抗腫瘤抗生素課件

抗腫瘤抗生素抗腫瘤抗生素1一些常見抗腫瘤藥物對DNA作用的順序特異性

藥物名稱作用后的產(chǎn)物DNA作用靶序列嵌入型藥物：柔紅霉素/阿霉素柔紅霉素/阿霉素WP401阿克拉霉素諾加霉素放線菌素D

非共價型復合物G-N2位加合物G-N2位加合物非共價型復合物非共價型復合物非共價型復合物

CG（A/T）CGCCGGCG（A/T）（C/T）GGC或GT雙嵌入型藥物：丙霉素刺霉素

復合物復合物

（A/T）CG（A/T）（A/T）CG（A/T）小溝結合物偏端霉素A倍癌霉素

復合物A-N3加合物

～5（A/T）bp～4（A/T）bp共價結合型藥物：光神霉素絲裂霉素C

G-N2位加合物在兩個G-N2位間交聯(lián)

CG富含G區(qū)DNA斷裂藥物：博萊霉素培洛霉素

H’斷裂H4’斷裂

GT，GCGT，GC一些常見抗腫瘤藥物對DNA作用的順序特異性藥物名稱作用后的2一些作用于DNA

鳥嘌呤N2的抗腫瘤抗生素的機制

A：柔紅霉素/阿霉素；B：Cyanomorpholinyl阿霉素；C：Barminomycin，次紅霉素；D：恩霉素；E：絲裂霉素；F：Ecteinascidin，Et一些作用于DNA

鳥嘌呤N2的抗腫瘤抗生素的機制A：柔紅霉3DNA的立體模型（A），以及一些藥物

對DNA小溝處堿基的作用模式（B）

從廣義的角度看，DNA可以看作是抗腫瘤藥物的大分子受體，而大多數(shù)抗腫瘤藥物對DNA的攻擊是其小溝部分。/ydfxfz/DNA的立體模型（A），以及一些藥物

對DNA小溝處堿基的作4第一節(jié)蒽環(huán)類抗腫瘤抗生素---一、柔紅霉素和阿霉素

第一節(jié)蒽環(huán)類抗腫瘤抗生素---一、柔紅霉素和阿霉素5阿克拉霉素A和B的化學結構阿克拉霉素A和B的化學結構6柔紅霉素和阿霉素的作用機制對柔紅霉素和阿霉素的作用機制研究發(fā)現(xiàn)，其與DNA的嵌入形成2：1的DNR-CGTACG復合物，并確定了蒽環(huán)類抗生素結構中的三個功能部分：1）嵌入（環(huán)B-D）；2）A環(huán)的錨鏈（如C9-OH）；3）氨基糖;每一部分對生物學功能起著重要的作用。另外一個重要的發(fā)現(xiàn)是：甲醛分子能夠使這類藥物將藥物分子中柔毛霉胺的N3與DNA分子中鳥嘌呤N2進行共價結合.柔紅霉素和阿霉素的作用機制對柔紅霉素和阿霉素的作用機制研究發(fā)7由甲醛分子介導的2：1DNR-CGCGCG共價復合物的三維結構

箭頭所示為甲醛分子介導的共價交鏈。

A：從DNA小溝所示；B：從DNA大溝所示。

由甲醛分子介導的2：1DNR-CGCGCG共價復合物的三維8另外一個蒽環(huán)類抗腫瘤抗生素諾加霉素（nogalamycin，Ng），它對DNA的嵌入模式跨越小溝和大溝.

圖中紅色所示為諾加霉素分子中的nogalose部分，其嵌入在DNA小溝中；圖中紫色所示為諾加霉素分子中的氨基葡萄糖部分，其嵌入在DNA大溝中；金黃色所示為諾加霉素的甙元部分。另外一個蒽環(huán)類抗腫瘤抗生素諾加霉素（nogalamycin，9二、雙嵌入類化合物對柔紅霉素的結構改造，合成了雙柔紅霉素類化合物WP631和WP652，其具有比柔紅霉素和阿霉素更強的生物活性（化學結構如圖所示）。這兩種雙柔紅霉素類化合物嵌入DNA的模式不同：WP631優(yōu)先嵌入到具有CG(A/T)(A/T)CG的一個六核苷的順序中，并在兩個甙元之間包裹四個堿基對；而WP652與一個四核苷順序結合，如PyGTPu。二、雙嵌入類化合物10

雙柔紅霉素類化合物WP631和WP652的化學結構雙柔紅霉素類化合物WP631和WP652的化學結構11雙柔紅霉素類化合物與DNA的結合模型A：WP631-ACGTACGT復合物；B：WP652-TGTACA復合物雙柔紅霉素類化合物與DNA的結合模型12丙霉素A和刺霉素的化學結構丙霉素A和刺霉素的化學結構13丙霉素A與DNA的嵌入模式丙霉素A與DNA的嵌入模式14三、蒽環(huán)類抗生素的其他一些作用機制一般地，蒽環(huán)類抗生素對DNA和RNA具有較高的親和力，因此認為這類抗生素通過將其分子非極性插入到DNA雙螺旋的堿基來發(fā)揮抗腫瘤的作用，故也稱之為如上所述的嵌入型DNA結合機制。但根據(jù)對這類抗生素的結構、理化特性和毒副作用的研究，發(fā)現(xiàn)還有一個重要的作用機制：線粒體作為亞細胞作用靶位。其可能通過以下機制來影響線粒體。三、蒽環(huán)類抗生素的其他一些作用機制151、與脂質(zhì)的親和力對這類抗腫瘤抗生素心臟毒性的研究表明：其細胞毒性的主要作用靶位是線粒體膜。在線粒體的內(nèi)膜富含心磷脂（cardiolipin，CL），阿霉素與這種物質(zhì)的親和力比磷脂酸高80倍。在線粒體膜上存在有很多具有一定功能的酶，如NADH脫氫酶、細胞色素C氧化酶和細胞色素C還原酶等，這些酶功能的正常發(fā)揮需要一定量的心磷脂。因此，當蒽環(huán)類抗生素與膜上的心磷脂結合后，就在不同程度上影響了這些酶的功能，這就是所謂的群集活性（clusteringactivity）。1、與脂質(zhì)的親和力對這類抗腫瘤抗生素心臟毒性的研究表明：其細16阿霉素的群集活性，即其與心磷脂結合后影響線粒體復合物I－III，其作用模式可以是：阿霉素－心磷脂（雙磷脂酰甘油）復合物與酶促復合物I－III移動在一起（a）；也可以是：阿霉素－心磷脂（雙磷脂酰甘油）復合物與酶促復合物I－III分開（b）。這兩種情況下，酶活性都受到抑制。阿霉素的群集活性，即其與心磷脂結合后影響線粒體復合物I－II172、鈣濃度與膜去極化

體外研究表明：在一定的鈣濃度下，線粒體起著鈣儲存的作用從細胞質(zhì)收集，蒽環(huán)類抗生素具有影響穩(wěn)態(tài)鈣濃度的作用。這種作用模式使阿霉素保持為一種弱的氧化劑，來氧化蛋白質(zhì)上關鍵的巰基（這種蛋白為鈣離子傳運通道或孔）。確實，巰基還原劑能夠保護鈣離子外排。蒽環(huán)類抗生素對鈣穩(wěn)態(tài)影響的分子機制似乎又是自由基調(diào)節(jié)機制。自由基也損壞通過肌質(zhì)網(wǎng)對鈣的收集。2、鈣濃度與膜去極化

體外研究表明：在一定的鈣濃度下，線粒體183、金屬離子的絡合

實驗表明：在有DNA存在時，ADR－Fe＋3復合物顯著地刺激從H2O2產(chǎn)生羥基自由基。這與觀察到的ADR-Fe鰲合物與DNA形成穩(wěn)定的三元復合物相一致，這種三元復合物本身就是一種活化的氧化還原催化劑。ADR-Fe＋3復合物存在的情況下，自由基的形成也對真核細胞血影膜（ghostmembrance）進行氧化破壞。Gianni等的研究表明：ARD-Fe＋3復合物的循環(huán)降低分子氧。隨著Fe＋3還原成Fe＋2，形成一種阿霉素自由基，其可能介導藥物的毒性作用。3、金屬離子的絡合

實驗表明：在有DNA存在時，ADR－Fe19

阿霉素與一種普通金屬離子之間形成

的雙復合物（a）和單復合物（b）

阿霉素與一種普通金屬離子之間形成

的雙復合物（a）和單復合204、自由基的誘導在1970年至1980年間，人們開始認識到阿霉素的心臟毒性并非其本身的結構所致，而是由于在體內(nèi)被還原成為半醌自由基。該自由基在厭氧條件下相當不穩(wěn)定，它很容易地將氧還原成為超氧化物，超氧化物離子可以進一步使脂質(zhì)過氧化。超氧化物將啟動導致產(chǎn)生活性.OH和H2O2的級聯(lián)放大反應。這些自由基都涉及到對細胞的損傷，包括DNA的斷裂、DNA－蛋白的交鏈，以及蛋白質(zhì)的破壞。由于心臟組織中基本不存在具有解毒作用的酶類，因此，其毒性往往比其他組織要大。另外，蒽環(huán)的氧化還原循環(huán)抑制了谷光苷肽超氧酶的活性.4、自由基的誘導在1970年至1980年間，人們開始認識到阿21蒽環(huán)類氧化還原循環(huán)以及由此產(chǎn)生自由基的過程蒽環(huán)類氧化還原循環(huán)以及由此產(chǎn)生自由基的過程22多重作用機制:蒽環(huán)類抗腫瘤抗生素進入胞內(nèi)與線粒體發(fā)生交互作用后，引起一系列的生物學效應：一是導致細胞色C的釋放，其誘導細胞發(fā)生調(diào)亡；二是產(chǎn)生自由基，導致脂質(zhì)過氧化、DNA斷裂和蛋白質(zhì)破壞，以及鈣離子釋放；三是與金屬離子形成復合物，導致自由基的產(chǎn)生；四是與脂質(zhì)發(fā)生交互作用，導致膜結構的改變和某些酶的抑制；五是抑制某些酶的活性。多重作用機制:蒽環(huán)類抗腫瘤抗生素進入胞內(nèi)與線粒體發(fā)生交互作用23蒽環(huán)類抗腫瘤抗生素的生物學效應和分子作用機制

蒽環(huán)類抗腫瘤抗生素的生物學效應和分子作用機制24第二節(jié)絲裂霉素C

絲裂霉素是一類強效抗生素，于1950年由日本微生物學家從Streptomycescaesoitosus的發(fā)酵培養(yǎng)物中發(fā)現(xiàn)。其家族成員之一絲裂霉素C（mitomycinC，MC）。由于絲裂霉素C對實體瘤具有廣譜的抗腫瘤活性，已于上世紀60年代被用于臨床癌癥化療。MC是乳房、肺，前列腺癌癥聯(lián)合化療的一種重要藥物，也是少數(shù)幾種有效的抗結腸癌藥物之一，并且是治療表皮膀胱癌所選擇的藥物之一和單一治療非小細胞型肺癌的最具活性的藥物。第二節(jié)絲裂霉素C

絲裂霉素是一類強效抗生素，于1950年25絲裂霉素類的化學結構

絲裂霉素類的化學結構26一、絲裂霉素通過與DNA交聯(lián)，作為一種強效的細胞毒損傷物質(zhì)早期的分子藥物學關于MC的研究揭示了這類抗腫瘤抗生素的一種特殊能力：MC和該族化合物的其它成員能夠使DNA鏈產(chǎn)生交聯(lián)。盡管DNA被一些簡單的化學合成雙功能烷化劑交聯(lián)的現(xiàn)象提早兩年已被發(fā)現(xiàn)，但絲裂霉素卻是具有這種功能的唯一一種天然抗生素。關于絲裂霉素具有這種烷化作用的證據(jù)已被確證。例如：伴隨著交聯(lián)，藥物分子只結合在一條DNA鏈上。絲裂霉素主要是作為一種DNA復制抑制劑而發(fā)揮抗細胞活性已被證實,很多證據(jù)揭示，這種抑制基本上是由MC誘導的交聯(lián)造成的。

一、絲裂霉素通過與DNA交聯(lián)，作為一種強效的細胞毒損傷物質(zhì)27二、生物還原性藥物活性：

絲裂霉素C作為原型起作用在Lyer和Szybalski的經(jīng)典論文中（1964）第一次描述了有關MC分子機制的另一個獨特的特征是：DNA交聯(lián)和烷化活性需要還原醌，這才使得藥物轉化為高活性的烷基化形式。這種特性被認為在癌癥化療中很重要。相對于生長在有氧環(huán)境下的細胞，MC和甲基絲裂霉素對培養(yǎng)在缺氧條件下細胞有選擇性細胞毒性，這可通過O2抑制絲裂霉素的還原活性來解釋。這些發(fā)現(xiàn)使人們得到這樣一個假設：絲裂霉素擁有獨特的抗腫瘤選擇性，即作用于于實體瘤的缺氧區(qū)，這些區(qū)域通常對放射治療和其它需氧治療有抗性。二、生物還原性藥物活性：

絲裂霉素C作為原型起作用在Lyer28三、由MC導致的DNA烷化和交聯(lián)的機制

DNA交聯(lián)劑是癌癥化療藥物的重要成員，最好的例子是合成藥物苯丁酸氮芥、氮芥、卡氮芥，以及環(huán)磷酰胺等。與合成藥物相比，MC是這類化合物中唯一的天然來源的物質(zhì)，有更復雜的化學結構和作用機制。MC的復雜性提供了很好的機會來研究它的結構、還原機制、DNA損傷、生物活性等與化療效應之間的關系。三、由MC導致的DNA烷化和交聯(lián)的機制29MC的還原活化途徑以及通過活化的絲裂霉素對DNA進行交聯(lián)的機制

MC的還原活化途徑以及通過活化的絲裂霉素對DNA進行交聯(lián)的機30KW-2149與BMS-181174的化學結構

以及經(jīng)谷胱苷肽活化的機制

KW-2149與BMS-181174的化學結構

以及經(jīng)谷胱苷31FR900482和FR66979的還原活化機制

FR900482和FR66979的還原活化機制32絲裂霉素C與DNA單功能和雙功能

活化形成加合物的機制

絲裂霉素C與DNA單功能和雙功能

活化形成加合物的機制33由MC在對DNA引起交聯(lián)時的兩步反應

由MC在對DNA引起交聯(lián)時的兩步反應34活化形式的MC中C-10氧原子與DNA之間的

CpG順序－特異性的H-鍵

箭頭指向作為共價反應靶位的鳥嘌呤活化形式的MC中C-10氧原子與DNA之間的

CpG順序－特35MC單加合物存在下，專為CG-CG序列交聯(lián)

MC單加合物存在下，專為CG-CG序列交聯(lián)36

單烷化的MC-DNA加合物模式

MC在C4pG5中鳥嘌呤G5殘基的N2位烷化；通過MC分子中C10與鳥嘌呤G15之間的鍵的作用可以形成交鏈的加合物。

單烷化的MC-DNA加合物模式

MC在C4pG5中37第三節(jié)博萊霉素類抗腫瘤抗生素一、博萊霉素類抗生素的結構特征博萊霉素（bleomycin，BLM)是一族具有獨特結構和作用的廣譜抗菌抗腫瘤抗生素，是日本微生物化學研究所梅澤賓夫首先從輪枝鏈霉菌(Streptomycesvertillus)中分離到的，屬于糖肽類抗生素。BLM組分繁多，在天然組份中結構衍生物有十幾個。

第三節(jié)博萊霉素類抗腫瘤抗生素一、博萊霉素類抗生素的結構特征38一個典型的BLM-A2分子由四部分組成：1）末端氨基，參與BLM與核酸的相互作用；2）bithiazole部分，也參與BLM通過DNA小溝與DNA結合；3）一個假肽部分，通過幾個配位鍵結合過渡態(tài)金屬，與識別特定DNA序列有關；4）一個多聚糖部分，其功能尚待討論。一個典型的BLM-A2分子由四部分組成：1）末端氨基，參與B39泰萊霉素（talisomycin）被稱為第三代博萊霉素，其療效比博萊霉素好，而毒副作用較小。泰萊霉素的化學結構。

泰萊霉素（talisomycin）被稱為第三代博萊霉素，其療40一、博萊霉素類抗生素的作用機制有些抗腫瘤藥物具有斷裂DNA的功能，其中許多是通過氧化還原系統(tǒng)來活化這些藥物分子，形成具有自由基狀態(tài)的藥物。博萊霉素和培洛霉素屬于這類抗腫瘤抗生素。一、博萊霉素類抗生素的作用機制411、博萊霉素－金屬－O2復合物氧化還原特性BLM能同時結合氧及氧化還原活性過渡態(tài)金屬離子，如：鐵、鈷、鋅、鎳、銅。這些離子與BLM的假肽部分的幾個氨基組成螯合物。這些復合物中最穩(wěn)定的是與鈷形成的螯合物。六個配位鍵使結合不可逆。BLM-Fe2＋與O2形成三元加合物，結合到DNA上并在Fe2＋氧化為Fe3＋后對DNA脫氧核糖C4’位進行親核攻擊。1、博萊霉素－金屬－O2復合物氧化還原特性42在有氧（a）或無氧（b）情況下，將分別導致DNA鏈的切割，以及在DNA鏈保持完整的情況下釋放游離堿基和產(chǎn)生一種氧化性破壞的糖。

在有氧（a）或無氧（b）情況下，將分別導致DNA鏈的切割，以431、博萊霉素－金屬－O2復合物氧化還原特性與其他金屬離子形成的加合物僅在十分有限的條件下才被激活。而Fe2＋的再生允許三元復合物BLM-Fe2+-O2保持催化活性。據(jù)估計，一個BLM分子可產(chǎn)生8～10個DNA裂縫。因此，BLM可以被看作一個小的核酸內(nèi)切酶。

1、博萊霉素－金屬－O2復合物氧化還原特性與其他金屬離子形44A：金屬離子Co（III）與PEP的結合模式。來源于PEP的5個氮供體原子和1個氫過氧化物基團與鈷以特有的幾何性狀結合；其赤道面上的配體包括腺嘌呤上的次級胺、嘧啶N5的P、咪唑的N1，以及酰胺氮上的H；其軸向對CoPEP的配體為Man-NH2和HO2-（對CodPEP的配體為A-NH2和HO2-）。

B：CodPEP-CGTACG復合物的三維結構。紅色的圓球代表鈷離子；CodPEP的金屬結合結構域在靠近G8-T9的DNA小溝中結合；注意HO2-基團與T9的H4’鄰近。

C：CodPEP的嘧啶環(huán)通過識別一個鳥嘌呤堿基的氫鍵與G8-C5堿基對結合，形成一個三聯(lián)體。

A：金屬離子Co（III）與PEP的結合模式。來源于PEP的452、與核酸的相互作用，在DNA上的切割轉移性BLM在GC堿基對的水平上切割DNA。二噻唑和末端氨基部分通過使BLM在DNA上結合更穩(wěn)定對BLM的作用機制起到很大作用，無論Fe2＋再生的機制實際如何，復合物在初始GC堿基對水平的時間比Fe2＋再生的必要時間長，因為BLM經(jīng)?？砂l(fā)起另一次對反鏈DNA上（無序列特異性位點，根據(jù)第一切割位點而定＋1或-1C）的親核進攻。這將導致頻繁的雙鏈DNA斷裂：平均一個雙鏈裂為6～8個DNA單鏈。2、與核酸的相互作用，在DNA上的切割轉移性463、在染色質(zhì)上的切割特異性

在染色質(zhì)水平上，限制因素不是由BLM所識別的GC堿基對，而是藥物對這些序列的趨近性。已經(jīng)證實，BLM優(yōu)先在活躍的被轉錄的染色質(zhì)結構域水平上切割DNA；而且，在這些結構域中，優(yōu)先在連接兩個相鄰的染色體的DNA連接處切割。當染色質(zhì)在DNA凝膠電泳前經(jīng)過足夠數(shù)量的BLM處理后將導致寡核小體梯度的產(chǎn)生。端粒合成序列也可以被BLM切割。3、在染色質(zhì)上的切割特異性

在染色質(zhì)水平上，限制因素不是由B474、其他核酸的切割

BLM還可以在一定的部位切割RNA。例如，BLM可在一個特定的位置消化5SrRNA、酵母tRNA、枯草芽孢桿菌tRNA，以及HIV1的一個mRNA轉錄產(chǎn)物?？傊?，BLM結合并從單鏈和雙鏈伸長連接處破壞這些分子。4、其他核酸的切割

BLM還可以在一定的部位切割RNA。例如485、與蛋白質(zhì)的相互作用，BLM水解酶

BLM水解酶催化BLM脫氨失活，此酶在動物細胞及酵母細胞內(nèi)都存在。酵母基因序列已經(jīng)測定，而BLM水解酶與半胱氨酸蛋白酶家族有相似性。該蛋白在細胞中位置尚未確定。盡管各種細胞對BLM的抵抗作用都歸結于此酶，例如B淋巴瘤、肺癌、大腸癌，BLM水解酶對BLM的特異性及其保護細胞不受BLM傷害的機理仍不明了。其實，它的活性在細胞提取物中十分易測，但在完整的細胞中測定困難。然而，有研究表明，半胱氨酸蛋白酶抑制劑E64可能通過抑制BLM水解酶活性而加強BLM活性。5、與蛋白質(zhì)的相互作用，BLM水解酶

BLM水解酶催化BLM496、博萊霉素抑制蛋白BRPBRP是一類對BLM有高度特異性的BLM結合蛋白。他們在產(chǎn)生BLM或BLM衍生物，如泰萊霉素的微生物菌體中被發(fā)現(xiàn)。編碼這些蛋白的一個基因，還在具有幾種抗生素抗性的Tn5細菌轉座子中被發(fā)現(xiàn)。這一基因很短（ca.400bp），且其編碼的這些蛋白在細胞核中組成二聚體。它們通過與BLM形成穩(wěn)定的可阻止BLM接近DNA的復合物使BLM失活。6、博萊霉素抑制蛋白BRP50三、博萊霉素的毒理學

1、博萊霉素對動物細胞的作用

用14C標記的BLM通過放射自顯影表明BLM起先位于細胞膜水平，幾小時后博萊霉素就位于細胞核了。1984年，Roy核Horwitz證明加入介質(zhì)中的BLM只有低于0.1的BLM與細胞結合。1986年，Lyman等發(fā)現(xiàn)全部BLM與細胞的結合物呈現(xiàn)兩種組成：一個是特異性的另一個是非特異性的?？墒?，這些為數(shù)不多的研究指出，就像其他細胞毒性藥物一樣，滲透擴散是BLM進入細胞的主要途徑。三、博萊霉素的毒理學

1、博萊霉素對動物細胞的作用

用14C512、博萊霉素遺傳毒性效應博萊霉素誘導的細胞死亡原因歸結于DNA雙鏈的斷裂和染色體片斷的丟失。另外，BLM誘導染色體畸變：缺失、雙中心粒及多中心粒、成環(huán)、交換，以及斷裂，但是BLM不誘導姐妹染色單體交換。分裂間期用BLM處理的細胞經(jīng)常產(chǎn)生雙核，而且經(jīng)常產(chǎn)生微核。這些是由放射生物學家描述的有絲分裂細胞死亡的特征。BLM有微弱的誘變性，主要是通過缺失的發(fā)生。因為DNA修復－缺失型細胞對BLM更敏感，所以DNA修復的增加可被看作是抵抗BLM的一個機制。

2、博萊霉素遺傳毒性效應523、博萊霉素細胞毒性效應

BLM對培養(yǎng)細胞的細胞毒性曲線與其他所有細胞毒性化合物不同。細胞存活曲線作為BLM濃度的函數(shù)，在通常的半對數(shù)坐標系中作的點，表現(xiàn)出不尋常的無法合理解釋的連續(xù)向上的凹曲線。實際上在細胞內(nèi)沒有對BLM靶位的限制，與細胞循環(huán)相位有關的毒性沒有區(qū)別，而且沒有抑制細胞的快速誘導。在G2/M期內(nèi)的細胞比G1期的細胞更敏感，但是兩種細胞都顯示出同樣的向上的凹曲線。3、博萊霉素細胞毒性效應

BLM對培養(yǎng)細胞的細胞毒性曲線與其534、質(zhì)膜限制BLM細胞內(nèi)攝作用及BLM細胞毒性

質(zhì)膜顯著地限制BLM分子到達細胞內(nèi)部的數(shù)量。其實，如果用穩(wěn)定的57Co放射標記的BLM復合物經(jīng)細胞內(nèi)攝作用進入滲透化細胞內(nèi)部，細胞重新密封后，反復洗滌細胞，沒有發(fā)現(xiàn)內(nèi)部放射活性泄漏。這表明，BLM不能通過質(zhì)膜從細胞內(nèi)部逃逸出來，這明顯證明了BLM不能滲透通過質(zhì)膜。然而，BLM的細胞毒性雖然被限制了，但仍可在完整的非滲透化細胞中檢測出來，那個不尋常的向上凹曲線的產(chǎn)生是由于BLM透過細胞的質(zhì)膜依賴性限制。另外，由BLM刺激的有絲分裂細胞死亡是通過細胞內(nèi)攝作用進入細胞內(nèi)部的少量BLM分子的結果。4、質(zhì)膜限制BLM細胞內(nèi)攝作用及BLM細胞毒性

質(zhì)膜顯著地限54第四節(jié)其他類別的抗腫瘤抗生素

一、放線菌素D放線菌素類(actinomycins，ActD)是一類含有環(huán)肽的抗生素，結構中含有兩條對稱的五肽內(nèi)酯環(huán),連接于一個吩惡嗪酮發(fā)色團，如圖所示。它也是最早用于臨床的抗腫瘤抗生素。自發(fā)現(xiàn)放線菌素對何杰金氏病有效后,人們開始從微生物產(chǎn)物中尋找抗腫瘤藥物。至今,報道的放線菌素已有50種以上，臨床上應用的僅為放線菌素C和D。

第四節(jié)其他類別的抗腫瘤抗生素

一、放線菌素D55放線菌素D的化學結構

放線菌素D的化學結構56放線菌素D的作用機制放線菌素D通過與DNA雙鏈的緊密結合，干擾DNA的復制和轉錄來發(fā)揮生物學活性。根據(jù)研究，ActD對DNA作用的順序特異性主要為5’-GpC結合位點，盡管諸如GpG這樣的序列對ActD具有特殊的親和力。ActD通過位于DNA小溝處的兩個環(huán)狀戊肽，在GpC處將其藥物分子中的吩惡嗪酮稠環(huán)嵌入到DNA與之結合，且發(fā)現(xiàn)在ActD與鄰近的N2氨基基團之間具有很強的氫鍵。與GpC位點的結合親和力也受到側序列的影響。放線菌素D的作用機制放線菌素D通過與DNA雙鏈的緊密結合，干57ActD-GATGCTTC復合物

ActD-GATGCTTC復合物58二、烯二炔類抗腫瘤抗生素

近年來，在微生物代謝產(chǎn)物的抗腫瘤生物活性物質(zhì)的篩選過程中，發(fā)現(xiàn)了許多新的抗腫瘤抗生素，其中最引人注目的成果之一是1985年前后相繼發(fā)現(xiàn)的具有環(huán)狀烯二炔結構的新型抗生素，包括：calicheamicin；Esperamicin；dynemicinA；neocarzinostatin（NCS）等。二、烯二炔類抗腫瘤抗生素

近年來，在微生物代謝產(chǎn)物的抗腫瘤生59一些烯二炔類抗腫瘤抗生素的化學結構（A～C）

以及通過Bergman重排形成雙自由基的機理一些烯二炔類抗腫瘤抗生素的化學結構（A～C）

以及通過Ber60作用機制烯二炔類抗生素切斷DNA的作用涉及到這類抗生素與DNA雙螺旋小溝的結合，其活化形式必須先經(jīng)過Bergman重排反應形成芳香雙自由基活性物質(zhì)。在DNA小溝中的雙自由基接近兩根鏈的糖-磷酸骨架。通過雙自由基，同時從相對鏈的糖上奪取氫原子從而導致雙鏈的斷裂。

作用機制烯二炔類抗生素切斷DNA的作用涉及到這類抗生素與DN61三、鏈黑菌素1、簡介鏈黑菌素（streptonigrin，SN）是從Strptomycesflocculus培養(yǎng)物中分離到的一種氨基苯醌類抗腫瘤抗生素。由Rao等在1963年通過化學分析法和質(zhì)譜鑒定并最終由Chiu和Lipscomb于1975年用X-衍射法確證。分子結構中A、B和C環(huán)幾乎共平面，而D環(huán)與它們完全垂直。三、鏈黑菌素62鏈黑菌素的化學結構

鏈黑菌素的化學結構632、鏈黑菌素的DNA損傷效應

鏈黑菌素表現(xiàn)出多種對DNA的不可逆性的金屬絡合位和絡合鍵，通過特定的金屬離子如鋅、銅、鐵、錳、鎘、金形成鏈黑菌素-金屬-DNA絡合物。金屬離子的出現(xiàn)阻止了SN-DNA的締合。用含有不同的鋅摩爾當量的DNA滴定鏈黑菌素表明：一分子鏈黑菌素需要5.7摩爾鋅離子和20～25摩爾的磷酸DNA才能形成絡合物。Sinha報道說離體的化學溫育降低鏈黑菌素與DNA的絡合，250個核苷酸結合1分子鏈黑菌素，而二價鋅離子的存在大大加強了成鍵，使絡合變?yōu)?80個核苷酸結合1分子鏈黑菌素。2、鏈黑菌素的DNA損傷效應

鏈黑菌素表現(xiàn)出多種對DNA的不643、染色體效應1）由SN引起的染色體畸變和SCEs（姐妹染色體交換）；2）SN造成的染色體著絲點及DNA損傷。3、染色體效應653）SN誘導的染色體及DNA損傷的預防

（1）抗氧化化合物人們發(fā)現(xiàn)抗氧化酶，如超氧化物歧化酶（SOD）和過氧化氫酶（CAT）可以在非細胞系統(tǒng)中，完全抑制由SN誘導的脫氧核糖衰變和DNA斷裂。（2）金屬螯合劑金屬螯合劑也被發(fā)現(xiàn)對防止由SN引起的DNA損傷有保護作用。人們還發(fā)現(xiàn)螯合化合物去鐵敏（解毒藥）和2.2－dipyridyl（二吡啶基），能夠保護游離DNA和細菌細胞不受SN誘導產(chǎn)生的毒素，以及TP（4－羥基－2，2，6，6－四甲基哌啶－1－內(nèi)酯，一種具有抗氧化特性的硝基氧自由基）的傷害。

3）SN誘導的染色體及DNA損傷的預防

（1）抗氧化化合物66四、偏端霉素A和倍癌霉素A

具有（A/T）n序列的窄小溝對于偏端霉素A（distamycinA）這類稱之為小溝結合物的藥物（minorgroovebinders，MGBs），是很好的結合位點。四、偏端霉素A和倍癌霉素A

具有（A/T）n序列的窄小溝對于67偏端霉素A(A)的化學結構以及偏端霉素-CGCAAATTTGCG復合物模式(B)

偏端霉素A(A)的化學結構以及偏端霉素-CGCAAATTTG68倍癌霉素A倍癌霉素A與偏端霉素A的作用機制相似，主要位點是腺嘌呤分子中N3烷化，盡管有時也在鳥嘌呤的N3位烷化。倍癌霉素A倍癌霉素A與偏端霉素A的作用機制相似，主要位點是腺69A：倍癌霉素A-DNA（GAAAAGG+CCTTTTC）加合物；B:在偏端霉素A（紫色）介導下，倍癌霉素A（桔紅色）與CAGGTGGT+ACCACCTG中G分子中N3形成共價結合的三元加合物；

：表示被烷化的核苷位點。A：倍癌霉素A-DNA（GAAAAGG+CCTTTTC）70五、多色霉素類抗腫瘤抗生素通過攻擊DNA大溝實現(xiàn)抗腫瘤生物學效應的藥物非常少。一些致癌物質(zhì)如活化的黃曲霉毒素B1，其致癌作用是通過對鳥嘌呤N7的攻擊實現(xiàn)的。有趣的是，多色霉素類（pluramycins）抗腫瘤抗生素通過嵌入DNA大溝實現(xiàn)抗腫瘤生物學活性，這類抗生素包括altromycin、克大霉素（kidamycin）、赫大霉素（hedamycin）、多色霉素、新多色霉素（neopluramycin）、DC92-B，以及紅玉黃素A（rubiflavinA）等。五、多色霉素類抗腫瘤抗生素71（a）所示為多色霉素的化學結構；（b）所示為多色霉素-（N7-鳥嘌呤）DNA加合物：在C2位嵌入部分的側鏈（白色），其與鳥嘌呤N7發(fā)生反應，以及在C8和C10位的糖（黃色），其與小溝DNA發(fā)生交互作用；（c）所示為多色霉素與DNA發(fā)生共價反應的機理，以及經(jīng)過熱誘導后多色霉素-（N7-鳥嘌呤）DNA加合物鏈的斷裂。

（a）所示為多色霉素的化學結構；72六、丙霉素A和刺霉素

丙霉素A（triostinA）和刺霉素（echinomycin）為天然的雙嵌入劑抗腫瘤藥物，即分子中嵌入到DNA中間的兩個環(huán)由一個鏈連接；如下圖所示的化學合成的雙嵌入劑抗腫瘤藥物WP631和WP652，其兩個柔紅霉素分子由一個對二甲苯基連接。事實上，在微生物代謝產(chǎn)物中就發(fā)現(xiàn)了一些天然的雙嵌入劑抗腫瘤抗生素，六、丙霉素A和刺霉素

丙霉素A（triostinA）和刺霉73抗腫瘤抗生素課件742分子丙霉素A與GCGTACGC形成的復合物模型2分子丙霉素A與GCGTACGC形成的復合物模型75七、金霉酸類抗腫瘤抗生素色霉素（chromomycin）也叫阿布拉霉素、光神霉素（mithramycin）也叫普卡霉素，與橄欖霉素（olivomycin）屬于金霉酸類抗腫瘤抗生素，其分子中都具有一個甙元發(fā)色基團，和五個附著在甙元上的糖環(huán)，A-B兩個糖環(huán)與C-D-E三個糖環(huán)相對附著，其化學結構如圖所示。研究發(fā)現(xiàn)：這兩個藥物在Mg2＋的介導下形成一個二聚體，然后嵌入到一個富含G/C序列的被拓寬的DNA小溝中。圖所示為色霉素-Mg2＋-DNA復合物的模型。七、金霉酸類抗腫瘤抗生素76色霉素A3、光神霉素以及橄欖霉素的化學結構

色霉素A3、光神霉素以及橄欖霉素的化學結構77色霉素A3-Mg2＋-DNA復合物的模型色霉素A3-Mg2＋-DNA復合物的模型78八、云南霉素

云南霉素為一種新的胞嘧啶核苷二肽抗腫瘤抗生素，化學結構如圖所示，經(jīng)由云南地區(qū)分離的鏈霉菌發(fā)酵液中分離得到，中國醫(yī)學科學院藥物生物技術研究所發(fā)現(xiàn)。體外試驗顯示對腫瘤細胞有殺傷作用，抑制KB細胞蛋白質(zhì)和DNA合成，但對RNA無影響。動物體內(nèi)試驗顯示，云南霉素對小鼠肝癌22、結腸癌26以及肉瘤180均有抑制作用。八、云南霉素

云南霉素為一種新的胞嘧啶核苷二肽抗腫瘤抗生素，79云南霉素的化學結構

云南霉素的化學結構80九、力達霉素力達霉素是中國醫(yī)學科學院藥物生物技術研究所從放線菌Streptomycesglobisporus的代謝產(chǎn)物中篩選到的大分子蛋白類抗腫瘤抗生素，它由一個蛋白和一個含烯二炔結構的發(fā)色團組成，分子中蛋白的相對分子質(zhì)量為1萬左右，是迄今為止抗腫瘤活性最強的抗生素。九、力達霉素81力達霉素烯二炔發(fā)色團的化學結構

力達霉素烯二炔發(fā)色團的化學結構82第五節(jié)腫瘤細胞多藥抗性的特性在腫瘤化療過程中,有兩個主要的也是最基本的問題：首先是一個臨床有效的腫瘤化療劑是如何發(fā)揮作用的；接著就是腫瘤細胞是如何躲避藥物的細胞毒作用,也即腫瘤細胞如何放大內(nèi)在藥物的耐受性或通過與藥物相接觸而產(chǎn)生獲得性耐受性。第五節(jié)腫瘤細胞多藥抗性的特性83腫瘤細胞的多藥抗性(multidiugresistance，MDR)

在實驗室里選擇一種特定的細胞毒天然產(chǎn)物對某些哺乳細胞進行耐藥性試驗發(fā)現(xiàn),這些細胞不僅能夠發(fā)展成對這種藥物產(chǎn)生耐受性,且能發(fā)展成為對許多臨床上所用的化學結構和作用機制不同的藥物產(chǎn)生耐藥性,這一現(xiàn)象被稱之為多藥抗性(MDR)。這些與MDR有關的腫瘤化療劑大多為真菌或植物產(chǎn)生的脂溶性化合物以及放線菌素D、蒽環(huán)類抗生素和長春屬生物堿。腫瘤細胞的多藥抗性(multidiugresistance84P糖蛋白

已有的研究表明:大多數(shù)具有MDR類型的細胞都有過量表達一種被稱之為P糖蛋白的大分子(170-180KD)血漿膜糖蛋白。P糖蛋白已有的研究表明:大多數(shù)具有MDR類型的細胞都有過量85推測的P-糖蛋白結構:它約由1280個氨基酸構成12個跨膜區(qū),每2個跨膜區(qū)組成一個雙鏈分子(bipartitemolecule)。這些雙鏈分子是基因復制產(chǎn)物還是基因融合產(chǎn)物尚有爭論。由6個跨膜區(qū)構成的3個雙鏈分子的一端是一個較短的疏水性氨基末端,另一組的末端則是一個親水性的羧基,它具有ATP結合位點并進行水解。

推測的P-糖蛋白結構:它約由1280個氨基酸構成12個跨膜區(qū)86P－糖蛋白引起超多藥抗性的證據(jù)如：1）MDR細胞株中的P-糖蛋白水平增高，P-糖蛋白的表達與藥物的抗性程度有關；2）在MDR細胞株中，P-糖蛋白基因常被擴增；3）轉染P-糖蛋白基因和具有增加P-糖蛋白表達的CDNAS至受體細胞能夠導致形成MDR；4）轉染不同的P-糖蛋白或突變株CDNAS能夠表達不同MDR的表型；5）P-糖蛋白的結構特征是一種依賴于能量的膜轉運蛋白；6）一系列與MDR表型有關的藥物與P-糖蛋白結合。

P－糖蛋白引起超多藥抗性的證據(jù)如：1）MDR細胞株中的P-糖87非P-糖蛋白介導的多藥抗性盡管已有大量的研究證明腫瘤細胞的多藥抗性是由P-糖蛋白所介導，但并非所有的多藥抗性的腫瘤細胞的耐藥程度與P-糖蛋白的表達量成正相關性。如在對鼠成膠質(zhì)細胞瘤細胞株的柔紅霉素抗性研究中發(fā)現(xiàn)，其與胞內(nèi)Ⅱ型DNA拓撲異構酶結構的改變有關，而其胞內(nèi)藥物的積累量和保留時間都沒有改變，且其P-糖蛋白的表達量也與敏感細胞一樣并非過量。因此通常稱由P-糖蛋白介導的多藥抗性為“經(jīng)典的”MDR，而那些由非-P糖蛋白介導的多藥抗性為“非經(jīng)典的”MDR非P-糖蛋白介導的多藥抗性88第六節(jié)抗腫瘤細胞多藥抗性的新藥開發(fā)策略

一、腫瘤細胞膜通透性改變的多藥抗性機制與克服多藥抗性的策略

膜通透性改變主要表現(xiàn)在兩個方面：其一，膜對藥物攝取減少，外排增加，使細胞內(nèi)藥物絕對濃度降低；其二，細胞質(zhì)和細胞器水平的藥物濃度在亞細胞水平的改變，使藥物有效濃度的降低。引起膜通透性改變主要與以下蛋白分子有關：1）產(chǎn)生P-糖蛋白；2）產(chǎn)生多藥抗性相關蛋白（muti-resistanceprotein1～5，MRP1～5）；3）肺抗性蛋白（lung-resistanceprotein，LRP）過量表達。

第六節(jié)抗腫瘤細胞多藥抗性的新藥開發(fā)策略

一、腫瘤細胞膜通89針對膜通透性改變的作用靶點，進行研究的抗腫瘤藥物主要有三類。第一類為各種ABC轉運泵抑制劑：第一代MDR逆轉劑研究開發(fā)如，VER、戊脈安、硫氮卓酮、尼卡地平、尼魯?shù)仄降肉}拮抗劑，奎寧定和三氟拉嗪等鈣調(diào)素抑制劑，免疫抑制劑環(huán)孢菌素A（cyclosporinA,CsA）、D和甾體激素等；第二代MDR逆轉劑如，右旋VRE、環(huán)孢菌素D衍生物SDZPSC833和氯喹等；第三代逆轉劑則是根據(jù)構效關系專門為逆轉MDR而設計開發(fā)的如，S9788、GF120918、VX-710、LY335979、XR9576和OC144-093等。針對膜通透性改變的作用靶點，進行研究的抗腫瘤藥物主要有三類。90第二類新抗腫瘤藥物是單克隆抗體研究開始主要用特異單克隆抗體作為檢測鑒定手段,進行免疫細胞化學法鑒定ATP依賴性藥物外排泵的存在。后來發(fā)現(xiàn)，部分單克隆抗體顯示了良好的逆轉活性，例如P-gP特異性單克隆抗體C219能抑制其功能，后又相繼發(fā)現(xiàn)MRK16和MRPr1都有較好的逆轉活性。Hochman等進行P-gP藥物外排研究時發(fā)現(xiàn)：單獨使用環(huán)孢菌素A無顯著抑制作用，當P-gP單克隆抗體UIC2與CsA共同作用時能有效抑制50-80%的長春堿的外排。第二類新抗腫瘤藥物是單克隆抗體91第三類是基因治療藥物其優(yōu)點是通過基因水平調(diào)控MDR表達，逆轉MDR。它是通過外源基因導入人體細胞，以糾正內(nèi)在基因缺陷而最終達到直接或間接殺死腫瘤細胞的治療方法?，F(xiàn)在研究最多的是反義寡核甘酸，在體外合成特異性核酸序列，直接導入體內(nèi)以抑制特定基因的轉錄和翻譯，達到封閉基因表達或MDRmRNA表達的目的。第三類是基因治療藥物其優(yōu)點是通過基因水平調(diào)控MDR表達，逆轉92二、細胞代謝酶系統(tǒng)改變與新抗腫瘤藥物的開發(fā)

腫瘤細胞抗代謝藥物的細胞毒作用及其耐藥性具有以下特點:其一腫瘤細胞解毒酶系統(tǒng)活性增強使藥物滅活迅速；其二抗代謝藥物活化酶的缺損或活性變化，需要經(jīng)過代謝轉化才成為活性結構抗代謝類藥物活化不足，使腫瘤細胞獲得了對該藥的耐藥性。二、細胞代謝酶系統(tǒng)改變與新抗腫瘤藥物的開發(fā)

腫瘤細胞抗代謝藥93腫瘤細胞解毒酶系統(tǒng)此類細胞代謝酶系統(tǒng)主要為谷胱甘肽依賴性解毒酶系統(tǒng)：包括谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)；谷胱甘肽S-轉移酶（GST)和谷胱甘肽還原酶(GSH)三種。谷胱甘肽過氧化物酶存在于細胞質(zhì)和線粒體中，是體內(nèi)重要的抗氧化酶類，具有清除自由基和脂質(zhì)過氧化物（LPO），以及保護細胞膜免受氧化物的刺激、損傷和防止DNA突變、細胞畸變，從而使細胞維持正常的生理功能。Robinson等研究發(fā)現(xiàn)，谷胱甘肽過氧化物酶與腫瘤發(fā)生密切相關，谷胱甘肽過氧化物酶活性降低，腫瘤發(fā)生可能性提高。Sinha等研究發(fā)現(xiàn)腫瘤形成后，谷胱甘肽過氧化物酶活性提高，則其抗藥性明顯提高。腫瘤細胞解毒酶系統(tǒng)此類細胞代謝酶系統(tǒng)主要為谷胱甘肽依賴性解毒94三、靶酶量、活性或結構改變與抗腫瘤藥物的開發(fā)藥物靶點在質(zhì)和量上改變，是腫瘤細胞產(chǎn)生耐藥性的另一個重要原因?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)多種藥物作用的靶酶如DNA拓撲異構酶、P-gp磷酸化相關酶蛋白激酶C、二氫葉酸還原酶及核苷酸合成補救途徑的相關酶、DNA多聚酶和O6烷基鳥苷DNA烷基轉移酶等變化可導致耐藥。其中主要是拓撲異構酶II表達減少且減弱以此酶為靶點的藥物的細胞毒性。三、靶酶量、活性或結構改變與抗腫瘤藥物的開發(fā)95四、凋亡調(diào)節(jié)機制與抗腫瘤藥物開發(fā)

凋亡調(diào)節(jié)機制是獨立于藥物轉運和藥物代謝的第二抗性機制。1976年，科學家開始認識V-src、ras和myc等癌基因，十年后，注意到Rb、P53和P16等抑癌基因。隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)一系列凋亡調(diào)控基因及抗凋亡基因。這些基因編碼一系列的信號蛋白，這些信號蛋白對細胞的生長，分化，或發(fā)育過程中均起著十分重要的作用。一旦其發(fā)生改變，細胞正常的活動規(guī)律被破壞，細胞就可能發(fā)生癌變。四、凋亡調(diào)節(jié)機制與抗腫瘤藥物開發(fā)

凋亡調(diào)節(jié)機制是獨立于藥物96五、腫瘤營養(yǎng)與新藥開發(fā)通過血管生長抑制劑誘導腫瘤血管萎縮和/或阻止血管發(fā)生，殺死腫瘤血管內(nèi)皮細胞，導致腫瘤實體局部缺血，從而有效地間接殺死腫瘤，這已為大量的臨床前研究證實，避免了依賴于用細胞毒藥物直接殺死腫瘤細胞所導致的難以克服的MDR。用緩慢的低劑量的細胞毒化學療劑結合抗血管系統(tǒng)發(fā)生療劑更產(chǎn)生了戲劇性的抗腫瘤活性，顯示了獨立于腫瘤細胞MDR現(xiàn)象的作用。五、腫瘤營養(yǎng)與新藥開發(fā)97六、傳遞阻滯耐藥機制與克服MDR的新DDS系統(tǒng)研究開發(fā)

藥物進入腫瘤細胞內(nèi)的轉運障礙機理尚未完全清楚，可能與藥物的結構、理化特性和腫瘤細胞轉運有較密切的關系，有人提出傳遞阻滯主要是因為：一、實體瘤內(nèi)血管分布的不均衡性，缺少血管的區(qū)域不能直接從循環(huán)中接受藥物；二、腫瘤間質(zhì)壓力的異常升高，妨礙藥物在腫瘤內(nèi)的擴散、滲透和分布；三、腫瘤血管的結構異常和血液黏度高對藥物在腫瘤內(nèi)的傳遞也有影響。六、傳遞阻滯耐藥機制與克服MDR的新DDS系統(tǒng)研究開發(fā)

藥物98脂質(zhì)體系統(tǒng)DedharS等發(fā)現(xiàn)脂質(zhì)體在腫瘤血管中的滲透性比正常健康組織的血管高，因為脂質(zhì)體能被動累積于實體瘤中，而且腫瘤淋巴管導液不好，導致100nm直徑的小脂質(zhì)體注射入體后易選擇性地為實體瘤攝取并滯留于腫瘤細胞中達幾天之久。相對于用傳統(tǒng)方法將水溶性抗腫瘤藥物遞釋到腫瘤細胞，脂質(zhì)體使腫瘤細胞中藥物濃度水平提高10倍以上，從而在不增加藥物劑量的前體下部分克服MDR腫瘤的抗性。脂質(zhì)體系統(tǒng)99謝謝大家！謝謝大家！100抗腫瘤抗生素抗腫瘤抗生素101一些常見抗腫瘤藥物對DNA作用的順序特異性

藥物名稱作用后的產(chǎn)物DNA作用靶序列嵌入型藥物：柔紅霉素/阿霉素柔紅霉素/阿霉素WP401阿克拉霉素諾加霉素放線菌素D

非共價型復合物G-N2位加合物G-N2位加合物非共價型復合物非共價型復合物非共價型復合物

CG（A/T）CGCCGGCG（A/T）（C/T）GGC或GT雙嵌入型藥物：丙霉素刺霉素

復合物復合物

（A/T）CG（A/T）（A/T）CG（A/T）小溝結合物偏端霉素A倍癌霉素

復合物A-N3加合物

～5（A/T）bp～4（A/T）bp共價結合型藥物：光神霉素絲裂霉素C

G-N2位加合物在兩個G-N2位間交聯(lián)

CG富含G區(qū)DNA斷裂藥物：博萊霉素培洛霉素

H’斷裂H4’斷裂

GT，GCGT，GC一些常見抗腫瘤藥物對DNA作用的順序特異性藥物名稱作用后的102一些作用于DNA

鳥嘌呤N2的抗腫瘤抗生素的機制

A：柔紅霉素/阿霉素；B：Cyanomorpholinyl阿霉素；C：Barminomycin，次紅霉素；D：恩霉素；E：絲裂霉素；F：Ecteinascidin，Et一些作用于DNA

鳥嘌呤N2的抗腫瘤抗生素的機制A：柔紅霉103DNA的立體模型（A），以及一些藥物

對DNA小溝處堿基的作用模式（B）

從廣義的角度看，DNA可以看作是抗腫瘤藥物的大分子受體，而大多數(shù)抗腫瘤藥物對DNA的攻擊是其小溝部分。/ydfxfz/DNA的立體模型（A），以及一些藥物

對DNA小溝處堿基的作104第一節(jié)蒽環(huán)類抗腫瘤抗生素---一、柔紅霉素和阿霉素

第一節(jié)蒽環(huán)類抗腫瘤抗生素---一、柔紅霉素和阿霉素105阿克拉霉素A和B的化學結構阿克拉霉素A和B的化學結構106柔紅霉素和阿霉素的作用機制對柔紅霉素和阿霉素的作用機制研究發(fā)現(xiàn)，其與DNA的嵌入形成2：1的DNR-CGTACG復合物，并確定了蒽環(huán)類抗生素結構中的三個功能部分：1）嵌入（環(huán)B-D）；2）A環(huán)的錨鏈（如C9-OH）；3）氨基糖;每一部分對生物學功能起著重要的作用。另外一個重要的發(fā)現(xiàn)是：甲醛分子能夠使這類藥物將藥物分子中柔毛霉胺的N3與DNA分子中鳥嘌呤N2進行共價結合.柔紅霉素和阿霉素的作用機制對柔紅霉素和阿霉素的作用機制研究發(fā)107由甲醛分子介導的2：1DNR-CGCGCG共價復合物的三維結構

箭頭所示為甲醛分子介導的共價交鏈。

A：從DNA小溝所示；B：從DNA大溝所示。

由甲醛分子介導的2：1DNR-CGCGCG共價復合物的三維108另外一個蒽環(huán)類抗腫瘤抗生素諾加霉素（nogalamycin，Ng），它對DNA的嵌入模式跨越小溝和大溝.

圖中紅色所示為諾加霉素分子中的nogalose部分，其嵌入在DNA小溝中；圖中紫色所示為諾加霉素分子中的氨基葡萄糖部分，其嵌入在DNA大溝中；金黃色所示為諾加霉素的甙元部分。另外一個蒽環(huán)類抗腫瘤抗生素諾加霉素（nogalamycin，109二、雙嵌入類化合物對柔紅霉素的結構改造，合成了雙柔紅霉素類化合物WP631和WP652，其具有比柔紅霉素和阿霉素更強的生物活性（化學結構如圖所示）。這兩種雙柔紅霉素類化合物嵌入DNA的模式不同：WP631優(yōu)先嵌入到具有CG(A/T)(A/T)CG的一個六核苷的順序中，并在兩個甙元之間包裹四個堿基對；而WP652與一個四核苷順序結合，如PyGTPu。二、雙嵌入類化合物110

雙柔紅霉素類化合物WP631和WP652的化學結構雙柔紅霉素類化合物WP631和WP652的化學結構111雙柔紅霉素類化合物與DNA的結合模型A：WP631-ACGTACGT復合物；B：WP652-TGTACA復合物雙柔紅霉素類化合物與DNA的結合模型112丙霉素A和刺霉素的化學結構丙霉素A和刺霉素的化學結構113丙霉素A與DNA的嵌入模式丙霉素A與DNA的嵌入模式114三、蒽環(huán)類抗生素的其他一些作用機制一般地，蒽環(huán)類抗生素對DNA和RNA具有較高的親和力，因此認為這類抗生素通過將其分子非極性插入到DNA雙螺旋的堿基來發(fā)揮抗腫瘤的作用，故也稱之為如上所述的嵌入型DNA結合機制。但根據(jù)對這類抗生素的結構、理化特性和毒副作用的研究，發(fā)現(xiàn)還有一個重要的作用機制：線粒體作為亞細胞作用靶位。其可能通過以下機制來影響線粒體。三、蒽環(huán)類抗生素的其他一些作用機制1151、與脂質(zhì)的親和力對這類抗腫瘤抗生素心臟毒性的研究表明：其細胞毒性的主要作用靶位是線粒體膜。在線粒體的內(nèi)膜富含心磷脂（cardiolipin，CL），阿霉素與這種物質(zhì)的親和力比磷脂酸高80倍。在線粒體膜上存在有很多具有一定功能的酶，如NADH脫氫酶、細胞色素C氧化酶和細胞色素C還原酶等，這些酶功能的正常發(fā)揮需要一定量的心磷脂。因此，當蒽環(huán)類抗生素與膜上的心磷脂結合后，就在不同程度上影響了這些酶的功能，這就是所謂的群集活性（clusteringactivity）。1、與脂質(zhì)的親和力對這類抗腫瘤抗生素心臟毒性的研究表明：其細116阿霉素的群集活性，即其與心磷脂結合后影響線粒體復合物I－III，其作用模式可以是：阿霉素－心磷脂（雙磷脂酰甘油）復合物與酶促復合物I－III移動在一起（a）；也可以是：阿霉素－心磷脂（雙磷脂酰甘油）復合物與酶促復合物I－III分開（b）。這兩種情況下，酶活性都受到抑制。阿霉素的群集活性，即其與心磷脂結合后影響線粒體復合物I－II1172、鈣濃度與膜去極化

體外研究表明：在一定的鈣濃度下，線粒體起著鈣儲存的作用從細胞質(zhì)收集，蒽環(huán)類抗生素具有影響穩(wěn)態(tài)鈣濃度的作用。這種作用模式使阿霉素保持為一種弱的氧化劑，來氧化蛋白質(zhì)上關鍵的巰基（這種蛋白為鈣離子傳運通道或孔）。確實，巰基還原劑能夠保護鈣離子外排。蒽環(huán)類抗生素對鈣穩(wěn)態(tài)影響的分子機制似乎又是自由基調(diào)節(jié)機制。自由基也損壞通過肌質(zhì)網(wǎng)對鈣的收集。2、鈣濃度與膜去極化

體外研究表明：在一定的鈣濃度下，線粒體1183、金屬離子的絡合

實驗表明：在有DNA存在時，ADR－Fe＋3復合物顯著地刺激從H2O2產(chǎn)生羥基自由基。這與觀察到的ADR-Fe鰲合物與DNA形成穩(wěn)定的三元復合物相一致，這種三元復合物本身就是一種活化的氧化還原催化劑。ADR-Fe＋3復合物存在的情況下，自由基的形成也對真核細胞血影膜（ghostmembrance）進行氧化破壞。Gianni等的研究表明：ARD-Fe＋3復合物的循環(huán)降低分子氧。隨著Fe＋3還原成Fe＋2，形成一種阿霉素自由基，其可能介導藥物的毒性作用。3、金屬離子的絡合

實驗表明：在有DNA存在時，ADR－Fe119

阿霉素與一種普通金屬離子之間形成

的雙復合物（a）和單復合物（b）

阿霉素與一種普通金屬離子之間形成

的雙復合物（a）和單復合1204、自由基的誘導在1970年至1980年間，人們開始認識到阿霉素的心臟毒性并非其本身的結構所致，而是由于在體內(nèi)被還原成為半醌自由基。該自由基在厭氧條件下相當不穩(wěn)定，它很容易地將氧還原成為超氧化物，超氧化物離子可以進一步使脂質(zhì)過氧化。超氧化物將啟動導致產(chǎn)生活性.OH和H2O2的級聯(lián)放大反應。這些自由基都涉及到對細胞的損傷，包括DNA的斷裂、DNA－蛋白的交鏈，以及蛋白質(zhì)的破壞。由于心臟組織中基本不存在具有解毒作用的酶類，因此，其毒性往往比其他組織要大。另外，蒽環(huán)的氧化還原循環(huán)抑制了谷光苷肽超氧酶的活性.4、自由基的誘導在1970年至1980年間，人們開始認識到阿121蒽環(huán)類氧化還原循環(huán)以及由此產(chǎn)生自由基的過程蒽環(huán)類氧化還原循環(huán)以及由此產(chǎn)生自由基的過程122多重作用機制:蒽環(huán)類抗腫瘤抗生素進入胞內(nèi)與線粒體發(fā)生交互作用后，引起一系列的生物學效應：一是導致細胞色C的釋放，其誘導細胞發(fā)生調(diào)亡；二是產(chǎn)生自由基，導致脂質(zhì)過氧化、DNA斷裂和蛋白質(zhì)破壞，以及鈣離子釋放；三是與金屬離子形成復合物，導致自由基的產(chǎn)生；四是與脂質(zhì)發(fā)生交互作用，導致膜結構的改變和某些酶的抑制；五是抑制某些酶的活性。多重作用機制:蒽環(huán)類抗腫瘤抗生素進入胞內(nèi)與線粒體發(fā)生交互作用123蒽環(huán)類抗腫瘤抗生素的生物學效應和分子作用機制

蒽環(huán)類抗腫瘤抗生素的生物學效應和分子作用機制124第二節(jié)絲裂霉素C

絲裂霉素是一類強效抗生素，于1950年由日本微生物學家從Streptomycescaesoitosus的發(fā)酵培養(yǎng)物中發(fā)現(xiàn)。其家族成員之一絲裂霉素C（mitomycinC，MC）。由于絲裂霉素C對實體瘤具有廣譜的抗腫瘤活性，已于上世紀60年代被用于臨床癌癥化療。MC是乳房、肺，前列腺癌癥聯(lián)合化療的一種重要藥物，也是少數(shù)幾種有效的抗結腸癌藥物之一，并且是治療表皮膀胱癌所選擇的藥物之一和單一治療非小細胞型肺癌的最具活性的藥物。第二節(jié)絲裂霉素C

絲裂霉素是一類強效抗生素，于1950年125絲裂霉素類的化學結構

絲裂霉素類的化學結構126一、絲裂霉素通過與DNA交聯(lián)，作為一種強效的細胞毒損傷物質(zhì)早期的分子藥物學關于MC的研究揭示了這類抗腫瘤抗生素的一種特殊能力：MC和該族化合物的其它成員能夠使DNA鏈產(chǎn)生交聯(lián)。盡管DNA被一些簡單的化學合成雙功能烷化劑交聯(lián)的現(xiàn)象提早兩年已被發(fā)現(xiàn)，但絲裂霉素卻是具有這種功能的唯一一種天然抗生素。關于絲裂霉素具有這種烷化作用的證據(jù)已被確證。例如：伴隨著交聯(lián)，藥物分子只結合在一條DNA鏈上。絲裂霉素主要是作為一種DNA復制抑制劑而發(fā)揮抗細胞活性已被證實,很多證據(jù)揭示，這種抑制基本上是由MC誘導的交聯(lián)造成的。

一、絲裂霉素通過與DNA交聯(lián)，作為一種強效的細胞毒損傷物質(zhì)127二、生物還原性藥物活性：

絲裂霉素C作為原型起作用在Lyer和Szybalski的經(jīng)典論文中（1964）第一次描述了有關MC分子機制的另一個獨特的特征是：DNA交聯(lián)和烷化活性需要還原醌，這才使得藥物轉化為高活性的烷基化形式。這種特性被認為在癌癥化療中很重要。相對于生長在有氧環(huán)境下的細胞，MC和甲基絲裂霉素對培養(yǎng)在缺氧條件下細胞有選擇性細胞毒性，這可通過O2抑制絲裂霉素的還原活性來解釋。這些發(fā)現(xiàn)使人們得到這樣一個假設：絲裂霉素擁有獨特的抗腫瘤選擇性，即作用于于實體瘤的缺氧區(qū)，這些區(qū)域通常對放射治療和其它需氧治療有抗性。二、生物還原性藥物活性：

絲裂霉素C作為原型起作用在Lyer128三、由MC導致的DNA烷化和交聯(lián)的機制

DNA交聯(lián)劑是癌癥化療藥物的重要成員，最好的例子是合成藥物苯丁酸氮芥、氮芥、卡氮芥，以及環(huán)磷酰胺等。與合成藥物相比，MC是這類化合物中唯一的天然來源的物質(zhì)，有更復雜的化學結構和作用機制。MC的復雜性提供了很好的機會來研究它的結構、還原機制、DNA損傷、生物活性等與化療效應之間的關系。三、由MC導致的DNA烷化和交聯(lián)的機制129MC的還原活化途徑以及通過活化的絲裂霉素對DNA進行交聯(lián)的機制

MC的還原活化途徑以及通過活化的絲裂霉素對DNA進行交聯(lián)的機130KW-2149與BMS-181174的化學結構

以及經(jīng)谷胱苷肽活化的機制

KW-2149與BMS-181174的化學結構

以及經(jīng)谷胱苷131FR900482和FR66979的還原活化機制

FR900482和FR66979的還原活化機制132絲裂霉素C與DNA單功能和雙功能

活化形成加合物的機制

絲裂霉素C與DNA單功能和雙功能

活化形成加合物的機制133由MC在對DNA引起交聯(lián)時的兩步反應

由MC在對DNA引起交聯(lián)時的兩步反應134活化形式的MC中C-10氧原子與DNA之間的

CpG順序－特異性的H-鍵

箭頭指向作為共價反應靶位的鳥嘌呤活化形式的MC中C-10氧原子與DNA之間的

CpG順序－特135MC單加合物存在下，專為CG-CG序列交聯(lián)

MC單加合物存在下，專為CG-CG序列交聯(lián)136

單烷化的MC-DNA加合物模式

MC在C4pG5中鳥嘌呤G5殘基的N2位烷化；通過MC分子中C10與鳥嘌呤G15之間的鍵的作用可以形成交鏈的加合物。

單烷化的MC-DNA加合物模式

MC在C4pG5中137第三節(jié)博萊霉素類抗腫瘤抗生素一、博萊霉素類抗生素的結構特征博萊霉素（bleomycin，BLM)是一族具有獨特結構和作用的廣譜抗菌抗腫瘤抗生素，是日本微生物化學研究所梅澤賓夫首先從輪枝鏈霉菌(Streptomycesvertillus)中分離到的，屬于糖肽類抗生素。BLM組分繁多，在天然組份中結構衍生物有十幾個。

第三節(jié)博萊霉素類抗腫瘤抗生素一、博萊霉素類抗生素的結構特征138一個典型的BLM-A2分子由四部分組成：1）末端氨基，參與BLM與核酸的相互作用；2）bithiazole部分，也參與BLM通過DNA小溝與DNA結合；3）一個假肽部分，通過幾個配位鍵結合過渡態(tài)金屬，與識別特定DNA序列有關；4）一個多聚糖部分，其功能尚待討論。一個典型的BLM-A2分子由四部分組成：1）末端氨基，參與B139泰萊霉素（talisomycin）被稱為第三代博萊霉素，其療效比博萊霉素好，而毒副作用較小。泰萊霉素的化學結構。

泰萊霉素（talisomycin）被稱為第三代博萊霉素，其療140一、博萊霉素類抗生素的作用機制有些抗腫瘤藥物具有斷裂DNA的功能，其中許多是通過氧化還原系統(tǒng)來活化這些藥物分子，形成具有自由基狀態(tài)的藥物。博萊霉素和培洛霉素屬于這類抗腫瘤抗生素。一、博萊霉素類抗生素的作用機制1411、博萊霉素－金屬－O2復合物氧化還原特性BLM能同時結合氧及氧化還原活性過渡態(tài)金屬離子，如：鐵、鈷、鋅、鎳、銅。這些離子與BLM的假肽部分的幾個氨基組成螯合物。這些復合物中最穩(wěn)定的是與鈷形成的螯合物。六個配位鍵使結合不可逆。BLM-Fe2＋與O2形成三元加合物，結合到DNA上并在Fe2＋氧化為Fe3＋后對DNA脫氧核糖C4’位進行親核攻擊。1、博萊霉素－金屬－O2復合物氧化還原特性142在有氧（a）或無氧（b）情況下，將分別導致DNA鏈的切割，以及在DNA鏈保持完整的情況下釋放游離堿基和產(chǎn)生一種氧化性破壞的糖。

在有氧（a）或無氧（b）情況下，將分別導致DNA鏈的切割，以1431、博萊霉素－金屬－O2復合物氧化還原特性與其他金屬離子形成的加合物僅在十分有限的條件下才被激活。而Fe2＋的再生允許三元復合物BLM-Fe2+-O2保持催化活性。據(jù)估計，一個BLM分子可產(chǎn)生8～10個DNA裂縫。因此，BLM可以被看作一個小的核酸內(nèi)切酶。

1、博萊霉素－金屬－O2復合物氧化還原特性與其他金屬離子形144A：金屬離子Co（III）與PEP的結合模式。來源于PEP的5個氮供體原子和1個氫過氧化物基團與鈷以特有的幾何性狀結合；其赤道面上的配體包括腺嘌呤上的次級胺、嘧啶N5的P、咪唑的N1，以及酰胺氮上的H；其軸向對CoPEP的配體為Man-NH2和HO2-（對CodPEP的配體為A-NH2和HO2-）。

B：CodPEP-CGTACG復合物的三維結構。紅色的圓球代表鈷離子；CodPEP的金屬結合結構域在靠近G8-T9的DNA小溝中結合；注意HO2-基團與T9的H4’鄰近。

C：CodPEP的嘧啶環(huán)通過識別一個鳥嘌呤堿基的氫鍵與G8-C5堿基對結合，形成一個三聯(lián)體。

A：金屬離子Co（III）與PEP的結合模式。來源于PEP的1452、與核酸的相互作用，在DNA上的切割轉移性BLM在GC堿基對的水平上切割DNA。二噻唑和末端氨基部分通過使BLM在DNA上結合更穩(wěn)定對BLM的作用機制起到很大作用，無論Fe2＋再生的機制實際如何，復合物在初始GC堿基對水平的時間比Fe2＋再生的必要時間長，因為BLM經(jīng)?？砂l(fā)起另一次對反鏈DNA上（無序列特異性位點，根據(jù)第一切割位點而定＋1或-1C）的親核進攻。這將導致頻繁的雙鏈DNA斷裂：平均一個雙鏈裂為6～8個DNA單鏈。2、與核酸的相互作用，在DNA上的切割轉移性1463、在染色質(zhì)上的切割特異性

在染色質(zhì)水平上，限制因素不是由BLM所識別的GC堿基對，而是藥物對這些序列的趨近性。已經(jīng)證實，BLM優(yōu)先在活躍的被轉錄的染色質(zhì)結構域水平上切割DNA；而且，在這些結構域中，優(yōu)先在連接兩個相鄰的染色體的DNA連接處切割。當染色質(zhì)在DNA凝膠電泳前經(jīng)過足夠數(shù)量的BLM處理后將導致寡核小體梯度的產(chǎn)生。端粒合成序列也可以被BLM切割。3、在染色質(zhì)上的切割特異性

在染色質(zhì)水平上，限制因素不是由B1474、其他核酸的切割

BLM還可以在一定的部位切割RNA。例如，BLM可在一個特定的位置消化5SrRNA、酵母tRNA、枯草芽孢桿菌tRNA，以及HIV1的一個mRNA轉錄產(chǎn)物?？傊珺LM結合并從單鏈和雙鏈伸長連接處破壞這些分子。4、其他核酸的切割

BLM還可以在一定的部位切割RNA。例如1485、與蛋白質(zhì)的相互作用，BLM水解酶

BLM水解酶催化BLM脫氨失活，此酶在動物細胞及酵母細胞內(nèi)都存在。酵母基因序列已經(jīng)測定，而BLM水解酶與半胱氨酸蛋白酶家族有相似性。該蛋白在細胞中位置尚未確定。盡管各種細胞對BLM的抵抗作用都歸結于此酶，例如B淋巴瘤、肺癌、大腸癌，BLM水解酶對BLM的特異性及其保護細胞不受BLM傷害的機理仍不明了。其實，它的活性在細胞提取物中十分易測，但在完整的細胞中測定困難。然而，有研究表明，半胱氨酸蛋白酶抑制劑E64可能通過抑制BLM水解酶活性而加強BLM活性。5、與蛋白質(zhì)的相互作用，BLM水解酶

BLM水解酶催化BLM1496、博萊霉素抑制蛋白BRPBRP是一類對BLM有高度特異性的BLM結合蛋白。他們在產(chǎn)生BLM或BLM衍生物，如泰萊霉素的微生物菌體中被發(fā)現(xiàn)。編碼這些蛋白的一個基因，還在具有幾種抗生素抗性的Tn5細菌轉座子中被發(fā)現(xiàn)。這一基因很短（ca.400bp），且其編碼的這些蛋白在細胞核中組成二聚體。它們通過與BLM形成穩(wěn)定的可阻止BLM接近DNA的復合物使BLM失活。6、博萊霉素抑制蛋白BRP150三、博萊霉素的毒理學

1、博萊霉素對動物細胞的作用

用14C標記的BLM通過放射自顯影表明BLM起先位于細胞膜水平，幾小時后博萊霉素就位于細胞核了。1984年，Roy核Horwitz證明加入介質(zhì)中的BLM只有低于0.1的BLM與細胞結合。1986年，Lyman等發(fā)現(xiàn)全部BLM與細胞的結合物呈現(xiàn)兩種組成：一個是特異性的另一個是非特異性的?？墒牵@些為數(shù)不多的研究指出，就像其他細胞毒性藥物一樣，滲透擴散是BLM進入細胞的主要途徑。三、博萊霉素的毒理學

1、博萊霉素對動物細胞的作用

用14C1512、博萊霉素遺傳毒性效應博萊霉素誘導的細胞死亡原因歸結于DNA雙鏈的斷裂和染色體片斷的丟失。另外，BLM誘導染色體畸變：缺失、雙中心粒及多中心粒、成環(huán)、交換，以及斷裂，但是BLM不誘導姐妹染色單體交換。分裂間期用BLM處理的細胞經(jīng)常產(chǎn)生雙核，而且經(jīng)常產(chǎn)生微核。這些是由放射生物學家描述的有絲分裂細胞死亡的特征。BLM有微弱的誘變性，主要是通過缺失的發(fā)生。因為DNA修復－缺失型細胞對BLM更敏感，所以DNA修復的增加可被看作是抵抗BLM的一個機制。

2、博萊霉素遺傳毒性效應1523、博萊霉素細胞毒性效應

BLM對培養(yǎng)細胞的細胞毒性曲線與其他所有細胞毒性化合物不同。細胞存活曲線作為BLM濃度的函數(shù)，在通常的半對數(shù)坐標系中作的點，表現(xiàn)出不尋常的無法合理解釋的連續(xù)向上的凹曲線。實際上在細胞內(nèi)沒有對BLM靶位的限制，與細胞循環(huán)相位有關的毒性沒有區(qū)別，而且沒有抑制細胞的快速誘導。在G2/M期內(nèi)的細胞比G1期的細胞更敏感，但是兩種細胞都顯示出同樣的向上的凹曲線。3、博萊霉素細胞毒性效應

BLM對培養(yǎng)細胞的細胞毒性曲線與其1534、質(zhì)膜限制BLM細胞內(nèi)攝作用及BLM細胞毒性

質(zhì)膜顯著地限制BLM分子到達細胞內(nèi)部的數(shù)量。其實，如果用穩(wěn)定的57Co放射標記的BLM復合物經(jīng)細胞內(nèi)攝作用進入滲透化細胞內(nèi)部，細胞重新密封后，反復洗滌細胞，沒有發(fā)現(xiàn)內(nèi)部放射活性泄漏。這表明，BLM不能通過質(zhì)膜從細胞內(nèi)部逃逸出來，這明顯證明了BLM不能滲透通過質(zhì)膜。然而，BLM的細胞毒性雖然被限制了，但仍可在完整的非滲透化細胞中檢測出來，那個不尋常的向上凹曲線的產(chǎn)生是由于BLM透過細胞的質(zhì)膜依賴性限制