廖廷秀等:紫杉醇及其制剂的研究进展 015年第3期 33全合成 生物发酵制备紫杉醇工艺如图4所示。 自从紫杉醇被发现有着独特的抗癌效果,各国 吸附树脂 合成科学家几乎同时开展了对紫杉醇的全合成研 究,但因其具有复杂的手性中心,故对其全合成研 微生物 生物发酮—回涸一一色 究有很大的困难,经过全球3040个顶尖实验室的 培养基 研究,到目前为止,共有约7条紫杉醇的全合成路 我品 提取分离 线 综合以上,紫杉醇的全合成路线如图3所示。 图4生物发酵制备紫杉醇工艺 3.5生物合成 紫杉醇的生物合成现在越来越受到关注,经过 医药工作者近20年的努力,紫杉醇生物合成途径 已经基本明确,并且已经成功克隆出其途径中多种 ABC←A+C 必须酶的基因 紫杉醇的生物合成途径的主要阶段如图5所 图3全合成路线 该全合成路线大致可分为以下2种方法: GGPP的 生物合成 (1)会聚—由图中的A环和C环会聚合成 紫衫烷碳环骨 ABC环。 生物合成 的生物合成 (2)线性—由图中的A环到ABC环、C环 紫衫烷碳环骨 的官能化反应 形成完整的 到ABC环 生物合成了苯基异丝氨酸侧 紫杉醇分子 W ender最新报道了一条新的合成路线——蒎 烯路线,该路线在反应机理及合理性上都是正确 紫衫烷骨架和侧 的,但还处于探索阶段,相信如果打通该路线,可 链的酯化反应 以使紫杉醇的全合成向前迈进一大步。 虽然紫杉醇的化学全合成方法在实现工业化生 图5業杉醇的生物合成途径的主要阶段 产方面有着很多缺点,如其路径长、步骤多、成本 Flem ing等人对苯丙氨酸的反应顺序又有了新 高、条件苛刻,导致全合成最终收率低,但紫杉醇的发现,苯丙氨酸新反应顺序如图6所示。 全合成的研究成果仍为有机化学合成的向前发展起 到重要的作用,并且有机合成工作者仍在探索新的 苯丙氨酸、氨基变位酶 C2位羟基化反应 B苯丙氨酸 合成路线。不久的将来,全合成的方法有可能使得 NH2基 紫杉醇走上工业化生产道路。 苯基异酰基化 丝氨酸 紫杉醇侧链 34生物发酵法 紫杉醇 紫杉醇 1993年, G ary Strobel等人在研究红豆杉上的真 巴卡亭Ⅲ 菌(寄生菌时发现,其能产生抗癌药物紫杉醇 图6苯丙氨酸新反应顺序 并且其发酵单位可达2425ngL。 此发现一经报道,引起全球药物研发者们的广 制剂 泛关注。因为利用生物发酵法来生产紫杉醇有着其 紫杉醇的理化性质中水溶性低的确增加了其在 他方法无可比拟的优点:在生产上有可重复性,可临床上的应用。 用发酵罐进行大规模生产,且发酵工艺简单,只需 为了改善紫杉醇的水溶性,现在紫杉醇的临床 改变发酵条件,发酵单位即可能呈几十倍甚至上百应用为其注射液,即由乳浮 EL Crem ophorEL,含 倍的增长,使得紫杉醇的产量呈爆发式增长。因此聚氧乙烯蓖麻油》无水乙醇50:50)制成的无色黏 利用生物发酵法来生产紫杉醇越来越受到各国科学稠状浓溶液,使用时用5%右旋糖酐或生理盐水稀 家的重视。 释成013~112g·Lˉ溶液后静脉滴注3~24h:输注2015 年第 3 期 3.3 全合成 自从紫杉醇被发现有着独特的抗癌效果，各国 合成科学家几乎同时开展了对紫杉醇的全合成研 究，但因其具有复杂的手性中心，故对其全合成研 究有很大的困难，经过全球 30~40 个顶尖实验室的 研究，到目前为止，共有约 7 条紫杉醇的全合成路 线。 综合以上，紫杉醇的全合成路线如图 3 所示。 该全合成路线大致可分为以下 2 种方法： ( 1 ) 会聚——由图中的 A 环和 C 环会聚合成 ABC 环。 ( 2 ) 线性——由图中的 A 环到 ABC 环、C 环 到 ABC 环。 Wender 最新报道了一条新的合成路线——蒎 烯路线，该路线在反应机理及合理性上都是正确 的，但还处于探索阶段，相信如果打通该路线，可 以使紫杉醇的全合成向前迈进一大步。 虽然紫杉醇的化学全合成方法在实现工业化生 产方面有着很多缺点，如其路径长、步骤多、成本 高、条件苛刻，导致全合成最终收率低，但紫杉醇 全合成的研究成果仍为有机化学合成的向前发展起 到重要的作用，并且有机合成工作者仍在探索新的 合成路线。不久的将来，全合成的方法有可能使得 紫杉醇走上工业化生产道路。 3.4 生物发酵法 1993 年, Gary Strobel 等人在研究红豆杉上的真 菌 （寄生菌） 时发现，其能产生抗癌药物紫杉醇， 并且其发酵单位可达 24~25 ng/L。 此发现一经报道，引起全球药物研发者们的广 泛关注。因为利用生物发酵法来生产紫杉醇有着其 他方法无可比拟的优点：在生产上有可重复性，可 用发酵罐进行大规模生产，且发酵工艺简单，只需 改变发酵条件，发酵单位即可能呈几十倍甚至上百 倍的增长，使得紫杉醇的产量呈爆发式增长。因此 利用生物发酵法来生产紫杉醇越来越受到各国科学 家的重视。 生物发酵制备紫杉醇工艺如图 4 所示。 3.5 生物合成 紫杉醇的生物合成现在越来越受到关注，经过 医药工作者近 20 年的努力，紫杉醇生物合成途径 已经基本明确，并且已经成功克隆出其途径中多种 必须酶的基因。 紫杉醇的生物合成途径的主要阶段如图 5 所 示。 Fleming 等人对苯丙氨酸的反应顺序又有了新 的发现，苯丙氨酸新反应顺序如图 6 所示。 4 制 剂 紫杉醇的理化性质中水溶性低的确增加了其在 临床上的应用。 为了改善紫杉醇的水溶性，现在紫杉醇的临床 应用为其注射液，即由乳浮 EL (Cremophor EL，含 聚氧乙烯蓖麻油)/ 无水乙醇(50∶50) 制成的无色黏 稠状浓溶液，使用时用 5%右旋糖酐或生理盐水稀 释成 013～112 g·L-1 溶液后静脉滴注 3～24 h ,输注 图 3 全合成路线 A→ ABC A C ABC A+C → A C C→ ABC A B C 紫杉醇的 生物合成 紫杉醇 骨架的 生物合成 GGPP 的 生物合成 苯基异丝氨酸侧 链的生物合成 紫衫烷骨架和侧 链的酯化反应 紫衫烷碳环骨 的生物合成 紫衫烷碳环骨 的官能化反应 形成完整的 紫杉醇分子 图 5 紫杉醇的生物合成途径的主要阶段 图 6 苯丙氨酸新反应顺序 C2 位 羟基化反应 苯丙氨酸 氨基变位酶 β 苯丙氨酸 苯基异 丝氨酸 紫杉醇侧链 巴卡亭Ⅲ 苯甲酰基 紫杉醇 紫杉醇 NH2 基 酰基化 成品 提取分离 离子树脂 过滤 吸附树脂 微生物 脱色 培养基 辅料 生物发酵 溶媒 图 4 生物发酵制备紫杉醇工艺 廖廷秀等：紫杉醇及其制剂的研究进展 23