程立超，謝孝坤，韓小冰，胡浩

（黑河市森林病蟲防治檢疫站，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，相對分子質量為853.9，熔點213～216℃，血漿蛋白結合率為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］，外觀為白色結晶或無定型粉末，其結構如圖1［4］。

圖1 紫杉醇的化學結構

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，即紫杉堿 （taxine）［5］。1958 年，美 國 國 家 癌 癥 研 究 所（NCI）組織化學、生態(tài)、藥理及臨床方面的專家對35000種植物提取物進行抗癌活性的篩選工作。1963年，參加NCI篩選目的Research Triangle Institue的化學家 M.E.Wall和M.C.Wani首次從紅豆杉樹皮和木材中分離到了紫杉醇的粗提物。在篩選試驗中，Wani和Wall發(fā)現(xiàn)紫杉醇粗提物對離體培養(yǎng)的鼠腫瘤細胞（包括L1210和P388白血病、Walker256肉瘤癌、肉瘤180以及B16黑色素瘤細胞）有很高活性。他們開始分離這種活性成分，但是由于該活性成分在樹中含量極低，分離工作花了他們數年時間，直到1971年，他們才同Duke大學的化學教授Andrew T.McPhail一起，通過X－射線分析確定了該活性成分的化學結構，并把它命名紫杉醇（taxol）［6］。近幾年來，紫杉醇已經是國際市場上最熱門的抗癌藥物，并已取得了巨大的進展［7］。

1982年紫杉醇開始在臨床上進行試驗，1989年完成Ⅱ期臨床，1990年進行Ⅲ期臨床，1992年12月29日美國FDA正式批準用于晚期卵巢癌、肺癌、子宮癌的治療。它是經FDA認證，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，對白血病、肺癌、腦癌、直腸癌等療效也顯著，并且毒性試驗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，其獨特的抗癌機制使之成為全球抗癌藥物研究熱點。2003年全球紫杉醇銷售額已經超過20億美元，并且還在以每年20%的速度遞增［8］。

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

隨著對紫杉醇的需求越來越大，紫杉醇的來源問題一直受到人們的關注。到目前為止，擴大其來源的方法主要包括篩選高產紅豆杉栽培品種、化學合成、改進提取工藝、加強天然林保護、代謝調節(jié)、基因工程、細胞培養(yǎng)、真菌發(fā)酵、尋找紫杉醇類似物、尋找紅豆杉替代植物等，這些方面都有相關的科研人員開展了研究工作。

從太平洋紅豆杉樹皮中分離鑒定出抗癌新藥紫杉醇之后，紅豆杉資源的開發(fā)受到了極大的關注，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，國家Ⅰ級保護植物，成為征服癌癥的“希望之樹”，成為價值昂貴的植物黃金。因此，紫杉醇及其他紫杉烷類次生代謝產物含量的影響因素備受關注。

1 不同種源紅豆杉中紫杉烷種類和數量的分布

Erik等從英國和荷蘭的5個不同的地方采集了750個枝葉樣本并分析了每個樣本中紫杉醇、10－脫?；仙即?、三尖杉寧堿、巴卡?、蠛?0－脫?；涂ǘ、蟮暮浚?4］。結果顯示不同物質在不同品種紅豆杉中含量差異很大。Veronika等檢測了匈牙利各種紅豆杉枝葉中紫杉醇的含量，得出結論T.baccata的枝葉紫杉醇的含量最高［15］；蘇應娟等曾報道過我國粵北連州地區(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T.cuspidata和T.yunnannesis的組織相比含量較高［16－17］。鄭德勇曾對云南紅豆杉、東北紅豆杉及南方紅豆杉的紫杉醇含量進行考察，結果表明，不同樹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，樹木各部位平均含量達1.49×10－4（w／w），其次為南方紅豆杉及東北紅豆杉，其樹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量分布特點，結果表明，曼地亞紅豆杉種紫杉醇相對較高，中國紅豆杉與南方、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年齡密切相關，而性別差異不顯著［20］。蘇建榮等在滇、川兩省內系統(tǒng)采集了10個齡級的云南紅豆杉樣品，檢測不同樹齡云南紅豆杉樹皮、小枝和葉的紫杉醇含量，其中不同樹齡植株當年生葉紫杉醇含量在0.0034%～0.0110%間變化，變異系數為36.809%，不同樹齡3年生小枝紫杉醇含量在0.0009%～0.0134%間變化，變異系數為67.844%，不同樹齡植株樹皮的紫杉醇含量在0.0037%～0.0417%間變化，變異系數為60.128%?；貧w分析表明，3年生小枝和當年生葉的紫杉醇含量與樹齡不相關；樹皮的紫杉醇含量與年齡有一定相關性［21］。對于小樹，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皮中紫杉醇的含量比小樹和老樹樹皮的含量都要低，并且以老樹樹皮含量最高。也有另外一些研究認為紅豆杉的樹皮和葉子越老，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)相對于主干的樹皮而言，樹梢、根、根狀莖和側枝的樹皮紫杉醇合成的能力較低［16］。而在樹皮中以形成層的合成能力最強。1999年王書凱等對生長在中國科學院長白山森林生態(tài)系統(tǒng)定位站附近的東北紅豆杉樹皮、小枝以及針葉中紫杉醇含量進行測定，研究結果表明，東北紅豆杉樹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。紅豆杉的樹皮、樹葉和種子的色譜特征譜圖具有很高的相似度，說明紫杉烷的產生無明顯的組織特異性。中國紅豆杉的同一棵樹種，老樹的樹皮種紫杉醇含量約為0.04%～0.02%；紫杉醇的含量比樹冠上部枝條、以及側枝的樹皮含量高，以內層韌皮部含量最高；在樹癭種未檢測到紫杉醇，其他紫杉烷的含量亦低；DAB－I和BIII等結構比紫杉醇簡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部、小枝條、針葉、假種皮等其它各組織都高，而Fett等對東北紅豆杉的幼莖、幼皮、外皮、幼木質部、木質部、針狀幼葉和針狀老葉進行分析，各部位中以針葉中紫杉醇含量最高，顯著高于樹皮，是皮中含量的3～4倍［24］。還有人認為，植株的生長形狀也會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)境因子對紫杉烷種類和含量的影響

在各種環(huán)境因子中，光照強度能夠顯著地影響紫杉醇及其衍生物的含量。張鴻等的研究認為，生長于背陰處的紅豆杉，其樹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皮［26］。2008年，王昌偉等通過設計1年以上的長期遮光處理，對南方紅豆杉年生幼株不同遮光處理后，對針葉中紫杉醇和10－脫?；涂ǘ、蠛窟M行了測定。結果表明，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重要的因素。紅豆杉喜歡濕潤、肥沃的土壤，生長在濕潤、寒冷環(huán)境中的杉樹紫杉醇的含量一般明顯高于那些生長在溫暖、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，不同生長季節(jié)葉中的紫杉醇含量的動態(tài)變化較大。張鴻等于4月、9月隨機采集同一地點的紅豆杉樹皮各l0份，分別進行紫杉醇含量測定。結果顯示，采集于4月的紅豆杉樹皮中紫杉醇含量明顯高于采集于9月的樣品［26］。張鳳梅的實驗結果顯示，從3月份氣溫回升，植物開始萌動生長，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，紫杉醇的含量也增加，7月的紫杉醇在葉中積累量最大，達到0.02384%。之后東北紅豆杉葉中的紫杉醇含量降低趨勢，盡管在隨后的幾個月內紫杉醇含量又逐漸增加，但增加量還是很有限［28］。

儲存方法的不同也會導致測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］。張鴻對三組不同保管方式的紅豆杉樣品中紫杉醇含量進行測定，第一組為采集后置陰涼通風處攤開干燥；第二組為采集后堆積放置，發(fā)現(xiàn)有發(fā)熱現(xiàn)象，后置陰涼通風處攤開干燥；第三組為采集后置露天風吹日曬雨淋約6個月。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，比較不同烘干預處理方法對紫杉醇含量的影響，分別進行了自然風干、烘箱干燥、微波干燥三種不同的干燥方法，通過對干燥時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物的含量，但由于這些因素并非單獨作用，除非采取嚴格的實驗控制否則很難單獨考察各個因素的影響。野生紅豆杉資源匱乏嚴重阻礙了我國藥用紫杉醇的產業(yè)化發(fā)展，對紅豆杉屬植物中有效成分分布規(guī)律影響因素的研究，可以指導人們對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提供解決途徑，又可以避免野生資源遭到毀滅性的破壞。

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