抗癌植物资源与天然产物研究

1、长期以来，寻找抗癌生物资源与天然药物成为各国医学、药学、化学及生物学家的一个共同愿望一批又批科学家分别从植物、动物及海洋生物中提取抗癌天然产物，尤其是继长春花新碱之后，紫杉醇及其衍生物Epothilones(埃波休隆)的发现，使此项工作取得了突破性的进展本文主要综述了就近如年来国内外在寻找抗癌植物资源及其天然产物的研究与开发进展，分别进行综合论述1 红豆杉及其天然产物紫杉醇红豆杉(俗称紫杉)，属植物界裸子植物亚门(Gymnospemmi)、松杉纲(Conlferopside)、红豆杉目(Taxales)、红豆杉科(T矗mceae SFGrey)中红豆杉族( 日B Milchlor et wer

2、d)下属的红豆杉属11 紫杉醇(Paclitaxel】的抗癌机理.药理实验证明，紫杉醇的抗癌活性表现在两个方面：一是对迅速分裂的肿瘤细胞，紫杉醇冻结有丝分裂纺锤体，从而使细胞有丝分裂停止在G期和M期，阻止了癌细胞的快速繁殖直至死亡；二是抑制肿瘤细胞的迁移迄今为止，已发现紫杉醇具有中等抗Pl蠲、Ln,o小鼠白血病活性，较高的抗Bl6黑色素瘤活性，对路易士肺癌和SI肉瘸以及移植c 一I肠癌、一1肺癌和M 乳腺癌，SRC、M 一1乳腺癌等具有明显活性，对进行性卵巢癌的治疗有良好效果，对转移性乳腺癌、肺癌、头颈部肿瘤、恶性黑色素瘤、淋巴肉瘤及食道癌也具有一定的疗效12 红豆杉及其天憝产物研究与开发12

3、，1 紫杉醇的研究与开发历史J早在1856年Lucas就从浆果红豆杉(Txatts baecata L)中分离得到碱性物质Tasine直到本世纪6o年代，在现代光谱技术发展的基础上，有关这方面的工作才得以全面展开1962年美国农业部(USDA)采集了太平洋红豆杉树皮供美国国立癌症研究所(NCI)筛选抗癌成分1963年，Wall和Wani从太平洋红豆杉中提取出粗提物1964年，用KB细胞毒性方法证明，这粗提物具有生物活性1965年，又采集了一批树皮交Wall博士提取分离1969年，确定了粗提物中活性成分是紫杉醇1971年，Wani分离出纯的紫杉醇并用x一衍射确定了其结构，起初发现紫杉醇对P3镕和

4、Ll210小鼠白血病仅有中度活性1975年进而发现它对BI6黑色瘤有很强的活性1977年，开始被确定为候选药物开始作临床前实验，随后发现紫杉醇对多种人体肿瘤有很强的活性1979年，Schif和Horwitz阐明了紫杉醇的独特药理机制后，引起了科学家们的极大兴趣1980年，完成了紫杉醇的制剂研究，随后开展了毒理学研究1983年。开始进入I期临床1987年进入期临床1990年开始进入期临床1991年，NCI决定由BKS公司从太平洋红豆杉树皮中提取25 纯紫杉醇，以供NCI进行12万例癌症患者的临床试验1992年l2月29日，美国食品药品管理局(FDA)批准紫杉醇上市，商品名为Taxol，用于治疗卵

5、巢癌，现在Taxd已在欧洲、美洲、南非等40多个国家上市122 紫杉醇的生物合成1988年，Denis等从欧洲红豆杉的针叶中得到含量为01的紫杉醇前体l0一去乙酰白卡亭一，并以此为原料半合成紫杉醇及其衍生物TaxotereTaxotere与紫杉醇的不同之处在于岛位氨基上有叔丁氧羰基和cm位有羟基取代，其优点是水溶性较好，从而提高了生物利用度Taxotere也有广泛的体外抗肿瘤活性，已在治疗乳腺癌、肺癌、胃癌、头颈癌、卵巢癌和黑色素瘤中得到证实，作用机理也与紫杉醇类似此后，全世界30多个研究小组开展了紫杉醇的全合成研究，并发表了化学合成结果直到l9931994年才由Holton教授和Nicola

6、oll教授分别用分子结构逐一形成的线型方法和逆合成分析法，通过Shapiro反应和MCMurry偶联，把含有A环和c环的碎片结合起来，形成ABC环骨架，然后组装上含氧D环，接上在B环与c环周围的各取代基，最后氧化cl3为醇并通过酯化反应侧链，完成了紫杉醇的全生物合成123 组织培养自70年代以来，国内外专家在进行红豆杉的组织及细胞的培养方面，傲了大量和卓有成效的工作，并取得了突破性进展L3J一是红豆杉愈伤组织及细胞悬浮培养，研究的范围包括：愈伤组织和细胞系的选择，细胞生长、紫杉醇生产及营养成分消耗的动力学、诱导物、前体、激素的种类与浓度、糖的种类与浓度、生物过程的偶合、生物反应器的种类及培养环

7、境等方面；二是红豆杉体细胞胚胎发生及胚性细胞悬浮培养；三是红豆杉细胞的固体化培养，FettNeto等用玻璃纤维固定东北红豆杉细施，6个月后这些细胞能产生占细胞于重00124-007的紫杉醇， 124 基因工程Rodney等人采用同源PCR扩增片段筛选eDNA文库的方法，得到了紫杉二烯合成酶的cDNA序列L3,4J通过比较6种已知的高等植物中单萜、倍半萜和双萜环化酶的基因序列，确定了它们具有l1个同源区域据此设计了20个简并物，即c一端、N一端及中部9个位置的各个方向的引物以CsCI纯化的Tbrevif0Iia茎的噬菌体DNA文库为模板，随机组合引物，进行PCR扩增，得到83bp的特异性扩增片断

8、然后将其克隆到1Tmue上，并用其作为杂交探针对3x 105噬斑进行筛选，最终得到27kb的一段序列对此271do的基因片断进行eDNA测序分析和氨基酸序列分析，发现它带有一般导人质体的信号肽，与其它二烯萜环化酶的体内定位是相似的.与此同时，Han等利用根癌农杆菌使太平洋红豆杉和欧洲红豆杉无菌茎段产生冠瘿瘤，并用Southern杂交检测到TDNA的存在，从而首次证明红豆杉可被农杆菌转化_3JL王m 等人利用太平洋红豆杉合子胚与含C-us基因的PBu2l质粒DNA培养，也成功地使Gus基因在胚中得到瞬间表达_3JPlantCarcss利用发根农杆菌侵染红豆杉获得了发状根，之后把发状根培养于含lm

9、gLNAA和01mgL BA的岛培养基上，最后再转移至5mgL BA的培养基上培养8周即获得了转基因植株_j J不久，Wildung等人成功地利用PCR技术克隆到该酶的eDNA片段，该片段由2586个核苷酸组成，在离体条件下能把GGPP转化成4(5)，11(12)一dleae目前，基因工程还只是一个良好的开端此外，在红豆杉及其天然产物资源开发方面，如红豆杉有性(种子)繁殖、无性(扦插)繁殖、细胞真菌发酵，紫杉醇衍生物的研究与开发，也取得了突破性进展2 Epoth1ones研究JEpothilones(埃波休隆)是由纤维堆囊菌属(S。ran uIn edlulosm)粘菌分泌的一类具有l6员碳的

10、大环内脂，现已发现两种天然衍生物，分别是epothilone A(分子式为c26H剪s)与epothilone B1995年前后，美国Merck研究实验室的DanielMBollag等从En1p0r_m州立大学的JEPetersoax菌种珍藏室获得ran cellutosum菌株s的有效活性，并证明这种提取物就是epothilones(A与B)，进而对这类化合物的微管稳定作用效能与紫杉醇作了较为全面的离体实验比较研究，结果令人振奋，epothilones是一类具有促微管蛋白聚合特性、结构新颖的抗癌化合物多糖类3I 刺五加多糖刺五加多糖是从五加科植物刺五加(Amndwpanoxn如D (Rupt

11、et M a)Hgn1s)的根、根皮及果中提取分离的多糖_6J，其抗癌作用表现在：一是体外抗癌作用佟丽研究结果表明，ASPS对S1和细胞株均有明显的细胞毒作用，而且这种作用极为敏感二是体内抗癌作用谢蜀生等人将CBL6小鼠皮下接种1105ELG4细胞，测定小鼠肿瘤大小，井观察成活期结果显示，给药组小鼠肿瘤体积显著小于对照组(P0o1)，给药时间越长，差别越大程秀娟、ML shen等也发现ASPS对S 和Siso二种瘤细胞均有显著抑制作用32 茯苓多糖(PPs)佟丽等【7 采用毛细管柱气相色谱法分析了茯苓多糖(PPS)，剌五加多糖(ASPS)与S180细胞一同温育24h后，细胞膜磷脂和中性脂的脂肪

12、酸组成变化，发现磷脂的脂肪酯组成发生明显改变，花生四酸(c )和豆蔻酸(c14_0)降低(P0(15或P001)，与作用阳性药物对照的氨甲喋呤作用相似降低肿瘤细胞组织明显升高的c：4水平，减少自由基损伤，具有一定的抗癌效果此外，cl 4lo是一个饱和脂肪酸，PPS、ASPs能使C14：o降低，与阳性抗癌药物 的作用相似，也具有抗癌作用综上所述，膜磷脂生化特性盼改变是PPS、ASPS抗肿瘤作用的一个重要环节33 黄苠多糖据中药大辞典)记载：黄芪有“补气、脱毒、生肌”等功能杜志德等介绍：黄芪具有三大作用：防癌抗癌、预防感冒、延年益寿，其抗癌活性物质为黄芪多糖王遭苑等报道：黄芪多糖具有更显著的生物活

13、性34 附子多糖附于是毛莨科乌头属(Aconitum camalchqeli c)植物的侧根，是一种常用的中药材据本草纲目)记载，“附子具有回阳救逆、温补肾阳、祛寒止痛之功能”近年研究表明：附子提取液(多糖)尚具有强心、抗癌、抗衰老和增强免疫机能的作用35 银耳多糖银耳(7remea Be )在我国有悠久的药用和食用历史据资料介绍_7J，多糖在防癌抗癌中的生物活性是多方面的第一有些多糖能提高M 的吞噬功能，诱导白细胞介素I(IL1)和肿瘤坏死因子(1T )的生成，激话LAK细胞，在抗肿瘤中发挥直接的细胞毒作用第二多糖在肿瘤免疫治疗也应具有十分重要的作用，友田正司等报道，从三七根(Pmmx no

14、lo#seng)中提取的多糖(S anchian A)可显著增强网状内皮系统在碳廓清试验中的活性，并增加小鼠、绵羊细胞抗体的生成，恢复由环磷酰胺导致的抑制而延迟的过敏反应云芝多糖对Sire肉瘤、艾氏腹水癌、吉田肉瘤、腹水型肝癌等实验肿瘤有明显的抑制作用茯苓多糖对小鼠Sire肉癌也有明显抑制作用，使癌细胞逆转香菇多糖对小鼠Sl舳肉瘤抑制可达70 一100，有90的小鼠肿瘤完全消退，还能抑制化学致癌剂3一甲蒽醌的致癌作用灵芝多糖能明显增加抗原结合细胞(RFC)数，并升高正常人和白细胞减少者的白细胞数葡萄甘鼹聚糖(Glaeomannan)能使致敏淋巴细胞对肿瘤细胞发生特异性免疫反应，也能增强动物网状

15、内皮系统吞噬功能陈力真等报道，地黄多糖ipig对Lewis肺癌、BI6黑色素瘤和H 肝癌亦有效，第三多糖是细胞膜成分，能强化正常细胞抵御致癌物的侵袭如冬虫夏草多糖能与肝腹水癌细胞膜结合，抑制胞外葡萄糖进入癌细胞，使癌细胞缺能量而坏死4 鬼臼类木脂素天然鬼臼类木脂素存在于小檗科鬼臼属(PodophyHum)、八角莲属(Dysvsn)和山荷叶属以及大麻科和柏科的少数科属中J鬼臼毒素(Podophyuo眦in)及相关木脂素是一类具有显著细胞毒性的天然活性物质这类物质主要包括鬼臼毒素、表鬼臼毒素、去甲鬼臼毒素、a一足叶草脂素、8一足叶草脂素、5一甲氧基鬼臼毒素、锡金鬼臼毒素及酮基木脂素等成分，统称鬼臼

16、类木脂素(PodophyUum lignans)印年代中VP16-213(e【0p08ide)和vM26(teniposide)问世，临床测试具有广谱抗癌话性：对小细胞肺癌、睾丸癌、白细胞癌、淋巴肉瘤、神经胶质瘤、霍杰金氏症等多种癌症有特殊疗效此外，在临床上试用的还有SPG、SF、EPEG和FIG等鬼臼类木脂素衍生物鬼臼类木脂素及它们的甙类都具有抑制癌细胞增殖的作用，这类木脂素的细胞毒性主要在于其强烈的纺锤体毒性，能和纯化的微管蛋白结合，抑制细胞微管的聚合，致使复制后的染色体不能分离，使细胞分裂停止在中期鬼臼类木脂素还能抑制细胞对胸腺嘧啶、尿嘧啶、腺嘌呤、鸟嘌呤等各类对核苷的摄取，从而抑制细胞

17、DNA、RNA以及蛋白质的合成此外，鬼臼类木脂索特殊的结构，具有邻醌化合物特性，能导致活泼自由基的形成，干扰细胞氧化还原系统近年来，鬼臼类木脂素的生物合成、抗癌机理、生药分布和组织、细胞培养研究，取得了新的重大突破5 三尖杉酯碱和高三尖杉酯碱三尖杉酯碱和高三尖杉酯碱是从三尖杉属植物中分离出来的具有抗肿瘤活性的生物碱J我国民间医生在很早以前就用三尖杉植物治疗肿瘤7O年代初，美国科学家Powell等分离并鉴定了三尖杉属植物的生物碱，并研究其抗肿瘤活性，发现其中一类生物酯碱，包括三尖杉酯碱、高三尖杉酯碱、异三尖杉酯碱、去氧三尖杉酯碱和假去氧三尖杉酯碱具有抑制小鼠白血病细胞生长作用我国科学家同时大量分

18、离了三尖杉酯碱和高三尖杉酯碱，并在临床上进行这些物质的抗白血病化疗研究，发现它们能治疗白血病此后，美国等发达国家的科学家也对其进行了I期及期临床治疗和毒性研究，以后又有许多关于此二类化台物生物活性及作用机制的研究报道临床研究与实验表明，三尖杉酯碱和高三尖杉酯碱不仅对治疗白血病有效，而且对其它肿瘤也可能有效卢大用等发现三尖杉酯碱和高三尖杉酯碱对大鼠Walker肉瘤、小鼠sl 肉瘤也育抑制作用，并进一步证实高三尖杉酯碱能抑制细胞钙调蛋白活性同时，还发现高三尖杉酯碱能抑制小鼠Pl姗细胞淋巴道转移和Lewis癌肺转移此外，国外有用三尖杉酯碱治疗神经瘤的报道6 黄酮类61 异黄酮植物中的异黄酮【1oJ主

19、要有大豆黄酮、芒柄花素、染料木素和美皂异黄酮等异黄酮广泛存在于豆科植物中，从动物牧草(如红三旰草)到人类食用的大豆、绿豆中均有一定的含量国内外细胞水平的研究表明：红三叶草异黄酮对苯并芘(B口P)代谢有强烈抑制性能，能抑制仓鼠胚胎细胞的Bap一-DNA结合；染料木素能抑制酪氨酸蛋白激酶的活性，从而抑制培养细胞(A“)上皮细胞生长因子(ECr)受体的磷酸化作用，抑制细胞生长；异黄酮还有抗氧化作用国内报道：大豆黄酮具有抗促癌及诱导癌细胞分化的作用；夫豆黄酮或芒柄花素还能显著提高小鼠胸腺重、吞噬功能、体液免疫功能和外周血液中成熟的T淋巴细胞总数；异黄酮所具有的抗氧化作用，可抑制肠道致癌物的形成；王国粱

20、等用离体和在体实验证明大豆黄酮对S 肿瘤细胞有明显的抑制作用62 甘草黄酮傅乃武等在对胀果甘草中分离的十几种黄酮体和三种三萜化合物的研究结果表明_l ：G 5显著抑制促癌物(如TPA和巴豆油)诱发的小鼠耳水肿，表示它具有抗促癌效应促癌物的一个生化作用特点是促进细胞磷脂合成的增加，G l5明显抑制巴豆油诱发的Pi参人埘a细胞磷脂部分，说明它能有效抑制促癌剂诱发的磷脂合成的增加G ”还明显对抗环磷酰胺引起的小鼠骨髓微核细胞增多，表明它具有抗致突作用傅乃武等用化学发光(cL)法和测定MDA方法证明了G 15明显对抗脂质过氧化G93 还明显抑制cck诱发的小鼠肝微粒体脂质过氧化，表明它有效对抗cCLe

21、对肝微粒体的损伤与此同时，张英等也报道了黄酮类化合物具有抗自由基、抗氧化、抗癌、防癌、抗菌、抗病毒、抗炎症、抗过敏、抗糠尿病并发症等多种生理活性和药理作用，且无毒无害，对人类的肿瘤、衰老、心血管病等退型性疾病的治疗和预防有重要意义6 3 黄芩黄酮黄芩在历代(本草)中有作为活血化瘀剂的记载，在寻找作用于肿瘤转换过程的药物筛选中，发现黄芩提取物(黄芩甙和黄芩色索)有明显的抗肿瘸活性，尤其是抗肿瘤转换作用，可加强环磷酰胺的疗效由于在肿瘤转换过程中，凝血系统被激活，黄芩的抗凝作用亦与抗肿瘸活性有关动物实验表明，黄芩有明显抑制太鼠淋巴肉瘤的生长，并降低肿瘤转换过程活性此外，黄芩作为抗发癌助催化作用的物质

22、，具有显著的EBV非洲淋巴细胞病毒活化抑制作用 7 皂甙类71 绞股蓝皂甙(白m， ，Gyp)tj绞股蓝(Gynostemnwt p m(nuI1b)Maki)又名小苦药、甘茶蔓等，为葫芦科绞股蓝属植物绞股蓝为我国传统中草药，中药名为“七叶胆”或“七叶参”，是Gyp主要药源植物711 Gyp体外抗肿瘤活性实验表明一是抑制培养的肿瘤细胞增殖竹本常松等发现l0腭IId的Gyp22 使培养基Morr肝癌细胞(MHC)、黑色素瘤细胞(Bl6)、子宫颈癌细胞(HeLa)、肺癌细胞(3u )分别抑制20 一80 ，且在210 IId范围内，随浓度增高抑制作用增强我国学者报道，超过5 生药nil的绞股蓝提取

23、物使培养人肝癌细胞(SMMC一7721株)5O 以上变圆、胞膜变厚、脱落成悬浮状；0220I咯IId的Gyp可抑制肝癌细胞174 一826生长；100300 IId的Gyp可完全抑制Hela细胞和人肺癌细胞(nLC)分裂；120mml的绞股蓝提取液抑制人直肠腺癌细胞335 一7864二是杀灭培养的肿瘤细胞我国学者证明，Gyp总皂甙对培养的小鼠 艾氏腹水癌(EAC)、Hela和如上细胞均有直接杀灭作用云南抗癌保健茶提取物对人胃癌、肺癌、官颈癌、血癌等培养癌细胞也有明显的杀灭作用712 体内实验一是能抑制体内肿瘤生长移植了sl的太白鼠以I类Gyp灌胃50,kgd7d，瘤重降低46，同样剂量腹注抑制

24、38移植肿瘤细胞数由11 降至2lOs，延长给药期，得到同样的结果国内用陕西、湖北、广东、云南等绞股蓝试验，对5180EAC、腹水型sl以及胰腺癌和肺癌的抑制结果也类似；二是延长荷瘤动物的寿命713 临床应用-日本学者有地滋等最早报道肝癌、食道癌和胃癌转移腹水型患者各一例服用Gyp150200 rr d，一月好转46月痊愈或明显好转，半年未见复发和转移我国学者王劲、梁振鸾、李元海等也分别报道了临床治疗有效结果，尤以复方绞股蓝抗癌效果最佳714 抗肿瘤机理一是直接作用于肿瘤组织和细胞日本学者竹本常松等发现Gyp的抗癌作用是阻止肿瘤细胞从G 期进人s期我国学者钱伯初等证明阻断sl细胞从s期进人期绞

25、股蓝提取液使人直肠腺癌细胞DNA合成减少，核分裂指数降低；使人肝癌细胞的DNA、RNA和蛋白质合成速率都降低；DNA、RNA含量明显减少：二是调节机体免疫功能；三是有关专家认为。Gyp有可能使癌细胞逆转72 西洋参西洋参(Panex f咖缸m L)所含人参皂甙Ph1和P 经药理实验证明【”J：人参皂甙对各种癌细胞的增殖具有抑制作用；Phl、Ph2对sl舶肉瘤细胞的荷瘤小鼠腹腔按50ragkg注射，使s期肿瘤细胞堆积(PVCRSQD SQD3MISADI张援虎等对罗蘑科马利筋族植物Q1甾类成分研究表明，自薇甙A对小鼠移植性宫颈癌(uI4)和肝癌(HepA)具有显著的抑制作用，在剂量为2ot,g对

26、，灌胃给药抑瘤率分别为530和585 ，瘦腔给药分别为652和559；在剂量为32ttgkg时，对自血病l 抑瘤率为42 ，人早幼粒白血病m 抑瘤率为87；华北白前甙A可拮抗 (肿瘤坏死因子)的毒副作用此类生物资源还有铁线莲属植物、海洋生物等其它抗癌生物资源及天然产物研究报道还有：张人伟等发现菊科植物水朝阳花部分的提取物晶对癌细胞具有抑制作用，并经美国国立癌症研究所验证，对人体肺癌(h J)、口腔表皮细胞癌(KS)等6种癌细胞具有杀灭作用；王天山等作鼓槌石斛中化学成分对K 肿瘤细胞生长抑胡作用试验，表明其乙醇提取物及其联苄类化合物具有不同程度的体内抗肿瘤活性；姜勇等对中药薤白(小根蒜)的抗癌研

27、究报道PGA1具有抗癌活性，具有明显的抗肺癌及Sl实体瘤作用；伍睿等在对大蒜抗癌活性研究中发现，大蒜中吉多种抗癌物质，大蒜中所古的巯基化合物可与亚硝酸盐生成硫化亚硝酸酯类化合物，从而降低其毒性意大利和山东省的统计调查表明，多吃大蒜的人得胃癌的风险降低了60 大蒜中二烯丙基二硫醚比二烯丙基硫醚有更强的抑制细胞分裂的作用大蒜能刺激体内产生抗癌干扰素，增强抗癌免疫能力，对小鼠艾氏腹水癌有疗效，对大鼠MqKSa,komam的癌细胞具有抗有丝分裂作用，并能抑翩乳腺癌的发生大蒜还能抑翩皮肤瘤、结肠瘤、直肠瘤、食道瘤、鼻咽癌、肝癌的生长，此外蒋学军等报道了余甘果、何姥阳等报道了薏苡仁酯的防癌、抗癌机理11

28、问题与展望在世界上5o多万种植物中，蕴藏着丰富的抗癌植物资源与天然产物100多年来，尤其是近半个世纪以来，人们在寻找抗癌生物资源及其天然产物方面，获得了很大成功但是，应该看到，此项研究工作仅仅是万里长征走完了第一步首先，从资源探寻与天然产物开发方面看，潜力还很大；其次，从研究进展来看，虽然在对红豆杉、长春花等抗癌植物的化学成分、组织培养及天然产物的生物合成、构效关系研究方面，取得了突破性的进展，但对多数抗癌植物及天然产物的研究还不够深入i第三在研究领域，人们删重化疗药物研究，丽对薤白、大蒜、绞股蓝、绿茶、芹菜、猕猴桃等药食同源性植物广泛用于防癌、抗癌诸方面的研究，也有待于深A ；第四在运行体制上，具有雄厚实力的科研机构、高等院校处于知识、科技密集的大中城市，与资源富集的边远山区存在着区位条件的限制，从而成为制约此项研究工作的一大因素因此，种质资源的就地保存与开发利用，成为今后工作的一大主题；第五在研究手段上，需要植物化学、有机化学、栽培生理学、生物工程学和药理学医学等多种研究手段相互配合，这是摆脱资源危机的重要方面随着世界高科技水平