抗肿瘤抗生素

姜文国 副教授滨州医学院 医药研究中心药学院 药理学教研室,抗肿瘤抗生素,抗肿瘤抗生素（Anticancer Antibiotics）,抗肿瘤抗生素（Anticancer Antibiotics）是由微生物产生的具有抗肿瘤活性的化学物质。主要有多肽类和蒽醌类。其研究始于20世纪40年代，是在抗感染抗生素研究基础上发展起来的。,恶性肿瘤细胞 Malignant neoplasm cells,恶性肿瘤：机体细胞异常增殖失控增殖失控侵略性生长转移,肿瘤形成的分子机制,DNA损伤：化学物电离辐射病毒,正常细胞,DNA损伤,体细胞基因突变,细胞增殖有关基因被开启或激活,细胞分化、凋亡基因被关闭,表达异常的癌蛋白失去抑制生长产物凋亡失去控制,恶性肿瘤形成,遗传性DNA突变见于：DNA修复有关基因 细胞生长或凋亡基因,Cancer chemotherapy,治疗措施：Surgical excision;Irradiation;Chemotherapy;Immunotherapy;Biological response modifiers (interferon, IL-2),抗恶性肿瘤药的分类（一）根据药物化学结构和来源（二）根据抗肿瘤作用的生化机制（三）根据药物作用的周期或时相特异性,（一）根据药物化学结构和来源,烷化剂抗代谢物抗肿瘤抗生素抗肿瘤植物药激素杂类,（二）根据抗肿瘤作用的生化机制,干扰核酸生物合成直接影响DNA结构和功能干扰转录过程和阻止RNA合成干扰蛋白质合成与功能影响激素平衡的药物其它,嘌呤合成,嘧啶合成,核糖核苷酸,脱氧核糖核苷酸,DNA,RNAtRNA, mRNA, rRNA,蛋白质,酶,微管,6-MT：抑制嘌呤合成；抑制核苷酸转化,MTX:抑制嘌呤合成；抑制dTMP合成,Ara-C：抑制DNA多聚酶；抑制RNA功能,门冬酰胺酶：门冬酰胺脱氨基；抑制蛋白质合成,5-FU：抑制dTMP合成,博来霉素：破坏DNA，阻止修复,烷化剂、丝裂霉素、顺铂：与DNA交叉联结,长春碱：抑制微管的功能,放线菌素-D：插入DNA；抑制RNA合成,阿霉素、依托泊苷：抑制DNA拓朴酶II；抑制RNA合成,（三）根据药物作用的周期或时相特异性,周期非特异性药物周期特异性药物,细胞从一次分裂结束起到下一次分裂结束时止，称为一个细胞增殖周期。细胞周期可分为以下四个时相： （1）合成前期(G1期) （2）DNA合成期（S期） （3）有丝分裂前期（G2期） （4）分裂期（M期）,细胞周期（CELL GROWTH CYCLE）,CELL GROWTH CYCLE 5 DISTINCT PHASES OF MITOSIS 1. G0 - Resting - no mitosis 2. G1 - Postmitotic - first growth 3. S - DNA synthesis phase 4. G2 - Premitotic - second growth 5. M - Mitosis phase GENERATION TIME - one complete cycle different in all tumors, from hours to days,DNA synthesis,Synthesis of components for Mitosis,Mitosis,Synthesis of components for DNA synthesis,Cells in this phase are not dividing but can re-enter the cell cycle,The cell cycle,周期非特异性药物： （cell cycle non-specific agents, CCNSA）对增殖细胞群的各期以及G0期细胞都有杀伤作用。（1）烷化剂：（2）抗肿瘤抗生素（3）其他：如顺铂、强的松等。,周期特异性药物：（cell cycle specific agents, CCSA）仅杀灭增殖周期的某期细胞而对G0期细胞不敏感的药物。（1）S期特异性药物：如甲氨蝶呤、巯嘌呤、氟尿嘧啶、阿糖胞苷等（2）M期特异性药物：如长春碱、长春新碱、秋水仙碱、鬼臼毒素等（3）G2期特异性药物：如博来霉素等,抗肿瘤抗菌素分类,一、蒽环类 (正定霉素) 二、丝裂霉素类（自力霉素）三、博莱霉素类（争光霉素、平阳霉素）四、放线菌素类（更生霉素）五、光辉霉素(Mithramycin A)六、烯二炔类（力达霉素）,蒽环类抗肿瘤抗生素,临床常见药物： 1.柔红霉素（daunorubicin, DNR ） 2.阿霉素（ADM） 3.表阿霉素（EPI或E-ADM）、 4.米托蒽醌（MTT、DHAD）、 5.吡喃阿霉素（THP）,蒽环类抗肿瘤抗菌素,结构中具有蒽环，且环上还有一个以六元环为基础的侧链与1个氨基糖。 阿霉素是柔红霉素14-羟基类似物 表阿霉素是阿霉素的4-OH差向异构体,柔红霉素背景：,1957年 Farmitalia实验室的学者从链霉素peucetius培养液中提取出柔毛霉素。1963年Di Marco等在临床前试验中证实了其具有抗肿瘤作用。与此同时，法国Rhome- Pouleuc 实验室也从链霉素ceruleorubidus的培养液中分离提取了同种物质称为红比霉素。1970年国内学者由河北正定县土壤中获得同类菌株并提取同类物质，取名为正定霉素。(中国科学院院士-阎逊初)后来统一命名为柔红霉素。,柔红霉素,化学名称：5,10-并四苯醌,8-乙酰基-10-（3-氨基-2,3,6-三去氧-a-L-来苏己吡喃基）-氧-7,8,9,10-四氢-6,8,11-三羟基-1-甲氧基的盐酸盐其结构式为：分子式：C27H29NO10HCl分子量：563.99,柔红霉素作用机制：,1.本品与ADM都具有一个蒽环平面，可通过它嵌合于DNA碱基对之间并紧密地结合到DNA上，导致DNA空间结构的障碍，从而抑制DNA及DNA依赖的RNA合成，对RNA的影响尤为明显，并可选择性作用于嘌呤核苷。2.在细胞毒作用浓度下，还可抑制核内拓扑异构酶的活力，干扰拓扑异构酶所以起得DNA断裂-重接反应，导致DNA双链断裂，也可引起DNA单链断裂。,DNA的立体模型（A），以及一些药物对DNA小沟处碱基的作用模式（B）,从广义的角度看，DNA可以看作是抗肿瘤药物的大分子受体，而大多数抗肿瘤药物对DNA的攻击是其小沟部分。,柔红霉素,柔红霉素是一种临床一线抗癌药物，被广泛应用于急性粒细胞性白血病、急性淋巴细胞性白血病及其他肿瘤。其作用机制酷似阿霉素。但柔红霉素的抗瘤谱远较阿霉素为窄，对实体瘤疗效大不如阿霉素和表阿霉素。,柔红霉素不良反应,1 心肌损伤、心电图异常、心动过速等。总投药量超过25mg/kg时可致严重心肌损伤；2 抑制骨髓造血功能；贫血、粒细胞减少，出血；3 过敏； 肝脏损伤； 肾脏损伤； 溃疡性口腔炎，食欲不振、恶心、呕吐；脱发；倦怠、头痛、眩晕等精神症状；畏寒，呼吸困难等。,柔红霉素,DNR累积量300mg/m2时心脏毒性发生率明显上升，且生存期越长、累积量越大，心脏毒性越明显，因此提出了DNR最大累积量的概念。DNR最大累积量不得300mg/m2，以避免不可逆性的心肌损害。,阿霉素Adriamycin (Doxorubicin,ADM),别名：羟柔红霉素、羟正定霉素、多柔比星、ADR 化学名称为：10-(3-氨基-2，3，6-三去氧-a-L-来苏己吡喃基)-氧-7，8，9，10-四氢-6，8，11-三羟基-8-(羟乙酰基)-1-甲氧基-5，12-萘二酮的盐酸盐。 分子式：C27H29NO11HCl分子量：579.99,阿霉素和柔红霉素的结构基本相同（差异只在一个羟基上）,阿霉素作用机制,插入DNA的双螺旋链，使后者解开，改变DNA的模板性质，抑制DNA聚合酶从而既抑制DNA，也抑制RNA合成。抑制核内拓扑异构酶的活力，干扰拓扑异构酶所以起得DNA断裂-重接反应，导致DNA双链断裂或单链断裂。影响线粒体的结构和功能，使线粒体的氧耗及ATP形成减少。阿霉素具有形成超氧基自由基的功能，并有特殊破坏细胞膜结构和功能的作用。,阿霉素,在临床上抗瘤谱广，主要用于实体瘤，对恶性淋巴瘤、乳腺癌、肺癌、肝癌、胃癌、骨及软组织肉瘤等有效，对急性白血病也有良好疗效。,阿霉素：,不良反应： 1.骨髓抑制：主要表现为白细胞减少，用好后10-14天白细胞降至最低值，3周内恢复。 2.心脏毒性：本品心肌病变与年龄有关，总剂量不宜超过550mg/m2。 既往用过环磷酰胺及纵膈区域放疗者，总剂量必须控制在400mg/m2以下。,米托蒽醌Mitoxantrone,其结构及抗癌作用与阿霉素相近，因其无氨基糖结构，不产生自由基，且有抑制脂质过氧化作用，故对心脏毒性较低。,丝裂霉素,丝裂霉素C(MMC)又称自力霉素，是1956年日本微生物学家从头状链霉菌培养液中分离提取的一种广谱抗肿瘤抗生素。,丝裂霉素,丝裂霉素C的分子式为C15H18N4O5苯醌 、 氨基甲酸酯基、环乙亚胺基三种有效基团,丝裂霉素C与DNA作用机理,在一定程度上破坏了DNA稳定的双螺旋构象。和DNA结合时候大部分只和其中的一条链结合，一部分形成交联而阻碍了DNA双链的拆开。同时也引起单链断裂。,丝裂霉素,对多种癌症有抗癌作用，为细胞周期非特异性药物，其抗肿瘤谱较广，作用迅速，但治疗指数不高，毒性较大。 临床适用于消化道癌，如胃癌、肠癌、肝癌及胰腺癌等，疗效较好。对肺癌、乳腺癌、宫颈癌及绒毛膜上皮癌等也有效。还可用于恶性淋巴瘤、癌性胸腹腔积液。,博来霉素,别名：争光霉素、博莱霉素Bleocin，BLM英文名称：Bleomycin,博来霉素,博莱霉素（bleomycin ，BLM)是日本微生物化学研究所梅泽宾夫首先从轮枝链霉菌(Streptomyces vertillus )中分离到的，属于糖肽类抗生素。BLM组分繁多，在天然组份中结构衍生物有十几个。,博来霉素,本品为细胞周期非特异性药物.可明显抑制DNA的合成，对RNA及蛋白质合成的影响较小。可引起DNA单链断裂，也可引起双链断裂。,由四部分组成：1）末端氨基，参与BLM与核酸的相互作用；2）bithiazole部分，也参与BLM通过DNA小沟与DNA结合；3） 一个假肽部分，通过几个配位键结合过渡态金属，与识别特定DNA序列有关；4） 一个多聚糖部分，其功能尚待讨论。,博来霉素,临床主要用于治疗肺癌、宫颈癌、阴道癌、食道癌、头颈部及皮肤鳞状癌。不良反应：肺部毒性：是该药最严重的毒副作用，主要表现为肺炎样症状及肺纤维化，发生率5%10%。,博来霉素,与下列因素有关：剂量：总剂量在400-500mg以下，发生率在2%-3%，超过500mg,发生率明显升高。肺部放疗：应用该药以前或同时行胸部放疗，约有35%的病例出现严重肺毒性。既往6个月或6个月以内应用该药，须严格控制计量，应把既往用过的剂量计算在内。,平阳霉素,平阳霉素为从我国浙江平阳县土壤中的放线菌培养液中分离得到的抗肿瘤抗生素。经研究与国外的博来霉素(Bleomycin)成分相近。其作用类似于博来霉素，为周期非特异性。在体内与铁复合物结合后嵌入DNA,使DNA双链或单链断裂，阻碍DNA复制。,平阳霉素,临床对鳞癌疗效优于博来霉素，肺毒性小于博来霉素。如头颈部、食管鳞癌疗效较好，可使部分肺鳞癌环节，对前列腺癌有效。,放线菌素D,又称更生霉素，迄今发现的放线菌素至少有50种以上，只有放线菌素D和放线菌素C有临床应用价值。 放线菌素D是从Str.parvul-lus培养液中提取的一种多肽抗生素；1957年我国上海药物所从广西桂林土壤中分离出的Str.melanochromogenes培养液中提取的一种抗生素，被定名为更生霉素，实验证明两者理化性质完全相同。,放线菌素D,放线菌素类是一类含有环肽的抗生素，结构中含有两条对称的五肽内酯环,连接于一个吩恶嗪酮发色团，如图所示:,ActD-GATGCTTC复合物,嵌入DNA双螺旋的小沟中，与DNA形成复合体，阻碍RNA多聚酶的功能，抑制RNA的合成，特别是mRNA的合成。,放线菌素D actinomycin D,分子中含有一个苯氧环结构，通过它连接两个等位的环状肽链。此肽链可与DNA分子的脱氧鸟嘌呤发挥特异性相互作用，使dactinomycin D,放线菌素D actinomycin D,分子中含有一个苯氧环结构，通过它连接两个等位的环状肽链。此肽链可与DNA分子的脱氧鸟嘌呤发挥特异性相互作用，使dactinomycin D,光辉霉素(Mithramycin A),该药可抑制DNA和RNA的合成。可与DNA形成稳定的复合物，干扰DNA的模板作用，从而选择性的抑制RNA合成也可抑制DNA聚合酶，从而干扰DNA的合成。为周期非特异性药物。,光辉霉素,适应症： 对睾丸胚胎瘤、肺转移性或扩散性睾丸胚胎瘤、脑瘤、恶性淋巴瘤及恶性黑素色瘤有一定疗效。对恶性肿瘤引起的高钙血症有明显疗效，使血钙下降。,云南霉素,云南霉素为一种新的胞嘧啶核苷二肽抗肿瘤抗生素，化学结构如图所示，经由云南地区分离的链霉菌发酵液中分离得到，中国医学科学院药物生物技术研究所发现。体外试验显示对肿瘤细胞有杀伤作用，抑制KB细胞蛋白质和DNA合成，但对RNA无影响。动物体内试验显示，云南霉素对小鼠肝癌22、结肠癌26以及肉瘤180均有抑制作用。,云南霉素的化学结构,烯二炔类抗肿瘤抗生素,近年来，在微生物代谢产物的抗肿瘤生物活性物质的筛选过程中，发现了许多新的抗肿瘤抗生素，其中最引人注目的成果之一是1985年前后相继发现的具有环状烯二炔结构的新型抗生素，calicheamicin；Esperamicin；dynemicinA；neocarzinostatin（NCS）,一些烯二炔类抗肿瘤抗生素的化学结构（AC）以及通过Bergman重排形成双自由基的机理,作用机制,烯二炔类抗生素切断DNA的作用涉及到这类抗生素与DNA双螺旋小沟的结合，其活化形式必须先经过Bergman重排反应形成芳香双自由基活性物质。在DNA小沟中的双自由基接近两根链的糖-磷酸骨架。通过双自由基，同时从相对链的糖上夺取氢原子从而导致双链的断裂。,烯二炔类抗生素的产生菌和抗肿瘤活性,IC50, half-inhibiting concentration; ID50, half-inhibiting dosage(Current Molecular Pharmacology, 2008, 1, 50-60),耐药机制,天然耐药性（natural resistance）获得性耐药性（acquired resistance）多药耐药（multidrug resistance, MDR）P-gp; MRP; BCRP; LRP肿瘤干细胞（cancer stem cell）,肿瘤细胞的多药耐药性(multidiug resistance， MDR),在实验室里选择一种特定的细胞毒天然产物对某些哺乳细胞进行耐药性试验发现,这些细胞不仅能够发展成对这种药物产生耐受性,且能发展成为对许多临床上所用的化学结构和作用机制不同的药物产生耐药性,这一现象被称之为多药耐药性(MDR)。这些与MDR有关的肿瘤化疗剂大多为真菌或植物产生的脂溶性化合物以及放线菌素D、蒽环类抗生素和长春属生物碱。,P糖蛋白,已有的研究表明:大多数具有MDR类型的细胞都有过量表达一种被称之为P糖蛋白的大分子(170-180KD)血浆膜糖蛋白。,约由1280个氨基酸构成12个跨膜区,每2个跨膜区组成一个双链分子(bipartite molecule)。由6个跨膜区构成的3个双链分子的一端是一个较短的疏水性氨基末端,另一组的末端则是一个亲水性的羧基,它具有ATP结合位点并进行水解。,P糖蛋白引起超多药抗性的证据如：,1）MDR细胞株中的P-糖蛋白水平增高，P-糖蛋白的表达与药物的抗性程度有关；2）在MDR细胞株中，P-糖蛋白基因常被扩增；3）转染P-糖蛋白基因和具有增加P-糖蛋白表达的cDNA至受体细胞能够导致形成MDR；4）转染不同的P-糖蛋白或突变株cDNA能够表达不同MDR的表型；5）P-糖蛋白的结构特征是一种依赖于能量的膜转运蛋白；6）一系列与MDR表型有关的药物与P-糖蛋白结合,非P-糖蛋白介导的多药抗性,通常称由P-糖蛋白介导的多药抗性为“经典的”MDR，而那些由非-P糖蛋白介导的多药抗性为“非经典的”MDR 多药耐药性相关蛋白（muti-resistance protein 15，MRP15）；肺耐药蛋白（lung-resis