虫草活性成分虫草素临床应用研究进展

虫草活性成分虫草素临床应用研究进展王成明1,李磊2,杨亲正1(1山东轻工业学院食品与生物工程学院,山东济南250353;2山东大学环境科学与工程学院,山东济南250100)摘要:综述了延缓虫草素快速代谢的三类方法:附加防止脱氨基的侧链基团、与腺苷脱氨抑制剂联合应用、采用纳米材料包埋及其研究进展,指出选用新型材料,采用纳米技术包埋虫草素是解决虫草素快速代谢问题的很好的方法。关键词:天然药物;虫草素;腺苷脱氨酶;快速代谢;临床应用TheResearchProgressofClinicalApplicationofCordycepin-theMainActiveConstituentsofCordcepsMilitarisWANGCheng-ming1,LILei2,YANGQin-zheng1(1FoodandBioengineeringDepartmen,tShandongInstituteofLightIndustry,ShandongJinan250353;2SchoolofEnvironmentalScienceandEngineering,ShandongUniversity,ShandongJinan250100,China)Abstract:Thewaysofdeferringthefastmetabolismofcordycepinweresummarized:addingaside-chaingrouptopreventthedeamination,jointapplicationwithadenosinedeaminaseinhibitorandembeddedwithnano-materialsandtheirresearchprogress.Itwasfoundthatembeddingcordycepinwithnewmaterialsbynanotechnologywasagoodwaytodefer-ringthefastmetabolismofcordycepin.Keywords:naturalmedicine;cordycepin;adenosinedeaminase;fastmetabolism;clinicalapplication现代疾病不断威胁着人类健康,药物治疗是治疗疾病的主要手段[1]。所用的药物中,化学药物以其成分明确、起效快、易于产业化等优点而被广泛应用,但也存在毒副作用大、易产生抗药性及药源性疾病、生产过程污染环境等问题[3];天然药物以其副作用小、疗效确切、绿色环保等[1],成为科学家的研究热点。天然药物有原生药、粗提物和有效成分三种形式[2]。其中有效成分的提取分离是目前研究的重点。虫草素是自天然药物虫草中提取的有效成分,具有抗肿瘤、抗病毒、抗真菌、免疫调节等众多生物活性和药理作用[4],对临床很多疾病都有潜在的治疗作用,具有广阔的应用前景。但在虫草素临床前期研究中发现,体内腺苷脱氨酶(adenosinedeami-nase,ADA)作用使其快速脱氨基转化为3’-脱氧肌苷,从而失去药效[5]。这大大限制了其作为治疗药物的开发。因此,找到延缓虫草素体内快速代谢的有效方法,才能充分发挥其生物作用,使其早日应用于临床。1延缓虫草素快速代谢的方法目前已报道的解决方法可概括为三类:①附加防止脱氨基的侧链基团;②与ADA抑制剂联合应用;③采用纳米材料包埋。1.1虫草素衍生物的研究虫草素的磷酸化聚合物,如(3’dA2’p)2(3’)dA,在24h内能抑制50%细胞的生长,抑制98%的细胞增殖分化。组织培养物中该聚合物的色谱分析表明,在近2h的半衰期内它可水解为二磷酸及一磷酸形式,然后脱氨基,细胞外无虫草素存在。但在2’-deoxycoformycin(2’-dCF,ADA抑制剂)存在时,可测得高浓度的虫草素,且(3’dA2’p)2(3’)dA对DNA、RNA合成的抑制作用及毒性作用比单独使用可增强5~10倍,几乎与ADA抑制剂下的虫草素效能相同[6]。该聚合物虽然可以相对延长作用时间,但因其先由3’-dA磷酸化后再进行聚合需要大量的能量以及还需ADA抑制剂来延缓其代谢,使其不能作为虫草素的替代物而被实际应用。此外还有N.VanderHeyden[7]等于1989年研究过的3’-a-mino-3’-deoxyad-enosine三磷酸和DFSmee[8]随后用于抗病毒实验的3’-氟化物(3’-fluro-3’-d-eoxyadenosine)等虫草素衍生物,都可以代谢为虫草素发挥药理作用。但研究表明,尽管在虫草素的结构上附加某些侧链基团可以延缓其代谢,却仍然不能完全阻断脱氨基作用,维持其体内浓度的最好办法是使用ADA抑制剂。1.2虫草素与ADA抑制剂的联合应用综合文献报道,目前使用最多的ADA抑制剂是2’-duff,经过20多年的研究开发,于2002年由FDA正式批准成为药物,主要用于白血病,尤其是毛细胞性白血病的治疗。RodmanLE[9]等进行了虫草素与2’-dCF联用的Beagle狗体内毒性实验,发现每天一次静脉注射2’-dCF(0.25mg/kg)连续3天可完全抑制ADA的活性,且在3天的注射期及最后一次注射后120h内该抑制作用能有效维持。此外,该实验结果还显示单纯注射虫草素未见药物相关的毒性反应,而虫草素(8mg/(kg·d))与dCF(0.25mg/(kg·d))以最大耐受剂量静注并用时,出现严重的胃肠道毒性和骨髓抑制,但这些副作用都是剂量限制因素,大多数在30天内可恢复。这种毒性副反应的可逆性初步肯定了虫草素与2’-dCF联合应用于临床的实际价值,如果在人体耐受剂量下,两者的联用能发挥理想的药理作用,将极具开发意义。两者联用的药理实验正在进行。KocY[10]等发现,在ADA抑制情况下经虫草素处理的TdT+白血病细胞会经历典型的与药物诱导相关的凋亡改变。Suger[11]等在研究虫草素对侵入型念珠菌的抗真菌活性时发现,用ADA抑制剂和虫草素同时经腹腔注射可明显延长小鼠存活时间和降低小鼠肾脏中的CFU(colonyformingunit)。KodamaEN[12]在体外实验研究证实,2.5μM的2’-dCF即可抑制ADA对虫草素介导的毒性作用的影响,并且进一步证实TdT+白血病细胞对虫草素的毒性作用较TdT-白血病细胞更敏感。建立在一系列体外实验结果的基础上,美国波士顿大学医学中心对虫草素与2’-dCF联用治疗TdT+白血病的研究已进入了III期临床试验阶段。另外,Rotten-berg[13]等通过小鼠模型,研究了虫草素对锥虫病的治疗效果,结果表明虫草素和ADA抑制剂联用对患有锥虫病的小鼠表现出很好的治疗效果,认为虫草素在治疗非洲人类锥虫病方面将发挥重要作用。尽管ADA抑制剂是维持虫草素体内有效浓度的最好方法,但由于腺苷脱氨酶本身在人体中广泛存在,且其具有极其重要的生理功能,一旦缺乏会造成核酸代谢产物的异常累积,致使T、B淋巴细胞发育不全,功能障碍,从而导致严重的细胞、体液免疫缺陷。因此,如何在低毒副作用的前提下,解决虫草素的快速代谢问题成为当务之急。1.3采用纳米材料包埋虫草素研究采用纳米材料包埋,可使虫草素在包埋材料的保护下,避免过早脱氨基。对于此方向的研究,也成为解决虫草素的快速代谢问题一个新的突破口。本课题组[14-16]利用离子交换插层技术成功制备了虫草素/层状双氢氧化物(LDH)纳米胶囊,体外细胞实验结果显示,虫草素/LDH纳米胶囊能够很好地抑制U937肿瘤细胞的生长,诱导细胞凋亡,而虫草素/LDH纳米胶囊中,虫草素生物活性未受到影响,而且由于LDH有效地防止腺苷脱氨酶对虫草素的降解,大大降低了虫草素的剂量,当虫草素浓度为0.063mg/mL时,虫草素/LDH纳米胶囊对U937肿瘤细胞抑制百分率是相同浓度虫草素抑制百分率的3.185倍。该研究中,虫草素/层状双氢氧化物(LDH)纳米胶囊的粒径及表面特性有待于优化,以提高其生物相容性,并使其在体内特异性分布,降低药物对正常器官的毒害;药物的包埋效率和稳定性有待提高;为实现药物可控释放,仍需要对药物的组成、结构和性质进行调节。此外,由于只进行了体外细胞实验的初筛,还需要进一步的体内实验研究来确定该药物载体的药效、药物释放效果和生物适应性。同时筛选新型包埋材料,也是此研究的重要方向。2展望选用新型材料,采用纳米技术包埋虫草素是解决虫草素快速代谢问题的很好的方法。筛选新型包埋材料,如有较好细胞亲和性的脂质体,并对其自身改进而获得高效、安全、靶向的虫草素纳米包埋物,进一步提高虫草素的治疗效果。另外,探索新的药物包埋方式,如将药物和包埋材料制成配合物或将药物以溶液形式包埋等,也是一类新的探索方向。这些研究都将有效促进虫草素开发和临床应用,同时可将我们的研究应用于其他功能性生物分子,充分发挥它们的生物功能,克服易降解转化、所需剂量大、成本高等问题。因而对新型药物制剂的研发具有重要的实际应用价值。参考文献[1]杨卫东.返朴归真回归自然-21世纪民族医药的展望[J].中国民族医药杂志,2008,2(2):74-75.[2]熊增芳,韵海霞等.天然药物的开发及应用前景[J].安徽农学通报,2007,13(20):81-83.[3]李志翔.天然药物制药的发展前景[J].中学生物学,2007,23(9):7-8.[4]HoGyoungKim,BhushanShrestha,SoYeonLim,eta.lCordycepininhibitslipopolysaccharide-inducedinflammationbythesuppressionofNF-κBthroughAktandp38inhibitioninRAW264.7macrophagecells[J].EuropeanJournalofPharmacology,2006,545:192-199.[5]李婧.虫草素的体内代谢特点及药理作用[J].国外医学中医中药分册,2005,27(5):283-285.[6]李婧.虫草菌素(cordycepin)研究进展[J].美国中华健康卫生杂志,2005,8(3):27-30.[7]VanderHeydenN,RodiC,RatnerL,eta.lAIDSResHumRetrovir-uses,1989,5(6):647-653.[8]SmeeDF,MorrisJL,BarnardDL,eta.lAntiviralRes,1992,18(2):151-162.[9]RodmanLE,FamellDR,CoyneJM,eta.lToxicityofcordycepinincombinationwithadenosinedeaminaseinhibitor2’-deoxycoformycininbeagledogs[J].ToxiclApplPharmaco,l1997,147(1):39-45.[10]KocY,UrbanoAG,SweeneyEB,eta.lLeukemia,1996,10(6):1019-1024.[11]SugarAM,McCaffreyRP.Antifungalactivityof3’-deoxyadenosine(cordycepin)[J].AntimicrobialagentsandChemotherapy,1998,42(6):1424-1427.[12]KodamaEN,McCaffreyRP,YusaK,eta.lBiochemicalPharmacolo-gy,2000,59(3):273-281.[13]RottenbergME,MasochaW,FerellaM,eta.lTreatmentofAfricantrypanosomiasiswithcordycepinandadenosinedeaminaseinhibitiorsinamousemodel[J].JInfectDis,2005,192(9):1658-1665.[14]陈望化,杨亲正等.虫草素/LDH纳米复合物对U9