紫杉醇

紫衫醇的抗癌机理及其应用一、概述二、紫衫醇的研究历史三、紫衫醇的作用机理四、紫衫醇的制备五、面临的问题一、概述1963年美国化学家瓦尼（M.C.Wani）和沃尔（MonreE.Wall）首次从一种生长在美国西部大森林中称谓太平洋杉（PacificYew）树皮和木材中分离到了紫杉醇的粗提物。在筛选实验中，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（AndreT.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（taxol）其外观为白色结晶体粉末，无臭、无味，微溶于睡，易溶于氯仿、丙酮等有机溶剂。分子式C47H51N014,结构式：紫杉醇是红豆杉属植物中的一种复杂的次生代谢产物,也是目前所了解的惟一一种可以促进微管聚合和稳定已聚合微管的药物。通过临床研究，紫杉醇主要适用于卵巢癌和乳腺癌，对肺癌、大肠癌、黑色素瘤、头颈部癌、淋巴瘤、脑瘤也都有一定疗效。迄今为止，国际市场上只有2种紫杉醇原料药：一种来自各种红豆杉树皮；另一种是从欧洲观赏紫杉枝条里提取出“10-浆果赤霉碱”，然后再经半合成而成，即多西他赛（多烯紫杉醇），其结构与天然提取紫杉醇十分相似。这两种原料药均为国际医药市场上的畅销原料药产品，并长期处于供不应求状态。在美国，紫杉醇注射剂（商品名：Paclitaxel）主要由百时美施贵宝独家生产，现已有大约二三家制药企业生产紫杉醇原料药和制剂，但该市场基本上为百时美施贵宝所垄断，其它几家企业生产的紫杉醇制剂销售额合计只及百时美施贵宝的一个零头。而多西他赛原料药和制剂则主要由法国普朗克公司以及英国、意大利等几家公司合作生产，以普朗克的产量最大。二、紫衫醇研究历史1、红豆衫简介红豆杉系红豆杉科红豆杉属常绿大乔木，全世界共有11种，我国5种，即东北红豆杉、红豆杉、南方红豆杉、云南红豆杉、西藏红豆杉。红豆衫在地球上已经有250万年的历史，由于红豆杉生长很慢，又有耐阴特点，分布地域较窄，加之人为盗伐，如今已近濒危边缘。一位研究紫杉醇的美国专家说，即使将世界上现有的红豆杉全部砍伐，所提取的紫杉醇也只能挽救12.5万癌症患者的生命。目前98%纯度的紫杉醇国际市场价格为每干克40至60万美元，我国纯度为70%的紫杉醇售价为160至180万元/千克，比黄金价格还要昂贵。2、紫衫醇的历史紫杉醇的研究最早溯源于1856年,德国科学家Lucas·H从欧洲红豆杉(T·baccata)的叶中提取到了粉末碱性物质,即紫杉碱(Taxine)[1]。但此后的100多年中进展缓慢，这主要有两个原因：首先，它的资源极其有限；其次，它的水溶性较差。1979年,爱尔伯爱因斯坦(Alber·Einstein)医学院的SusanHorwitz及其同事发现和报道了“紫杉醇”具有独特的微管活性,具有多种抗肿瘤作用,它能与微管蛋白质结合,形成稳定的稳管束,并使其被解聚,将癌细胞停止在G2晚期或M期,抑制细胞复制,阻止癌细胞增殖。美国FDA于1992年12月29日正式批准紫杉醇作为治疗晚期卵巢癌、肺癌、子宫癌等的治疗药物上市。美国癌症协会所长伯罗德(Brode)将紫杉醇誉为近15年来发现的最主要的抗肿瘤新药。近几年来,医学研究进一步发现紫杉醇除抗癌作用外,还有其他医疗效果。它可用来治疗若干种慢性炎症性疾病,如风湿性关节炎、牛皮癣、湿疹等,这将大大增加紫杉醇的应用领域及销售量。虽然紫衫醇是至今所知的最好的治疗卵巢癌和乳腺癌的药物，但其价格太昂贵，市场售价4800美元/克。并且它的自然资源--红豆衫和东非罗汉松（1999年测知含紫衫醇）都生长地十分缓慢，濒临绝迹且有效成分的含量非常低。人们开始致力于探索它的类似物。在所有紫衫烷类化合物中，与紫衫醇有相当抗癌活性的仅有多烯紫衫醇（紫衫特尔）。它不仅在抗癌活性上高于紫衫醇，还具有较好的生物利用度，更高的细胞内浓度，更长的细胞内驻留时间。相对于紫衫醇最大的有点是它较好的水溶性，这使它的针剂制备更为容易。但它无法从生物中提取，只能通过半合成方式合成。三、紫衫醇的作用机理微管在维持正常细胞功能，包括有丝分裂过程中染色体的移动、细胞形成的调控、激素分泌和细胞受体的固定等具有重要作用。微管蛋白是微管形成的重要基础。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，紫衫醇可使两者之间失去平衡，导致细胞在有丝分裂时不能形成纺锤体和纺锤丝，使瘤细胞不能分裂变大，从而抑制细胞分裂和增值，使癌细胞停止在G2和M期。紫衫醇改变了细胞的有丝分裂过程，使有丝分裂持续时间从0.5h增至15h，并抑制细胞分裂。这导致形成多核细胞，这些多核细胞继续回复到G1期，试图再次进行有丝分裂。直至死亡，进而起到抗癌作用。进一步的研究还发现紫杉醇还可调节体内的免疫功能，通过作用于巨噬细胞，导致癌坏死因子TNF-α受体（TNFR)的减少以及TNF-α的释放，还可以促进白细胞介质IL-1等及干扰素IFN-α、IFB-β的释放，对癌细胞起杀伤或抑制作用。血清中出现的一种能使多种肿瘤发生出血性坏死的物质，命名为肿瘤坏死因子（TNF)1985年Shalaby把巨噬细胞产生的TNF命名为TNF-α。可溶性TNFR：TNF结合蛋白（TNF-BP）是TNFR的可溶性形式。TNF-BP可与TNF特异结合，抑制TNF活性。HIV感染、肾功不全时以及肿瘤时可升高。四、紫衫醇的制备1、从天然红豆杉植物中提取近年来，国内外科研人员纷纷研究开发快速高效的紫杉醇提取方法，研发的重点集中在溶剂浸提、渗漉、超声提取等方面。中南大学化学化工学院满瑞林等科研人员应用超临界CO2流体萃取技术提取紫杉醇获得成功。验证得知浸膏中紫杉醇质量分数为1.12%，高于传统溶剂的浸提结果(0.87%)2、近年来，国内外在红豆杉人工栽培、紫杉醇化学合成与半合成、红豆杉细胞培养、真菌发酵、代谢工程方面的研究取得了很大进展，使紫杉醇的供需矛盾得到了一定程度的缓解，但是这些方法仍存在一定问题。五、面临的问题①提取紫杉醇的红豆杉树资源不足，又破坏生态环境，无法持续生产；红豆杉的种繁、栽培与扦插尽管可以解决优选、优育、高产的问题，但该种树生长非常缓慢。②化学合成与半合成则因紫杉醇的化学结构复杂、分子量相对较大，很难进行工业化生产。③细胞培养法则因为发酵周期长且新的高产细胞株选育耗时长，实现工业化生产仍有困难。④真菌发酵生产紫杉醇因真菌的紫杉醇含量仅有植物细胞的十万分之一,离生产的距离太远。利用组织培养技术对红豆杉细胞悬浮培养。直接分离得到紫杉醇，这是一条很有发展潜力的获取紫杉醇的途径，现已有9种红豆杉植物建立了细胞悬浮培养系统，培养技术的研究取得了很大进展。（1）由于紫杉醇本身是一种细胞生长的毒性物质,其量的积累愈多,对细胞增殖亦会产生愈强的抑制。（2）组织细胞培养生产紫杉醇尚未达到产业化应用水平，主要问题是细胞培养物生长速度慢,有效物质含量、成本高、大规模生产技术尚未过关等