紅豆杉屬植物中紫杉烷類物質(zhì)含量影響因素綜述

程立超，謝孝坤，韓小冰，胡浩

（黑河市森林病蟲(chóng)防治檢疫站，黑龍江 黑河 164300）

紫杉烷是以抗癌藥物紫杉醇為首的具有五甲基十五碳烯骨架的一類二萜類化合物的總稱，其中有些紫杉烷可以作為半合成紫杉醇的原料，有些具有多方面的藥理活性。紫杉醇化學(xué)名為：5β，20－環(huán)氧－1，2α，4，7β，10β，13α－六羥基紫杉－11－烯－9－酮－4，10－雙乙酸酯－2－苯甲酸酯13－酯－（2R，3S）－N－苯甲酰基－3－苯基異絲氨酸，其分子式為C47H51O14N，相對(duì)分子質(zhì)量為853.9，熔點(diǎn)213～216℃，血漿蛋白結(jié)合率為89%～98%，生物半衰期為5.3～17.4h，具有高度親脂性，不溶于水［1－3］，外觀為白色結(jié)晶或無(wú)定型粉末，其結(jié)構(gòu)如圖1［4］。

圖1 紫杉醇的化學(xué)結(jié)構(gòu)

早在1856年，Lucas H就從歐洲紅豆杉（Taxus baccata）葉片中提取到粉末狀堿性組分，即紫杉?jí)A （taxine）［5］。1958 年，美 國(guó) 國(guó) 家 癌 癥 研 究 所（NCI）組織化學(xué)、生態(tài)、藥理及臨床方面的專家對(duì)35000種植物提取物進(jìn)行抗癌活性的篩選工作。1963年，參加NCI篩選目的Research Triangle Institue的化學(xué)家 M.E.Wall和M.C.Wani首次從紅豆杉樹(shù)皮和木材中分離到了紫杉醇的粗提物。在篩選試驗(yàn)中，Wani和Wall發(fā)現(xiàn)紫杉醇粗提物對(duì)離體培養(yǎng)的鼠腫瘤細(xì)胞（包括L1210和P388白血病、Walker256肉瘤癌、肉瘤180以及B16黑色素瘤細(xì)胞）有很高活性。他們開(kāi)始分離這種活性成分，但是由于該活性成分在樹(shù)中含量極低，分離工作花了他們數(shù)年時(shí)間，直到1971年，他們才同Duke大學(xué)的化學(xué)教授Andrew T.McPhail一起，通過(guò)X－射線分析確定了該活性成分的化學(xué)結(jié)構(gòu)，并把它命名紫杉醇（taxol）［6］。近幾年來(lái)，紫杉醇已經(jīng)是國(guó)際市場(chǎng)上最熱門(mén)的抗癌藥物，并已取得了巨大的進(jìn)展［7］。

1982年紫杉醇開(kāi)始在臨床上進(jìn)行試驗(yàn)，1989年完成Ⅱ期臨床，1990年進(jìn)行Ⅲ期臨床，1992年12月29日美國(guó)FDA正式批準(zhǔn)用于晚期卵巢癌、肺癌、子宮癌的治療。它是經(jīng)FDA認(rèn)證，目前最好的天然抗癌藥物之一，是治卵巢癌、乳腺癌的首選藥物，對(duì)白血病、肺癌、腦癌、直腸癌等療效也顯著，并且毒性試驗(yàn)表明它的毒副作用很小?？傊?，紫杉醇是一種有效治療多種癌癥的天然植物提取物，其獨(dú)特的抗癌機(jī)制使之成為全球抗癌藥物研究熱點(diǎn)。2003年全球紫杉醇銷(xiāo)售額已經(jīng)超過(guò)20億美元，并且還在以每年20%的速度遞增［8］。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外的研究人員又從不同角度對(duì)紫杉醇抗癌機(jī)理、臨床應(yīng)用等方面開(kāi)展研究［9］。對(duì)于紫杉醇的作用機(jī)制，目前普遍認(rèn)同四種機(jī)制，第一，紫杉醇與微管中β蛋白N端第31位氨基酸和第217～231位氨基酸結(jié)合，促進(jìn)微管蛋白聚合、微管裝配，防止解聚，使微管穩(wěn)定。導(dǎo)致細(xì)胞在有絲分裂時(shí)不能形成紡錘體和紡錘絲，抑制了細(xì)胞分裂和增殖，使癌細(xì)胞停止在G2期和M期，直至死亡，進(jìn)而起到抗癌作用［10］。第二，紫杉醇可以調(diào)節(jié)體內(nèi)的免疫功能，通過(guò)作用于巨噬細(xì)胞，導(dǎo)致癌壞死因子（TNF－α）受體的減少以及（TNF－α）的釋放，還可促進(jìn)白細(xì)胞介素－1（IL－1）及干擾素（IFN－α、IFN－β）的釋放，對(duì)癌細(xì)胞起殺傷或抑制作用［11］。第三，紫杉醇可作用于細(xì)胞凋亡受體途徑的Fas／Fasl通路，或激活半胱氨酸－天冬氨酸蛋白酶家族（cysteinyl aspartate proteases caspases）誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡［12］。第四，紫杉醇可抑制腫瘤細(xì)胞遷移。用紫杉醇處理過(guò)的鼠成纖維細(xì)胞只能產(chǎn)生扁平足狀突起和絲狀假足，不能移動(dòng)［13］。

隨著對(duì)紫杉醇的需求越來(lái)越大，紫杉醇的來(lái)源問(wèn)題一直受到人們的關(guān)注。到目前為止，擴(kuò)大其來(lái)源的方法主要包括篩選高產(chǎn)紅豆杉栽培品種、化學(xué)合成、改進(jìn)提取工藝、加強(qiáng)天然林保護(hù)、代謝調(diào)節(jié)、基因工程、細(xì)胞培養(yǎng)、真菌發(fā)酵、尋找紫杉醇類似物、尋找紅豆杉替代植物等，這些方面都有相關(guān)的科研人員開(kāi)展了研究工作。

從太平洋紅豆杉樹(shù)皮中分離鑒定出抗癌新藥紫杉醇之后，紅豆杉資源的開(kāi)發(fā)受到了極大的關(guān)注，因其具有防癌、抗癌巨大的藥用功能，且被列為世界瀕危物種，國(guó)家Ⅰ級(jí)保護(hù)植物，成為征服癌癥的“希望之樹(shù)”，成為價(jià)值昂貴的植物黃金。因此，紫杉醇及其他紫杉烷類次生代謝產(chǎn)物含量的影響因素備受關(guān)注。

1 不同種源紅豆杉中紫杉烷種類和數(shù)量的分布

Erik等從英國(guó)和荷蘭的5個(gè)不同的地方采集了750個(gè)枝葉樣本并分析了每個(gè)樣本中紫杉醇、10－脫?；仙即?、三尖杉寧堿、巴卡?、蠛?0－脫?；涂ǘ、蟮暮浚?4］。結(jié)果顯示不同物質(zhì)在不同品種紅豆杉中含量差異很大。Veronika等檢測(cè)了匈牙利各種紅豆杉枝葉中紫杉醇的含量，得出結(jié)論T.baccata的枝葉紫杉醇的含量最高［15］；蘇應(yīng)娟等曾報(bào)道過(guò)我國(guó)粵北連州地區(qū)南方紅豆杉不同組織中紫杉醇的含量，并且發(fā)現(xiàn)與相應(yīng)T.cuspidata和T.yunnannesis的組織相比含量較高［16－17］。鄭德勇曾對(duì)云南紅豆杉、東北紅豆杉及南方紅豆杉的紫杉醇含量進(jìn)行考察，結(jié)果表明，不同樹(shù)種的植物原料中紫杉醇含量有一定的差異，其中云南紅豆杉樣品中紫杉醇含量最高，樹(shù)木各部位平均含量達(dá)1.49×10－4（w／w），其次為南方紅豆杉及東北紅豆杉，其樹(shù)木各部位平均含量分別為1.25×10－4（w／w）和1.08×10－4（w／w）［18］。趙春芳研究了不同種紅豆杉紫杉烷的種類和數(shù)量分布特點(diǎn)，結(jié)果表明，曼地亞紅豆杉種紫杉醇相對(duì)較高，中國(guó)紅豆杉與南方、東北紅豆杉間紫杉烷成分差別不大［19］。

2 不同性別和年齡對(duì)紫杉烷種類和含量的影響

紫杉醇及其衍生物的含量與植物的生長(zhǎng)年齡密切相關(guān)，而性別差異不顯著［20］。蘇建榮等在滇、川兩省內(nèi)系統(tǒng)采集了10個(gè)齡級(jí)的云南紅豆杉樣品，檢測(cè)不同樹(shù)齡云南紅豆杉樹(shù)皮、小枝和葉的紫杉醇含量，其中不同樹(shù)齡植株當(dāng)年生葉紫杉醇含量在0.0034%～0.0110%間變化，變異系數(shù)為36.809%，不同樹(shù)齡3年生小枝紫杉醇含量在0.0009%～0.0134%間變化，變異系數(shù)為67.844%，不同樹(shù)齡植株樹(shù)皮的紫杉醇含量在0.0037%～0.0417%間變化，變異系數(shù)為60.128%?；貧w分析表明，3年生小枝和當(dāng)年生葉的紫杉醇含量與樹(shù)齡不相關(guān)；樹(shù)皮的紫杉醇含量與年齡有一定相關(guān)性［21］。對(duì)于小樹(shù)，Elsohly等發(fā)現(xiàn)3～4年生和7～8年生的栽培紅豆杉單位干生物量中紫杉醇及其衍生物的含量比1年生的低。有的研究顯示成年紅豆杉樹(shù)皮中紫杉醇的含量比小樹(shù)和老樹(shù)樹(shù)皮的含量都要低，并且以老樹(shù)樹(shù)皮含量最高。也有另外一些研究認(rèn)為紅豆杉的樹(shù)皮和葉子越老，紫杉醇的含量越高［22］。

3 不同植株部位紫杉烷的種類和含量差異

組織部位不同，紅豆杉中紫杉醇及其衍生物的含量也不同。Strobell等人研究發(fā)現(xiàn)相對(duì)于主干的樹(shù)皮而言，樹(shù)梢、根、根狀莖和側(cè)枝的樹(shù)皮紫杉醇合成的能力較低［16］。而在樹(shù)皮中以形成層的合成能力最強(qiáng)。1999年王書(shū)凱等對(duì)生長(zhǎng)在中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)白山森林生態(tài)系統(tǒng)定位站附近的東北紅豆杉樹(shù)皮、小枝以及針葉中紫杉醇含量進(jìn)行測(cè)定，研究結(jié)果表明，東北紅豆杉樹(shù)皮中紫杉醇含量很高，其次為小枝，針葉中含量最低，但前兩者差異不明顯［23］。研究表明，同株植物不同部位紫杉烷的種類差別不大但含量差異較大。紅豆杉的樹(shù)皮、樹(shù)葉和種子的色譜特征譜圖具有很高的相似度，說(shuō)明紫杉烷的產(chǎn)生無(wú)明顯的組織特異性。中國(guó)紅豆杉的同一棵樹(shù)種，老樹(shù)的樹(shù)皮種紫杉醇含量約為0.04%～0.02%；紫杉醇的含量比樹(shù)冠上部枝條、以及側(cè)枝的樹(shù)皮含量高，以內(nèi)層韌皮部含量最高；在樹(shù)癭種未檢測(cè)到紫杉醇，其他紫杉烷的含量亦低；DAB－I和BIII等結(jié)構(gòu)比紫杉醇簡(jiǎn)單的紫杉烷含量在葉中高于在其他器官或組織，在須根中含量最低［19］。

一般而言，紫杉醇在根和主干皮中的含量比在木質(zhì)部、小枝條、針葉、假種皮等其它各組織都高，而Fett等對(duì)東北紅豆杉的幼莖、幼皮、外皮、幼木質(zhì)部、木質(zhì)部、針狀幼葉和針狀老葉進(jìn)行分析，各部位中以針葉中紫杉醇含量最高，顯著高于樹(shù)皮，是皮中含量的3～4倍［24］。還有人認(rèn)為，植株的生長(zhǎng)形狀也會(huì)影響到紫杉醇及其衍生物的含量，灌木狀的紅豆杉一般比喬木狀的紫杉醇含量高［25］。

4 不同環(huán)境因子對(duì)紫杉烷種類和含量的影響

在各種環(huán)境因子中，光照強(qiáng)度能夠顯著地影響紫杉醇及其衍生物的含量。張鴻等的研究認(rèn)為，生長(zhǎng)于背陰處的紅豆杉，其樹(shù)皮中紫杉醇含量明顯高于同一區(qū)域受光照充足的紅豆杉樹(shù)皮［26］。2008年，王昌偉等通過(guò)設(shè)計(jì)1年以上的長(zhǎng)期遮光處理，對(duì)南方紅豆杉年生幼株不同遮光處理后，對(duì)針葉中紫杉醇和10－脫?；涂ǘ、蠛窟M(jìn)行了測(cè)定。結(jié)果表明，不同的光照情況下，含量有差異［27］。

另外，濕度和土壤肥力也是影響紅豆杉中紫杉醇及其衍生物含量的另外兩個(gè)重要的因素。紅豆杉喜歡濕潤(rùn)、肥沃的土壤，生長(zhǎng)在濕潤(rùn)、寒冷環(huán)境中的杉樹(shù)紫杉醇的含量一般明顯高于那些生長(zhǎng)在溫暖、干燥環(huán)境中的，但也有一些例外。

紫杉醇及其衍生物的含量隨季節(jié)而變化，不同生長(zhǎng)季節(jié)葉中的紫杉醇含量的動(dòng)態(tài)變化較大。張鴻等于4月、9月隨機(jī)采集同一地點(diǎn)的紅豆杉樹(shù)皮各l0份，分別進(jìn)行紫杉醇含量測(cè)定。結(jié)果顯示，采集于4月的紅豆杉樹(shù)皮中紫杉醇含量明顯高于采集于9月的樣品［26］。張鳳梅的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，從3月份氣溫回升，植物開(kāi)始萌動(dòng)生長(zhǎng)，東北紅豆杉中紫杉醇的含量降低，隨著植物光合能力的增強(qiáng)，紫杉醇的含量也增加，7月的紫杉醇在葉中積累量最大，達(dá)到0.02384%。之后東北紅豆杉葉中的紫杉醇含量降低趨勢(shì)，盡管在隨后的幾個(gè)月內(nèi)紫杉醇含量又逐漸增加，但增加量還是很有限［28］。

儲(chǔ)存方法的不同也會(huì)導(dǎo)致測(cè)定得到的紫杉醇及其衍生物含量不同，F(xiàn)ett的研究表明，葉在冰凍下96h、25℃下真空96h（均為避光條件）及新鮮提取顯示的紫杉醇含量無(wú)顯著差異，但葉在60℃、96h，紫外光譜上紫杉醇峰出現(xiàn)變化，表明在此條件下紫杉醇有降解［24］。ElSohly等的研究證明保存干剪枝有利于紫杉醇的保存［29，30］。張鴻對(duì)三組不同保管方式的紅豆杉樣品中紫杉醇含量進(jìn)行測(cè)定，第一組為采集后置陰涼通風(fēng)處攤開(kāi)干燥；第二組為采集后堆積放置，發(fā)現(xiàn)有發(fā)熱現(xiàn)象，后置陰涼通風(fēng)處攤開(kāi)干燥；第三組為采集后置露天風(fēng)吹日曬雨淋約6個(gè)月。第二組和第三組的紫杉醇含量明顯較第一組少，表明原材料不宜久置，更不宜堆積發(fā)熱或長(zhǎng)期置于露天日曬雨淋［26］。薛艷華等以東北紅豆杉新鮮枝葉為材料，比較不同烘干預(yù)處理方法對(duì)紫杉醇含量的影響，分別進(jìn)行了自然風(fēng)干、烘箱干燥、微波干燥三種不同的干燥方法，通過(guò)對(duì)干燥時(shí)間和紫杉醇含量的綜合考慮，最終確定微波干燥法為最佳提取方法［31］。

以上這些因素都或多或少影響紅豆杉中次生代謝產(chǎn)物的含量，但由于這些因素并非單獨(dú)作用，除非采取嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)控制否則很難單獨(dú)考察各個(gè)因素的影響。野生紅豆杉資源匱乏嚴(yán)重阻礙了我國(guó)藥用紫杉醇的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，對(duì)紅豆杉屬植物中有效成分分布規(guī)律影響因素的研究，可以指導(dǎo)人們對(duì)野生東北紅豆杉資源合理、有效、充分的利用。這樣不僅為紫杉醇大量生產(chǎn)提供解決途徑，又可以避免野生資源遭到毀滅性的破壞。

［1］田麗紅.紫杉醇研究進(jìn)展概述［J］.中國(guó)臨床醫(yī)藥研究雜志，2004：1231－1232.

［2］李春斌，佟憬憬，范圣第.東北紅豆杉紫杉醇的提取純化與 HPLC檢測(cè)［J］.大連民族學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，7（5）：22－25.

［3］張燕，董建紅.紫杉醇抗腫瘤作用機(jī)制研究現(xiàn)狀［J］.現(xiàn)代中西醫(yī)結(jié)合雜志，2005，14（24）：3312－3313.

［4］安春志.云南紅豆杉枝葉中活性成分的含量測(cè)定［J］.第一軍醫(yī)大學(xué)，2006.

［5］劉本葉，葉和春，李國(guó)鳳.抗癌新藥紫杉醇的研究概況［J］.植物學(xué)通報(bào)，1995，12（3）：8－14.

［6］Wani MC，Taylor HL，Wall ME.Plant antitumor agents.VI.Isolation and structure of taxol，a novel antileukemic and antitumor agent from Taxus brevifolia［J］.Journal of American Chemical Society，1971，93（9）：2325－2327.

［7］李媛，李振宇.天然抗癌藥物——紫杉醇［J］.中山大學(xué)研究生學(xué)刊（自然科學(xué)、醫(yī)學(xué)版），2006，27（4）：58－61.

［8］常明進(jìn)，李春強(qiáng)，彭明.天然藥物紫杉醇的研究與開(kāi)發(fā)［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2006，34（2）：257－258.

［9］扈志洪.紫杉醇的藥理與臨床研究進(jìn)展［J］.重慶教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，18（6）：46－49.

［10］張驍，束梅英，張韜.紫杉醇的研究進(jìn)展［J］.中國(guó)醫(yī)藥技術(shù)與市場(chǎng)，2006，6（4）：40－46.

［11］張玨，呂加國(guó)，朱駒.抗腫瘤藥物紫杉醇的化學(xué)研究進(jìn)展［J］.中國(guó)新藥雜志，2006，15（3）：178－181.

［12］袁金輝，郭立霞，王興旺，等.紫杉醇的最新研究進(jìn)展［J］.中國(guó)藥理學(xué)通報(bào)，2001，17（2）：135－139.

［13］傅喆暾，袁杰，黃雄偉，等.植物抗癌藥紫杉醇的研究進(jìn)展［J］.現(xiàn)代中藥研究與實(shí)踐，2006，20（3）：58－61.

［14］Erik L.M.van Rozendaal，Lelyveld GP，Beek TAv.Screening of the needles of different yew species and cultivars for paclitaxel and related taxoids［J］.Phytochemistry，2000，53（3）：383－389.

［15］Németh－Kiss V，F(xiàn)orgács E，Cserháti T，Schmidt G.Taxol content of various Taxus species in Hungary［J］.Journal of pharmaceutical and biomedical analysis，1996，14（8－10）：997－1001.