抗癌微生物藥物的研究與開(kāi)發(fā)

抗癌微生物藥物的研究與開(kāi)發(fā)前言惡性腫瘤是人體組織和細(xì)胞發(fā)生異常的增生，這些細(xì)胞的盲目迅速生長(zhǎng)，損耗人體大量營(yíng)養(yǎng)，同時(shí)還破壞正常組織結(jié)構(gòu)，使器官功能失調(diào)，最后導(dǎo)致宿主死亡。惡性腫瘤的致病因素比較復(fù)雜，除機(jī)體本身免疫，內(nèi)分泌，神經(jīng)功能紊亂和外界化學(xué)、物理的致病因素外，已闡明細(xì)胞核內(nèi)的遺傳物質(zhì)DNA發(fā)生了結(jié)構(gòu)和功能上的變化，就可形成惡性腫瘤。70年代已發(fā)現(xiàn)某些實(shí)驗(yàn)致癌的RNA病毒中存在一種逆轉(zhuǎn)錄酶，它能以RNA病毒為模板合成DNA，這種變異的DNA就是癌變的物質(zhì)基礎(chǔ)。從豐富的微生物代謝產(chǎn)物中尋找具有抗腫瘤作用的生物活性物質(zhì)的工作已有多年的歷史，為了尋找高效低毒的抗癌微生物藥物，很多微生物如鏈霉菌、真菌、細(xì)菌及海洋微生物等作為對(duì)象，進(jìn)行了大量篩選工作，所獲臨床有效的微生物藥物除個(gè)別外，幾乎都是從鏈霉菌產(chǎn)生的。這類藥物的獨(dú)特之處在于它們具有極其多樣性的化學(xué)結(jié)構(gòu)．對(duì)這類藥物的抗腫瘤活性的評(píng)價(jià)，將有助于進(jìn)一步設(shè)計(jì)出更好的抗癌藥物。1.來(lái)源、結(jié)構(gòu)及抗癌活性1.1.1放線菌素D1.1多肽和蛋白質(zhì)類抗生素放線菌素類(actinomycins，ActD)是一類含有環(huán)肽的抗生素，結(jié)構(gòu)中含有兩條對(duì)稱的五肽內(nèi)酯環(huán),連接于一個(gè)吩惡嗪酮發(fā)色團(tuán)，如圖所示。它也是最早用于臨床的抗腫瘤抗生素。自發(fā)現(xiàn)放線菌素對(duì)何杰金氏病有效后,人們開(kāi)始從微生物產(chǎn)物中尋找抗腫瘤藥物。至今,報(bào)道的放線菌素已有50種以上，臨床上應(yīng)用的僅為放線菌素C和D。

1.1.2博來(lái)霉素（Bleomycin,BLM,USP)一個(gè)典型的BLM-A2分子由四部分組成：1）末端氨基，參與BLM與核酸的相互作用；2）bithiazole部分，也參與BLM通過(guò)DNA小溝與DNA結(jié)合；3）一個(gè)假肽部分，通過(guò)幾個(gè)配位鍵結(jié)合過(guò)渡態(tài)金屬，與識(shí)別特定DNA序列有關(guān)；4）一個(gè)多聚糖部分，其功能尚待討論。博來(lái)霉素是由日本微生物化學(xué)研究所的梅澤濱夫首先從一株輪支鏈霉菌（Streptomycesvertillus）中分離出來(lái)的糖肽類抗生素。療效顯著，毒性，尤其是對(duì)白細(xì)胞的毒性較低。BLM組分繁多，天然組分中，結(jié)構(gòu)衍生物有十幾個(gè)，國(guó)際市場(chǎng)上所用的BLM藥品為BLMA2和B2的混合物。爭(zhēng)光霉素：輪支鏈霉菌平陽(yáng)變種產(chǎn)生，1971年投入生產(chǎn)、臨床。它的2個(gè)組分與BLMA2B2完全一致，但是國(guó)內(nèi)的主要組分是BLMA5，所以被命名為平陽(yáng)霉素。培羅霉素（pepleomycin,PEP）：是在BLM基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的第二代BLM產(chǎn)品，是在BLM的發(fā)酵過(guò)程中添加苯乙丙雙胺前體定向合成的。泰萊霉素（talisomycin）被稱為第三代博萊霉素，其療效比博萊霉素好，而毒副作用較小。1.1.3新制癌菌素（Neocarzinostatin)含有肽或非肽發(fā)色團(tuán)，由S.carzinostaticusF41產(chǎn)生的一個(gè)抗腫瘤蛋白質(zhì)，由109個(gè)氨基酸組成（分子量為10700）。對(duì)Hela細(xì)胞、Flow2000、NS-3細(xì)胞等有抗腫瘤活性。可作用于細(xì)胞膜引起DNA合成和細(xì)胞分裂障礙。1.2.1柔紅霉素（Daunorubicin)1.2蒽環(huán)類抗生素（Anthracyclineantibiotics)1.2.2阿霉素（Adriamycin,Doxorubicin)又稱14-羥基柔紅霉素，由波賽鏈霉菌變種Caesius產(chǎn)生，也可由柔紅霉素化學(xué)轉(zhuǎn)化制得。1.2.3洋紅霉素（Carubicin，又名Carminomycin)又稱4-去甲基柔紅霉素，最初由洋紅放線馬杜拉菌(ActinomaduraCarminata)分離得到，后由ActinomycesCremcopoinus及Streptosporanglum中分離得到。1.2.4正定霉素（zhengdingmycin)由天藍(lán)淡紅色放線菌正定變種（S.coerulo-rubidusvar.Zhengding）所產(chǎn)生，與國(guó)外報(bào)道柔紅霉素相同。1.2.5阿克拉霉素A(Aclarubicin,AclacinomycinA,阿柔比星）1.2.6諾加霉素（Nogalamycin,Ruticulomycin)諾加霉素由Streptomycesnogalater變種nogalator菌中分離，對(duì)肝癌及十二指腸癌有效。1.3.1絲裂霉素（MitomycinC)1.3醌類抗生素絲裂霉素是一類強(qiáng)效抗生素，于1950年由日本微生物學(xué)家從Streptomycescaesoitosus的發(fā)酵培養(yǎng)物中發(fā)現(xiàn)。其家族成員之一絲裂霉素C（mitomycinC，MC）。由于絲裂霉素C對(duì)實(shí)體瘤具有廣譜的抗腫瘤活性，已于上世紀(jì)60年代被用于臨床癌癥化療。MC是乳房、肺，前列腺癌癥聯(lián)合化療的一種重要藥物，也是少數(shù)幾種有效的抗結(jié)腸癌藥物之一，并且是治療表皮膀胱癌所選擇的藥物之一和單一治療非小細(xì)胞型肺癌的最具活性的藥物。1.3.2鏈黑菌素（又名鏈黑霉素）StreptonigrinRufocromomycin鏈黑菌素（streptonigrin，SN）是從Strptomycesflocculus培養(yǎng)物中分離到的一種氨基苯醌類抗腫瘤抗生素。由Rao等在1963年通過(guò)化學(xué)分析法和質(zhì)譜鑒定并最終由Chiu和Lipscomb于1975年用X-衍射法確證。分子結(jié)構(gòu)中A、B和C環(huán)幾乎共平面，而D環(huán)與它們完全垂直。鏈黑菌素表現(xiàn)出多種對(duì)DNA的不可逆性的金屬絡(luò)合位和絡(luò)合鍵，通過(guò)特定的金屬離子如鋅、銅、鐵、錳、鎘、金形成鏈黑菌素-金屬-DNA絡(luò)合物。金屬離子的出現(xiàn)阻止了SN-DNA的締合。用含有不同的鋅摩爾當(dāng)量的DNA滴定鏈黑菌素表明：一分子鏈黑菌素需要5.7摩爾鋅離子和20～25摩爾的磷酸DNA才能形成絡(luò)合物。Sinha報(bào)道說(shuō)離體的化學(xué)溫育降低鏈黑菌素與DNA的絡(luò)合，250個(gè)核苷酸結(jié)合1分子鏈黑菌素，而二價(jià)鋅離子的存在大大加強(qiáng)了成鍵，使絡(luò)合變?yōu)?80個(gè)核苷酸結(jié)合1分子鏈黑菌素。1.3.3克大霉素（Kidamycin,rubiflavinB)1.4色霉素類抗生素色霉素（chromomycin）也叫阿布拉霉素、光神霉素（mithramycin）也叫普卡霉素，與橄欖霉素（olivomycin）屬于金霉酸類抗腫瘤抗生素，其分子中都具有一個(gè)甙元發(fā)色基團(tuán)，和五個(gè)附著在甙元上的糖環(huán)，A-B兩個(gè)糖環(huán)與C-D-E三個(gè)糖環(huán)相對(duì)附著，其化學(xué)結(jié)構(gòu)如圖所示。研究發(fā)現(xiàn)：這兩個(gè)藥物在Mg2＋的介導(dǎo)下形成一個(gè)二聚體，然后嵌入到一個(gè)富含G/C序列的被拓寬的DNA小溝中。1.5氨茴霉素類（Anthramycins)抗生素Tetragomycin是從S.rimous的一株變種中分離得到的第一個(gè)新四環(huán)結(jié)構(gòu)——苯駢蒽醌類抗生素1.6苯駢蒽醌類（Benz[a]anthraquinone)三類：第一類：A環(huán)飽和的，如Aquayamycin，Rabelomycin，Sakyoyamycin第二類：A環(huán)不飽和的，Tetrangomycin，Saquayamycin第三類：B環(huán)不飽和的：如PD1167AquayamycinSaquayamycin二羥苯Anthraquinone抗癌抗生素PD116740，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是B環(huán)不飽和，對(duì)L1210白血病和HCT-8人細(xì)胞有抑制作用。1.7激素類1.8其他微生物代謝物免疫增強(qiáng)劑2.作用機(jī)理作用機(jī)制研究是指導(dǎo)臨床應(yīng)用的重要基礎(chǔ)理論研究。藥物學(xué)家或化學(xué)家則必須根據(jù)抗癌微生物藥物的作用機(jī)制及其構(gòu)效關(guān)系，來(lái)改造其化學(xué)構(gòu)?？拱┪⑸锼幬锟赡苡懈鞣N不同的作用靶位，如有的作用于細(xì)胞的生物合成酶，有的作用于細(xì)菌質(zhì)膜上的某種成分，有的作用于DNA或RNA的信息轉(zhuǎn)移系統(tǒng)，還有的作用于蛋白質(zhì)合成過(guò)程中的某一環(huán)節(jié)，現(xiàn)將最新報(bào)道的作用機(jī)理分述如下：2.1蒽環(huán)類抗生素的作用機(jī)理蒽環(huán)類抗生素的生物學(xué)效應(yīng)復(fù)雜多樣，包括致DNA；斷裂；染色體交換率增高；染色體畸變；抑制DNA復(fù)制與轉(zhuǎn)錄及蛋白質(zhì)合成；影響質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)和功能等等．歸納起來(lái)，從細(xì)胞及分于水平來(lái)分析其機(jī)制，大致有3點(diǎn)：2.1.1插入DNA蒽環(huán)類對(duì)DNA的作用的基本方式是以其B和C環(huán)為主垂直插入雙鏈DNA長(zhǎng)軸的堿基對(duì)之間，A和D環(huán)伸出DNA雙鏈的兩側(cè)，氨基糖部分的氨基則與DNA的磷酸基成離子鍵結(jié)合，從而形成相對(duì)穩(wěn)定的蒽環(huán)類-DNA結(jié)合物，改變DNA的模板性質(zhì)，抑制依賴DNA和RNA聚合酶，插入引起部分雙鏈解鏈。如圖所示。此外，還損傷DNA，引起DNA單鏈雙鏈斷裂，使染色體變換增高及烷化DNA。由甲醛分子介導(dǎo)的2：1DNR-CGCGCG共價(jià)復(fù)合物的三維結(jié)構(gòu)

箭頭所示為甲醛分子介導(dǎo)的共價(jià)交鏈。

A：從DNA小溝所示；B：從DNA大溝所示。另外一個(gè)蒽環(huán)類抗腫瘤抗生素諾加霉素（nogalamycin，Ng），它對(duì)DNA的嵌入模式跨越小溝和大溝。圖中紅色所示為諾加霉素分子中的nogalose部分，其嵌入在DNA小溝中；圖中紫色所示為諾加霉素分子中的氨基葡萄糖部分，其嵌入在DNA大溝中；金黃色所示為諾加霉素的甙元部分。2.1.2自由基形成具有未配對(duì)電子的化合物被稱為自由基。藥物代謝產(chǎn)生的自由基能和體內(nèi)重要的生物大分子如DNA，膜相結(jié)構(gòu)等發(fā)生強(qiáng)烈反應(yīng)，現(xiàn)已證明心臟線粒體自由基形成是ADM和DR心臟毒性的主要原因，ADM和DNA在心臟細(xì)胞中被還原成半醌自由基，繼而與氧發(fā)生反應(yīng)生成超氧負(fù)離子，后者轉(zhuǎn)變?yōu)檫^(guò)氧化氫后再形成性質(zhì)極為活潑的羥基自由基。羥基自由基能與多種生物分于如脫氧核糖，線粒體等發(fā)生反應(yīng)，造成對(duì)細(xì)胞的損傷。由于心臟組織中基本不存在具有解毒作用的酶類，因此，其毒性往往比其他組織要大。另外，蒽環(huán)的氧化還原循環(huán)抑制了谷光苷肽超氧酶的活性。2.1.3對(duì)細(xì)胞膜的作用蒽環(huán)類抗生素能與紅細(xì)胞膜結(jié)合；引起細(xì)胞膜形態(tài)學(xué)改變，最終導(dǎo)致膜被溶解。膜結(jié)合的ADM也能產(chǎn)生自由基，自由基誘導(dǎo)的脂過(guò)氧化物通過(guò)損傷細(xì)胞膜磷脂的未飽和脂肪酸而改變膜通透牲。脂過(guò)氧化物也改變多種膜結(jié)合蛋白的功能。2.2新氨茴霉素的作用機(jī)理新氨茴霉素具有識(shí)別或結(jié)合雙股螺旋DNA的某些特殊結(jié)構(gòu)的特性，它在與生物系統(tǒng)DNA的化學(xué)受體之間相互作用時(shí)，大致開(kāi)始于新氨茴霉素的C-11位與生物系統(tǒng)DNA鳥(niǎo)嘌呤