紫杉醇作為一個(gè)具有抗癌活性的二萜生物堿類化合物。
紫杉醇因其新穎復(fù)雜的化學(xué)結(jié)構(gòu)、顯著的生物活性、全新獨(dú)特的作用機(jī)制、奇缺的自然資源使其受到了植物學(xué)家、化學(xué)家、藥理學(xué)家、分子生物學(xué)家的極大青睞，使其成為20世紀(jì)下半葉舉世矚目的抗癌新星。
這樣一個(gè)經(jīng)典的藥物究竟是怎樣發(fā)現(xiàn)的呢？
帶著這樣的疑問(wèn)，今天筆者就跟大家一起探究一下紫杉醇的開(kāi)發(fā)歷程。
紫杉醇的發(fā)現(xiàn)和結(jié)構(gòu)確證
20世紀(jì)50年代，為了尋找安全有效的抗腫瘤新藥，科學(xué)家將目光投入到自然界中的天然產(chǎn)物。
1955年，美國(guó)國(guó)家癌癥研究所( National Cancer Institute,NCI)成立了癌癥化療國(guó)家服務(wù)中心來(lái)為NIH以外來(lái)源的化合物提供抗腫瘤篩選服務(wù)。
此后的20年間，研究人員總共收集并測(cè)試了3萬(wàn)多個(gè)樣本。
1962年8月，美國(guó)農(nóng)業(yè)部植物學(xué)家亞瑟·巴克雷（ArthurBarclay）在華盛頓州的一國(guó)家森林，采集到了太平洋紫杉的樹(shù)枝、樹(shù)皮和果實(shí)樣本，這批樣品被送到威斯康星校友研究基金會(huì)進(jìn)行提取分離。證實(shí)樹(shù)皮的粗提物對(duì)KB細(xì)胞有毒性作用。
紫杉樹(shù)
后來(lái)，北卡三角研究院的科學(xué)家Monroe E.Wall發(fā)現(xiàn)紫杉醇樹(shù)皮粗提取物對(duì)離體培養(yǎng)的腫瘤細(xì)胞，包括L1210和P288白血病、Walker 256肉瘤及B16黑色素瘤細(xì)胞都具有很強(qiáng)的抑制作用。
1966年，北卡三角研究院的Monroe E.Wall和其同事Wani分離得到了0.5g活性成分，只知道這種物質(zhì)含有羥基，又因?yàn)槭菑淖仙迹═axus brevifolia）中獲得的所以他們把這種物質(zhì)稱為紫杉醇（Taxol）。
1970年，在杜克大學(xué)A. Mcphail的幫助下，他們用X射線衍射確定了裂解產(chǎn)物結(jié)構(gòu)，結(jié)合NMR分析，確定了紫杉醇的結(jié)構(gòu)，并于1971年發(fā)表。
紫杉醇分子結(jié)構(gòu)式
紫杉醇結(jié)構(gòu)復(fù)雜，屬于四環(huán)二萜類化合物，分子由3個(gè)主環(huán)構(gòu)成二萜母核，上連1個(gè)苯基異絲氨酸側(cè)鏈，有11個(gè)手性中心，有許多功能基和立體化學(xué)特征。
紫杉醇進(jìn)一步的藥理和作用機(jī)制研究
1978年，藥物學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)紫杉醇對(duì)裸鼠異體移植腫瘤(包括裸鼠異體移植乳腺癌 SRC MX-1和結(jié)腸瘤CX-1)有效，連同前面B16的活性，使得紫杉醇達(dá)到了NCI進(jìn)一步研究的標(biāo)準(zhǔn)。
同年NCI的D. Fuchs和R. Johnson發(fā)現(xiàn)紫杉醇具有抗有絲分裂活性，但活性比美登木素及長(zhǎng)春花生物堿弱。
1979年，愛(ài)因斯坦醫(yī)學(xué)院的Horwitz和她的學(xué)生深人研究后發(fā)現(xiàn)，紫杉醇具有一種全新的抗癌作用機(jī)理，可以誘導(dǎo)和促進(jìn)微管蛋白聚合，促進(jìn)微管裝配。
同時(shí)他們還發(fā)現(xiàn)紫杉醇類藥物還有一個(gè)特點(diǎn)，即可以在缺少鳥(niǎo)苷磷酸(GTP)與微管相關(guān)蛋白的條件下誘導(dǎo)形成無(wú)功能的微管，而且使微管不能解聚，進(jìn)而導(dǎo)致抑制腫瘤細(xì)胞紡錘體的形成，阻止有絲分裂的完成，使得細(xì)胞停留在G2/M期，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡從而起到抗癌作用。
紫杉醇與β-微管蛋白結(jié)合構(gòu)象
在此需要說(shuō)明的是，微管( microtubule)是存在于所有真核細(xì)胞中的動(dòng)態(tài)多聚物結(jié)構(gòu)，參與多種細(xì)胞活動(dòng)。
微管在維持正常細(xì)胞功能，包括細(xì)胞形態(tài)的控制、有絲分裂過(guò)程中染色體的移動(dòng)、細(xì)胞形成的調(diào)控、激素分泌、細(xì)胞膜上受體的固定、細(xì)胞能動(dòng)性細(xì)胞器和細(xì)胞其他部分的胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)等方面，具有重要地位。
上述紫杉醇獨(dú)特的作用機(jī)制，激發(fā)了人們對(duì)其研究的興趣。
同時(shí)由于紫杉醇難以獲得，不易溶解，存在制劑困難，也引起了相關(guān)研究人員的興趣。
1980年，紫杉醇的制劑研究成功，采用聚氧乙基化蓖麻油( CremophorEL)作為輔料。
1982年，紫杉醇動(dòng)物毒理學(xué)實(shí)驗(yàn)完成，同年NCI進(jìn)行新藥申請(qǐng)并得到批準(zhǔn)，可以進(jìn)行臨床實(shí)驗(yàn)。
紫杉醇完成臨床試驗(yàn)并成功上市
1983年至1991年，紫杉醇完成Ⅰ、 Ⅱ、 Ⅲ期臨床實(shí)驗(yàn)。
1992年12月29日，美國(guó)FDA批準(zhǔn)BMS公司(憑借其可提供17kg紫杉醇的代價(jià)獲得了紫杉醇藥品研究與開(kāi)發(fā)專有權(quán))研發(fā)的紫杉醇針劑(商品名：Taxol)用于治療晚期卵巢癌；
1994年，Taxol被FDA批準(zhǔn)用于轉(zhuǎn)移性乳腺癌的二線治療；
1997年，被FDA批準(zhǔn)用于卡波西肉瘤的治療；
1998年，被FDA批準(zhǔn)聯(lián)合順鉑用于非小細(xì)胞肺癌的一線治療，同年被批準(zhǔn)聯(lián)合順鉑用于晚期卵巢癌的一線治療；
1999年，被批準(zhǔn)用于淋巴結(jié)陽(yáng)性乳腺癌的輔助治療。
紫杉醇的全合成
紫杉醇在自然界中含量少，不易得，紫杉醇在樹(shù)皮中含量約為0.004%，并且含量隨季節(jié)、產(chǎn)地及采集部位的不同而波動(dòng)。
上述特點(diǎn)一度成為其后續(xù)研究和生產(chǎn)的主要限制因素之一。
20世紀(jì)八十年代，紫杉醇遇到的原料供給問(wèn)題受到了諸多化學(xué)家的關(guān)注。
1993年，R.A. Holton教授率先取得突破，完成紫杉醇的全合成，他立即將文章投給美國(guó)化學(xué)會(huì)會(huì)志( JACS)，并于1994年發(fā)表。
Holton紫杉醇全合成路線
之后，Nicolaou也完成紫杉醇的全合成工作，其成果于Nature雜志發(fā)表。
Nicolaou紫杉醇全合成路線
繼Holton和Nicolaou之后，有多條全合成路線和改進(jìn)路線被報(bào)道。
然而通過(guò)全合成完成紫杉醇的原料供應(yīng)顯然是不現(xiàn)實(shí)的，即便最短的路線，也有37步之多。
紫杉醇的半合成和生物合成
法國(guó)的 Pierre Potier小組注意到紫杉醇的來(lái)源問(wèn)題，同時(shí)考慮全合成的不現(xiàn)實(shí)性，他們?cè)噲D通過(guò)半合成來(lái)解決問(wèn)題。
1981年底，Potier經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)能夠很容易地分離10去乙?；涂ㄍ?10- deacetyl baccatin Ill,10-DAB,4)，含量比紫杉醇高得多，每公斤鮮葉可分得10-DAB約1g,而每公斤同種干樹(shù)皮則只能提取到紫杉醇100~50mg。
10-DAB具有與紫杉醇相似的紫杉烷骨架。
因此，Potier與A. Greene合作，以10-DAB為起始物料合成紫杉醇，從而減少了大量的基礎(chǔ)合成工作。
Potie紫杉醇半合成路線
以10-DAB為原料，先將10-DAB中C7位和C-10位羥基保護(hù)(31)，再在啶基碳酸酯(DPC)-DMAP作用下與側(cè)鏈生物32偶聯(lián)成33,最后經(jīng)酸化處理得紫杉醇，總產(chǎn)率約53%。
Holton受到Potier研究工作的啟發(fā)，他以10-DAB為原料生成衍生物31,與內(nèi)酰胺17偶聯(lián)，水解后半合成了紫杉醇。
Holton紫杉醇半合成
該法特點(diǎn)是步驟少、收率高。
1994年施貴寶開(kāi)始用此方法，以10-DAB為起始原料生產(chǎn)紫杉醇。
既然自然界的紫杉醇資源很寶貴，同時(shí)合成紫杉醇又存在這樣那樣的諸多問(wèn)題，能否通過(guò)發(fā)酵、細(xì)胞培養(yǎng)等生物手段完成紫杉醇的原料供給呢？
果然，在1993年，研究者發(fā)現(xiàn)紫杉醇是由生活在紫杉上的一種內(nèi)生真菌產(chǎn)生，這一重大發(fā)現(xiàn)表明可以在特定的培養(yǎng)基中產(chǎn)生紫杉醇及相關(guān)烴合物。
大量科學(xué)家投入研究，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一系列能夠產(chǎn)生紫杉醇的內(nèi)生真菌。令人遺憾的是，此方法產(chǎn)生的紫杉醇含量很低，難以達(dá)到商業(yè)化生產(chǎn)的要求。
之后相關(guān)研究領(lǐng)域不斷有新的發(fā)現(xiàn)，使得紫杉醇能夠通過(guò)發(fā)酵培養(yǎng)實(shí)現(xiàn)原料供應(yīng)的初衷充滿希望。
補(bǔ)充一點(diǎn)，紫杉醇真的不是中藥!
通過(guò)以上介紹，大家對(duì)紫杉醇這個(gè)藥物，抑或紫杉醇這一化合物有了一定的了解。對(duì)于紫杉醇是中藥或是西藥的問(wèn)題，大多數(shù)具有大學(xué)學(xué)歷且生物醫(yī)藥專業(yè)背景的朋友都能夠輕松回答，紫杉醇不屬于中藥，屬于化學(xué)藥，也泛指西藥。但是對(duì)很多不具備醫(yī)藥學(xué)專業(yè)知識(shí)背景的人，并不清楚紫杉醇究竟是中藥或是西藥。
甚至對(duì)極少部分具有相關(guān)專業(yè)背景的朋友對(duì)此問(wèn)題也有所疑惑，筆者就曾在國(guó)內(nèi)某科技類報(bào)道上看到過(guò)對(duì)紫杉醇的誤解。
來(lái)自國(guó)內(nèi)某權(quán)威科技類新聞報(bào)道
說(shuō)實(shí)話，筆者在上大一那會(huì)，剛聽(tīng)說(shuō)紫杉醇這個(gè)詞匯，當(dāng)時(shí)還真的以為是中藥呢，即便大學(xué)畢業(yè)后，竟然對(duì)這個(gè)問(wèn)題還心存疑惑，想想也是夠可笑的。
參考文獻(xiàn)
1.新藥研發(fā)案例研究:化學(xué)工業(yè)出版社.白東魯、沈競(jìng)康著.
2.公眾號(hào)：藥論--紫杉醇是中藥還是西藥？
3.寧爽. 紫杉醇治療上皮性卵巢癌30例臨床分析[D]. 2002.
4.惠俊峰. 從紅豆杉中提取紫杉醇及10-DAB的研究[D]. 西北大學(xué), 2006.