶醇含量则

以短叶红豆杉叶最高,东北红豆杉及云南红豆杉次之。植物中紫杉醇的含量极低,从植物中提取不能满足临床需求,因此大力种植红豆杉、植物细胞培养、化学合成等是解决紫杉醇来源的重要方法。仇燕等[5]研究了对数期继代对南方红豆杉细胞培养动力学的影响。其结果表明,对数期继代细胞吸收碳源和硝态氮早于静止期继代的细胞,且前者的生长速度是后者的1.5倍,紫杉醇含量提高了近4倍。进行紫杉醇的半合成也是获得紫杉醇的途径之一。韩小燕等[6]对半合成紫杉醇类化合物的关键步骤-10-去乙酰基巴卡亭(10-DAB)的羟基保护反应进行了研究。结果表明,利用氯甲酸(2,2,2-三氯)乙酯作为羟基保护基,获得7,10-二(三氯乙氧碳基)-10-去乙酰基巴卡亭(7,10-di(troc)-10-DAB)的反应为连串反应,受时间和温度影响较大。当反应温度为80e,反应时间为2 h,目的产物7,10-di(troc)-10-DAB的反应选择性最好。上述对紫杉醇合成的研究,不仅可以保护稀有的植物资源而且也大大缩短了生产周期。虽然这方面的研究取得了不少成果,但目前进行紫杉醇的大规模工业化生产还有一定难度。[2-6]

3. 紫杉醇的抗癌活性的构效关系

到目前为止,人们已经从红豆杉属植物中分离得到紫杉类化合物300多个,大多具有三环或四环骨架,属二萜类化合物,少数化合物含有N侧链。紫杉醇的分子式为C17H51NO14,相对分子质量为853.92。紫杉醇的化学结构。

3.1 C-13位侧链的化学结构对抗癌活性的影响:

紫杉醇分子中的C-13侧链本身并无活性,但对于整个紫杉醇分子却是活性必要基团。将C-13位构型由A改为B,则活性下降近20倍,若侧链与C-14位连接,则细胞毒作用较紫杉醇降低10倍。C-2c(R)和C-3c(S)是活性的必需构型,同时C-2c位的游离羟基也是必要的。C-2c羟基被B-氨丙基或琥珀酸酰基取代,则水溶

性增强,但活性下降;用叔丁基二甲基硅保护C-2c羟基,或使侧链另一部分的酰氨环合成唑啉酮,则其失去活性;C-3c苯基若被甲基取代则活性降低19倍;C-3c羟基若被NH2基取代,活性消失。C-13侧链的自由度很大,它是决定药物分子与微管蛋白有效结合的重要因素之一。研究证实,消除C4-OAc、C3c-Ph和C2-OBz中的任何一个基团,其活性都显著降低,说明疏水基团是发挥药效的必要部分。在人体内(相当于极性环境中)紫杉醇及其类似物分子中的C-13侧链、C4-OAc、C3c-Ph 和C2-OBz基组成疏水区,疏水区形成/伞型腔穴0,成为紫杉醇与微管蛋白有效结合的位点,处于蛋白质的核心位置;而由C-3c苯基和C-2c羟基经肽末端以及蛋白质的极性功能团部分与C-2c羟基之间直接作用稳定了药物-蛋白质络合物;亲水区则位于结合位点的外面,接近于水介质,所以,C-3c或C-2c连接的官能团是影响分子性质,如水溶性、电离常数等的重要因素,也是药效团的必要组成部分。

3.2C2-OBz对抗癌活性的影响:

大量的研究证实,去掉C2-OBz后,紫杉醇的活性基本丧失。当苯基换成对位苯基取代时,活性显著降低。1.3 C-4、C-5、C-20位上的B氧杂环丁基对抗癌活性的影响:研究表明,当四元氧环打开,形成D裂环紫杉醇时,其细胞毒作用和稳定微管活性丧失。当四元氧环打开后与2A-OH形成具有5-OH基的呋喃环时,活性显著降低。

3.3 C7-B-OH对抗癌活性的影响:

C7-B-OH的乙酰化物、木糖苷产物和差向异构体的活性均不及紫杉醇;C-7与C-19甲基形成环丙烷,则活性仅为紫杉醇的1/2;若C7-B-OH氧化成酮,或将C-7和C-2c羟基同时氧化成酮,则活性显著降低;但C-7位去羟基后,其体外活性是紫杉醇的40倍。1.5 C10-乙酰氧基对抗癌活性的影响:研究者分别合成了10-去乙酰氧基紫杉醇和10-去乙酰氧基紫杉醚,并发现10-去乙酰氧基紫杉醇对促进微管聚合速度比紫杉醇快,但抑制人结肠癌细胞活性与紫杉醇相似;而10-去乙酰氧基紫杉醚比紫杉醚活性高300倍。研究证明,紫杉醇的C10-乙酰氧基水解为C10-羟基对活性无大影响。[2]

4. 抗肿瘤机制

4.1促进微管聚合。

微管由α、β两条微管蛋白构成,微管在维持正常细胞功能,包括有丝分裂