抗癌微生物药物的研究与开发

1.5 氨茴霉素类（Anthramycins)抗生素
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1.6 苯骈蒽醌类（Benz[a]anthraquinone)
• Tetragomycin是从S.rimous的一株变种中 分离得到的第一个新四环结构——苯骈蒽 醌类抗生素
三类： 第一类：A环饱和的，如Aquayamycin， Rabelomycin，Sakyoyamycin 第二类：A环不饱和的，Tetrangomycin， Saquayamycin 第三类：B环不饱和的：如PD1167
抗癌微生物药物的研究与开发
前言
• 恶性肿瘤是人体组织和细胞发生异常的增生，这 些细胞的盲目迅速生长，损耗人体大量营养，同 时还破坏正常组织结构，使器官功能失调，最后 导致宿主死亡。 • 恶性肿瘤的致病因素比较复杂，除机体本身免疫， 内分泌，神经功能紊乱和外界化学、物理的致病 因素外，已阐明细胞核内的遗传物质DNA发生了 结构和功能上的变化，就可形成恶性肿瘤。 • 70年代已发现某些实验致癌的RNA病毒中存在一 种逆转录酶，它能以RNA病毒为模板合成DNA， 这种变异的DNA就是癌变的物质基础。
2.1 蒽环类抗生素的作用机理
• 蒽环类抗生素的生物学效应复杂多样，包 括致DNA；断裂；染色体交换率增高；染 色体畸变；抑制DNA复制与转录及蛋白质 合成；影响质膜的结构和功能等等．归纳 起来，从细胞及分于水平来分析其机制， 大致有3点：
2.1.1 插入DNA
• 蒽环类对DNA的作用的基本方式是以其B和C环为 主垂直插入双链DNA长轴的碱基对之间，A和D环 伸出DNA双链的两侧，氨基糖部分的氨基则与 DNA的磷酸基成离子键结合，从而形成相对稳定 的蒽环类-DNA结合物，改变DNA的模板性质，抑 制依赖DNA和RNA聚合酶，插入引起部分双链解 链。如图所示。此外，还损伤DNA，引起DNA单 链双链断裂，使染色体变换增高及烷化DNA。
Aquayamycin
Saquayamycin
二羟苯Anthraquinone抗癌抗生素 PD116740，其结构特点是B环不饱和，对 L1210白血病和HCT-8人细胞有抑制作用。
1.7 激素类
1.8 其他微生物代谢物
免疫增强剂
2. 作用机理
• 作用机制研究是指导临床应用的重要基础理论研 究。药物学家或化学家则必须根据抗癌微生物药 物的作用机制及其构效关系，来改造其化学构。 • 抗癌微生物药物可能有各种不同的作用靶位，如 有的作用于细胞的生物合成酶，有的作用于细菌 质膜上的某种成分，有的作用于DNA或RNA的信 息转移系统，还有的作用于蛋白质合成过程中的 某一环节，现将最新报道的作用机理分述如下：
2.3 环孢菌素的作用机理
• 环孢菌素主要作用于T细胞，对淋巴细胞的影 响，说的更恰当一点是发生在诱导期，它主 要表现为抑制一系列淋巴激活素，诸如白细 胞间质2（IL-2），r-干扰素和OAF，在转录 水平或在激活作用的初期，能有选择地引导 这些的转录作用，有人报道环孢菌素可干扰 OKT3单克隆抗体的结合，提示环孢菌素是结 合在抗原和有丝分裂原受体的附近。
1.2 蒽环类抗生素（Anthracycline antibiotics)
1.2.1 柔红霉素（Daunorubicin)
1.2.2 阿霉素（Adriamycin, Doxorubicin)
• 又称14-羟基柔红霉素，由波赛链霉菌变种 Caesius产生，也可由柔红霉素化学转化制 得。
• 1.2.3 洋红霉素（Carubicin，又名Carminomycin) 又称4-去甲基柔红霉素，最初由洋红放线马杜拉菌 (Actinomadura Carminata)分离得到，后由 Actinomyces Cremcopoinus及Streptosporanglum中分 离得到。 • 1.2.4 正定霉素（zhengdingmycin) 由天蓝淡红色放线菌正定变种（S.coerulo-rubidus var. Zhengding）所产生，与国外报道柔红霉素相同。
1.1.2 博来霉素（Bleomycin,BLM,USP)
一个典型的BLM-A2分子由四部分组成：1）末端氨基，参与BLM与核酸的相 互作用；2）bithiazole部分，也参与BLM通过DNA小沟与DNA结合；3） 一 个假肽部分，通过几个配位键结合过渡态金属，与识别特定DNA序列有关；4） 一个多聚糖部分，其功能尚待讨论。
2.1.2 自由基形成
• 具有未配对电子的化合物被称为自由基。药物代谢 产生的自由基能和体内重要的生物大分子如DNA， 膜相结构等发生强烈反应，现已证明心脏线粒体自 由基形成是ADM和 DR心脏毒性的主要原因， ADM和DNA在心脏细胞中被还原成半醌自由基， 继而与氧发生反应生成超氧负离子，后者转变为过 氧化氢后再形成性质极为活泼的羟基自由基。羟基 自由基能与多种生物分于如脱氧核糖，线粒体等发 生反应，造成对细胞的损伤。 • 由于心脏组织中基本不存在具有解毒作用的酶类， 因此，其毒性往往比其他组织要大。另外，蒽环的 氧化还原循环抑制了谷光苷肽超氧酶的活性。
2.1.3 对细胞膜的作用
• 蒽环类抗生素能与红细胞膜结合；引起细 胞膜形态学改变，最终导致膜被溶解。膜 结合的ADM也能产生自由基，自由基诱导 的脂过氧化物通过损伤细胞膜磷脂的未饱 和脂肪酸而改变膜通透牲。脂过氧化物也 改变多种膜结合蛋白的功能。
2.2 新氨茴霉素的作用机理
• 新氨茴霉素具有识别或结合双股螺旋DNA 的某些特殊结构的特性，它在与生物系统 DNA的化学受体之间相互作用时，大致开 始于新氨茴霉素的C-11位与生物系统DNA 鸟嘌呤（或胞嘧啶）碱基的N-2位处发生反 应，然后形成共价键。
1.3.3 克大霉素（Kidamycin,rubiflavin B)
1.4 色霉素类抗生素
• 色霉素（chromomycin）也叫阿布拉霉素、光神 霉素（mithramycin）也叫普卡霉素，与橄榄霉素 （olivomycin）属于金霉酸类抗肿瘤抗生素，其 分子中都具有一个甙元发色基团，和五个附着在 甙元上的糖环，A-B两个糖环与C-D-E三个糖环相 对附着，其化学结构如图所示。 • 研究发现：这两个药物在Mg 2＋的介导下形成一 个二聚体，然后嵌入到一个富含G/C序列的被拓 宽的DNA小沟中。
1.2.5 阿克拉霉素A(Aclarubicin, AclacinomycinA, 阿柔比星）
1.2.6 诺加霉素（Nogalamycin,Ruticulomycin)
• 诺加霉素由Streptomyces nogalater变种nogalator菌 中分离，对肝癌及十二指肠癌有效。
1.3 醌类抗生素
• 博来霉素是由日本微生物化学研究所的梅泽滨夫首 先从一株轮支链霉菌（Streptomyces vertillus）中分 离出来的糖肽类抗生素。疗效显著，毒性，尤其是 对白细胞的毒性较低。 • BLM 组分繁多，天然组分中，结构衍生物有十几 个，国际市场上所用的BLM 药品为BLMA2和B2的 混合物。 • 争光霉素：轮支链霉菌平阳变种产生，1971年投入 生产、临床。它的2个组分与BLMA2 B2 完全一致， 但是国内的主要组分是BLMA5，所以被命名为平 阳霉素。
• 链黑菌素表现出多种对DNA的不可逆性的金属络合 位和络合键，通过特定的金属离子如锌、铜、铁、 锰、镉、金形成链黑菌素-金属-DNA络合物。金属 离子的出现阻止了SN-DNA的缔合。 • 用含有不同的锌摩尔当量的DNA滴定链黑菌素表明： 一分子链黑菌素需要5.7摩尔锌离子和20～25摩尔 的磷酸DNA才能形成络合物。 • Sinha报道说离体的化学温育降低链黑菌素与DNA 的络合，250个核苷酸结合1分子链黑菌素，而二 价锌离子的存在大大加强了成键，使络合变为180 个核苷酸结合1分子链黑菌素。
2.4 抑制DNA模板功能的一类微生物药物的作用机制
2.5 干扰蛋白质生物合成
2.6 其它抗癌微生物药物的作用机理
• L-门冬酰胺酶通过分解L-门冬酰胺而抑制其 增殖。 • OK-432具有活化巨噬细胞，增强T细胞活 性，诱导干扰素的产生以及激发其它抗肿 瘤免疫功能。 • Bestatin降低细胞膜负电性，在有细胞增殖 抑制剂存在时强化对细胞DNA合成的抑制。
1.3.2 链黑菌素（又名链黑霉素） Streptonigrin Rufocromomycin
• 链黑菌素（streptonigrin，SN）是从 Strptomyces flocculus培养物中分离到的一种 氨基苯醌类抗肿瘤抗生素。
• 由Rao等在1963年通过化学分析法和质谱鉴 定并最终由Chiu和Lipscomb于1975年用X衍射法确证。分子结构中A、B和C环几乎 共平面，而D环与它们完全垂直。
• 从丰富的微生物代谢产物中寻找具有抗肿瘤作用 的生物活性物质的工作已有多年的历史，为了寻 找高效低毒的抗癌微生物药物，很多微生物如链 霉菌、真菌、细菌及海洋微生物等作为对象，进 行了大量筛选工作，所获临床有效的微生物药物 除个别外，几乎都是从链霉菌产生的。这类药物 的独特之处在于它们具有极其多样性的化学结 构．对这类药物的抗肿瘤活性的评价，将有助于 进一步设计出更好的抗癌药物。
N S
R
N H 2N
N
CH 3 HN
O HO OH O HO O
Tallysomycin A
R =
N H NH 2 N H N H O NH 2
NH 2
Tallysomycin B
R =
1.1.3 新制癌菌素（Neocarzinostatin)
• 含有肽或非肽发色团，由S.carzinostaticus F41产生的一个抗肿瘤蛋白质，由109个氨 基酸组成（分子量为10700） 。 • 对Hela细胞、Flow2000、NS-3细胞等有抗 肿瘤活性。 • 可作用于细胞膜引起DNA合成和细胞分裂 障碍。
• 培罗霉素（pepleomycin,PEP）：是在BLM 基础上发展起来的第二代BLM 产品，是在 BLM 的发酵过程中添加苯乙丙双胺前体定 向合成的。 • 泰莱霉素（talisomycin）被称为第三代博莱 霉素，其疗效比博莱霉素好，而毒副作用 较小。
O O NH 2 H N
O
NH 2 NH 2 N HO O O HO O H N N H N H N N H O OH OH O O NH2 H N H N O CH 3 HO CH 3 H 3C H2N OH O OH OH O S
1.3.1 丝裂霉素（Mitomycin C)
• 丝裂霉素是一类强效抗生素，于1950年由日本微生物学家 从Streptomyces caesoitosus的发酵培养物中发现。其 家族成员之一丝裂霉素C（mitomycin C，MC）。 • 由于丝裂霉素C对实体瘤具有广谱的抗肿瘤活性，已于上 世纪60年代被用于临床癌症化疗。 • MC是乳房、肺，前列腺癌症联合化疗的一种重要药物，也 是少数几种有效的抗结肠癌药物之一，并且是治疗表皮膀 胱癌所选择的药物之一和单一治疗非小细胞型肺癌的最具 活性的药物。
由甲醛分子介导的2：1 DNR-CGCGCG共价复合物的三维结构 箭头所示为甲醛分子介导的共价交链。 A：从DNA小沟所示；B：从DNA大沟所示。
另外一个蒽环类抗肿瘤抗生素诺加霉素（nogalamycin， Ng），它对DNA的嵌入模式跨越小沟和大沟。
图中红色所示为诺加霉素分子中的nogalose部分， 其嵌入在DNA小沟中；图中紫色所示为诺加霉素分 子中的氨基葡萄糖部分，其嵌入在DNA大沟中；金 黄色所示为诺加霉素的甙元部分。
1.来源、结构及抗癌活性
1.1 多肽和蛋白质类抗生素
1.1.1放线菌素D
• 放线菌素类(actinomycins，ActD)是一类含有环 肽的抗生素，结构中含有两条对称的五肽内酯环, 连接于一个吩恶嗪酮发色团，如图所示。
• 它也是最早用于临床的抗肿瘤抗生素。 • 自发现放线菌素对何杰金氏病有效后,人们开始从 微生物产物中寻找抗肿瘤药物。 • 至今,报道的放线菌素已有50种以上，临床上应用 的仅为放线菌素C和D。