紫杉醇

紫杉醇

摘要：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。在筛选实验红豆杉中，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。

关键词：紫杉醇，合成途径，用途

1. 紫杉醇的分子结构式为:C47H51NO14,是萜类环状结构的天然次生代谢物,是目前最有效的天然抗癌药物.根据方唯硕博士的研究成果,紫杉醇最早是从短叶红豆杉的树皮中分离出来的.是治疗转移性卵巢癌和乳腺癌的最好药物之一,同时对肺癌、食道癌也有显著疗效,对肾炎及细小病毒炎症有明显抑制。紫杉醇的抗癌机理是:它能与微量蛋白结合,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.

2.紫杉醇的合成途径

2.1 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的提取红豆杉属植物共11种，我国有4种及1种变种，它们分别是云南红豆杉、西藏红豆杉（又名喜马拉雅红豆杉）、中国红豆杉、东北红豆杉、南方红豆杉（又名美丽红豆杉）。由于这些植物数量极少，自身繁殖率低，生长缓慢，且紫杉醇的含量又极低（每千克干树皮最多只能得到50~150mg 的纯紫杉醇），生产1g紫杉醇需砍伐3~4棵60年树龄的大树。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，单纯靠从天然植物树皮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。但由于从树皮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.

2.2 人工栽培

Cociancichm发现在T.Media“Hicksii”和T.Media“ Hill ”的根中紫杉醇的含量高达0.08%~0.05%，至少是其它种属红豆杉属植物的4倍；同时，含有可作为紫杉醇半合成原料的BaccatinIII和

10-Deacetyl baccatinIII的含量分别为0.02%~0.06%和 0.03%~0.08%。由于这些植物是作为装饰植物被种植的，因而它们的栽培是很容易的，从工业上来讲，这些植物可通过大田种植，3年收割，从而为紫杉醇提供一个相对稳定和长期的来源。美国BMS公司于1991年种植了400 万株，以后每年种植1000万株.我国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。

2.3半合成

半合成法指的是将红豆杉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.由于BaccatinIII和10-Deacetyl baccatinIII在植物中的含量相对较高，因而半合成的研究工作主要集中在对这两种物质的研究上。 Mangatal等人采用的第一个方法研究结果不理想，他们选择的反应路线立体选择性和区域选择性都较差，但他们意外地从合成产物中发现了生物活性优于紫杉醇的紫杉醇衍生物Taxotere，其活性是紫杉醇的2.7倍，且通过化学修饰可以增强其亲水性，消除剂量限制表面活性剂，并可降低过敏性。他们的第二个方法获得了较大的成功，最终紫杉醇的总产率达到了38% 利用取代的β内酰胺。与相应的Baccatin衍生物缩合，可以以很高的产率得到紫杉醇，此外，Commercon 等人的合成方法也获得了较大的成功.半合成法可以更大限度地利用植物资源，但仍不能从根本上解决植物资源的匮乏问题。

2.4全合成

巨大的社会效益、经济效益和极为重要的学术价值吸引了全球范围内的40多个一流的研究小组从事紫杉醇的全合成工作。 1994年初，Holto和Nicolaou几乎同时宣告紫杉醇的全合成获得成功。二者的全合成工作完成的十分出色，但合成路线均太长，且中间步骤的收率又相差很大，导致紫杉醇的最终收率均很低。 Holto的方法紫杉醇总收率达到了2.7%，Nicolaou的合成路线虽具有较前者简明的优点，但其总收率却远远低于前者，仅为0.07%左右。因而目前来看，紫杉醇的化学全合成还仅具有研究意义，缺少商业价值。

2.5真菌发酵

Strobel等人发现，寄生于某种红豆杉上的真菌能产生紫杉醇，尽管其产率很低，仅24~ 50*10^-9g/L，但由于真菌的基因操作比植物容易得多，因而，有可能通过传统的方法和基因工程的方法来增加紫杉醇在真菌中的产量。另据报道，我国一制药公司的研究人员从中国红豆杉树皮中分离出一种真菌，使其重组诱变，通过菌种优化培养，紫杉醇和BaccatinIII在培养液中的浓度均达到2*10^-3g/L，有望实现产业化。

2.6 植物组织细胞培养

利用植物细胞来生产紫杉醇是目前紫杉醇研究的另一热点. 国内外学者对此均做了大量的工作，取得了丰硕的成果。

1989年美国农业部首先发现了红豆杉的植物细胞能够产生紫杉醇并获得了专利。美国的Phyton Catalytic公司取得此专利后，通过

多种优化手段使每升发酵液中可产生1~3mg的紫杉醇. 该公司1991 年宣称该方法可在2~5年内实现商业化。该公司的Smith等人通过分析许多种属的红豆杉愈伤组织中紫杉醇的含量后，发现我国出产的红豆杉（T.Chinensis ）培养出的愈伤组织中紫杉醇的含量远远高于其他国家出产的红豆杉所培养出的愈伤组织中的紫杉醇的含量。Phyton Catalytic公司利用T.Chinensis组织细胞培养，最终使得紫杉醇的含量达到了0.098%；日本一个研究小组也宣称他们用T.Breifolia 的愈伤组织得到了0.05%的紫杉醇。Fett-Neto的研究小组详细研究了T.Cuspidata的组织细胞代谢、生长和紫杉醇的产生情况，取得了较为系统的实验数据。

目前对于组织细胞培养的一些工艺条件，如外植体光照、会养基组成等因素对细胞培养及紫杉醇生产的影响已基本探清，正在研究反应器的放大技术和新的技术生长点，可望实现由红豆杉细胞培养生产紫杉醇。据报道，美国有关公司已具备生产4t 紫杉醇的技术，现正在进行20t规模的工业放大研究。

3.用途

3.1药理作用

微管是真桉细胞的一种组成成分．它是由两条类似的多肽(α和β)为单位构成的微管蛋白二聚体形成的。正常情况下，微管鹰白和组成微管的微管蛋白二聚体存在动态平衡。紫杉醇主要与β遥白N 端第3l位氨基酸和第217—231位氨基酸结合，促进微管蛋白聚合、微管装配，防止解聚，使微管稳定。导致细胞在有丝分裂时不能形成