假柴龙树属植物资源的开发利用与喜树碱及类似物的生产综述 .doc

假柴龙树属植物资源的开发利用与喜树碱及类似物的生产综述 作者：潘学武 董妍玲 董玉良 赵小虎摘要对假柴龙树属植物的生物学特征及产生的主要喜树碱类物质进行了介绍,着重论述了利用臭味假柴龙树产生喜树碱及类似物的研究,并就假柴龙树属植物资源的利用和开发作进一步的展望。 关键词假柴龙树属;喜树碱及类似物;植物资源;开发利用 AbstractThe major biological features and active secondary metabolites of Nothapodytes sp. plants ptothecin and analogues from the plants of Nothapodytes nimmoniana Graham ent and utilization prospect of Nothapodytes sp. plants marized. Key ptothecin and analogues;plant resource;development and utilization 假柴龙树属(Nothapodytes sp.)植物为茶茱萸科(Icacin-aceae)多年生植物,本属7种,主要分布于亚洲南部和东南部一带;我国6种,分布于云南、甘肃、贵州、四川、湖北、湖北、广西、广东和台湾等省1。本属植物马比木Nothapodytes pittosporoides(Oliv.)sleum,全草入药,具有祛风通络、活血止痛的功能,主治风湿痹痛、半身不遂、小儿惊风及跌打损伤等2。除此之外,对于其他种的经济用途描述未见报道。因此,该类植物并没有引起研究者足够的重视。后来在臭味假柴龙树(N. nimmoniana Graham,又名N. foetida(appia foetida Meirs,台湾地区也叫青脆枝)中,分离出抗癌活性物质喜树碱及9-甲氧基喜树碱3,这才激发研究者对该属植物的浓厚兴趣。在已发现含有喜树碱的所有种、属植物中,臭味假柴龙树的喜树碱平均含量最高(干重的0.3%)4。为此,结合国内外近些年的研究成果,就假柴龙树属植物资源的开发利用与喜树碱及类似物的生产作详细的论述。 1假柴龙树属植物形态学特点 假柴龙树属植物,乔木或灌木,也有木质藤本或多年生草本;叶互生或近对生,全缘;花两性,杂性异株或雌雄异株等多样化,顶生的聚伞花序或伞房花序;萼杯状,5裂;花瓣5,镊合状排列,常两面被毛;雄蕊5,分离,花丝线形,顶端垫状,花药背着;花盘肉质;子房1室,有胚珠2颗倒垂于室顶。核果椭圆形,中果皮肉质,内有种子1颗。代表种有臭味假柴龙树,马比木1。 2喜树碱概述 喜树碱(Campothecin)为一种吡咯喹啉类生物碱,是美国科学家从喜树(Campototheca acuminata Decaisne)中首次分离得到的抗肿瘤活性物质5。后来的研究证实,喜树碱是通过抑制肿瘤细胞内拓扑异构酶I的活性而具抗癌效应的,这种独特的作用机理才真正引起科学家的兴趣6。多种药效好、毒副作用小的喜树碱类抗癌新药被筛选出来,其中Irinothecan和Topothecan已于1996年得到美国FDA的批准用于临床4,7,其他的如9-硝基喜树碱、10-羟基喜树碱、Exatecan、Lurtotecan等处于临床试验的喜树碱类抗肿瘤新药可能在今后几年内陆续上市7。所有的喜树碱类药物均以喜树碱为原料而合成,喜树碱类药物全球年销售额约为10亿美元4。目前,喜树碱唯一可行的市场来源仍然是从野生植物中提取,主要是喜树(在中国)和臭味假柴龙树(在印度)。因此,野生喜树和臭味假柴龙树植物资源遭到了严重的破坏,分别被两国列为重点保护植物4,7。随着临床需求量的急剧增加,可持续获取喜树碱及类似物已成当务之急,利用富含喜树碱及类似物的假柴龙树属植物产生该类物质,是喜树碱药源开发的主攻方向之一3-4,7-8。 3假柴龙树属植物产生的主要喜树碱及类似物 自假柴龙树属植物分离鉴定到喜树碱和9-甲氧基喜树碱之后3,从该属植物分离的其他痕量喜树碱衍生物还有(20S)-18,19-脱氢喜树碱9、乙酰喜树碱10、9-甲氧基-20-O-乙酰基喜树碱11、9-甲氧基-18,19-脱氢喜树碱12、5-羟基-喜树碱12、5-羟基-9-甲氧基喜树碱12等。喜树碱含量可达到植物干重的0.003%1.559%4,12,9-甲氧基喜树碱可达到植物干重的0.021%0.385%12。生长在印度的臭味假柴龙树中,不同器官中的喜树碱含量(干重)差异极大,分别为:根皮0.333%0.775%、茎皮0.236%、根茎0.18%、茎0.14%、叶0.081%13。另外,不同植物种间喜树碱含量差异也较大,马比木根中的喜树碱平均含量为0.14%(干重)14,明显少于臭味假柴龙树13。不同地区植物喜树碱含量显著,印度西高止山脉的不同地区臭味假柴龙树,根中喜树碱平均含量从0.88%2.62%(干重)不等,相差近4倍。另外,不同气候对喜树碱的影响也很明显,在印度西北部农业气候中生长的臭味假柴龙树,根中喜树碱含量仅为0.1%15。 4假柴龙树属植物生物技术研究概况 4.1细胞培养 假柴龙树属植物的细胞培养集中在臭味假柴龙树上,最早始于Roja等人的工作,从未成熟胚诱导的愈伤组织中检测到痕量喜树碱和1 g/g细胞干重的9-甲氧基喜树碱16。而从成熟胚诱导的愈伤组织中,产生9.5 g/g的喜树碱(干重)和痕量9-甲氧基喜树碱17。上述愈伤组织中次生物质的含量远低于母本植株。来源于茎的悬浮培养细胞中,喜树碱和9-甲氧基喜树碱含量可达分别到0.035 mg/mL和0.026 mg/mL,按含量计算分别为干重的0.11%和0.08%,较以前的研究有大幅度提高,接近母本植株的水平;研究表明,NAA可以促进2种生物碱的积累,而2,4-D则抑制该类物质的合成18。Thengane等19着重研究了激素对来源于子叶的愈伤组织的影响,2.26 moL/L的2,4-D和2.22 moL/L的BA组合有利于愈伤组织的诱导形成,4.53 moL/L的2,4-D和2.22 moL/L的BA可以使喜树碱含量达到干重的1.3%,而9.05 moL/L的2,4-D和4.44 moL/L的BA可以使9-甲氧基喜树碱含量达到干重的1.8%。动态研究结果表明,喜树碱和9-甲氧基喜树碱的含量与细胞生物量的增长成正相关性18-19。4.2器官培养和快繁育苗 采用MS作为基本培养基附加0.914.45 moL/L的thidiazuron可以从臭味假柴龙树不同来源的外植体中成功诱导出不定根培养物,培养物在附加0.882.22 moL/L BA和0.49 moL/L IAA的MS培养基中生长良好,再生植株的温室成苗率为50%20。以该植物未成熟的合子胚为材料,在MS培养基中附加NAA(71.36 moL/L)和BA(8.87 moL/L)也可以得到根培养物,喜树碱和9-甲氧基喜树碱含量可分别达到干重的0.010 0%和0.001 6%,但低于野生植株21。另外,从未成熟的合子胚诱导得到的愈伤组织可以在没有激素的MS培养基中形成无性细胞胚,分别含有干重0.011 0%的喜树碱和0.002 8%的9-甲氧基喜树碱22。无性胚附加BA可以再生植株,成苗率达到90%,2年的再生植株含有干重0.200%的喜树碱和0.097%的9-甲氧基喜树碱,可达到野生植株水平22。取生长2.5年的臭味假柴龙树组培苗新鲜芽进行增殖培养,短时间内可得到大量试管苗,根部喜树碱含量达0.107 2 mg/g(干重),叶中的含量较低23。但2.5年和3.5年后,其叶片喜树碱含量分别为干重的0.106 8、0.162 0 mg/g,喜树碱随着苗龄的增长而增长23。 4.3繁殖生物学研究 该属植物的繁殖生物学研究仅有对臭味假柴龙树的报道24。臭味假柴龙树的繁殖方式极为丰富,有单性雌花,单性雄花,雌雄同株,雌雄同花,雄花两性花同株,雌花两性花同株,三性花同株。花期一般在78月,早花大部分为雌雄异株,晚花大部分为雌雄同株,雌雄同花,还有一些其他类型的花。种子在1112月成熟,并于翌年56月南亚季风雨季到来时萌发。 5展望 开发利用假柴龙树属植物资源产生喜树碱及类似物的研究,目前已取得了可喜的进展,主要表现在对其资源现状和生物技术的研究上,为人类开发假柴龙树属植物资源奠定了良好的基础。但是,作为近些年来才开始引起重视的一类植物资源,对假柴龙树属植物资源研究还有很多工作有待于进一步深入。 一是对其繁殖生物学研究有待于加强。另外,对于该属植物的生态学研究也几乎没有涉及,这些研究将决定人类采取何种措施对该属植物资源进行更好的保护、利用、开发或人工大规模种植4。二是在假柴龙树属植物的生物技术研究中,细胞培养可以产生高含量的目标产物18-19,但在生物反应器中的研究还没有,这些研究将为在工业化水平产生喜树碱及其衍生物提供依据。同时,该属植物的器官培养物和快繁育苗植株次生物质的含量还不够理想20-23,应从野外植株中诱导培养并筛选高含量的无性克隆系。三是