海洋生物学课程论文

1、海南大学海洋生物学课程论文 题目名称： 海兔毒素研究进展 姓 名： 学 号： 20110412310022 学 院： 材料与化工学院 专业班级： 生物工程（1）班 指导教师： 柴柯 2014年 12 月 21 日海兔毒素研究进展文传协材料与化工学院 生物工程专业摘要：海兔毒素是海洋生物毒素之一，发现自食藻软体动物长尾背肛海兔的消化腺，因此命名为海兔毒素。该毒素为线性缩肽类天然细胞毒性蛋白，在生物体中含量极少。具有高抗癌作用。 海兔毒素10 (dolastatin 10, D10)是从海洋无壳软体动物截尾海兔中分离提取的由4个氨基酸组成的线性缩肽类天然毒性蛋白。dolastatin 10及其衍生

2、物可以抑制细胞有丝分裂，具有很强的抗肿瘤活性，已进入临床研究阶段。文中综述对海兔毒素的介绍、抗肿瘤作用、dolastatin 10的合成、dolastatin 10及其衍生物及衍生物与相应单克隆抗体偶联物的临床疗效。关键词：海兔毒素；抗肿瘤；dolastatin 10；dolastatin 10衍生物；单克隆抗体偶联物一、海兔毒素介绍 海兔毒素最旱发现自食藻软体动物长尾背肛海兔的消化腺，因此命名为海兔毒素。该毒素为线性缩肽类天然细胞毒性蛋白，在生物体中含量极少，食用海兔毒素后半小时发病，主要表现为全身刺痛、发热、呕吐、腹泻，继而面部、肢体和手足的肌群出现自发性收缩、震颤、共济失调等神经紊乱症状

3、，最严重时出现呼吸困难，极度烦燥及视物扭曲。 海兔毒素10 (dolastatin 10, D10)是从海洋无壳软体动物截尾海兔中分离提取的由4个氨基酸组成的线性缩肽类天然毒性蛋白。它是一种九肽，在生物体中含量极少。Pettit的研究组至今已鉴定出18个含有特殊氨基酸的较短链状肽类化合物，命名为dolastatin118。其中Dolastatin3，Dolastatin10（D10），Dolastatin15的结构被确定。而D10是抗肿瘤活性最强的，一般都以D10作为海兔毒素的代表。二、海兔毒素的抗肿瘤作用 海兔毒素是高活性的抗癌活性肽，主要用于小细胞肺癌、卵巢癌、黑素瘤和前列腺等实体瘤的治疗

4、，尤其是D10已进入期临床。由于具有确切的作用机制及温和的毒性反应，D10很有可能成为联合用药的首选药物之一。 D10是一种有效的抗有丝分裂药，其抗肿瘤机制主要是通过与微管蛋白的氨基酸残基结合，影响新的异二聚体的加入，导致二聚体间的界面产生弯曲，累积后导致原来直纤丝弯曲，抑制微管的形成和聚合，并促使其解聚，同时阻碍微管蛋白依赖的GTP 水解，阻碍细胞的有丝分裂，使细胞停滞在细胞间期，且对多种癌细胞有诱导凋亡作用，是一类来源于海洋生物的新型细胞生长抑制剂。进一步研究表明，D10可结合到微管蛋白上的根霉素/美登素交换GTP 的结合位点，导致细胞阻滞在M期。在与其他抗有丝分裂药物的比较发现，D10对

5、细胞活性的抑制效果IC50= 05nMol / L，约为长春碱（vinblastine）的40倍，根霉素（rhizoxin）的2倍，拟茎点霉毒素A（phomopsin A）的10000 余倍，与美坦辛（maytansine，IC50= 0.5 nMol/L效果相当。研究还发现D10在细胞内的滞留时间比长春碱长很多。D10通过巯基与微管蛋白结合与拟茎点霉毒素A相似，但与长春碱和美坦辛不同。实验研究表明D10是长春碱类药物的非竞争性抑制剂，当将其与作用于微管的药物长春碱合用时显示协同作用。 D10可以抑制弥漫性大细胞淋巴瘤细胞中凋亡信号通路关键蛋白bcl-2和p53蛋白的表达，诱导细胞凋亡。通过研

6、究D10 对黑色素瘤细胞染色体形态学、端粒联合、诱导多倍性的影响，发现D10 可能通过介导末端着丝粒的丢失，诱导染色体畸变从而抑制恶性黑色素瘤细胞生长。三、Dolastatin10的合成 D10是由4个氨基酸组成的线性缩肽类天然细胞毒性蛋白，含有9个不对称碳原子，从氨基端开始依次是dolavaline（Dov）、valine、dolaisoleuine（Dil）、dolaproine（Dap）4种氨基酸及特异的可能从苯丙氨酸分离出来的伯胺dolaphenie（Doe）作为羧基端缩合而成，故有研究者称其为5肽产物，相对分子质量为784。D10有一系列同分异构体，其中一些具有生物效应。 天然的D-

7、10产量极小，而现有的合成方法和路线仅限于实验室规模，无法满足日益增长的需求。其根本原因在于无法高效立体选择合成D-10中最复杂的组分，即具有三个手性中心的Dolaproine（Dap）。传统合成Dap 的方法主要有：（1）应用Reformatsky反应进行立体选择性的合成-羟基羰基化合物，通过引入空间位阻大的基团来控制2'-和3'-位手性，或者利用Zr，Rh等金属以及镧系元素，考察产物立体选择性，但结果均不理想，并且得到的四个异构体分离困难。（2）应用BaylisHillman 反应和Ru 的催化作用，但只能单独控制2'-位甲基构型，且仍是得到一对非对映异构体。（3）

8、Walker等应用Evans羟醛缩合反应进行了顺式“非Evans”体研究，通过TiCl4，SnCl4等路易斯酸，利用金属螯合作用控制手性，但仍不能得到单一的顺式产物。四、dolastatin 10及其衍生物的临床应用1.dolastatin 10的临床应用 dolastatin 10的临床应用自1990年以来D10进入多种疾病的I期临床试验，在随后的II期临床试验中，初步数据结果表明40%的患者出现中度的神经病变，伴随骨髓抑制和静脉炎等副作用。若患者本身有潜在的精神类疾病，副作用更为明显， Kindler等用D10进行治疗28例未接受化疗的癌症患者(12例胰腺癌和16例肝胆管癌，静脉注射给药剂

9、量为400 mg/ m2。每间隔3周给药1次，每2个周期治疗后进行CT检测。结果显示:27例患者出现临床效应，但不明显。59%的患者表现为嗜中性粒细胞减少(34级),18%的患者表现为发热。胰腺癌患者平均寿命约为5个月，经D10治疗的患者有17%可存活1年。肝胆管癌患者的平均寿命为3个月，经D10治疗29%的患者可存活1年。故认为D10对胰腺癌和肝胆管癌无特殊疗效。同年，Pere，等对己接受了12种化疗的21例转移性乳腺癌患者静脉注射D10，剂量为400 mg/m2，每3周一次，结果显示其中有1例患者经过113天治疗后获得部分恢复，4例患者经过87天的治疗，病情稳定，但同时出现了嗜中性粒细胞减

10、少症(34级)。在其毒性可以接受的剂量范围内，D10对乳腺癌的疗效不明显，因此不推荐应用于进一步的临床治疗。在D10针对软组织肉瘤的II期临床试验中疗效亦不明显。 D10在对实体瘤的II期临床试验中效果均不理想，并出现明显的副作用，故未单独用于临床治疗，可与其他抗癌药物联合使用。2.dolastatin 10衍生物的临床应用 dolastatin 10衍生物的临床应用由于D10在II期临床验证中未获得预期的结果，而且其化学结构复杂，低水溶性难以利用，D10衍生物的研究受到重视，如TZT-1027 (auristatin PE)和auristatin PYE在临床显示出显著的治疗效果。（1）D1

11、0衍生物TZT-1027 TZT-1027是完全合成的D10衍生物，用苯乙胺取代Doe单位，扩大了抗肿瘤谱。在细胞分裂期通过化学键连接到到微管蛋白上，干扰微管聚合及稳定性，使细胞从G2期到M期的分化停滞，导致细胞凋亡。Watanabe等将TZT-1027与其他抗癌药如紫杉醇、阿霉素和长春新碱分别作用于体内乳腺癌肿瘤模型，结果显示TZT-1027的抗肿瘤活性明显高于其他抗癌药物。此外，TZT-1027也能通过抑制血管生成来破坏肿瘤中的血管杀灭肿瘤细胞。将TZT-1027作用于小鼠肿瘤模型3h后，在肿瘤的血管系统中血液流动受到阻碍，随之发生继发性血管断裂坏死，导致肿瘤细胞因缺氧而死亡。TZT-10

12、27对癌症细胞表现出高效的细胞毒活性。在I期临床试验中，Yamamoto等对早期软组织肉瘤患者静脉注射TZT-1027，检测其最大耐受剂量，逐渐从0. 3 mg/m2耐增至2.1 mg/m2，每周1次，3周为1个周期。结果显示TZT-1027为安全、有效的抗癌药物，血液毒性也在临床控制范围内。Horti等对小细胞肺癌进行的I期临床试验中，发现TZT-1027的最大耐受量为4.8mg/m2，每3周注射1次。目前，TZT-1027己进入了II期临床试验阶段。 （2）D10衍生物auristatin PYEAuristatin PYE是以毗咙基团取代D10的Doe单位，作用机制也是通过抑制微管的聚合

13、，使其从G2期到M期分化停滞，导致肿瘤细胞凋亡。2005年以来，Shnyder等对auristatin PYE的细胞毒活性和机制做了深入研究，发现在mol浓度范围内，auristatin PYE能够显著抑制微管的聚合从而抑制肿瘤生长。为了进一步研究其作用机制，Shnyder等还观察了auristatin PYE对人结肠癌模型体内和体外的效果，将auristatin PYE和D10分别作用于DLD-1和COLO2052种人类结肠癌细胞系，体外给药96h后auristatin PYE对上述2种细胞的IC50分别为4.4 nmol/L和1.2 nmol/L，而D10均为0. 3 nmol / L，提

14、示体外实验中auristatin PYE的效果低于D10。但在体内试验中，可以观察到auristatin PYE给药后的裸鼠体内肿瘤体积明显缩小，其机制可能是血管抑制作用。临床前研究的结果促进了进一步的临床试验。（3） 单克隆抗体-dlolastatin 10衍生物偶联物的疗效随着单抗药物在癌症治疗中的应用，对D10衍生物与抗体的偶联进行了更多的研究，并在抗癌治疗的临床试验中显示出良好的前景。目前，己进II期临床试验的有SGN-35和CRO11-vc-MMAE等，其中对SGN-35的研究较为详细。SGN-35由含有D10衍生物的一甲基-uristatin-谷氨酸(MMAE)通过二肽交联剂与抗C

15、D30抗体(即cAC10)分子链内还原的半肌氨酸残基偶联，形成cAC10-Val-Cit-MMAE偶联物，针对霍奇金病细胞中的CD30抗原和癌细胞中的LeY抗原。在动物体内实验中，SGN-35的治疗剂量和完全治愈剂量仅为最大耐受剂量的1/200。在对22名霍奇金病患者进行治疗，剂量为1.2mg/kg，45%的患者达到部分缓解，其中23%完全消退，86%的患者治疗后有好转。现己可以确定 SGN-35具有最低限度的免疫原性，大多数患者可以接受至少6个月以上的治疗。 还有一些D10衍生物及其偶联物正处于I期临床试验阶段。如MEDI-547，将一甲基-uristatin-苯丙氨酸(MMAF)和抗酪氨酸

16、蛋白激酶受体EphA2的单抗1C1通过不裂解的交联剂偶联，又称MEDI-547，可刺激半肌天冬酶一和半肌天冬酶一活化。EphA2在乳腺癌、前列腺癌、肺癌及多形性胶质母细胞瘤细胞上过度表达。在体外试验中，MEDI-547能降低子宫内膜癌细胞系中Hec-1A和Ishikawa细胞活力，加速其凋亡。在体内试验中，MEDI-547能诱导EphA2降解，能有效的抑制肿瘤的生长，抑制率达86%一88 %，且能降低肿瘤的转移率。在I期临床试验阶段，对具有复发性或难治性实体瘤的成人，每3周1次或每周1次，以21天为1个循环，以静脉注射MEDI-547的最高剂量确定MEDI-547的安全性和耐受性，并可用于治疗

17、恶性肿瘤细胞有EphA2表达的患者。5、 结束语 海洋活性多肤D10自发现以来经过20余年的研究，为癌症治疗提供了新的途径。虽D10在期临床试验中对肿瘤的疗效并不明显，但其诸多衍生物在临床试验的疗效上，无论单独用药还是与单抗偶联用药，均表现出显著的治疗效果，具有良好的应用前景。随着分离技术、化学合成技术、基因工程、细胞和分子生物学、药理学和药代动力学等多学科综合发展，针对D10的先导结构进行多种化学修饰和改造，选择适当的单克隆抗体进行偶联。提高疗效并降低不良反应是进一步研究的方向。- 4 -参考文献1Pettit GR，Kamano Y，Herald CL，et al The isolatio

18、n and structure of a remarkable marine animal antineoplastic constituent： dolastatin 10JJ Am Chem Soc，1987，1092Verdier P P，Kepler J A，Pettit GR，et alSustained intracellular retention of dolastatin 10 causes its potent antimitotic activity JMol Pharmacol，2000，573Verdier P P，Kepler J A，Pettit GR，et alSustained intracellular retention of dolastatin 10 causes its potent antimitotic activityJMol Pharmacol，2000，574Kingston D G Tubulin-interactive natural products as anticancer agents J J Nat Prod，2009，725Bai R，Covell D G，Taylor G F，et al Direct