紫杉醇及其衍生物的研究

1、紫杉醇及其衍生物的研究 目录 1、红豆杉介绍 2、紫杉醇的研究 3、紫杉醇开发途径和合成方式 4、紫杉醇的改造和衍生物 5、对紫杉醇的展望 红豆杉属植物是一类古老的植物类群，全世界有11种，分布于 北半球的温带至热带地区。除澳洲的Austrotaxus Spicata一 种产于南半球之外，其余红豆杉均产于北半球。从红豆杉的地 域分布上看，美国、加拿大、法国、印度、缅甸和中国等地都 有分布，但属亚洲的储量最大，其中，中国境内的红豆杉就占 全球储量的一半以上。中国有4种1变种，黑龙江省只有东北红 豆杉1种，天然分布很少。不过东北红豆杉主要分布在吉林省 长白山和黑龙江一带，辽宁东部山区也有少量分布。

2、其分布特 点是：分布区域狭窄，面积小，并呈间断分布，散生在其它群 落中，天然更新少，在绥阳林业局紫杉分布相对较密的林地约 3600公顷，主要分布在寒葱河、青山、三岔河、细鳞河等林场 。云南红豆杉主要分布在 滇西与地州16个县总面积约9万平方 公里， 其特点是分布广， 生长分散，无纯林，多为林中散生 木。南方红豆杉主要分布在滇东、滇西南、滇东纯林，多为林 中散生木。湖南省邵阳市绥宁县朝仪乡老湾村、永州市双牌县 阳明山绞车庙村、安徽省黄山市黄山区等地分布大量天然红豆 杉。 红豆杉介绍 紫杉醇的理化性质 【化学名称】 5，20-环氧-1，2，4，7，10，13-六羟基紫杉烷-11-烯-9- 酮-4，

3、10-二乙酸酯-2-苯甲酸酯-13（2R，3S）-N-苯甲酰-3-苯基异丝氨酸酯 【分 子 量】 853.92 【物理性质】白色结晶体粉末。无臭，无味。不溶于水（77uM/L），易溶于氯仿、丙 酮等有机溶剂。 【结构式】 紫杉醇的优点 临床研究，紫杉醇主要适用于卵巢癌和乳腺癌，对肺癌、大肠癌、黑色素瘤、头 颈部癌、淋巴瘤、脑瘤也都有一定疗效。 紫杉醇的作用机制 紫杉醇可使微管蛋白和组成微管的微管蛋白二聚体是去动态平衡，诱导与促进微 管蛋白聚合、微管装配，防止解聚，使微管稳定，从而阻止癌细胞的生长。紫杉 醇让管的微管蛋白二聚体是去动态平衡，导致细胞在有丝分裂时不能形成纺锤丝 和纺锤体，抑制了细胞

4、的分裂和增殖，使癌细胞停止在G2期和M期，直至死亡， 从而起到抗癌作用。有些可以诱导细胞凋亡 紫杉醇的毒副作用 1、过敏反应：发生率为39%，其中严重过敏反应发生率为2%。多数为1型变态反应，表现为支气 管痉挛性呼吸困难，荨麻疹和低血压。几乎所有的反应发生在用药后最初的10分钟。 2、骨髓抑制：为主要剂量限制性毒性，表现为中性粒细胞减少，血小板降低少见，一般发生在 用药后810日。严重中性粒细胞发生率为47%，严重的血小板降低发生率为5%。贫血较常见。 3、神经毒性：周围神经病变发生率为62%，最常见的表现为轻度麻木和感觉异常，严重的神经毒 性发生率为6%。 4、心血管毒性：可有低血压和无症状

5、的短时间心动过缓。肌肉关节疼痛：发生率为55%，发生于 四肢关节，发生率和严重程度呈剂量依赖性。 5、胃肠道反应：恶心，呕吐，腹泻和黏膜炎发生率分别为59%，43%和39%，一般为轻和中度。 6、肝脏毒性：为ALT，AST和AKP升高。 7、脱发：发生率为80%。 8、局部反应：输注药物的静脉和药物外渗局部的炎症。 总之，用紫杉醇治疗的有些病人出现严重急性过敏反应，使必要的治疗受到干扰或停止治疗。在 临床试验中，用紫杉醇治疗的少量病人出现明显的心血管不良反应；包括心肌梗塞、房倾、轻度 充血性心衰、室性和室上性心动过速、窒性心律不齐等。与紫杉醇有关的其它不良反应包括：几 乎所有病人全部脱发；43

6、0的病人发生或心粘膜炎；464轻度恶心、呕吐和局部静脉 炎。年龄、以往的治疗或接受紫杉醇的总累积剂量似乎对该药的耐受性无影响。 紫杉醇药物的开发途径 1、从植物来源提取紫杉醇 直接从红豆杉植物中提取从红豆杉近缘科属植物中提取 2、化学合成紫杉醇 紫杉醇的化学半合成紫杉醇的化学全合成合成或半合成紫杉醇类似物 3、运用生物技术生产紫杉醇 利用红豆杉植物细胞、组织培养生产利用器官培养法生产利用紫杉醇发根 培养生产利用内寄生真菌生产利用代谢工程生产运用基因工程生产紫杉 醇的生物合成 因为方法实在太多，就挑选了紫杉醇的生物合成图片科普一下。 人工合成 紫杉醇分子结构复杂,具有特殊的三环6+8+6碳架和桥

7、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R1A1Holton7- 8与K1C1Nicolaou9两个研究组同时完成紫杉醇的全合成。R1A1Holton以价廉易得 的樟脑为起始原料的线性合成路线如下图所示： 紫杉醇的改造及其衍生物 早期研究表明氧杂环丁烷（D-环）是保持活性所必需的结构。但后来陈安平等 2对 D-seco 紫杉醇进一步研究，合成了 D 环为环丙烷替代的化合物及其它D- seco化合物。这些化合物都去掉了氧杂环丁烷结构，但它们的构象及其与微管蛋 白的结合力与带有 D

8、-氧杂环丁烷环的化合物接近，这些结果似乎证明 5(20)位 氧原子对保持活性不重要。为研究 D-环及其上的氧原子对活性的作用，设计了 新的 D-seco 化合物。 紫杉醇的改造及其衍生物 侧链的构效关系研究较多,2-0H是保持活性必需的，3-N酰基取代为叔丁氧羰基 时,同时10-位为羟基,即taxotere(2)6,活性较紫杉醇略有增加,水溶性也比较 好3-苯基为芳杂环或某些烃基所取代后,活性提高。尤其值得注意的是3-异 丁烯基化合物37,不仅细胞毒性和微管活性均优于紫杉醇,而且对多药耐药细胞 株活性高出紫杉醇100倍。 紫杉醇的改造及其衍生物 Ojima从化合物4出发合成了14-羟基紫杉醇衍

9、生物58和14-侧链化合物69。 化合物5的活性略高于紫杉醇,而化合物6的微管活性为紫杉醇的1/501/100，细 胞毒性下降10100倍。 Ojima等23在去除A环简化Taxol结构方面做了大量 研究，合成了一系列Nor-secoTaxoids 1319，13、14、19细胞毒性减小，但其抗 癌活性与Taxol相当，1518却失去了应有的抗癌活性。 紫杉醇的改造及其衍生物 三尖杉宁碱( cephalomannine,2) 3和紫杉醇结构十分相似, 仅在侧链部分有细 微的区别, 且其在红豆杉中的含量仅次于紫杉醇。以三尖杉宁碱为原料, 通过对 其侧链双键的催化氢化及环氧化反应, 分别得到两对非

10、对映异构体, 制备HPLC分 离得到四个化合物, 通过NMR及CD谱确定化合物的立体结构, MTT实验表明四个化 合物对某些肿瘤细胞株的抑制活性优于紫杉醇。合成化合物的稳定微管活性研究 正在进行中。 紫杉醇的改造及其衍生物 对紫杉醇Cl3侧链的修饰。C13-酯基侧链上的C3酰胺基中的苯甲酰基可以被其他酰基取代 而不丧失活性。但是如果苯基被甲基取代后则活性大大降低。这说明苯基的存在很重要。C2羟 基的游离形式也有影响，将其乙酰化后仍具有活性，而酯化后则活性显著下降13。可能是由于 乙酰化物易于水解成紫杉醇。同时这一构效关系也给人们以启发。如C2羟基用P氨基丙酸或琥 珀酸酰化。虽然其活性受到影响，

11、但其水溶性增加，很可能成为有效的前体药物。对于C3氮原 子的修饰较成功的是Poitier研究小组14利用结构修饰获得了水溶性与疗效比紫杉醇更好的化 合物taxotere，并且利用10-deacetylbaccatin进行半合成该化合物也取得了成功。 对紫杉醇A环进行修饰，对A环13为及14位取代基研究结果表明，13取代及14-OH取代物的 活性均下降。Marder R等15将10 -acebaccatin的11位碳双键饱和，活性下降4倍。这说明双 键对A环构象形成有一定的影响。 对紫杉醇的B和C环进行修饰。Klein等16(CF3SO2)20处理9-位氧化的13-acebaccatin并 接上

12、侧链，同时由Cl9、C7、C8形成的环丙烷衍生物活性高于紫杉醇。C2-OB2对于活性很重要， 如果除去，则抗癌活性下降，而间N3取代的苯甲酸醇化则活性显著提高。C7位羟基酰化产物的活 性仅略低于紫杉醇 Kingston等17以NaH处理紫杉醇得7- epi-taxol，其活性稍低于紫杉醇, 这说明C-7-羟基对于其并没有很大影响。如将其醇化引入强亲水性基团,则可以改善紫杉醇的水 溶性。Kingston发现去掉10-酰基不会影响紫杉醇的活性。另据报道，一种被苯甲酸酯化的产物 对抑制B16黑色素细胞瘤的作用比紫杉醇高3倍。 展望 目前，癌症越来越严重地威胁着人类的生命。紫杉醇以其独特的作用机理作用于微管蛋 白而发挥抗癌作用。已成为抗癌市场的主力军，其独特的抗肿瘤机制越来越受到世界各 国的关注。由于紫杉醇供不应求，只有少数患者有幸使用紫杉醇治疗。随着对该类药物 需求量的日益增加，来源已逐渐成为制约整个产业发展的瓶颈。紫杉醇缺口还相当大， 可以预期，随着获取紫杉醇技术的发展和完善，将会逐渐解决紫杉醇的来源问题，有望 在短期内实现商品化，有效降低紫杉醇应用成本，为临床的广泛应用提供了可能。在紫 杉醇的化学结构与其药理活性的构效关系上，获得了重要成果。我国大规模工业化反相 制备色谱填料的大批量生产,也必将有力地推动紫杉醇提取