微管蛋白与肿瘤的研

摘要：微管是细胞骨架的主要成分这一。微管的重组与去重组为细胞生命周期和细胞分裂功能所必需；使用药物对肿瘤细胞微管的重组与去重组进行干扰，进而抑制肿瘤细胞的增值，从而可以达到抗肿瘤的目的。近年来，人们对微管与肿瘤关系的研究取得了不少进展，开辟了治疗肿瘤疾病新的途径1。本文就肿瘤与微管关系研究综述如下。关键词：微管；微管蛋白药；肿瘤；靶点1.微管的结构与功能概述微管（microtubule）是由微管蛋白亚基组成，每个微管蛋白亚基都是由两个非常相似的球状蛋白（α －微管蛋白和β －微管蛋白）结合而成的二聚体，这种α β －微管蛋白二聚体是细胞质游离态微管蛋白的主要存在形式，也是微管组装的基本结构单位2，3。发挥功能的微管为管状结构（如图），由α β 异二聚体首尾相连的1214 根原纤丝平行连接而成。马达蛋白利用水解ATP 产生的能量携带所运输的货物沿微管运动，为细胞的增值提供物质基础。为适应细胞质的变化，这种管状结构不断以不对称的方式在其一端组装正端，而在另一端去组装负端。2.微管、微管抑止药与抗肿瘤肿瘤细胞具有快速增殖能力， 其有丝分裂过程频繁且细胞周期明显短于正常细胞。因此，若微管组装、去组装的动态循环被打破，必将影响到肿瘤细胞的有丝分裂过程，使其生长受到抑制并凋亡。微管蛋白抑制剂有两种分类方法4， 一种是根据作用机制的不同分为两种类型： 5：①抑制微管蛋白聚合的微管蛋白解聚剂；②促进微管蛋白聚合的微管蛋白聚合剂。另一种分类方法是根据微管蛋白抑制剂以及微管蛋白作用位点的不同分为3 类：①在微管蛋白上有1 个结合位点的药物，如秋水仙碱、秋水仙酰胺和鬼臼毒素等；这些药物均能抑制微管聚合，它们均作用于相同的结合位点；②在微管蛋白上有2 个结合位点的药物：如长春新碱、长春碱和美登素等，它们均与秋水仙碱的结合位点不同，在微管蛋白上有2 个结合位点，也是抑制微管聚合； 作用于紫杉醇位点的微管蛋白抑制剂6。 ③ 紫杉醇是一新近研制的抗癌药，它是目前惟一能促进微管聚合并抑制微管解的天然药物。可促进微管二聚体装配成新微管，然后通过阻止微管解聚而使微管稳定，从而抑制微管动力学重组。本文将针对对微管蛋白不同机制的药物发展进行综述。3.作用于微管蛋白的药物3.1 在微管蛋白上有1 个结合位点的药物秋水仙碱秋水仙碱为三环结构，来自于秋水仙（Colchicumautumnale）。 构效关系研究表明，脱去 A环的任何一个甲基、失去C 环甲基或甲氧基，活性均降低7，8，9；C210 位的取代基对于其类似物与微管蛋白结合有重要作用，卤代、烷基化、烷氧基化和氢化的化合物都能抑制微管的聚合，硫甲基或烷基类似物则有较高的活性。此外研究认为：秋水仙碱结合于β 微管蛋白上的1 46 和214 241 的两个残基区段。用14C 标记的秋水仙碱类似物和内源酶消化的 α方法进一步证实： 环与β 微管蛋白Asp354 结合； 环定位于Asp239 和N 端之 C间。3.1.2 鬼臼毒素及其类似物鬼臼毒素 podophyllotoxin是天然的芳基四氢萘型木脂素类化合物。PDT 对各种肿瘤细胞株显示了很强的细胞毒活性，能抑制微管蛋白聚合。这些鬼臼毒素类化合物的主要作用机制与秋水仙素的微管结合位点发生作用。 从PDT etoposide/temiposide，化学结构的修饰（C24、C25 位的羟基和C24 的甲氧基对活性影响较大，但C22、C24 位的相反构型则降低其对微管蛋白的活性）也导致了其作用机制发生了改变，即从通过母体化合物 PDT 抑制微管的形成到etoposide 及其同类化合物抑 DNA 拓扑异构酶Ⅱ。另外，PDT 的两个半合成衍生物也已被用作对抗癌症的前沿用药10，11。3.1.3 合成药物研究123.1.3.1 查尔酮类通过对抗肿瘤药微管微丝抑制药水仙碱构效关系的研究发现，秋水仙碱分子中

A环上甲氧基和C 环上羰基 CO是活性必需基团，并与微管微丝位点上的巯基作用。据此，设计合成了一系列含有三甲氧基、羰基并能与巯基作用的查尔酮类 chalcones 化合物。此类化合物具有较强的微管微丝抑制作用，抗肿瘤活性强。3.1.3.2 吡嗪类与咪唑并哒嗪类吡嗪类 pyrazines 是作为合成某些抗叶酸剂的中间体制备的，它们作用于秋水仙碱靶点，抑制微管微丝聚合，使细胞分裂停止在中期而抑制了肿瘤的增殖。咪唑并哒嗪类 imidazopyridazines 的氨基甲酸盐，通常结合在微管秋水仙碱靶点，抑制微管微丝聚合，从而抑制哺乳动物细胞分裂。其氨基甲酸盐为活性所必需的基团。化合物1069C85 是此类化合物的代表，它与秋水仙碱很相似，但它的抑制微管微丝能力要比秋水仙碱强比长春新碱弱。在 mmol 范围内，1069C85 与其他标准物对多种细胞系无交叉耐药性。1069C85 在B16 黑素瘤和P388 模型上均具有显著活性。3.1.3.3 芳酰基吲哚类芳酰基吲哚类 Aroylindoles 化合物是在筛选抗类风湿药物时意外发现的。 相关模型研究表明此类化合物结合在微管秋水仙碱靶点抑制微管微丝的聚合具有良好的抗肿瘤活性。3.1.3.4 Indolyloxazolines合成

oxadiazoline A- 105972 是一种秋水仙碱位点结合药， 对其进行结构修饰得到Indolyloxazolines，这是一种更加稳定，可以口服的抗有丝分裂药。A- 289099 是Indolyloxazolines 的最有效的抗有丝分裂药，它可以对抗多种肿瘤细胞株包括MDR 株。3.2 在微管蛋白上有2 个结合位点的药物长春碱类抗肿瘤药是从夹竹桃科植物蔓长春花中分离得到的吲哚类生物碱。具有抑制微管蛋白组装的活性，因其毒性较低，目前已成为一类临床作用于M 期周期特异性肿瘤化疗药物。对长春碱的结构改造发现了一系列高活性、低副作用的化合物，其中以长春新碱、长春地辛及长春瑞宾为代表，比较研究了长春碱类家族中有代表性的3个成员，长春碱 vinblastine 、长春新碱 vincristine 及新的衍生物 vinorelbine 与微管蛋白的亲和性，通过亲和参数的定量分析得出结论：与微管蛋白亲和能力长春新碱 长春碱vinorelbine。与长春碱结合区域相同的新化合物有dolastatin、 crytophycin、2-aroylindoles 等。

Cryptophycin 是近来新合成的cryptophycin 家族中的一员，用超速离心和电子显微镜观察，该化合物主要结合于微管生长末端，诱导微管蛋白形成单个环形寡聚体，抑制GTP 或GDPα β 微管蛋白形成双环多聚体，从而抑制微管的聚合。对G 环上C3、C4 和C、D 环的修饰有助于提高活性。3.2.1 海兔毒素（dolastatin）海兔毒素是从印度洋的耳状截尾海兔中分离发现的一系列多肽类抗肿瘤活性成分，共有十多种12。其中，海兔毒素10 是与海兔共生的蓝藻Symploca 的一种次生代谢产物，是一种五肽，能与微管蛋白结合在一个特殊的位点从而抑制微管蛋白的聚合；Tasidotin 是海兔毒素15 的一个衍生物，能够抑制微管蛋白聚合成微管，还能强烈地抑制微管的动态不稳定性，从而具有相当的细胞毒活性。一种海兔毒素10 的类似物，

TZF-1027 也已经进入临床试验阶段。3.2.2 CryptophycinsCryptophycins 是作用于微管的大环内酯类家族中的一员。与紫杉醇类和长春花生物碱比较，cryptophycins 在一个很小的剂量就表现出细胞毒性，并且其不是P-gp 泵的底物13。然而，其作用机制与长春花类药物不同，很少量的cryptophycins 分子就能对微管动力学产生很大的影响14。 Cryptophycins 也能抑制体内长春花生物碱与微管的结合15。 研究表明，cryp-tophycins 与微管末端有高亲合力 K d 47 nmol/ L，且不被过度表达的P 糖蛋白所影响 16。3.2.3 合成药物的研究6，123.2.3.1 卤代酰胺基苯甲酰脲类与苯基苯甲酰脲类卤代酰胺基苯甲酰脲类类小分子化合物特异地作用于微管微丝，抑制微管微

丝的聚合，阻滞肿瘤细胞于M 期， 并通过Bcl22 蛋白磷酸化诱导M 期肿瘤细胞凋亡， 具有很强的抗肿瘤活性。苯基苯甲酰脲类化合物能抑制动物细胞微管微丝聚合，阻滞细胞于分裂中期。有关其结构改造有待进一步研究。3.2.3.2 D- 24851通过细胞系筛选出的小分子化合物 D-24851，其作用机制与长春新碱相似，但结构独特，其结合位点与紫杉醇和长春新碱都不相同。D- 24851 已于2002 年底开展临床试验，可望成为临床上潜力巨大的抗肿瘤药物。3.3 作用于紫杉醇位点的微管蛋白抑制剂紫杉醇类药物在β 微管蛋白上的结合腔靠近异二聚体和原纤丝间的重要作用区域，因而在药物与微管蛋白结合的同时也加强了异二聚体和原纤丝间的结合，结果促进了微管蛋白的聚合又能稳定已形成的微管抗低温及抗Ca2的解聚，使细胞分裂停止于G2/ M 期。3.3.1 紫杉醇及其衍生物 taxol and analogue紫杉醇及其类似物

docetaxel 已成为目前临床上较成功的抗癌药物。突变分析表明，紫杉醇与微管蛋白的相互作用受β -2微管蛋白的270和364 位氨基酸残基调节，结合位点在β -2 微管蛋白N 末端的31 个氨基酸片段和217 231 位的氨基酸片段，可体外诱导微管蛋白在低温、不含GTP 或MAPs 条件下形成超稳定的微管结构，对Ca2 和低温的解聚作用有一定的抗性。3.3.2 埃博霉素类 epothilones Epothilones 是3H-紫杉醇与微管结合的竞争性抑制剂。与紫杉醇类似，其可诱导微管蛋白在体温和不含 GTP 或 MAPs 条件下形成微管。其诱导微管蛋白的聚合反应可以被 MAPs、GTP或从ξ露鹊纳叨忧縖12。3.3.3 DiscodermolideDiscodermolide 是从海绵 Discodermiadissoluta 中分离得到的一个海洋天然产物17，具有促进微管蛋白聚合的活性。与紫杉醇位点的竞争性结合实验中，discodermolide可以将结合在紫杉醇位点的紫杉醇置换下来，即使加入过量的紫杉醇也不会影响discodermolide 的结合。 这一结果说明discodermolide 与微管蛋白的结合能力强于紫杉醇，很有可能与紫杉醇作用于同一位点，或者与紫杉醇位点重叠18。虽具有毒性，但其类似物很有可能成为临床候选药物并进入临床研究。3.3.4 LaulimalideLaulimalide 是一种具有细胞毒活性的海洋天然产物，具有促进微管蛋白聚合的作用。研究发现，它虽具有和紫杉醇类似的作用方式，却并不作用于紫杉醇位点，这说明在微管上很有可能还存在其他可以使微管蛋白聚合的作用位点。Ghosh 等于2001 年报道了laulimalide 的全合成路线，这将有助于合成出更多的laulimalide 衍生物，以寻找出活性更好的化合物。虽然目前 laulimalide 还未进入临床研究，但由于它独特的作用位点和很好的活性，相信laulimalide 和以laulimalide 为先导化合物得到的衍生物不久就会进入临床研究。3.3.5 4-甲氧基-2-苯乙烯基色酮4-甲氧基-2-苯乙烯基色酮作为微管蛋白抑制剂可以抑制多种人类肿瘤细胞的生长20，对正常的成纤维细胞MRC-5 敏感性较差。研究表明，化合物59 可以使纺锤体形成单级结构，导致有丝分裂纺锤体异常，从而使有丝分裂停止，表现出干扰微管的作用。其作用机制与紫杉醇的抑制微管解聚、促进其聚合类似。3.3.6 GS2164通过对紫杉醇构效关系的研究，合成了小分子化合物GS2164。其作用机制与紫杉醇相似，抑制微管微丝的解聚21。分析比较两者的化学结构，GS2164 的基团均为已报道的紫杉醇的关键基团，可以直接作用于药物-蛋白结合体，使微管微丝迅速聚集成微管，并结合到微管上抑制微管的解聚，从而抑制肿瘤细胞分裂。GS2164 的体内外活性均与紫杉醇相当，而对人体肿瘤细胞的毒性是紫杉醇的0.1。它对人体的多种肿瘤细胞系均具有活性，对微管的作用与浓度相关，并且不依赖GTP 酶。另一值得关注的是，GS2164 在实验条件下不会像紫杉醇那样刺激巨噬细胞产生TNF2α 而导

致细胞内产生信号传输反应 22。4.结语虽然在微管蛋白抑制剂的发展上，天然产物已经有了很高的发展，但是由于其成分的复杂性及来源的局限性，已经使得科学工作者们在努力的合成新的微管蛋白的药物。目前，应用于临床或是正在处于临床前研究的与微管作用的药物达 30 多种。这些药物多是以微管的不同的部位作为靶点的天然产物或半合成药物。所有的事实在阐述一个道理：微管蛋白药物，将是抗肿瘤药物发展的一个很好的靶点，将会成为抗肿瘤药物先导化合物的重要来源。参考文献1 Research of Traditional Chinese Medicine. Vol. 17 No. 5 Oct. 20012国外医学药学分册2005 年2 月第32 卷第1 期.3 Jordan M A. Wilson L. Microtubules as a target for anticancer drugs J. Nat RevCancer. 2004 4: 253265.4 Crag G M. Newman DJ. A tale of two tumor targets: topoisomerase I and tubulin.The wall and wani contribution to

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