抗癌药物紫杉醇的制备、抗癌机理和应用前景
摘要紫杉醇具有显著的抗癌活性和独特的作用机理，现主要用于治疗晚期乳腺癌和卵巢癌等。紫杉醇分子结构复杂，具有特殊的三环[6+8+6]碳架和桥头双键以及众多的含氧取代基，其全合成引起国内外许多有机化学家的兴趣。本文简述紫杉醇的制备、抗癌机理和不良反应。
关键词紫杉醇制备抗癌机理不良反应
紫杉醇（Taxol）是从短叶红豆杉树皮中分离得到的一种四环二萜化合物。1992年12月29日美国FDA正式批准紫杉醇作为治疗晚期卵巢癌的新抗癌药物。由于该药疗效确切、副作用小，在美国上市后销售情况一直很好，并保持着20％以上的年销售增长率。2000年该药的销售额已超过10亿美元。紫杉醇被当今世界上公认为广谱、活性最强的抗癌药物，尤其是对子宫癌、卵巢癌、乳腺癌具有特殊的疗效，它的问世被誉为20世纪90年代国际上抗癌药三大成就之一[1]。美国FDA已原则上同意其他国家及厂家生产紫杉醇制剂并可以作为通用名药上市，这就打破了美国施贵宝公司对该药的垄断生产。这一决定意味着紫杉醇制剂价格将大幅下降，从而有利于广大肿瘤患者服用。然而由于这种天然化合物资源极其有限，严重的限制了其研究和应用的进度。同时尖锐的供需矛盾也在医学、化学和植物组织培养领域的科学家中引起了一场非同寻常的广泛研究，以增加这种化合物的来源和寻找高效、低毒、来源丰富的紫杉醇类似物。经过40多年努力，已经取得了可喜的进展。
1紫杉醇的制备
1.1天然红豆杉植物提取[2，3]
紫杉醇的直接来源是从天然植物红豆杉树皮、树叶中提取。但并不是所有品种的红豆杉树均含有紫杉醇，而且不同种类的红豆杉紫杉醇含量的多少差别非常明显。红豆杉属植物共11种，我国有4种及1种变种，它们分别是云南红豆杉、西藏红豆杉（又名喜马拉雅红豆杉）、中国红豆杉、东北红豆杉、南方红豆杉（又名美丽红豆杉）。紫杉醇在不同植物来源以及植物体不同部位的含量与提取分离有着直接关系。Vidensek对东北红豆杉幼苗以及成树的不同部位中的紫杉醇含量作了分析，结果表明，成树紫杉醇的含量高低依次为：树皮>树叶>树根>树干>种子>心材。对于不同植物来源的组织培养细胞中的紫杉醇含量，陈未名等作了大量研究，结果表明，愈伤组织中的紫杉醇含量以云南红豆杉为最高，其次为欧洲红豆杉，再次为红豆杉；而悬浮培养细胞中的紫杉醇含量从高到低依次为云南红豆杉、欧洲红豆杉、红豆杉。
红豆杉植物样品经过预处理，再用有机溶剂提取，然后用液-液萃取法、固相萃取法、CO2超临界流体萃取法等方法进行萃取，再经过柱层析法、薄层色谱法、沉淀法、胶束电动毛细管色谱法、膜分离法、树脂吸附分离法、高速逆流色谱法、化学反应法、药理作用靶点法分离纯化。
1.2紫杉醇的全合成
紫杉醇分子结构复杂，具有特殊的三环[6+8+6]碳架和桥头双键以及众多的含氧取代基。其全合成引起国内外许多有机化学家的兴趣。先后共有30多个研究组参与研究，实属罕见。经20多年的努力，于1994年才由美国的R.A.Holton[4，5]与K.C.Nicolaou[6]两个研究组同时完成紫杉醇的全合成。
R.A.Holton及其同事是最早从事紫杉醇合成的研究组之一。他们成功地构建了紫杉烷骨架、首次合成天然紫杉烷类化合物Taxusin 2、以Baccatin Ⅲ衍生物3为原料半合成紫杉醇，该法已被BMS公司用于工业化生产紫杉醇。因4的合成方法由I.Ojima等发展而来，故又称为Holton-Ojima法。其特点是步骤少，收率高。R.A.Holton的紫杉醇全合成路线以细致为特色。其成功的主要原因是经历约10年时间对紫杉醇分子构象与反应性的深入研究以及对多种化学合成方法的改进和发展。R.A.Holton以价廉易得的樟脑5为起始原料的线性合成路线如图1所示[7]。
1.3紫杉醇的半合成
图1 Holton的直线合成路线
半合成法指的是经过某些化学反应将红豆杉属植物中所含的紫杉醇类似物转化为紫杉醇。由于Baccatin Ⅲ和10-deacetyl baccatin Ⅲ在植物中的含量相对较高，因而半合成的研究工作主要集中在对这两种物质的研究上。法国Universite Joseph Fourier的J．N．Denis（1988）首次报道由10-deaeetyl-baccatin Ⅲ为原料半合成了紫杉醇[8]。随后美国Holton教授和法国Potier教授分别申请了以baccatin Ⅲ为原料半合成紫杉醇的专利。紫杉醇半合成前体10-deacetyl-baccatin Ⅲ是从欧洲红豆杉针叶中分离出来的，其含量可达0.1％。由于针叶再生很容易，紫杉醇半合成可有较丰富的原料。美国BMS公司计划在获得美国FDA批准后，立即用Holton教授的专利生产紫杉醇，并决定在1994年底停止从树皮中萃取紫杉醇的生产。Holton和Potier都认为半合成是解决紫杉醇供应问题的一条很有希望的途径。紫杉醇的半合成路线图解可参见文献[9]。
1.4真菌发酵生产紫杉醇[10]
1991年，美国Montana州立大学植物病理学家Gary Strobel和化学家Andrea Stierle检验了从20多个样点的25棵大树上分离出的200多个微生物，结果仅有一种真菌具有合成紫杉醇的能力，把该菌放在合成培养基中培养，发现该菌合成紫杉醇能力十分稳定，经鉴定是一个新物种，他们把该菌命名为安德列亚菌。目前该菌合成紫杉醇能力只有24 ng/L～50 ng/L，科学家正在努力优化其发酵条件，并通过诱变和基因工程技术提高其合成紫杉醇能力。尽管其产率很低，但由于真菌的基因操作比植物容易得多，因而有可能通过传统的方法和基因工程的方法来增加紫杉醇在真菌中的产量。另据报道，我国西安一枝刘制药公司的研究人员从中国红豆杉树皮中分离出一种真菌，使其重组诱变，通过菌种优化培养，紫杉醇和Baccatin Ⅲ在培养液中的浓度均达到2×10-3g/L，有望实现产业化。
此外还有多种方法制备紫杉醇[11]：组织培养和细胞培养进展很快，但无法达到商业要求，所以目前只是扩大药源的潜在方法；基因工程—虽然利用基因工程提高细胞中紫杉醇含量是一条诱人的途径，但是由于紫杉醇生物合成的具体途径不甚清楚，加之紫杉醇合成可能需要多个基因（或一组基因）参与，所以还有待于进一步研究；通过杂交方法培育生长快，紫杉醇含量高的红豆杉新品种，以其为原料提取分离紫杉醇。
