海洋抗肿瘤环酯肽的研究进展

海洋抗肿瘤环酯肽的研究进展魏婷婷，李琳。李海亮，任锦，钦传光(西北工业大学生命学院，陕西西安)综述毫论一摘要：对来自海洋微生物、海绵动物、软体动物、尾索动物中的抗肿瘤环酯肽的研究进展进行了综述，并对该领域未来的研究重点进行了展望。关键词：环酯肽；抗肿瘤活性；海洋药物；海洋资源；天然产物中图分类号：TQ464文献标识码：A文章编号：1672—5425(2011)05—0001—06肿瘤是现代社会威胁人类健康的重要疾病，从天然产物中寻找抗肿瘤药物一直是药学研究领域的热点。环酯肽是仅存在于海洋生物中的包含内酯键的一类环状多肽，具有抗肿瘤、抗菌、抗炎、抗病毒、抗血栓和抗动脉粥样硬化等活性。近年来，从海洋生物中提取分离得到了多种具有强抗肿瘤活性的环酯肽类化合物，如Dolastatins、DidemninB、ApratoxinA以及Ka— halalideF等，为抗肿瘤药物研究提供了新的来源和途径。环酯肽类化合物研究已经成为当前抗肿瘤药物研究的重要组成部分。作者在此综述了抗肿瘤环酯肽的来源、结构、生物活性等的研究进展，并展望了此类药物研究开发的前景。1海洋生物中的抗肿瘤活性成分目前已从海洋微生物、海绵动物、软体动物、尾索动物中分离获得大量具有良好生物活性的环酯肽，并不断有其它新的结构和新的作用机制发现。1．1海洋微生物蓝细菌，又称蓝绿藻，由于代谢物种类繁多且结构多样引起人们的广泛关注。在这些代谢物中发现了许多生理活性物质，它们在癌症的治疗方面有很重要的作用。ApratoxinA，海洋蓝藻环酯肽类毒素，是2001年Luesch等[1]从美国关岛的Apra港口收集的海洋蓝细菌Lyngbya sp．二级代谢产物中分离得到的具有强抗肿瘤活性的化合物，被认为是从这种蓝细菌的二级代谢产物中分离得到的细胞毒性最大的化合物。对人口腔上皮癌细胞KB以及大肠癌细胞LoVo的IC。。值分别为0．52 nmol·L1和0．36 nmol·I。～。2006年，Ma等[2]成功合成了ApratoxinA，发现它能够抑制细胞生长周期G期。ApratoxinA对微丝网并无影响，不能抑制微管聚合和解聚，也不能抑制拓扑异构酶I。2009年，Ma发现了ApratoxinA抗肿瘤活性的分子机理，其靶点为热休克Hsp70／Hsc70家族蛋白。这为开发基于ApratoxinA的新一类抗肿瘤药物奠定了理论基础L3]。此外，ApratoxinsB～D以及E—De— hydroapratoxinA也已被报道Hj。Palau7amide，是Moore等从海洋蓝藻细菌Lyng— bya产生的二级代谢产物中分离得到的另外一个具有强抗肿瘤活性的环酯肽。体外活性测试发现，它对KB。细胞表现出很强的细胞毒性(IC。。值为13 nmol·L_1)口]，但尚未见到有关其体内活性测试的报道。2005年，Xie等口1尝试合成Palau’amide，发现合成的化合物与报道的数据不符合，对3种肿瘤细胞Hela、A549和BGC的IC。。值分别为39 nmol·L～、19 nmol·L叫和26 nmol·L。这与Palau’amide的抗肿瘤活性相当，说明合成的化合物与Palau’amide在与相应的生物大分子相互作用时的构象类似。TiglicamidesA～C，是从海洋蓝细菌LyngbyaCOnfervoides中分离得到的十六元环的环酯肽，是基金项目：国家自然科学基金资助项目(，)，国家人事部回国留学人员科技基金资助项目(国人厅发E2007]170号)，西北工业大学基础科研基金资助项目(JC)，西北工业大学研究生创业种子基金资助项目(Z)收稿日期：201l—02—25作者简介：魏婷婷(1985)，女，山东烟台人，硕士研究生，研究方向：多肽固相合成及生物活性筛选；通讯作者：钦传光，教授。P mail：qinchg@nwpu．edu．cn。lI———一——魏婷婷等：海洋抗肿瘤环酯肽的研究进展／2011年一5期LargamidesA～C[7‘】的类似物，其结构中含有一个不常见的巴豆酸。体外丝氨酸蛋白酶抑制活性实验发现，TiglicamidesA～C对猪胰蛋白酶有适度抑制活性，IC5。值范围为2．14～7．28扯m01．L叫18]。这6种化合物仅仅在环上有一个氨基酸残基不同，表明非核糖体肽合成酶的底物特异性是不严格的。PompanopeptinsA和B[9]，均分离自Florida东南海岸的蓝细菌LyngbyaCOn^rvoides，其中Pom— panopeptinA是一种新提取的环五肽，能抑制好几种丝氨酸内肽酶，体外对胰蛋白酶相比弹性蛋白酶和糜蛋白酶而言有选择性抑制作用，IC。值为2．4肚m01．L_1[1…，这种选择性是由其环中心的精氨酸残基所决定的。PompanopeptinB不是环酯肽，其生理活性仍在研究中。PalmyramideA，是从海洋蓝细菌Lyngbya ma— juscula中提取出来的环酯肽[1“，同时提取出的还有CuracinD和MalyngamideC。PalmyamideA结构特殊，由3个氨基酸和3个羟基酸组合而成，其中1个羟基酸是少有的2，2一二甲基一3一羟基已酸单元(Dmhha)。在钠通道阻滞筛选中发现，纯的PalmyramideA对 neuro一2a细胞钠离子通道具有阻滞作用，可能通过阻碍钠通道控制的电压，阻滞藜芦和乌本苷诱导的钠过载最终导致对neuro一2a的细胞毒性，其IC。。值为17．2肚mol·L_。。此外，PalmyramiadeA对人肺癌细胞H一460表现出轻微的细胞毒性，IC；。值为39．7／-mol·I。一。PitipeptolidesA和B，是从海洋蓝细菌Lyngbya majuscula中分离得到的环酯肽。PitipeptolideA含有2，2一二甲基一3一羟基一7一辛炔酸残基，PitipeptolideB含有2，2一二甲基一3一羟基一7一辛烯酸，对LoVo癌细胞均表现出轻微的细胞毒性，相应的IC。。值分别为2．25且g·mL_1和1．9／lg·mL一，有适度的抗微生物活性，而且能够激发弹性蛋白酶活性[12]。Peng等[1朝已成功合成PitipeptolidesA。2002年，williams等[1叼从栖息于西班牙马里亚那海域的塞班岛附近的蓝细菌LyngbyaCOnfervoides中分离出十九元环酯肽Obyanamide并确定了其结构，同时也分离出一些其它的结构类似物，如Guin— eamides、UlongamidesA～E。这些化合物对人体肿瘤细胞KB和LoVo具有低到中等细胞毒性[15’16|，其结构特点是含有5个结构相似的单元：伊氨基酸残基、Ala(Thz)单元、2个N一甲基一d一氨基酸(包括芳香氨基酸Phe或Tyr)、a一羟基酸。Luesch等[173从海洋蓝细菌Lyngbya sp．中分离出UlongamidesA～F，为伊氨基酸，除了不含芳香氨基酸的UlongamideF外，其余UlongamidesA～E对KB癌细胞具有毒性。其中UlongamideA已经人工合成。海洋微生物中提取的抗肿瘤环酯肽的结构式见图1。1．2海绵动物海绵(Marine sponge)是最原始的多细胞动物，约占海洋物种总量的1／15。海绵能够长久不腐烂，证明其中存在极强的细胞毒性物质。迄今为止，人们从海绵中发现了大量具有抗肿瘤、抗细菌、抗病毒(含HIV病毒)、抗真菌活性以及有特定的酶抑制剂活性的活性物质。ArenastatinA分离自冲绳群岛海绵Dysidea arenaria，对KB癌细胞具有极强的抗增殖活性，IC。。值为5Pg·mL_。。其分子中含有一个7R，8R-fl一环氧单元，构效关系研究表明该部分对细胞毒性起到重要作用，如果是口一环氧环则不具备任何药理活性[18I。环氧环在酸性条件下不稳定，只能在合成的最后阶段引入。Kotoku等[1叼首次全合成ArenastatinA，构效关系研究发现其细胞毒性作用机理是抑制微管自组装。大鼠静脉注射时，表现出的抗肿瘤活性很弱，可能源于其性质在血浆中不稳定。ArenastatinA在C一15位上有空间阻碍的两个类似物，能提高在大鼠血清内的稳定性，已经被合成出来，值得注意的是，15一叔丁基类似物静脉注射具有很强的抗肿瘤活性。此外，对Are— nastatinA及其类似物的构象分析表明，从C—14到C一20的扭转角度对ArenastatinA的细胞毒性具有决定。性的作用[1…。Jaspamide1是从斐济和几内亚海域离海绵目Jaspis属海绵中分离得到的环酯肽，它的结构中含有L-Ala—nN—Me一2一BrTrp—I．-yTyr三肽片段，能诱导肿瘤细胞中肌动蛋白丝的合成，对乳腺癌和前列腺癌具有良好的抑制活性[2…。机理是作用于细胞骨架肌动蛋白。目前其结构的全合成已经完成。此外，从海绵Jaspis splendens中提取出两种新的Jaspamide衍生物口1|，体外对大鼠淋巴瘤细胞L5178Y具有抑制活性，Ic50值<0．1肛g·mI。。最近研究发现，肿瘤细胞的肌动蛋白和肌丝系统，例如微管，可能是小分子药物作用的靶点。Se- ragamidesA～F作为新的分子工具用来研究细胞骨架肌动蛋白的调节，可能成为有效的抗肿瘤药物。SeragamidesA和B从日本冲绳岛Seragaki海绵S．japonicusThiele中分离得到，随后从Manza岛的魏婷婷等：海洋抗肿瘤环酯肽的研究进展／2011年一5Ni—————————————————————————————————_|目O—Me—Tyr moCysTiglicamideA：R=HtyrTiglieamideB：R=PheTiglicamideC：R=Met"CalPitipeptolideA：R-——五DhoyaApratoxinA：R12CH】，R22CHApratoxinB：R1=H，RfCHApratoxinC：R。=CH"R2=H图1海洋微生物中提取的抗肿瘤环酯肽的结构式Fig．1Structural formula of the antitumoral cyclodepsipeptides extracted from marine microorganisms海绵中分离得到SeragamidesC～F，同时分离出的还有已报道的Geodiamolide。早在20世纪80年代已从Geodia sp．属海绵中分离得到环肽GeodiamolidesA和B，对L-1210细胞毒性更强，其IC。。值分别为0．032弘g·mL叫和0．0026,ug·mL～。目前该化合物结构的全合成也已完成。SeragamidesA～E的IC50值分别为0．064 mg· mL一1、0．12 mg·mL1、0．10 mg·mL一1、0．18 mg· mL_1和0．58 mg·mL一。SeragamidesA～E分别在0．01 rng·mL1、0．02 rng·mL一1、0．01 mg·mL一1、0．01 mg·mI。_1和0．04 mg·mLl浓度下能够导致多核的形成。SeragamideF尚未经过测试。海绵动物中提取的抗肿瘤环酯肽的结构式见图2。1．3软体动物自从美国学者Pettit等从海洋腹足类软体动物截尾海兔Dolubella auricularia中分离到抗肿瘤活性很高的海兔毒素肽后，共有18个抗肿瘤活性肽Dolast— atins1～18从海兔中分离得到，是目前已知来源的抗肿瘤剂中活性最强的一类，其中Dolastatin10和Do— lastatin15为线性肽，已经完成全合成，主要用于卵巢癌、黑色素瘤和前列腺癌等实体瘤的治疗。目前，在美国已经进入临床I期和Ⅱ期试验研究阶段。Dolasta— tin13及其类似物Symplostatin2[2胡为环酯肽，Harri— gan等报道了Symplostatin2的分离以及结构鉴定。Molassamide为Dolastatin13的结构类似物，是从Florida及USVirginIslands蓝藻细菌Dichothrix utahensis中分离出来，含有6个常见氨基酸残基Val、N—Me—Tyr、Phe、Ahp、Abu和Thr。Molassamide具有丝氨酸蛋白酶抑制活性，对糜蛋白酶和弹性蛋白酶的IC50值分别为0．032／1mol·L-1和0．234／J￡mol·L～，经常与已经报道的Dolastatin类化合物相比较，在10Ⅱtool·L_1时对胰蛋白酶没有明显的抑制作用。1996年，Hamann等报道从SacoglossanMullusklI———————————————————————————————一魏婷婷等：海洋抗肿瘤环酯肽的研究进展／2011 it!1115期U…SeragamideA…：R=M篡e,X=ISeragamideB：R=MeXBrSeragamideCRX=C。HOx甄二，=J＼一，，一：=Me．1…‘图2海绵动物中提取的抗肿瘤环酯肽的结构式Fig．2Structural formula of the antitumoral cycIodepsipeptides extracted from spongeElysia rufesceyls中分离得到6种环酯肽KahalalidesA～F，环内有酯键且在N端有脂肪酸链，这些化合物表现出广泛的生物活性，包括抗病毒、抗菌和抗肿瘤活性。KahalalidesA～F、K以及O～Q为环酯肽，Ka— halalidesG、H以及J为线性肽。KahalalidesA、B和F已经被化学合成[2”25|。其中KahalalideA显示抗结核杆菌的活性，12．5肚g·mI。_1时能够抑制83％的M．Tuberculosis生长[26|。KahalalideE表现出可选择地对抗Ⅱ型单纯疱疹的活性。此类化合物中最具前景的是KahalalideF，表现出显著的细胞毒性，对人体结肠癌和肺癌细胞具有很好的活性，目前正处于前列腺癌和乳腺癌的临床Ⅱ期试验阶段，并作为药物已在西班牙进入了临床Ⅱ期试验，将是治疗肝癌的新型药物。KahalalideF通过扰乱溶酶体膜导致大空泡的形成，具体作用机理可能是模拟细胞坏死，而不是细胞凋亡过程。此外，最近研究发现，KahalalideR对MCF7乳腺癌细胞具有与KahalalideF相当或更好的细胞毒性‘27I。软体动物中提取的抗肿瘤环酯肽的结构式见图3。1．4尾索动物海鞘类(Ascidians)生物是种类较丰富的被囊动物，广泛分布于世界各个海域。海鞘中含有许多重要的生理活性物质，是除海绵外人类获取具有显著生理活性物质的重要生物资源。首个具有抗肿瘤活性的环酯肽Ulithiacyclamide就是从海鞘Lissoclinnum pa— tella中分离得到的。膜海鞘素是1981年从海洋被囊动物膜海鞘中分离发现的抗肿瘤活性成分，属于环酯肽类化合物。目前，已发现的膜海鞘素有10个以上。Rinerhart等从加勒比海海鞘Trididenum sp．中分离得到5种具有抗肿瘤活性的环酯肽DidemninsA～E，其中Dide— minsA～C在体内外都具有抗病毒和抗肿瘤活性，研究最多的是环七肽DidemninB[28I，它既能抑制蛋白质的合成，也能抑制DNA和RNA的合成。研究DidemninB对黑色素瘤B16细胞周期作用表明，它可杀伤各期细胞，尤以G，至S期细胞敏感。DidemninB对L一1210细胞的IC5。值为1×10～扯g·mI。，对P一388白血病细胞的IC。。为7．5×101／zg·mL一，对乳腺癌、卵巢癌具有明显的抑制活性。良好的体外和体内生物活性使Didemnins成为美国率先进入抗肿瘤临床研究的海洋天然产物，但其对变态前列腺癌、子宫颈鳞状细胞癌、骨髓癌和卵巢癌等疗效欠佳并有明显的恶心、呕吐等副作用。为此，Rinehart对DidemninB及其类似物进行了合成、结构修饰和构效关系等系统研究，发现DehydrodidemninB的活性比DidemninB强6倍，并且毒性较小，这为抗肿瘤药物的开发提供了有利的条件。该药在欧洲及美国已完成了临床Ⅱ期试验，最有希望开发成治疗癌症的新药。海鞘中提取的抗肿瘤环酯肽的结构式见图4。2海洋抗肿瘤环酯肽研究的展望海洋是一个蕴藏着许多生物活性物质的宝库。地球上的生物资源有约80％存在于海洋，其中约有50万种动物、余种植物，因此开发海洋环酯肽类药物大有可为。尤其是许多含噻唑和噫唑环的化合 m之。弘一协，N魏婷婷等：海洋抗肿瘤环酯肽的研究进展／2011年囊5翻————————————————————————————————__OOMeN～碍凡onH人3图3软体动物中提取的抗肿瘤环酯肽的结构式Fig．3Structural formula of the antitumoral cyclodepsipeptides extracted from mollusks nA：R2HOH n吣=弋日扩℃图4海鞘中提取的抗肿瘤环酯肽的结构式Fig．4Structural formula of the antitumoral cyclodepsipeptides extracted from ascidians物，结构特殊，与氨基酸、蛋白质和杂环化合物都有关系，与迄今所有使用的抗肿瘤药物结构类型都不相同，其抗肿瘤活性更为强烈，已构成了一类完全新型、有前景的抗肿瘤物质，对海洋环酯肽进行系统研究，有望就其抗肿瘤机制和构效关系取得突破性成果。目前，用于研究的海洋生物仅几千种，研究主要集中于海绵、海鞘和部分藻类等少数几类生物，海洋抗肿瘤环酯肽的开发与研究还有着巨大潜力。由于海洋抗肿瘤环酯肽在具有明确抗肿瘤活性的同时，也存在一定的毒副作用，难以在临床上直接使用，同时环酯肽类化合物的人工合成技术日臻成熟口9~31]，因此，通过从海洋生物中筛选出高活性的先导环酯肽类化合物，然后人工合成或利用生物工程技术大量培养繁殖高活性环酯肽类化合物，从中开发出抗肿瘤药物，将是海洋抗肿瘤环酯肽研究的热点领域和发展的主要方向。参考文献：[1]LueschH，YoshidaWY，MooreRE，et a1．Total structure deter— mination of apratoxinA，a potent novel cytotoxin from the marine cyanobacteriumLyngbya rnajuscula[J]．AmChemSoc，2001，123(23)：5418—5423．E2]MaDW，ZouB，CaiGR，et a1．Total synthesis of the eyclodep sipeptide apratoxinA and its analogues and assessment of their bi— ological activities[,J]．ChemEur，2006，12(29)：7615-7626．[3]ShenSS，ZhangPT，LovchikMA，et a1．Cyclodepsipeptide tox— in promotes the degradation ofHsp90 client proteins through chaperone—mediated autophagy[J]．JCellBiol，2009，185(4)：629—639．[4]LueschH．YoshidaW，MooreR，et a1．New apratoxins of marine cyanobacterial origin from guam 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