天然药物紫杉醇的研究与开发

紫杉醇是红豆杉属（ＴａｘｕｓＬｉｎｎ，也称紫杉属）植物的次生代谢产物，而这类植物全世界只有１１种，分布于北半球的温带至亚热带地区。

早在１８５６年Ｈ．Ｌｕｃａｓ就开始对欧洲红豆杉（Ｔａｘｕｓｂａｃｃａｔｅｌｉｎｎ，浆果红豆杉）进行化学研究，但在随后的１００年间没有多大进展。１９５８年，美国国家癌症研究所（ＮＣＩ）组织化学、生态、药理及临床方面的专家发起一项历时２０余年，对３５０００多种植物提取物的抗癌活性进行筛选的研究［１］。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（Ｔａｘｕｓｂｒｅｖｉｆｏｌｉａｎｕｔｔ．，即ＡａｃｉｆｉｃＹｅｗ，短叶红豆杉）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，并命名其为紫杉醇（Ｔａｘｏｌ）［２］。

２紫杉醇的抗癌机理

１９７９年，Ｓ．Ｂ．Ｈｏｒｗｉｔｌ等人报道了紫杉醇的作用机理，认为它属于有丝抑制剂，它的独特机制在于可以诱导和促进微管蛋白聚合，使微管装配和稳定［３］。人体的细胞形成是α微管蛋白和β微管蛋白形成异二聚体，它又自组装成多聚微管，形成细胞骨架结构。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，紫杉醇可使两者之间失去动态平衡，与紫杉醇结合的微管发生形态改变，形成微管束，不与染色体连接，使细胞在有丝时不能形成纺锤丝牵动染色体向细胞两极移动，使其停留在Ｇ２期和Ｍ期直至死亡，抑制了细胞，达到抗肿瘤的目的。

３紫杉醇的生物合成

从１９８２年的临床实验到现在，几乎所有的紫杉醇均来源于短叶红豆杉的树皮，而红豆杉生长极其缓慢，树皮中紫杉醇含量极低（约０．０２％），治疗一名患者约需３棵树的树

皮，靠剥树皮的方法远不能满足对紫杉醇日益增长的需求［４］。对此，科学家们开展了紫杉醇的全合成、半合成、结构修饰以及组织培养、真菌发酵和人工栽培等方面的广泛研究。３．１化学法合成紫杉醇结构与药效是近年来紫杉醇化学研究最活跃的领域，通过化学结构的改造修饰，有望能获得易溶于水、抗癌活性高、毒副作用低的新型紫杉醇类似物。紫杉醇的化学合成已成为有机化学合成中的一个热点，以Ｎｉｃｏｌａｏｕ博士为首的美国研究小组在１９９４年成功实现了紫杉醇的化学全合成。到目前为止，报道紫杉醇的全合成路线有３条，即ＨＯＩ．ＴＯＮ路线、ＮＩＣＯＬＯＡＵ路线、ＤＡＮＩＳＨＥＦＳＫＹ路线［５］，但全合成的步骤多，成本高，而且反应条件极难控制，效率也很低，因此目前尚未进入工业化生产。

而通过化学半合成法是目前生产紫杉醇最有效的途径。所谓化学半合成就是从红豆杉属植物叶片中提取ＢａｃｃａｔｉｎⅢ和１０$ＤｅａｃｅｔｙｂａｃｃａｔｉｎⅢ（１０$ＤＡＢ），通过化学修饰来生产紫杉醇。在红豆杉属植物中ＢａｃｃａｔｉｎⅢ和１０$ＤＡＢ含量比紫杉醇丰富得多，化学半合成法比全合成法提取简单，成本较低，树叶又是可再生资源。半合成紫杉醇越来越受到重视，已实现了商业化生产［６］。

３．２组织细胞培养法合成相对于合成法，该法完全摆脱对红豆杉的依赖，更容易进行规模化的大生产，细胞培养法除直接生产紫杉醇外，也可为半合成提供原料，如１０$ＤＡＢ和ＢａｃｃａｔｉｎⅢ。

自Ｃｈｒｉｓｔｅｎ于１９９１年申请了用细胞培养技术生产紫杉醇以来，国内外至少已有９个利用该技术生产紫杉醇及其类似物的专利。目前，美国和加拿大等处于领先地位，我国也有一些研究所和大学从事这方面的研究。Ｆｅｔｔ$Ｎｅｔｏ等使用玻璃纤维网固定紫杉细胞，得到紫杉醇含量为干重的０．００７％，目前紫杉醇细胞培养规模已达１００Ｌ，有实现工业化生产的趋势。

３．３真菌培养法合成紫杉醇１９９３年，美国Ｍｏｎｔａｎａ州大学植物病理系的Ｓｔｉｅｒｌｅ博士等从短叶红豆杉的韧皮部中分离到一种能产生紫杉醇的内生真菌安德鲁紫杉菌（ｔａｘｏｍｙｃｅｓａｎｄｒｅａｎａｅ），其紫杉醇产量可达２４～５０ｎｇ／Ｌ，这一发现具有重大的科学意义和潜在的商业价值［７］。Ｓｔｉｅｒｌｅ等采用质谱（ＭＳ）、免疫化学、色谱（ＴＬＣ、ＨＰＬＣ）和放射性同位素标记等方法，证明了安德鲁紫杉菌的３周培养物中存在紫

天然药物紫杉醇的研究与开发

常明进，李春强，彭明＊（中国热带农业科学院热带生物技术研究所，海南海口５７１１０１）

摘要阐述了天然抗癌新药紫衫醇的作用机理及生产途径，探讨了紫杉醇生产、应用研究存在的问题及发展前景。

关键词紫杉醇；天然药物；细胞培养；红豆杉

中图分类号Ｓ７９１．４９文献标识码Ａ文章编号０５１７－６６１１（２００６）０２－０２５７－０２

ＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＮａｔｕｒａｌＭｅｄｉｃｉｎｅＴａｘｏｌ

ＣＨＡＮＧＭｉｎｇ!ｊｉｎｅｔａｌ（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｒｏｐｉｃａｌＢｉｏｓｃｉｅｎｃｅａｎｄＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＴｒｏｐｉｃａｌＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅＳｃｉｅｎｃｅ，Ｈａｉｋｏｕ，Ｈａｉｎａｎ５７１１０１）

ＡｂｓｔｒａｃｔＩｎｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅ，ｔｈｅｔａｘｏｌ，ａｕｎｉｑｕｅｃｒｕｄｅｍｅｄｉｃａｔｉｏｎａｇａｉｎｓｔｃａｎｃｅｒｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅａｕｔｈｏｒｍａｉｎｌｙｅｘｐａｔｉａｔｅｄｉｔｓｅｆｆｅｃｔｍｅｃｈａｎｉｓｍａｎｄｙｉｅｌｄａｐｐｒｏａｃｈ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｔｈｅｔａｘｏｌａｎｄｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｗｅｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．

ＫｅｙｗｏｒｄｓＴａｘｏｌ；Ｎａｔｕｒｅｍｅｄｉｃａｔｉｏｎ；Ｃｅｌｌｃｕｌｔｉｖａｔｅ

作者简介常明进（１９７７－），女，河南南阳人，硕士研究生，研究方向：基

因工程。＊通讯作者，美籍华人，研究员，博士生导师。

收稿日期２００５$０９$１１

安徽农业科学，ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｎｈｕｉＡｇｒｉ．Ｓｃｉ．２００６，３４（２）：２５７－２５８责任编辑曹淑华责任校对曹淑华

（上接第２５６页）

３讨论

（１）

人工栽培的子实体，由于生产周期长，劳动强度大，易受气候影响，产量及质量均不稳定，并因水、空气及土壤的原因，造成重金属富集。随着深层发酵技术的发展，以及对子实体和菌丝体组分的研究，人们发现一些食用真菌的菌丝体多糖含量及抗癌活性高于子实体［６］。因此，液体深层培养技术具有产量高、成本低、周期短、易控制等优点，将成为大规模工业化生产食用菌菌丝及代谢产物的主要途径。（２）近年来，研究开发新型真菌多糖抗癌药物引起了人们极大的关注。该实验中，榆黄菇菌丝体多糖高中低３个剂

量组对小鼠Ｓ１８０的抑瘤率分别为３０．１４％、４１．７３％和４８．８７％，

效果显著。因此，提取菌丝体多糖可以作为开发榆黄菇抗肿瘤活性多糖的一种可行途径。

（３）真菌多糖抗肿瘤机制是多方面的，但目前认为主要还是通过增强宿主免疫功能而发挥作用。本实验发现榆黄菇菌丝体多糖能够提高荷Ｓ１８０小鼠的胸腺指数和脾指数，初步说明增强免疫功能是榆黄菇菌丝体多糖抗肿瘤的原因之一，但仍需对其进行更加深入的研究。参考文献

１

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５李仪奎主编．中草药药理实验方法学［Ｍ］．上海：

上海科学技术出版社，１９９１．５１２－５２０．

６黄年来．姬松茸及药效［Ｊ］．江苏食用菌，１９９４，１５（４）：３０－３１．表２

榆黄菇多糖对荷Ｓ１８０小鼠免疫器官重量的影响（Ｘ±ＳＤ）

组别剂量

ｇ／ｋｇ

动物数∥只胸腺指数脾指数

始终阴性对照组１２９１．７４±０．３２４．９４±１．１２阳性对照组０．２８８２．９１±０．７１＊６．６８±１．７６低剂量组０．２８７１．９３±０．８２６．１５±２．４１中剂量组０．４８８２．８７±０．４５＊８．８２±１．７７＊高剂量组０．８８７２．３３±１．０２７．９３±１．５２＊注：＊表示与阴性对照组相比Ｐ＜０．０５。

杉醇及其类似物［８］。利用此真菌可在特定的培养基中产生紫杉醇及相关化合物，但由于目前产量较低，还未能在生产中得到应用，通过改变培养条件和应用重组ＤＮＡ技术，可望提高紫杉醇的产量。目前已从红豆杉中分离了２００多种紫杉醇真菌，但其含量很低。由于真菌培养相对容易，生长快，对其进行遗传改造是生产紫杉醇的诱人途径［９］。４紫杉醇的应用

１９８２年紫杉醇开始在临床上进行试验，１９８９年完成Ⅱ期临床，１９９０年进行Ⅲ期临床，１９９２年１２月２９日美国ＦＤＡ正式批准用于晚期卵巢癌、

肺癌、子宫癌的治疗。它是经ＦＤＡ认证，目前最好的天然抗癌药物之一，是治卵巢癌、乳腺癌的首选药物，对白血病、肺癌、脑癌、直肠癌等疗效也显著，并且毒性试验表明它的毒副作用很小［１０］。

紫杉醇还可调节体内免疫功能，促进白细胞介素及干扰素的释放，对肿瘤起杀伤或抑制作用，它有类似细胞内毒素脂多糖对巨噬细胞的作用，还可抑制特殊细胞的分泌功能。进一步的研究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，导致肿瘤坏死因子ＴＮＦ!α受体的减少以及ＴＮＦ!α的释放，还可促进白细胞介素ＩＬ!１及干扰素ＩＦＮ!α，ＩＦＮ!β的释放。还有研究显示紫杉醇可抑制细胞内胆固醇的运输，对正常组织细胞也可抑制其特殊功能。总之，紫杉醇是一种有效治疗多种癌症的天然植物提取物，其独特的抗癌机制使之成为全球抗癌药物研究热点。２００３年全球紫杉醇销售额已经超过２０亿美元，并且还在以每年２０％的速度递增。５问题与展望５．１问题

虽然关于紫杉醇的研究取得了很大的进展，已

发表了５００多篇文献，但仍没有比较成型的可进行工业化生产的技术。主要原因是：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。此外，有关紫杉醇最佳剂量与疗效的关系还未确定，筛选有效剂量，制定最佳给药方案等也待完善。５．２展望利用化学合成紫杉醇的前体，再利用红豆杉培养细胞进行生物转化而获得紫杉醇，可能有希望获得产量大、成本低、药效稳定和毒副作用小的抗癌新药物。目前生产紫杉醇的最佳方案或许是将现在进行的各种方法结合起来，用细胞培养生产紫杉醇的前体，然后半合成为紫杉醇及活性类似物。相比较而言，当前被认为最现实、最快捷和低成本的办法是栽培红豆杉，从野生及大量栽培的红豆杉科属植物中提取紫杉醇或其前体化合物，通过半合成得到紫杉醇。参考文献

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安徽农业科学２００６年

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