紫杉醇及其衍生物的研究

1、紫杉醇及其衍生物的研究,,目錄,1、紅豆杉介紹2、紫杉醇的研究3、紫杉醇開發(fā)途徑和合成方式4、紫杉醇的改造和衍生物5、對(duì)紫杉醇的展望,,紅豆杉屬植物是一類古老的植物類群，全世界有11種，分布于北半球的溫帶至熱帶地區(qū)。除澳洲的Austrotaxus Spicata一種產(chǎn)于南半球之外，其余紅豆杉均產(chǎn)于北半球。從紅豆杉的地域分布上看，美國(guó)、加拿大、法國(guó)、印度、緬甸和中國(guó)等地都有分布，但屬亞洲的儲(chǔ)量最大，其中，中國(guó)境內(nèi)的紅豆杉就占全球儲(chǔ)

2、量的一半以上。中國(guó)有4種1變種，黑龍江省只有東北紅豆杉1種，天然分布很少。不過東北紅豆杉主要分布在吉林省長(zhǎng)白山和黑龍江一帶，遼寧東部山區(qū)也有少量分布。其分布特點(diǎn)是：分布區(qū)域狹窄，面積小，并呈間斷分布，散生在其它群落中，天然更新少，在綏陽林業(yè)局紫杉分布相對(duì)較密的林地約3600公頃，主要分布在寒蔥河、青山、三岔河、細(xì)鱗河等林場(chǎng)。云南紅豆杉主要分布在 滇西與地州16個(gè)縣總面積約9萬平方公里， 其特點(diǎn)是分布廣， 生長(zhǎng)分散，無純林，多為林中散生木

3、。南方紅豆杉主要分布在滇東、滇西南、滇東純林，多為林中散生木。湖南省邵陽市綏寧縣朝儀鄉(xiāng)老灣村、永州市雙牌縣陽明山絞車廟村、安徽省黃山市黃山區(qū)等地分布大量天然紅豆杉。,紅豆杉介紹,紫杉醇的理化性質(zhì),【化學(xué)名稱】 5β，20-環(huán)氧-1，2α，4，7β，10β，13α-六羥基紫杉烷-11-烯-9-酮-4，10-二乙酸酯-2-苯甲酸酯-13[（2’R，3’S）-N-苯甲酰-3-苯基異絲氨酸酯]【分 子 量】 853.92【物理性質(zhì)

4、】白色結(jié)晶體粉末。無臭，無味。不溶于水（77uM/L），易溶于氯仿、丙酮等有機(jī)溶劑。【結(jié)構(gòu)式】,紫杉醇的優(yōu)點(diǎn),臨床研究，紫杉醇主要適用于卵巢癌和乳腺癌，對(duì)肺癌、大腸癌、黑色素瘤、頭頸部癌、淋巴瘤、腦瘤也都有一定療效。,紫杉醇的作用機(jī)制,紫杉醇可使微管蛋白和組成微管的微管蛋白二聚體是去動(dòng)態(tài)平衡，誘導(dǎo)與促進(jìn)微管蛋白聚合、微管裝配，防止解聚，使微管穩(wěn)定，從而阻止癌細(xì)胞的生長(zhǎng)。紫杉醇讓管的微管蛋白二聚體是去動(dòng)態(tài)平衡，導(dǎo)致細(xì)胞在有絲分裂時(shí)不能形

5、成紡錘絲和紡錘體，抑制了細(xì)胞的分裂和增殖，使癌細(xì)胞停止在G2期和M期，直至死亡，從而起到抗癌作用。有些可以誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡,紫杉醇的毒副作用,1、過敏反應(yīng)：發(fā)生率為39%，其中嚴(yán)重過敏反應(yīng)發(fā)生率為2%。多數(shù)為1型變態(tài)反應(yīng)，表現(xiàn)為支氣管痙攣性呼吸困難，蕁麻疹和低血壓。幾乎所有的反應(yīng)發(fā)生在用藥后最初的10分鐘。2、骨髓抑制：為主要?jiǎng)┝肯拗菩远拘?，表現(xiàn)為中性粒細(xì)胞減少，血小板降低少見，一般發(fā)生在用藥后8～10日。嚴(yán)重中性粒細(xì)胞發(fā)生率為47%，嚴(yán)

6、重的血小板降低發(fā)生率為5%。貧血較常見。3、神經(jīng)毒性：周圍神經(jīng)病變發(fā)生率為62%，最常見的表現(xiàn)為輕度麻木和感覺異常，嚴(yán)重的神經(jīng)毒性發(fā)生率為6%。4、心血管毒性：可有低血壓和無癥狀的短時(shí)間心動(dòng)過緩。肌肉關(guān)節(jié)疼痛：發(fā)生率為55%，發(fā)生于四肢關(guān)節(jié)，發(fā)生率和嚴(yán)重程度呈劑量依賴性。5、胃腸道反應(yīng)：惡心，嘔吐，腹瀉和黏膜炎發(fā)生率分別為59%，43%和39%，一般為輕和中度。6、肝臟毒性：為ALT，AST和AKP升高。7、脫發(fā)：發(fā)生率為80

7、%。8、局部反應(yīng)：輸注藥物的靜脈和藥物外滲局部的炎癥?？傊米仙即贾委煹挠行┎∪顺霈F(xiàn)嚴(yán)重急性過敏反應(yīng)，使必要的治療受到干擾或停止治療。在臨床試驗(yàn)中，用紫杉醇治療的少量病人出現(xiàn)明顯的心血管不良反應(yīng)；包括心肌梗塞、房?jī)A、輕度充血性心衰、室性和室上性心動(dòng)過速、窒性心律不齊等。與紫杉醇有關(guān)的其它不良反應(yīng)包括：幾乎所有病人全部脫發(fā)；4％～30％的病人發(fā)生或心粘膜炎；4％～64％輕度惡心、嘔吐和局部靜脈炎。年齡、以往的治療或接受紫杉醇的總累積

8、劑量似乎對(duì)該藥的耐受性無影響。,紫杉醇藥物的開發(fā)途徑,1、從植物來源提取紫杉醇①直接從紅豆杉植物中提取②從紅豆杉近緣科屬植物中提取2、化學(xué)合成紫杉醇①紫杉醇的化學(xué)半合成②紫杉醇的化學(xué)全合成③合成或半合成紫杉醇類似物3、運(yùn)用生物技術(shù)生產(chǎn)紫杉醇①利用紅豆杉植物細(xì)胞、組織培養(yǎng)生產(chǎn)②利用器官培養(yǎng)法生產(chǎn)③利用紫杉醇發(fā)根培養(yǎng)生產(chǎn)④利用內(nèi)寄生真菌生產(chǎn)⑤利用代謝工程生產(chǎn)⑥運(yùn)用基因工程生產(chǎn)⑦紫杉醇的生物合成因?yàn)榉椒▽?shí)在太多，就挑選了紫杉醇的生

9、物合成圖片科普一下。,,人工合成 紫杉醇分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜,具有特殊的三環(huán)[6+8+6]碳架和橋頭雙鍵以及眾多的含氧取代基。其全合成引起國(guó)內(nèi)外許多有機(jī)化學(xué)家的興趣。先后共有30多個(gè)研究組參與研究，實(shí)屬罕見。經(jīng)20多年的努力, 于1994 年才由美國(guó)的R1A1Holton[7-8]與K1C1Nicolaou[9]兩個(gè)研究組同時(shí)完成紫杉醇的全合成。R1A1Holton以價(jià)廉易得的樟腦為起始原料的線性合成路線如下圖所示：,紫杉醇的改造及其衍

10、生物,早期研究表明氧雜環(huán)丁烷（D-環(huán)）是保持活性所必需的結(jié)構(gòu)。但后來陳安平等[2]對(duì) D-seco 紫杉醇進(jìn)一步研究，合成了 D 環(huán)為環(huán)丙烷替代的化合物及其它D-seco化合物。這些化合物都去掉了氧雜環(huán)丁烷結(jié)構(gòu)，但它們的構(gòu)象及其與微管蛋白的結(jié)合力與帶有 D-氧雜環(huán)丁烷環(huán)的化合物接近，這些結(jié)果似乎證明 5(20)位氧原子對(duì)保持活性不重要。為研究 D-環(huán)及其上的氧原子對(duì)活性的作用，設(shè)計(jì)了新的 D-seco 化合物。,紫杉醇的改造及其衍生物,

11、側(cè)鏈的構(gòu)效關(guān)系研究較多,2-0H是保持活性必需的，3’-N?；〈鸀槭宥⊙豸驶鶗r(shí),同時(shí)10-位為羥基,即taxotere(2)[6],活性較紫杉醇略有增加,水溶性也比較好3’-苯基為芳雜環(huán)或某些烴基所取代后,活性提高。尤其值得注意的是3’-異丁烯基化合物3[7],不僅細(xì)胞毒性和微管活性均優(yōu)于紫杉醇,而且對(duì)多藥耐藥細(xì)胞株活性高出紫杉醇100倍。,紫杉醇的改造及其衍生物,Ojima從化合物4出發(fā)合成了14-羥基紫杉醇衍生物5[8]和14β-

12、側(cè)鏈化合物6[9]?；衔?的活性略高于紫杉醇,而化合物6的微管活性為紫杉醇的1/50~1/100，細(xì)胞毒性下降10~100倍。 Ojima等[23]在去除A環(huán)簡(jiǎn)化Taxol結(jié)構(gòu)方面做了大量研究，合成了一系列Nor-secoTaxoids 13~19，13、14、19細(xì)胞毒性減小，但其抗癌活性與Taxol相當(dāng)，15~18卻失去了應(yīng)有的抗癌活性。,紫杉醇的改造及其衍生物,三尖杉寧堿( cephalomannine

13、,2) [3]和紫杉醇結(jié)構(gòu)十分相似, 僅在側(cè)鏈部分有細(xì)微的區(qū)別, 且其在紅豆杉中的含量?jī)H次于紫杉醇。以三尖杉寧堿為原料, 通過對(duì)其側(cè)鏈雙鍵的催化氫化及環(huán)氧化反應(yīng), 分別得到兩對(duì)非對(duì)映異構(gòu)體, 制備HPLC分離得到四個(gè)化合物, 通過NMR及CD譜確定化合物的立體結(jié)構(gòu), MTT實(shí)驗(yàn)表明四個(gè)化合物對(duì)某些腫瘤細(xì)胞株的抑制活性優(yōu)于紫杉醇。合成化合物的穩(wěn)定微管活性研究正

14、在進(jìn)行中。,紫杉醇的改造及其衍生物,對(duì)紫杉醇Cl3側(cè)鏈的修飾。C13-ɑ酯基側(cè)鏈上的C3’酰胺基中的苯甲酰基可以被其他?；〈粏适Щ钚?。但是如果苯基被甲基取代后則活性大大降低。這說明苯基的存在很重要。C2’羥基的游離形式也有影響，將其乙酰化后仍具有活性，而酯化后則活性顯著下降[13]?？赡苁怯捎谝阴；镆子谒獬勺仙即肌Ｍ瑫r(shí)這一構(gòu)效關(guān)系也給人們以啟發(fā)。如C2’羥基用P氨基丙酸或琥珀酸?；?。雖然其活性受到影響，但其水溶性增加，很可能成

15、為有效的前體藥物。對(duì)于C3’氮原子的修飾較成功的是Poitier研究小組[14]利用結(jié)構(gòu)修飾獲得了水溶性與療效比紫杉醇更好的化合物taxotere，并且利用10-deacetylbaccatinⅢ進(jìn)行半合成該化合物也取得了成功。  對(duì)紫杉醇A環(huán)進(jìn)行修飾，對(duì)A環(huán)13為及14位取代基研究結(jié)果表明，13β取代及14-OH取代物的活性均下降。Marder R等[15]將10 -acebaccatinⅢ的11

16、位碳雙鍵飽和，活性下降4倍。這說明雙鍵對(duì)A環(huán)構(gòu)象形成有一定的影響。  對(duì)紫杉醇的B和C環(huán)進(jìn)行修飾。Klein等[16](CF3SO2)20處理9-位氧化的13-acebaccatinⅢ并接上側(cè)鏈，同時(shí)由Cl9、C7、C8形成的環(huán)丙烷衍生物活性高于紫杉醇。C2-OB2對(duì)于活性很重要，如果除去，則抗癌活性下降，而間N3取代的苯甲酸醇化則活性顯著提高。C7位羥基酰化產(chǎn)物的活性僅略低于紫杉醇   

17、     Kingston等[17]以NaH處理紫杉醇得7- epi-taxol，其活性稍低于紫杉醇,這說明C-7-羥基對(duì)于其并沒有很大影響。如將其醇化引入強(qiáng)親水性基團(tuán),則可以改善紫杉醇的水溶性。Kingston發(fā)現(xiàn)去掉10-?；粫?huì)影響紫杉醇的活性。另據(jù)報(bào)道，一種被苯甲酸酯化的產(chǎn)物對(duì)抑制B16黑色素細(xì)胞瘤的作用比紫杉醇高3倍。,展望,目前，癌癥越來越嚴(yán)重地威脅著人類的生命。紫

18、杉醇以其獨(dú)特的作用機(jī)理作用于微管蛋白而發(fā)揮抗癌作用。已成為抗癌市場(chǎng)的主力軍，其獨(dú)特的抗腫瘤機(jī)制越來越受到世界各國(guó)的關(guān)注。由于紫杉醇供不應(yīng)求，只有少數(shù)患者有幸使用紫杉醇治療。隨著對(duì)該類藥物需求量的日益增加，來源已逐漸成為制約整個(gè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。紫杉醇缺口還相當(dāng)大，可以預(yù)期，隨著獲取紫杉醇技術(shù)的發(fā)展和完善，將會(huì)逐漸解決紫杉醇的來源問題，有望在短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)商品化，有效降低紫杉醇應(yīng)用成本，為臨床的廣泛應(yīng)用提供了可能。在紫杉醇的化學(xué)結(jié)構(gòu)與其藥理活性

19、的構(gòu)效關(guān)系上，獲得了重要成果。我國(guó)大規(guī)模工業(yè)化反相制備色譜填料的大批量生產(chǎn),也必將有力地推動(dòng)紫杉醇提取分離與應(yīng)用工業(yè)的迅速發(fā)展。同時(shí)隨著制劑技術(shù)的發(fā)展，新型脂質(zhì)體、磁性微粒制劑新型靶向給藥系統(tǒng)的相繼開發(fā)，以及利用單克隆抗體結(jié)合物進(jìn)行靶向給藥，可以進(jìn)一步提高藥物的靶向性，從而為紫杉醇的腫瘤化療開辟新的途徑。不過希望注意的是在研究紫杉醇的過程中一定要了解好毒副作用，并好好解決，不要治好一種病而產(chǎn)生其他不良反應(yīng)，這也是非常重要的，令人關(guān)心的。