天然抗肿瘤环肽的研究进展_梁冰馨.pdf

，化学与生物工程 基金项目：四川省科技厅重点研发项目（）收稿日期：作者简介：梁冰馨（），女，四川成都人，硕士研究生，研究方向：多肽化学生物学，：；通讯作者：廖洪利，教授，：。：梁冰馨，唐铭，黎容，等 天然抗肿瘤环肽的研究进展 化学与生物工程，（）：，（）：天然抗肿瘤环肽的研究进展梁冰馨，唐铭，黎容，李林吉，马艾琳，许科浩，廖洪利（成都医学院药学院，四川 成都 ）摘要：恶性肿瘤严重危害人们的生命健康，当前的主要治疗方式各有缺陷，寻找高效低毒的新抗肿瘤化合物仍然是该领域的主要研究方向。多肽类药物具有毒副作用小、靶向性强的特点，而环肽相较于一般直链肽具有更高的成药性，因此，抗肿瘤环肽越来越受到关注。综述了植物来源、海洋来源、微生物来源的抗肿瘤环肽研究进展，为深入研究新型抗肿瘤环肽提供了参考。关键词：天然环肽；抗肿瘤活性；细胞毒作用；抗肿瘤机制中图分类号：，（，）：，：；恶性肿瘤细胞分裂速度很快，会不断侵蚀周围的组织和器官，难以得到有效的控制和治疗，已成为严重影响人类生活质量、威胁生命的重大疾病，是当今医学界最棘手的疾病之一，也是全世界公认的医学难题。当前，恶性肿瘤的治疗方法主要有化学治疗、手术治疗、放射治疗，这些方法均存在不同的缺陷，临床上迫切需要高效低毒的新结构抗肿瘤药物。相比于小分子药物难以和靶标结合以及毒性蓄积的缺点，多肽类化合物毒副作用小、靶向性强，特别是环肽，它们结构更稳定，具有更好的亲和力和靶向性以及更低的毒性，是抗肿瘤药物的热门选择。近 年来，天然抗肿瘤环肽受到广泛关注，共有 款环肽药物上市，多数是从天然环肽改造而来，通过保持整体的环肽结构来维持对目标蛋白的亲和力。作者在此对植物来源、海洋来源、微生物来源的抗肿瘤环肽研究进展进行综述，以期为深入研究新型抗肿瘤环肽提供参考。植物来源的抗肿瘤环肽梁冰馨，等：天然抗肿瘤环肽的研究进展 年第期 堇菜科 、（）是从三色堇菜（）中提取得到的具有细胞毒作用的环肽，它们 对 多种人 癌细 胞系都具 有 抑 制 作 用；并 且 亚家族环肽 、和 对种癌细胞人胶质瘤细胞 、人乳腺癌细胞 、人非小 细胞肺癌 细 胞 、人 前 列 腺 癌 细 胞 和人肝癌细胞 的细胞毒作用最强，值约为 ，而 亚家族环肽 、等的 值约为 亚家族环肽的 倍。等用一种淋巴瘤细胞系对从双花堇菜（）中提取得到的环肽进行了荧光微量培养细胞毒试验，其中 亚家族环肽 、的 值在 之间，而 亚家族环肽 在 时仍无细胞毒作用。等研究发现，和 亚家族的疏水氨基酸残基的比例相近，但 亚家族的疏水氨基酸在表面更分散，所以推测疏水氨基酸分布的集中程度可能对抗肿瘤活性至关重要。是从 中提取得到的环肽，它与环肽 的细胞毒作用相当。等从一种用作性欲增强剂的印度草本植物中分离得到了个具有较强细胞毒作用的新植物环肽 、；并通过一系列机理研究证实植物环肽与含有脑磷脂（）的脂质相互作用，聚集在细胞膜上，产生导致坏死的气泡，使细胞死亡；与（一种细胞穿膜肽）相比，环肽 能更好地被人宫颈癌细胞 内化，并以无毒浓度定位于核内体。等研究发现，膜结合和破坏有助于植物环肽发挥细胞毒作用；人淋巴瘤细胞 在环肽 中暴露 即出现细胞膜解体；钙蛋白负载的人宫颈癌细胞 和脂质体的内容物迅速释放，呈浓度依赖性。从堇菜科中分离得到的环肽还有 、等，环肽 是第一次从紫花地丁（）中分离得到。采用还原、酶切和串联质谱测序的方法，初步确定了这些环肽的序列，并第一次成功分离出了环肽 和 。细胞毒试验表明，、和 对癌细胞（人黑色素瘤细胞 、人宫颈癌细胞 、人胃癌细胞 ）和非癌细胞（人皮肤成纤维细胞）具有细胞毒作用。等 从海拔 的 中分离得到个新的环肽 和 ，并用高效液相色谱、质谱和氨基酸定量分析对其结构进行了表征，发现环肽 有新的序列，在序列中有更新的特征，和 在荧光微量培养细胞毒试验中显示出细胞毒作用，对人淋巴瘤细胞 的 值 分 别 为 、。证实了对不同生长环境紫罗兰环肽的研究可扩展我们对环肽结构和生物多样性的认识。茜草科 是从紫参（）中分离得到的具有抗炎和抗肿瘤活性的双环六肽，其抗肿瘤活性不依赖于细胞凋亡，并通过调节人结肠癌细胞 和 中的 和 通路抑制保护性自噬。这表明 是癌症治疗的关键活性成分，作为结肠癌细胞自噬抑制剂具有很好的应用前景。是从柄花茜草（）的根和茎中获得的一种新环六肽。使用 环肽原位法还检测到其它 种已知的茜草科环肽（），其中 首次被鉴定为天然产物，、和 首次从该科中分离得到。细胞毒作用和 信号通路活性评估结果表明，、对种人肿瘤细胞 、和 均显示出细胞毒作用，值在 之间，并且 和 具有 抑制活性，值分别为 和 ，这表明位丙氨酸在维持 生物活性方面起着关键作用。石竹科 、是从瞿麦中分离得到的环肽，它们对人肝癌细胞 的增殖有一定的抑制作用，其中 的细胞毒作用最明显，值为 。等从石竹科的叉歧繁缕中分离鉴定出了 种环肽，其中 、对淋巴癌细胞 的生长具有抑制作用，和 对 环 氧 化 酶 具 有 很 强 的 抑 制作用 。菊科 是从紫菀中分离得到的环五肽，是植物中唯一的 氯 化 环 肽。在 现 已 发 现 的 中，环 肽 （图）含有氯原子，其中 、均含有别苏氨酸，具有抗肿瘤活性；有人对 梁冰馨，等：天然抗肿瘤环肽的研究进展 年第期 进行脱氯处理，并通过细胞毒试验研究其活性，结果发现所有的脱氯衍生物在一定剂量下均未表现出抗肿瘤活性。这证实了自然界中罕见的别苏氨酸是肽产生生物活性的重要组分。图 的结构式 等 对环肽 、进行细胞毒试验，发现 对 细胞的 值为，对 细胞和 细胞的 值分别为 和。表明顺式二氯脯氨酸残基和侧链上的羟基数目对细胞毒作用起着重要作用 。海洋来源的抗肿瘤环肽海鞘 是 从 科 中成功分离得到的具有抗肿瘤细胞毒作用的环肽，其中活性最强的是 。既能抑制蛋白质的合成，也能抑制核酸的合成；可杀伤处于各周期的黑色素瘤细胞 ，尤以 至期细胞敏感。临床试验中，对非何杰金淋巴瘤和脑胶质母细胞瘤有一定疗效，但对变态前列腺癌、子宫颈鳞状细胞癌、小细胞肺癌、骨髓瘤和卵巢癌等疗效欠佳且有一定副作用。在对 同系物进行结构与功能对比时发现，脱氢 的体内外抗肿瘤活性明显强于 ，亲脂取代后会显著降低其细胞毒作用。因此对侧链进行化学修饰会显著影响其活性 。因体内代谢半衰期短、毒副作用大而退出临床研究，而脱氢 的毒副作用小且生物活性更高，年被 指定用于罕见病多发性骨髓瘤和急性淋巴性白血病的治疗，年 月获批上市。是 来 自.的 环 六 肽。课题组 研究发现，噁唑啉环是影响细胞毒作用的重要因素，无噁唑啉环的 对人结肠癌细胞的细胞毒 作用较 弱，值约为，而 对成纤维细胞 和膀胱癌细胞 的细胞毒作用十分显著，值为，。海绵 和（图）是从马达加斯加近海采集的片叶海绵中分离得到的个新环肽，通过核磁共振、氨基酸片段（用 试剂水解和衍生化得到）、分析确证了它们的结构：除了几种常见的氨基酸外，还含有不常见的残基，包括氨基羟基，二甲基己酸、乙氧基天冬酰胺、，二甲基谷氨图 和 的结构式 梁冰馨，等：天然抗肿瘤环肽的研究进展 年第期 酰胺、，二氨基，二羟基氧代庚酸、羟基天冬氨酸及末端的 羟基，三甲基庚酸。和对种人肿瘤细胞具有显著的细胞毒作用（表）。等 用 中 的 氨基酸取代 中的 残基后，的细胞毒作用提高了 倍（对于 细胞系是 倍），可能与 位的取代及氨基酸残基的亲水性有关。表海绵来源抗肿瘤环肽的半抑制浓度（）（）环肽肿瘤细胞半抑制浓度 黑色素瘤细胞 非恶性 成纤维细胞 是 一 类 富 含 脯 氨 酸 的 环 七 肽。、是从我国永兴岛海绵 中分离得到的具有细胞毒作用的环肽。研究者采用丙氨酸扫描法研究各氨基酸残基对 环化的影响，并对合成的 衍生物进行体外细胞毒作用检测，发现 衍生物对人肝癌细胞、人乳腺癌细胞、人结肠癌细胞和人宫颈癌细胞均没有明显的细胞毒作用。（图）是从海洋海绵 中分离得到的抗肿瘤环肽，对小鼠白血病细胞 具有细胞毒作用。当 中酮类降低时，细胞毒作用减弱；将硫醇基团进一步还原和烷基化后，则会直接丧失细胞毒作用。图 的结构式 同是从海洋海绵 中分离得到的抗肿瘤环肽 （图）在浓度为 时却并未对小鼠白血病细胞 显示细胞毒作用。图 的结构式 、和 （图）也 是 从 海 洋 海 绵 中分离得到的双环糖肽。在细胞毒试验中，与 （图）相比，上述新发现的种双环糖肽对 细胞的细胞毒作用较弱，几 乎 没 有 活 性，的 值与 （）相比也高了一个数量级。这表明非蛋白生成氨基酸氨基羟基甲基苯基，辛二烯酸（）梁冰馨，等：天然抗肿瘤环肽的研究进展 年第期 是其发挥细胞毒作用的必需基团。图 、和 的结构式 ，（图）是从所罗门岛海洋海绵 中分离出的种新脂肽，是 的衍生物。等 评估了 对肿瘤细胞 、以及非恶性成纤维细胞 的 细 胞 毒 作 用，发 现 和 是直链脂肽，对肿瘤细胞无细胞毒作用；而 和 是环肽，细胞毒作用明显，值低至 ，证实了环状构型对生物活性影响显著；含有，二甲基谷氨酰胺的 的细胞毒作用比含有甲基谷氨酰胺的 的细胞毒作用高倍，表明该位置是发挥生物活性的重要位点。图 和 的结构式 是从 中分离得到的环七 肽，对 人 宫 颈 癌 细 胞 、人 结 肠 癌 细 胞 和鼠巨噬细胞 具有细胞毒作用。梁冰馨，等：天然抗肿瘤环肽的研究进展 年第期 海藻从羽藻中分离得到的 （）对前列腺癌细胞和乳腺癌细胞具有强烈的细胞毒作用（值为 ），而且 的细胞毒作用与多药耐药 和酪氨酸激酶 的表达水平无关，仅与抗凋亡 蛋白的表达水平有关。最初是从截尾海兔中分离得到的，后来发现从巨大鞘丝藻中也可以分离得到。对小 鼠 白 血 病 细 胞 的 值 低 于 。（图）是从海洋藻丝状乳节藻 中分离得到的一种具有抗增殖活性的环五肽。包括个甲基亮氨酸和个亮氨酸，对人癌细胞 和 有明显的细胞毒作用，值分别为 和 。陈萌等、邱少玲等 发现型氨基酸（）可以提高 的抗肿瘤活性；后来有人通过修饰改造设计并合成了 类似物，如改变氨基甲基化数量、引入其它氨基酸（型氨基酸、其它天然氨基酸）、变换不同氨基酸残基在环中的位置；并通过 法进行细胞毒试验。结果显示，多个类似物对多种肿瘤细胞具有明显的细胞毒作用，且有明显的选择性，氨基酸构型完全不一样的类似物表现出相反的趋势。进一步说明了空间构象与 及其类似物的抗肿瘤活性密切相关。图 及 的结构式 通过 复染法、单染法、荧光染色法和 法发现，类似物 （图）可能通过抑制 细胞在细胞周期 期的生长及诱导细胞染色质收缩使 细 胞 早 凋，且 可 能 是 通 过 线 粒 体 介 导 的途径。是从束藻菌属藻青菌中分离得到的天然环八肽。在体外对包括人非小细胞肺癌细胞 和人结直肠癌细胞 在内的一系列肿瘤细胞均有细胞毒作用，值低于 ；对人肺腺癌细胞 、人乳腺癌细胞 、人前列腺癌细胞 、人卵巢癌细胞 、人胶质母细胞瘤细胞 、人胰腺癌上皮样细胞 、人急性淋巴母细胞白血病细胞、人粒细胞 和单核细胞系祖细胞等均具有细胞毒作用，值在 之间。虽然 对以上几种癌细胞都具有细胞毒作用，但没有任何显著的选择性。微生物来源的抗肿瘤环肽 （图）是从 中分离得到的天然环四肽，已被证实具有很高的体外抗肿瘤活性，值为 。是一种环氧酮类 ，除含有苯丙氨酸、脯氨酸、氨基异丁酸外，还有一种特 殊 氨 基 酸 氨 基氧 代，环 氧 癸 酸（），该氨基酸的环氧酮结构构成与酶作用的结合区，是 体外抗肿瘤活性的主要贡献者。图 的结构式 是从陕西省土壤放线菌株 发酵液中分离得到的环六肽，对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（）等革兰氏阳性菌有较强的抑制作用，但对革兰氏阴性菌无明显抑制作用。王丽丽等 通过显微拍照法和 法检测，发现 对人宫颈癌细胞 、人卵 巢癌细胞 、人 乳 腺 癌 细 胞、人胃癌细胞 和人胶质瘤细胞 的生长都具有较强的抑制作用，其中对人胶质瘤细胞 最为敏感，值约为 。其作用机制可能是通过降低期肿瘤细胞的比例、抑制肿瘤细胞的克隆形成能力来阻断肿瘤细胞的增殖。芽孢杆菌脂肽主要用于抗菌研究，也具有抗肿瘤活性。根据特定的肽链和脂肪酸结构，可将芽孢杆梁冰馨，等：天然抗肿瘤环肽的研究进展 年第期 菌脂 肽