抗癌微生物药物的研究与开发

抗癌微生物药物的研究与开发前言恶性肿瘤是人体组织和细胞发生异常的增生，这些细胞的盲目迅速生长，损耗人体大量营养，同时还破坏正常组织结构，使器官功能失调，最后导致宿主死亡。恶性肿瘤的致病因素比较复杂，除机体本身免疫，内分泌，神经功能紊乱和外界化学、物理的致病因素外，已阐明细胞核内的遗传物质DNA发生了结构和功能上的变化，就可形成恶性肿瘤。70年代已发现某些实验致癌的RNA病毒中存在一种逆转录酶，它能以RNA病毒为模板合成DNA，这种变异的DNA就是癌变的物质基础。从丰富的微生物代谢产物中寻找具有抗肿瘤作用的生物活性物质的工作已有多年的历史，为了寻找高效低毒的抗癌微生物药物，很多微生物如链霉菌、真菌、细菌及海洋微生物等作为对象，进行了大量筛选工作，所获临床有效的微生物药物除个别外，几乎都是从链霉菌产生的。这类药物的独特之处在于它们具有极其多样性的化学结构．对这类药物的抗肿瘤活性的评价，将有助于进一步设计出更好的抗癌药物。1.来源、结构及抗癌活性1.1.1放线菌素D1.1多肽和蛋白质类抗生素放线菌素类(actinomycins，ActD)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。它也是最早用于临床的抗肿瘤抗生素。自发现放线菌素对何杰金氏病有效后,人们开始从微生物产物中寻找抗肿瘤药物。至今,报道的放线菌素已有50种以上，临床上应用的仅为放线菌素C和D。

1.1.2博来霉素（Bleomycin,BLM,USP)一个典型的BLM-A2分子由四部分组成：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。博来霉素是由日本微生物化学研究所的梅泽滨夫首先从一株轮支链霉菌（Streptomycesvertillus）中分离出来的糖肽类抗生素。疗效显著，毒性，尤其是对白细胞的毒性较低。BLM组分繁多，天然组分中，结构衍生物有十几个，国际市场上所用的BLM药品为BLMA2和B2的混合物。争光霉素：轮支链霉菌平阳变种产生，1971年投入生产、临床。它的2个组分与BLMA2B2完全一致，但是国内的主要组分是BLMA5，所以被命名为平阳霉素。培罗霉素（pepleomycin,PEP）：是在BLM基础上发展起来的第二代BLM产品，是在BLM的发酵过程中添加苯乙丙双胺前体定向合成的。泰莱霉素（talisomycin）被称为第三代博莱霉素，其疗效比博莱霉素好，而毒副作用较小。1.1.3新制癌菌素（Neocarzinostatin)含有肽或非肽发色团，由S.carzinostaticusF41产生的一个抗肿瘤蛋白质，由109个氨基酸组成（分子量为10700）。对Hela细胞、Flow2000、NS-3细胞等有抗肿瘤活性。可作用于细胞膜引起DNA合成和细胞分裂障碍。1.2.1柔红霉素（Daunorubicin)1.2蒽环类抗生素（Anthracyclineantibiotics)1.2.2阿霉素（Adriamycin,Doxorubicin)又称14-羟基柔红霉素，由波赛链霉菌变种Caesius产生，也可由柔红霉素化学转化制得。1.2.3洋红霉素（Carubicin，又名Carminomycin)又称4-去甲基柔红霉素，最初由洋红放线马杜拉菌(ActinomaduraCarminata)分离得到，后由ActinomycesCremcopoinus及Streptosporanglum中分离得到。1.2.4正定霉素（zhengdingmycin)由天蓝淡红色放线菌正定变种（S.coerulo-rubidusvar.Zhengding）所产生，与国外报道柔红霉素相同。1.2.5阿克拉霉素A(Aclarubicin,AclacinomycinA,阿柔比星）1.2.6诺加霉素（Nogalamycin,Ruticulomycin)诺加霉素由Streptomycesnogalater变种nogalator菌中分离，对肝癌及十二指肠癌有效。1.3.1丝裂霉素（MitomycinC)1.3醌类抗生素丝裂霉素是一类强效抗生素，于1950年由日本微生物学家从Streptomycescaesoitosus的发酵培养物中发现。其家族成员之一丝裂霉素C（mitomycinC，MC）。由于丝裂霉素C对实体瘤具有广谱的抗肿瘤活性，已于上世纪60年代被用于临床癌症化疗。MC是乳房、肺，前列腺癌症联合化疗的一种重要药物，也是少数几种有效的抗结肠癌药物之一，并且是治疗表皮膀胱癌所选择的药物之一和单一治疗非小细胞型肺癌的最具活性的药物。1.3.2链黑菌素（又名链黑霉素）StreptonigrinRufocromomycin链黑菌素（streptonigrin，SN）是从Strptomycesflocculus培养物中分离到的一种氨基苯醌类抗肿瘤抗生素。由Rao等在1963年通过化学分析法和质谱鉴定并最终由Chiu和Lipscomb于1975年用X-衍射法确证。分子结构中A、B和C环几乎共平面，而D环与它们完全垂直。链黑菌素表现出多种对DNA的不可逆性的金属络合位和络合键，通过特定的金属离子如锌、铜、铁、锰、镉、金形成链黑菌素-金属-DNA络合物。金属离子的出现阻止了SN-DNA的缔合。用含有不同的锌摩尔当量的DNA滴定链黑菌素表明：一分子链黑菌素需要5.7摩尔锌离子和20～25摩尔的磷酸DNA才能形成络合物。Sinha报道说离体的化学温育降低链黑菌素与DNA的络合，250个核苷酸结合1分子链黑菌素，而二价锌离子的存在大大加强了成键，使络合变为180个核苷酸结合1分子链黑菌素。1.3.3克大霉素（Kidamycin,rubiflavinB)1.4色霉素类抗生素色霉素（chromomycin）也叫阿布拉霉素、光神霉素（mithramycin）也叫普卡霉素，与橄榄霉素（olivomycin）属于金霉酸类抗肿瘤抗生素，其分子中都具有一个甙元发色基团，和五个附着在甙元上的糖环，A-B两个糖环与C-D-E三个糖环相对附着，其化学结构如图所示。研究发现：这两个药物在Mg2＋的介导下形成一个二聚体，然后嵌入到一个富含G/C序列的被拓宽的DNA小沟中。1.5氨茴霉素类（Anthramycins)抗生素Tetragomycin是从S.rimous的一株变种中分离得到的第一个新四环结构——苯骈蒽醌类抗生素1.6苯骈蒽醌类（Benz[a]anthraquinone)三类：第一类：A环饱和的，如Aquayamycin，Rabelomycin，Sakyoyamycin第二类：A环不饱和的，Tetrangomycin，Saquayamycin第三类：B环不饱和的：如PD1167AquayamycinSaquayamycin二羟苯Anthraquinone抗癌抗生素PD116740，其结构特点是B环不饱和，对L1210白血病和HCT-8人细胞有抑制作用。1.7激素类1.8其他微生物代谢物免疫增强剂2.作用机理作用机制研究是指导临床应用的重要基础理论研究。药物学家或化学家则必须根据抗癌微生物药物的作用机制及其构效关系，来改造其化学构。抗癌微生物药物可能有各种不同的作用靶位，如有的作用于细胞的生物合成酶，有的作用于细菌质膜上的某种成分，有的作用于DNA或RNA的信息转移系统，还有的作用于蛋白质合成过程中的某一环节，现将最新报道的作用机理分述如下：2.1蒽环类抗生素的作用机理蒽环类抗生素的生物学效应复杂多样，包括致DNA；断裂；染色体交换率增高；染色体畸变；抑制DNA复制与转录及蛋白质合成；影响质膜的结构和功能等等．归纳起来，从细胞及分于水平来分析其机制，大致有3点：2.1.1插入DNA蒽环类对DNA的作用的基本方式是以其B和C环为主垂直插入双链DNA长轴的碱基对之间，A和D环伸出DNA双链的两侧，氨基糖部分的氨基则与DNA的磷酸基成离子键结合，从而形成相对稳定的蒽环类-DNA结合物，改变DNA的模板性质，抑制依赖DNA和RNA聚合酶，插入引起部分双链解链。如图所示。此外，还损伤DNA，引起DNA单链双链断裂，使染色体变换增高及烷化DNA。由甲醛分子介导的2：1DNR-CGCGCG共价复合物的三维结构

箭头所示为甲醛分子介导的共价交链。

A：从DNA小沟所示；B：从DNA大沟所示。另外一个蒽环类抗肿瘤抗生素诺加霉素（nogalamycin，Ng），它对DNA的嵌入模式跨越小沟和大沟。图中红色所示为诺加霉素分子中的nogalose部分，其嵌入在DNA小沟中；图中紫色所示为诺加霉素分子中的氨基葡萄糖部分，其嵌入在DNA大沟中；金黄色所示为诺加霉素的甙元部分。2.1.2自由基形成具有未配对电子的化合物被称为自由基。药物代谢产生的自由基能和体内重要的生物大分子如DNA，膜相结构等发生强烈反应，现已证明心脏线粒体自由基形成是ADM和DR心脏毒性的主要原因，ADM和DNA在心脏细胞中被还原成半醌自由基，继而与氧发生反应生成超氧负离子，后者转变为过氧化氢后再形成性质极为活泼的羟基自由基。羟基自由基能与多种生物分于如脱氧核糖，线粒体等发生反应，造成对细胞的损伤。由于心脏组织中基本不存在具有解毒作用的酶类，因此，其毒性往往比其他组织要大。另外，蒽环的氧化还原循环抑制了谷光苷肽超氧酶的活性。2.1.3对细胞膜的作用蒽环类抗生素能与红细胞膜结合；引起细胞膜形态学改变，最终导致膜被溶解。膜结合的ADM也能产生自由基，自由基诱导的脂过氧化物通过损伤细胞膜磷脂的未饱和脂肪酸而改变膜通透牲。脂过氧化物也改变多种膜结合蛋白的功能。2.2新氨茴霉素的作用机理新氨茴霉素具有识别或结合双股螺旋DNA的某些特殊结构的特性，它在与生物系统DNA的化学受体之间相互作用时，大致开始于新氨茴霉素的C-11位与生物系统DNA鸟嘌呤