精選天然抗癌藥物

1、天然抗癌藥物陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文第 頁天然抗癌藥物研究進(jìn)展紫杉醇齊強(qiáng)陜西理工化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院 應(yīng)化專業(yè)S1201班級，陜西 漢中 723000指導(dǎo)老師：曹小燕 摘要：癌癥是嚴(yán)重危害人類健康的一大頑固，近年來抗癌藥物的研究取得了較大的進(jìn)展。醫(yī)學(xué)界在尋求和使用抗癌藥物的同時，發(fā)現(xiàn)許多化學(xué)抗癌藥物在作用于靶細(xì)胞時往往累積正常細(xì)胞，且臨床上用語治療腫瘤的化學(xué)藥物大多數(shù)品種都有不同程度的致突變遺傳毒性，為此治療腫瘤的同時增加了病人患第二種腫瘤的可能性;但植物藥的遺傳毒性似乎不太明顯，說明中草藥在抗癌抗突變方面有獨特的優(yōu)勢和廣闊的應(yīng)用前景。本文介紹了紫杉醇的抗癌機(jī)制、常規(guī)制備方法、指出細(xì)胞發(fā)酵法是紫杉醇

2、綠色化生產(chǎn)的方向并對我國中藥領(lǐng)域如何與世界接軌進(jìn)行了思考。 關(guān)鍵詞：紫杉醇；天然抗癌藥物；抗癌機(jī)制；半合成法；植物細(xì)胞發(fā)酵法引言： 全世界60億人口中，每年約新增800萬癌癥患者，600多萬人死于癌癥，幾乎每秒鐘就有一名癌癥患者死亡。癌癥嚴(yán)重地威脅著人類的生命和健康，因此尋找有效的抗癌藥物成為研究的熱點?？拱┧幬镂锏难邪l(fā)是當(dāng)今的一個世界課題，特別是從天然產(chǎn)物中篩選抗癌新藥，已成為抗癌藥物研發(fā)的熱點。 天然植物中,有許屢次生代謝產(chǎn)物具有抗癌作用,如喜樹堿、長春花堿、三尖杉酷堿、秋水仙堿等1。紫杉醇(taxol)如右圖所示，是70年代由Wani等從短葉紅豆杉(Taxusbrevifolia)樹皮中

3、取出來的具有抗癌作用的天然產(chǎn)物2，目前已進(jìn)入第三期臨床試驗，是一非常有開展前途的抗癌藥物3,4。除紫杉醇外，從紅豆杉屬植物及同科的AustortxausPsicaat中還得到其它具有抗癌活性的生物堿及生物堿類化合物513。1 紫杉醇的臨床研究歷史早在1856年盧卡斯Lucas就從紅豆杉Taxusbaccata L的葉中提取粉末堿性局部，但之后的一百多年間進(jìn)展很慢，直到20世紀(jì)60年代光譜技術(shù)飛速開展才進(jìn)行比擬深入的研究。此間，日本和美國分別從東北紅豆杉和漿果紅豆杉中取得20多個新的紫杉烷類二萜化合物14,15。 1971年美國化學(xué)家 等從知葉紅豆杉Taxus breuifilia樹皮中別離出抗

4、癌活性紫杉烷二萜化合物“紫杉醇，它的化學(xué)結(jié)構(gòu)新穎，抗癌作用機(jī)理獨特，經(jīng)過臨床藥理和毒理實驗，證明紫杉醇對晚期卵巢癌、轉(zhuǎn)移性乳腺癌、黑色素瘤都有顯著療效，對難治性卵巢癌和轉(zhuǎn)移性乳腺癌的治愈率達(dá)33.7%，有效率達(dá)75%以上，對治療前列腺癌、胃腸癌、小細(xì)胞性和非小細(xì)胞性肺癌前景良好，是近年發(fā)現(xiàn)的最具抗癌效果的天然抗癌藥物16,17。紫杉醇臨床試驗始于1982年，1989年完成了期的臨床，1990年進(jìn)行期臨床，1992年12月29日美國FDA正式批準(zhǔn)其作為晚期卵巢癌、肺癌、子宮癌等藥物上市，該藥從申報到批準(zhǔn)只用了5個月時間，創(chuàng)造了美國新藥審批時間最短記錄。紫杉醇的上市立即成為全球性最熱點的抗癌新藥，

5、并預(yù)測是在今后10-15年內(nèi)抗癌的主要藥品之一18。2 紫杉醇的抗癌機(jī)制紫杉醇的抗癌活性源于它能作用于細(xì)胞分裂過程中形成紡錘體的微管蛋白1921。與常用的其它紡錘體毒物如阻止微管聚集的長春花堿22、ervaafmine23、秋水仙堿24等的作用相反。紫杉醇催化微管蛋白迅速合成微管并結(jié)合到微管上起穩(wěn)定和防止微管解聚的作用。這樣,紫杉醇的活性就表現(xiàn)在兩個方面,第一，對于迅速分裂的腫瘤細(xì)胞,紫杉醇“凍結(jié)有絲分裂紡錘體。從而使腫瘤細(xì)胞停止在G2期和M期，直至死亡；第二，紫杉醇抑制腫瘤細(xì)胞遷移。用紫杉醇處理的鼠成纖維細(xì)胞只能產(chǎn)生扁平足狀突起和絲狀假足，不能移動25。紫杉醇并非對所有的腫瘤細(xì)胞或株系都起作

6、用。細(xì)胞是否對它敏感,同細(xì)胞膜上是否存在磷酸化的135一KD糖蛋白有密切的聯(lián)系。非敏感的細(xì)胞有這種膜蛋白存在，敏感的細(xì)胞那么沒有。由于其為憎水結(jié)構(gòu),紫杉醇應(yīng)是以被動擴(kuò)散的方式進(jìn)入細(xì)胞。對不敏感的細(xì)胞，估計135-KD膜蛋白起一種將紫杉醇泵出胞外的作用26。3 使用紫杉醇帶來的自然資源問題 自從發(fā)現(xiàn)紫杉醇具有抗癌作用以后，全世界的紫杉被大量砍伐。而紫杉只生長在海拔三、四千米以上的高寒地區(qū)，生長緩慢，三、四十年樹的直徑只有十幾厘米。現(xiàn)在紫杉的資源已經(jīng)很少，如果繼續(xù)砍伐下去，紫杉就會滅絕。以目前的提取別離方法，這樣大的供給量無疑會威脅到紅豆杉和紫杉屬植物的長期存留和地區(qū)分布，因此，采用各種手段尋找紫

7、杉醇及其類似物的替代資源已成為當(dāng)前的研究熱點。4 紫杉醇的半合成法和植物細(xì)胞發(fā)酵法274.1 半合成法上世紀(jì)90年代研發(fā)出的以天然物質(zhì)脫?；鶟{果赤酶素10-deacetylbaccatin 簡稱10-DAB制造抗癌藥紫杉醇的主要成分C45H51NO14的半合成法就是比擬成熟的一種方法。 10-DAB取自歐洲大陸常見的歐洲紫杉的葉子及小樹枝，其別離過程并不會對樹木造成重大傷害。1990年的技術(shù)比起上世紀(jì)60年代末期起用的自太平洋紫杉樹皮別離僅含約0.0004%之paclitaxel而破壞200年才能長成之紫杉木的方式，已大幅降低對生態(tài)系統(tǒng)的不良影響。但是，半合成法的制造過程非常復(fù)雜，需要11道化

8、學(xué)轉(zhuǎn)換、7道別離步驟、使用13種溶劑、 13種有機(jī)試劑及其它物質(zhì)才能完成。而且，這種方法仍然要采用天然植物的葉子和樹枝，多少會對植物產(chǎn)生一定的破壞。4.2 植物細(xì)胞發(fā)酵法近年來BMS進(jìn)一步研發(fā)出利用最新植物細(xì)胞發(fā)酵法取得paclitaxel以制造紫杉醇的綠色化學(xué)技術(shù)，方法是培養(yǎng)一特定的紫杉細(xì)胞愈合組織，直接萃取其中paclitaxel，經(jīng)色層分析法純化與結(jié)晶法別離而成。和半合成法相比，新工藝沒有化學(xué)轉(zhuǎn)換，可免除6種中間產(chǎn)物的生成，也不需使用樹葉與樹枝，不會產(chǎn)生固體廢棄物。此外，新工藝免去10種溶劑與6道枯燥步驟，使能耗大大降低，同時亦可確保紫杉醇得以穩(wěn)定供給。這一方法目前已經(jīng)取得成功：植物細(xì)胞

9、可以大量培養(yǎng)，在工廠里用大的培養(yǎng)罐培養(yǎng)紫杉樹細(xì)胞，工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)紫杉醇，這種生產(chǎn)方式不受氣候、溫度、地理條件的限制，解決了藥物來源問題，使更多的癌癥患者得到及時的治療，因此，該法具有非常重要的現(xiàn)實意義。由于全世界的紅豆杉樹資源非常有限，植物細(xì)胞發(fā)酵法生產(chǎn)“紫杉醇不但能解決“紫杉醇的來源問題，而且能大大降低紫杉醇的生產(chǎn)本錢，澤惠于廣闊低收入癌癥病人?？拱┧幨巧镝t(yī)學(xué)界永遠(yuǎn)熱門的研究領(lǐng)域，其最高的境界是到達(dá)解決病痛又不會產(chǎn)生其它的副作用才算是真正的成功。紫杉醇的植物細(xì)胞發(fā)酵法集中了上述優(yōu)點成為2023年的熱門話題，因此BMS公司榮獲2023年美國總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎簡稱PGCCA的變更合成線路獎。5

10、 紫杉醇的生產(chǎn)現(xiàn)狀和開展方向28我國大約在10年前開始試產(chǎn)紫杉醇原料藥，從90年代至今，我國紫杉醇原料藥的產(chǎn)量與出口量逐年增加，現(xiàn)已成為世界主要紫杉醇生產(chǎn)國。2001年我國有關(guān)部門已與意大利PHYTOGENE公司達(dá)成合作意向，在華建立“注射級紫杉醇原料生產(chǎn)企業(yè)，其產(chǎn)品不僅可直接進(jìn)入歐洲和美國市場，還可出口至印尼、馬來西亞、泰國與新加坡等東南亞國家市場。此外，國產(chǎn)紫杉醇原料藥早已進(jìn)入我國香港、臺灣地區(qū)市場。紫杉醇原料藥幾年前因市場供不應(yīng)求，一度出現(xiàn)過每公斤45萬美元的天價比黃金還要貴1倍。此后，在高價吸引之下，包括南美洲的阿根廷、墨西哥、亞洲的印度與韓國等國家都參加到紫杉醇出口國行列，據(jù)悉，由于

11、紫杉醇產(chǎn)量增加，出口競爭日趨劇烈，2023年國際市場上紫杉醇平均價格只有22萬美元左右我國2023年秋季廣交會上99.5%純度紫杉醇只賣19萬美元/公斤 。盡管目前國際市場上紫杉醇貨多價跌，但它仍是一種富有朝氣的天然抗癌藥，因為迄今為止還沒有一種天然抗癌藥的臨床效果能超越紫杉醇。我國的華茵生物工程公司于1994年開始，開展了生產(chǎn)抗癌藥“紫杉醇的工業(yè)菌種課題研究，經(jīng)過六年努力攻關(guān)，終于獲得了“紫杉醇的高產(chǎn)菌株P(guān)hargen AA-013。該工程現(xiàn)已完成搖瓶、發(fā)酵、工藝研究，樣品純度達(dá)98.5%，有關(guān)工程檢測與現(xiàn)成標(biāo)準(zhǔn)品一致。經(jīng)體外試驗說明該品對卵巢癌、肺癌及白血病等細(xì)胞具有顯著的抗腫瘤活性。專家

12、認(rèn)為利用該菌株進(jìn)行“紫杉醇發(fā)酵提取工藝研究，已到達(dá)同類研究的國際先進(jìn)水平。我國的中科院昆明植物研究所在10L反響器中得到紫杉醇含量最高為0.056%。紫杉細(xì)胞培養(yǎng)規(guī)模已達(dá)100L，呈現(xiàn)實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的可能性。天津大學(xué)的生產(chǎn)量到達(dá)24mg/L培養(yǎng)液一個培養(yǎng)周期。清華大學(xué)化工系生物化工研究所通過固液兩步培養(yǎng)法可以在4周內(nèi)獲得20g/L干物質(zhì)，利用代謝調(diào)控技術(shù)在23天內(nèi)將紫杉醇的含量提高到0.063%左右，這一技術(shù)已經(jīng)到達(dá)世界先進(jìn)水平。野生紅豆杉資源奇缺，生長緩慢，人工馴化難，由于紫杉醇含量低，提煉本錢大，加之掠奪性收取樹皮，因此尋求一種解決資源問題的工作已經(jīng)十分迫切。美國、加拿大等國已經(jīng)在上世紀(jì)九

13、十年代初立法進(jìn)行保護(hù)，以免紅豆杉樹因紫杉醇而被掠奪式采伐。1995年我國公布了?野生植物保護(hù)條例?，將野生紅豆杉列為國家一級保護(hù)植物，紅豆杉樹相當(dāng)于“植物界的大熊貓。目前，我國紫杉醇藥物的生產(chǎn)還主要以破壞紅豆杉資源為途徑，故在此呼吁國內(nèi)更多的研究機(jī)構(gòu)盡快轉(zhuǎn)變研究方向，采用與世界興旺國家接軌的生物合成法生產(chǎn)紫杉醇，為我國及至世界的癌癥患者帶來福音，為人類的綠色環(huán)保做出奉獻(xiàn)！參考文獻(xiàn)1方唯碩.紫杉醇的化學(xué)研究J.中國藥學(xué)雜志,1994.29(5):259-262.2Nicolaou Ke,Yang Z,Liu J,eta1.Synthesis of TaxolJ.Nature,1994.367(6

14、4):630. 3Gragg GM,Saul AS,Matthew S.eta1.The taxiolsupply crisis;New NCI polices for handing the large-scale production of novel natural product anticancer and antiHIVJ.Jat Prod,1993. 56(10):16571668.4Ketchum R E B,Gibson D M.Paclitaxel production in suspension cell cultures of TaxusJPlant Cell,Tiss

15、ue and Organ Culture,1996.46(1):916.5翁開敏,賀全山.紫杉醇研究概況J.海峽藥學(xué),2023.14(2):57. 6王德強(qiáng),王曉玲.南方紅豆杉愈傷組織誘導(dǎo)研究J.合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2023.28(4):394397.7胡 凱,祝順琴,談 鋒,等.曼地亞紅豆杉愈傷組織誘導(dǎo)和繼代培養(yǎng)中抑制褐化的研究J西南師范大學(xué)學(xué)報,2023.29(4):659663.8Jha S,Sanyal D,Ghosh B,eta1.Improved taxol yield in cell suspension culture of Taxus wallichiana(Himalayan

16、 yew)J.Planta Media,1998.64(3):27O一272.9GoleniowskiMarta ECell lines of Taxus species as SOurce of anticancer taxolcallus culture of Taxus bacca.And TaxusmediaJ.Biocel1,2000.24(2)8:139144.10Hirasuna TJ.Pestchanker LJ.Srinivasan B.eta1.Taxol production in suspension cultures of Taxus baccataJ.Plant C

17、ell Tiss Org Cult,1996.4:95102.11Wang HQ.Zhong JJ.Yu JT.Enhanced production of taxol in suspension of Taxus chinensis by controlling inoculun sizJ.Biotechnol Lett,1977.19(4):353355.12Hyungkyoon C.Sangic K,Joosun S.eta1.Enhancement of paclitaxel production by temPheature shift in SUS-pension culture

18、of Taxus chinensisJ.Enzyme and Microbial Technology,2000.27(8)：59359813甘煩遠(yuǎn),鄭光植,彭麗萍等.云南紅豆杉細(xì)胞的懸浮培養(yǎng)J.植物生理學(xué)報,1997.23(1):4346.14Fett N A G,Penning J J,Dicos mo F.Effect of white light on taxol and baccatin accumulation in cell cul-tures of Taxus cuspidate Sieb.And ZuccJ.Journal of Plant Physiology,1995.1

19、46(56):584590.15Eisenerich W .Menhard B.Hylands P,eta1.Studies on the biosynthesis of taxol:The taxane carbon skeleton is not fo mevalonoid originJ.Proc Natl Acad Sci USA,1996.93:431436.16Fleming PE,mocek U,Floss HG.Biosynthesis of Taxoids:mode of formation of the Taxol side chainJ.J AM Chem Soc,199

20、9.115:805807.17FettNero A G,Melasan S J,Nicholson S A,eta1.Improved taxol yield by aromatic carboxylic acid and a mino acid feeding to cell culture of taxus cuspidateJ.Biotech Bioeng,1994.44(8)：967971.18吳曉云,奇云.抗腫瘤新藥紫杉醇研究進(jìn)展J.中國生化藥物雜志,1996.17(3):131-4.19陳永勤,朱蔚華,吳蘊祺等.前體化合物與化學(xué)導(dǎo)子對云南紅豆杉細(xì)胞生長和產(chǎn)生紫杉醇的影響J.湖北大學(xué)學(xué)報,2000.22(1):9194.20吳奇君,梅興國,周忠強(qiáng).果糖和前體物質(zhì)對紫杉醇生物合成的影響J.生命科學(xué)研究,2001.5(2):146148.21Mirjalili N.Linden J C.Methyl jasmonate induced production of taxol on suspension cultures of Taxus cuspidate ethyle