抗癌植物资源与天然产物研究

长期以来,寻抗癌生物资源与天然药物成为各国医学、药学、化学及生物学家的一个共同愿望.一批又批科学家分别从植物、动物及海洋生物中提取抗癌天然产物,尤其是继长春花新碱之后,紫杉醇及其衍生物Epothilones(埃波休隆)的发现,使此项工作取得了突破性的进展.本文主要综述了就近如年来国内外在寻抗癌植物资源及其天然产物的研究与开发进展,分别进行综合论述.
1 红豆杉及其天然产物——紫杉醇
红豆杉(俗称紫杉),属植物界裸子植物亚门(Gymnospemmi)、松杉纲(Conlferopside)、红豆杉目(Taxales)、红豆杉科(T矗mceae S.F.Grey)中红豆杉族( 日B Milchlor et werd)下属的红豆杉属.
1.1 紫杉醇(Paclitaxel】的抗癌机理.
药理实验证明,紫杉醇的抗癌活性表现在两个方面:一是对迅速分裂的肿瘤细胞,紫杉醇冻结有丝分裂纺锤体,从而使细胞有丝分裂停止在G期和M期,阻止了癌细胞的快速繁殖直至死亡;二是抑制肿瘤细胞的迁移.迄今为止,已发现紫杉醇具有中等抗Pl蠲、Ln,o小鼠白血病活性,较高的抗Bl6黑素瘤活性,对路易士肺癌和SI∞肉瘸以及移植c 一I肠癌、一1肺癌和M 乳腺癌,SRC、M 一1乳腺癌等具有明显活性,对进行性卵巢癌的有良好效果,对转移性乳腺癌、肺癌、头颈部肿瘤、恶性黑素瘤、淋巴肉瘤及食道癌也具有一定的疗效.
1.2 红豆杉及其天憝产物研究与开发
多肽修饰1.2,1 紫杉醇的研究与开发历史J
早在1856年Lucas就从浆果红豆杉(Txatts baecata L.)中分离得到碱性物质Tasine.直到本世纪6o年代,在现代光谱技术发展的基础上,有关这方面的工作才得以全面展开.
硅胶海绵条1962年美国农业部(USDA)采集了太平洋红豆杉树皮供美国国立癌症研究所(NCI)筛选抗癌成分.1963年,Wall和Wani从太平洋红豆杉中提取出粗提物.1964年,用KB细胞毒性方法证明,这~粗提物具有生物活性.1965年,又采集了一批树皮交Wall博士提取分离.1969年,确定了粗提物中活性成分是紫杉醇.1971年,Wani分离出纯的紫杉醇并用x一衍射确定了其结构,起初发现紫杉醇对P3镕和Ll210小鼠白血病仅有中度活性.1975年进而发现它对BI6黑瘤有很强的活性.1977年,开始被确定为候选药物开始作临床前实验,随后发现紫杉醇对多种人体肿瘤有很强的活性.1979年,Schif和Horwitz阐明了紫杉醇的独特药理机制后,引起了科学家们的极大兴趣.1980年,完成了紫杉醇的制剂研究,随后开展了毒理学研究.1983年。开始进入I期临床.1987年进入Ⅱ期临床.1990年开始进入Ⅲ期临床.1991年,NCI决定由BKS公司从太平洋红豆杉树皮中提取25 纯紫杉醇,以供NCI进行1.2万例癌症患者的临床试验.19
92年l2月29日,美国食品药品管理局(FDA)批准紫杉醇上市,商品名为Taxol,用于卵巢癌,现在Taxd已在欧洲、美洲、南非等40多个国家上市.
1.2.2 紫杉醇的生物合成
1988年,Denis等从欧洲红豆杉的针叶中得到含量为0.1%的紫杉醇前体l0一去乙酰白卡亭一Ⅲ,并以此为原料半合成紫杉醇及其衍生物Taxotere.Taxotere与紫杉醇的不同之处在于岛位氨基上有叔丁氧羰基和cm位有羟基取代,其优点是水溶性较好,从而提高了生物利用度.Taxotere也有广泛的体外抗肿瘤活性,已在乳腺癌、肺癌、胃癌、头颈癌、卵巢癌和黑素瘤中得到证实,作用机理也与紫杉醇类似.此后,全世界30多个研究小组开展了紫杉醇的全合成研究,并发表了化学合成结果.直到l993—1994年才由Holton教授和Nicolaoll教授分别用分子结构逐一形成的线型方法和逆合成分析法,通过Shapiro反应和MCMurry偶联,把含有A环和c环的碎片结合起来,形成ABC环骨架,然后组装上含氧D环,接上在B环与c环周围的各取代基,最后氧化cl3为醇并通过酯化反应侧链,完成了紫杉醇的全生物合成.
1.2.3 组织培养
自70年代以来,国内外专家在进行红豆杉的组织及细胞的培养方面,傲了大量和卓有成效的工作,并取得了突破性进展L3J.一是红豆杉愈伤组织及细胞悬浮培养,研究的范围包括:愈伤组织和细胞系的选择,细胞生长、紫杉醇生产及营养成分消耗的动力学、诱导物、前体、激素的种类与浓度、糖的种类与浓度、生物过程的偶合、生物反应器的种类及培养环境等方面;二是红豆杉体细胞胚胎发生及
胚性细胞悬浮培养;三是红豆杉细胞的固体化培养,Fett—Neto等用玻璃纤维固定东北红豆杉细施,6个月后这些细胞能产生占细胞于重0.012.4-0.07%的紫杉醇, .
1.2.4 基因工程
Rodney等人采用同源PCR扩增片段筛选eDNA文库的方法,得到了紫杉二烯合成酶的cDNA序列L3,4J.通过比较6种已知的高等植物中单萜、倍半萜和双萜环化酶的基因序列,确定了它们具有l1个同源区域.据此设计了20个简并物,即c一端、N一端及中部9个位置的各个方向的引物.以CsCI纯化的T.brevif0Iia茎的噬菌体DNA文库为模板,随机组合引物,进行PCR扩增,得到83bp的特异性扩增片断.然后将其克隆到1~Tmue上,并用其作为杂交探针对3x 105噬斑进行筛选,最终得到2.7kb的一段序列.对此2.71do的基因片断进行eDNA测序分析和氨基酸序列分析,发现它带有一般导人质体的信号肽,与其它二烯萜环化酶的体内定位是相似的.与此同时,Han等利用根癌农杆菌使太平洋红豆杉和欧洲红豆杉无菌茎段产生冠瘿瘤,并用Southern杂交检测到T—DNA
的存在,从而首次证明红豆杉可被农杆菌转化_3J.L王m 等人利用太平洋红豆杉合子胚与含C-us基因的PBu2l质粒DNA培养,也成功地使Gus基因在胚中得到瞬间表达_3J.Plant—Carcss~利用发根农杆菌侵染红豆杉获得了发状根,之后把发状根培养于含lmg/LNAA和0.1mg/L BA的岛培养基上,最后再转移至5mg/L BA的培养基上培养8周即获得了转基因植株_j J.不久,Wildung等人成功地利用P
CR技术克隆到该酶的eDNA片段,该片段由2586个核苷酸组成,在离体条件下能把GGPP转化成4(5),11(12)一dleae.目前,基因工程还只是一个良好的开端.此外,在红豆杉及其天然产物资源开发方面,如红豆杉有性(种子)繁殖、无性(扦插)繁殖、细胞真菌发酵,紫杉醇衍生物的研究与开发,也取得了突破性进展.
2 Epoth1]ones研究J
Epothilones(埃波休隆)是由纤维堆囊菌属(S。ran uIn edlulosm~)粘菌分泌的一类具有l6员碳的大环内脂,现已发现两种天然衍生物,分别是epothilone A(分子式为c26H剪s)与epothilone B.1995年前后,美国Merck研究实验室的DanielM.Bollag等从En1p0r_m州立大学的J.E.Petersoax菌种珍藏室获得ran Ⅲ cellutosum菌株s的有效活性,并证明这种提取物就是epothilones(A与B),进而对这类化合物的微管稳定作用效能与紫杉醇作了较为全面的离体实验比较研究,结果令人振奋,epothilones是一类具有促微管蛋白聚合特性、结构新颖的抗癌化合物.
多糖类
3.I 刺五加多糖
刺五加多糖是从五加科植物刺五加(Amndwpanox&n如D (Rupt.et M a)Hgn1s)的根、根皮及果中提平行流冷凝器
取分离的多糖_6J,其抗癌作用表现在:一是体外抗癌作用.佟丽研究结果表明,ASPS对S1∞和细胞株均有明显的细胞毒作用,而且这种作用极为敏感.二是体内抗癌作用.谢蜀生等人将C~BL/6小鼠皮下接种1×105ELG4细胞,测定小鼠肿瘤大小,井观察成活期.结果显示,给药组小鼠肿瘤体积显著小于对照组(P<0.o1),给药时间越长,差别越大.程秀娟、ML shen等也发现ASPS对S 和Siso二种瘤细胞均有显著抑制作用.
3.2 茯苓多糖(PPs)
佟丽等【7 采用毛细管柱气相谱法分析了茯苓多糖(PPS),剌五加多糖(ASPS)与S180细胞一同温育24h后,细胞膜磷脂和中性脂的脂肪酸组成变化,发现磷脂的脂肪酯组成发生明显改变,花生四酸(c∞. )和豆蔻酸(c14_0)降低(P<0.(15或P<0.01),与作用阳物对照的氨甲喋呤作用相似.降低肿瘤细胞组织明显升高的c∞:4水平,减少自由基损伤,具有一定的抗癌效果.此外,cl 4lo是一个饱和脂肪酸,PPS、ASPs能使C14:o降低,与阳性抗癌药物Ⅸ 的作用相似,也具有抗癌作用.综上所述,膜磷脂生化特性盼改变是PPS、ASPS抗肿瘤作用的一个重要环
节.
3.3 黄苠多糖
据<;中药大辞典)记载:黄芪有“补气、脱毒、生肌”等功能.杜志德等介绍:黄芪具有三大作用:防癌抗癌、预防感冒、延年益寿,其抗癌活性物质为黄芪多糖.王遭苑等报道:黄芪多糖具有更显著的生物活性.
有机玻璃加工设备
3.4 附子多糖
附于是毛莨科乌头属(Aconitum camalchqeli c)植物的侧根,是一种常用的中药材.据<;本草纲目)记载,“附子具有回阳救逆、温补肾阳、祛寒止痛之功能”.近年研究表明:附子提取液(多糖)尚具有强心、抗癌、抗衰老和增强免疫机能的作用.‘
3.5 银耳多糖
银耳(7reme//a Be )在我国有悠久的药用和食用历史.据资料介绍_7J,多糖在防癌抗癌中的生物活性是多方面的.第一有些多糖能提高M 的吞噬功能,诱导白细胞介素I(IL—1)和肿瘤坏死因子(1T )的生成,激话LAK细胞,在抗肿瘤中发挥直接的细胞毒作用.第二多糖在肿瘤免疫也应具有十分重要的作用,友田正司等报道,从三七根(Pmmx nolo#seng)中提取的多糖(S anchian A)可显著增强网状内皮系统在碳廓清试验中的活性,并增加小鼠、绵羊细胞抗体的生成,恢复由环磷酰胺导致的抑制而延迟的过敏反应.云芝多糖对Sire肉瘤、艾氏腹水癌、吉田肉瘤、腹水型肝癌等实验肿瘤有明显的抑制作用.茯苓多糖对小鼠Sire肉癌也有明显抑制作用,使癌细胞逆转.香菇多糖对小鼠Sl舳肉瘤抑制可
达70% 一100%,有90%的小鼠肿瘤完全消退,还能抑制化学致癌剂3一甲蒽醌的致癌作用.灵芝多糖能明显增加抗原结合细胞(RFC)数,并升高正常人和白细胞减少者的白细胞数.葡萄甘鼹聚糖(Glaeomannan)能使致敏淋巴细胞对肿瘤细胞发生特异性免疫反应,也能增强动物网状内皮系统吞噬功能.陈力真等报道,地黄多糖ip.ig对Lewis肺癌、BI6黑素瘤和H 肝癌亦有效,第三多糖是细胞膜成分,能强化正常细胞抵御致癌物的侵袭.如冬虫夏草多糖能与肝腹水癌细胞膜结合,抑制胞外葡萄糖进入癌细胞,使癌细胞缺能量而坏死.
4 鬼臼类木脂素
天然鬼臼类木脂素存在于小檗科鬼臼属(PodophyHum)、八角莲属(Dysvsn~)和山荷叶属以及科和柏科的少数科属中J.鬼臼毒素(Podophyuo眦in)及相关木脂素是一类具有显著细胞毒性的天然活性物质.这类物质主要包括鬼臼毒素、表鬼臼毒素、去甲鬼臼毒素、a一足叶草脂素、8一足叶草脂素、5一甲氧基鬼臼毒素、锡金鬼臼毒素及酮基木脂素等成分,统称鬼臼类木脂素(PodophyUum lignans).印年代中VP16-213(e【0p08ide)和vM26(teniposide)问世,临床测试具有广谱抗癌话性:对小细胞肺癌、睾丸癌、白细胞癌、淋巴肉瘤、神经胶质瘤、霍杰金氏症等多种癌症有特殊
疗效.此外,在临床上试用的还有SPG、SF/、EPEG和FIG等鬼臼类木脂素衍生物.鬼臼类木脂素及它们的甙类都具有抑制癌细胞增殖的作用,这类木脂素的细胞毒性主要在于其强烈的纺锤体毒性,
能和纯化的微管蛋白结合,抑制细胞微管的聚合,致使复制后的染体不能分离,使细胞分裂停止在中期.鬼臼类木脂素还能抑制细胞对胸腺嘧啶、尿嘧啶、腺嘌呤、鸟嘌呤等各类对核苷的摄取,从而抑制细胞DNA、RNA以及蛋白质的合成.此外,鬼臼类木脂索特殊的结构,具有邻醌化合物特性,能导致活泼自由基的形成,干扰细胞氧化还原系统.近年来,鬼臼类木脂素的生物合成、抗癌机理、生药分布和组织、细胞培养研究,取得了新的重大突破.
5 三尖杉酯碱和高三尖杉酯碱
三尖杉酯碱和高三尖杉酯碱是从三尖杉属植物中分离出来的具有抗肿瘤活性的生物碱J.我国民间医生在很早以前就用三尖杉植物肿瘤.7O年代初,美国科学家Powell等分离并鉴定了三尖杉属植物的生物碱,并研究其抗肿瘤活性,发现其中一类生物酯碱,包括三尖杉酯碱、高三尖杉酯碱、异三尖杉酯碱、去氧三尖杉酯碱和假去氧三尖杉酯碱具有抑制小鼠白血病细胞生长作用.我国科学家同时大量分离了三尖杉酯碱和高三尖杉酯碱,并在临床上进行这些物质的抗白血病化疗研究,发现它们能白血病.此后,美国等发达国家的科学家也对其进行了I期及Ⅱ期临床和毒性研究,以后又有许多关于此二类化台物生物活性及作用机制的研究报道.临床研究与实验表明,三尖杉酯碱和高三尖杉酯碱不仅对白血病有效,而且对其它肿瘤也可能有效.卢大用等发现三尖杉酯碱和高三尖杉酯碱对大鼠Walker肉瘤、小鼠sl 肉瘤也育抑制作用,并进一步证实高三尖杉酯碱能抑制细胞钙调蛋白活性.同时,还发现高三尖杉酯碱能抑制小鼠Pl姗细胞淋巴道转移和Lewis癌肺转移.此外,国外有用三尖杉
酯碱神经瘤的报道.
6 黄酮类
6.1 异黄酮
防喷盒激光平台植物中的异黄酮【1oJ主要有大豆黄酮、芒柄花素、染料木素和美皂异黄酮等.异黄酮广泛存在于豆科植物中,从动物牧草(如红三旰草)到人类食用的大豆、绿豆中均有一定的含量.国内外细胞水平的研究表明:红三叶草异黄酮对苯并芘(B[口]P)代谢有强烈抑制性能,能抑制仓鼠胚胎细胞的B[a]p一-DNA结合;染料木素能抑制酪氨酸蛋白激酶的活性,从而抑制培养细胞(A“)上皮细胞生长因子(ECr)受体的磷酸化作用,抑制细胞生长;异黄酮还有抗氧化作用.国内报道:大豆黄酮具有抗促癌及诱导癌细胞分化的作用;夫豆黄酮或芒柄花素还能显著提高小鼠胸

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