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人工纳米红细胞：提高化疗免疫疗效的药物递送载体: nanomicrolett 2020-6-11 23:04; Artificial Nanoscale Erythrocytes from Clinically Relevant Compounds for Enhancing Cancer Immunotherapy Wenquan Ou, Kang Sik Nam, Dae Hoon Park, Jungho Hwang*, Sae Kwang Ku, Chul Soon Yong, Jong Oh Kim*, Jeong Hoon Byeon* Nano‑Micro Lett.(2020) 12:90 https://doi.org/10.1007/s40820‑020‑00428‑y 本文亮点 1. 设计了一种两相同轴电喷雾法制备紫杉醇负载的假血细胞微粒。 2. 联合抗程序性死亡配体1抗体(Eu-FBCP/PTX+aPL)可进一步提高化疗免疫疗效。内容简介目前，临床批准的聚合物药用树脂-聚丙烯酸树脂(Eudragit )作为仿生纳米系统，可有效地携带抗程序性死亡配体(PD-L1)的抗体(aPL)。本研究开发了一种气-液两相电喷雾，在喷雾的机械参数和电气参数平衡的情况下，可以连续产生仅由临床相关化合物组成的仿生纳米系统，此系统为实现临床转化的化学-免疫治疗纳米系统的发展提供了一个概念上的飞跃。Eu-FBCP/PTX纳米系统表现出吞噬和大胞饮的细胞摄取行为；在没有和存在抗PD-L1抗体的情况下，比类似大小的负载PTX的球形Eu颗粒(Eu-s/PTX)在化学-免疫治疗中具有更好的疗效。图文导读 I 制备和表征采用气泡压缩法生成Eu-FBCP/PTX的凹面结构。所设计的两相电喷雾成功地制备了凹形结构，这意味着干燥Eu溶质的气泡压制可以克服粘性力和表面张力(最好形成球形)而产生各向异性形状。用Cy5.5标记的纳米系统孵育MC-38和B16BL/6肿瘤细胞，来检测Eu-FBCP/Cy5.5和Eu-s/Cy5.5之间的细胞摄取差异。结果显示，Cy5.5标记的Eu(RL)纳米系统在MC-38和B16BL/6细胞中的细胞摄取量均显著低于Eu-FBCP/Cy5.5或Eu-s/Cy5.5的细胞摄取量。Eu-FBCP/PTX的粒径平均为320.8nm。Eu-FBCP/PTX纳米系统在48小时内的分散具有时间依赖的缓释特性(匹配HIGUCHI模型)。图1. 空气(内喷嘴)-液体(外喷嘴；乙醇中的Eu/PTX)两相电喷雾示意图。它可以在电(BE)和机械(CaRe)参数之间的平衡下，利用Eu/PTX熔体在干燥液滴中的气泡加压产生凹面(模仿血细胞形状)颗粒(Eu FBCP/PTX)，用于联合抗程序性死亡配体1(PD-L1)抗体(aPL)的化学免疫治疗。使用单相(仅适用于Eu/PTX溶液)电喷雾产生类似大小的球形颗粒(Eu-s/PTX)，以便在不存在aPL的情况下进行比较。图2. PTX不存在时Eu-FBCP和Eu-s的表征。a，b Eu-s/Cy5.5和Eu-FBCP/Cy5.5的高、低倍扫描电镜图像。通过控制乙醇溶液中Eu的浓度，在不向内喷嘴喷射空气的情况下，制备了尺寸相近的Eu-s/Cy5.5。c-f FACS结果(n=3；荧光曲线和平均荧光强度 )用于比较电喷雾中添加Cy5.5后Eu-FBCP和Eu-s之间MC-38(c，d)或B16(e，f)细胞的摄取，以检查Eu-FBCP因凹形而产生更好的摄取。该分析包括Eu-RL，以确认Eu-RS和Eu-RL之间的吸收差异，为选择Eu-RS提供依据。g Eu-FBCP/PTX在PBS(嵌入数字图像)中的DLS尺寸分布和PDI。h，i Eu-FBCP/PTX的高、低倍扫描电镜(h)和透射电镜(i)图像。j Eu-FBCP/PTX在DW、PBS或RPMI+10%FBS中分散8h后的典型TEM图像研究不同介质的水动力稳定性。k在pH6.5或pH7.4(n=3)条件下，从Eu-FBCP/PTX中释放PTX 48小时。i Eu-FBCP/PTX和Eu-s/PTX以及游离PTX和Eu(RS；电喷雾前)的XRD谱图，考察并比较Eu和PTX的掺入情况。m 用不同浓度的Eu-FBCP/PTX或Eu-s/PTX(50-400μg mL-1)培养红细胞8小时后溶血结果(n=3；**p0.01 and **p 0.001)。 II 体外细胞活力与细胞摄取 MTT结果显示，Eu-FBCP和Eu-s(在没有PTX的情况下)均表现出高细胞活性(95%)，而游离PTX诱导剂量依赖性细胞毒性，显示出28.4μg mL-1的最大半数抑制浓度(IC50)。Eu-s/PTX，Eu-FBCP/PTX的最大半数抑制浓度分别为15.9和9.7μg mL-1，均显著低于游离的PTX。研究显示，Eu-FBCP/Cy5.5的细胞摄取较Eu-s/Cy5.5增加了3倍且Eu-FBCP/Cy5.5主要通过吞噬和大胞饮途径进入细胞。图3.Eu-FBCP/PTX处理MC-38细胞的体外生物测定结果及可能机制。(**p0.01 and **p0.001)。a 用Eu-FBCP/PTX或Eu-s/PTX处理MC-38细胞24小时，以及游离PTX和单个Eu-FBCP或Eu-s(n=6)。b，c 比较Eu-FBCP/Cy5.5和Eu-s/Cy5.5细胞摄取的FACS结果(n=3；荧光谱和MFI)。d，e FACS结果(n=3；荧光谱和MFI)用于比较不同抑制剂(包括低温条件)预处理对Eu-FBCP/Cy5.5细胞摄取的影响。f 不同抑制剂预处理细胞并随后与Eu-FBCP/Cy5.5孵育的摄取途径的机制示意图。 III 细胞周期与凋亡 Eu-FBCP/PTX诱导85.4%的细胞凋亡(早期和晚期：Q2+Q3)，比Eu-s/PTX诱导的细胞凋亡率高16.8%。线粒体膜电位 (Δ Ψ m)的丧失是Cyt c从线粒体向胞浆转运的重要标志，是凋亡程序的开始。Eu-FBCP/PTX纳米系统较其它药物组有更强的线粒体损伤效果。图4. 不同组别的MC-38细胞的体外细胞周期和凋亡分析(1:对照，2:游离PTX，3:Eu-s/PTX，4:Eu-FBCP/PTX)。a 不同处理(1-4)的细胞周期分析结果。Brdu和PI用于计算细胞周期中每个阶段(G1、S或G2/M)的细胞分数。b，c 使用Annexin V-FITC/PI试剂盒(n=3)对24小时治疗(1-4)的凋亡情况和量化数据进行分析。d，e 处理24小时后，细胞的 FACS曲线和JC-1染色的量化数据显示(1-4)细胞(n=3)线粒体膜电位的变化。f，g p53、Bcl-2、Bax、Cyt-c、裂解caspase-9和裂解caspase-3在治疗细胞(1-4)中的代表性表达。h 基于表达(f, g)的治疗细胞(1-4)凋亡的可能机制示意图。i 处理后活/死细胞实验的代表性显微镜AO/PI染色细胞图像(1-4)。 IV 免疫原性细胞死亡诱导的免疫反应 PTX可以通过释放肿瘤抗原，如HMGB1、CRT和ATP，从死亡细胞表面诱导免疫原性细胞死亡(ICD)。HGMB1和CRT的分泌是促使树突状细胞(DCs)成熟并引发ICD的关键因素。用Eu-FBCP/PTX处理细胞后，HMGB1和CRT的表达要远远高于Eu-s/PTX组或者游离的PTX组。这些分子作为DC成熟的辅助刺激物，诱导了85.6%的成熟DC，比Eu-s/PTX(63.7%)诱导的成熟DC多21.9%，比游离PTX(42.3%)诱导的成熟DC多2倍以上。这些结果显示，Eu-FBCP/PTX处理细胞后能最大限度地提高CRT和HMGB1的表达，促进DCs的成熟和IFN-γ+CD8+T细胞的活化。图5. 不同方法处理后，对MC-38细胞进行体外生物测定，以检测ICD诱导的的DC细胞成熟和CD8+T细胞活化。1:对照组，2:游离PTX，3:Eu-s/PTX和4:Eu-FBCP/PTX)。a 治疗组(1-4)HMGB1和CRT的代表性表达，显示ICD的诱导。b 处理细胞后(1–4)CD11c+–CD86+(作为DC成熟的指标)通过产生的TAA来识别DC的成熟。c CFSE-IFN-γ检测CD8+T细胞的增殖和活化。d 处理细胞后(1-4)活化的IFN-γ+CD8+T细胞。 V 体内分布小鼠静脉注射12h内，肿瘤部位的荧光强度逐渐增加，24h后荧光强度开始降低，其中，注射Eu-FBCP/Cy5.5组的肿瘤部位荧光强度是Eu-s/Cy5.5组的1.76倍。图6. Eu-FBCP/Cy5.5(或Eu-s/Cy5.5)的体内生物分布及不同处理(1:PBS，2:游离PTX，3:Eu-s/PTX，4:Eu-FBCP/PTX，5:aPL，6:Eu-s/PTX+aPL，7:Eu-FBCP/PTX+aPL)的抗肿瘤免疫反应。a 体内处理后，使用动物成像系统获得浓度范围为1.5625至50.0000微克/毫升的荧光Cy5.5的校准曲线。b 荧光时间影像(0、4、8、12和24小时)检测Eu-FBCP/Cy5.5和Eu-s/Cy5.5以及游离Cy5.5在静脉注射后的肿瘤蓄积情况。c 不同时间点的Cy5.5在肿瘤中的分布。d，e 静脉注射24小时后小鼠主要器官和肿瘤的典型荧光图像和量化数据。f 不同处理方法静脉注射树突状细胞瘤内成熟(1-7)(n =6; *p 0.05,**p 0.01, and ***p 0.001)。g 药物处理后CD4+–CD8+T细胞浸润到肿瘤微环境中(1-7)。g，i 药物处理后肿瘤内浸润CD8+T细胞CD8+–颗粒酶B+和CD8+–IFN-γ+水平图(1-7)。 VI 体内抗肿瘤免疫治疗为了证实Eu-FBCP/PTX纳米系统在ICD诱导的免疫治疗中的重要作用，进一步构建了相关的体内模型，以检测在aPL不存在和存在的情况下，DCs的成熟和抗肿瘤IFN-γ+CD8+T细胞的活化。实验结果显示，EuFBCP/PTX诱导的ICD可增强aPL的抗肿瘤免疫反应，诱导大量活化的CD8+T细胞对抗MC-38肿瘤。 VII 体内联合抗肿瘤作用受Eu-FBCP/PTX与aPL联合激活抗肿瘤免疫反应的启发，对MC-38荷瘤免疫活性C57BL/6小鼠进行了联合治疗的疗效评价。在没有aPL的情况下，Eu-FBCP/PTX和Eu-s/PTX可以提高PTX的疗效并适度地抑制肿瘤的生长。而Eu-FBCP/PTX + aPL可以显著地抑制肿瘤的生长，并且给药后对小鼠的体重基本无影响，较其它实验组的小鼠的寿命更长，证实了此纳米系统较好的疗效和生物安全性。进一步的实验验证了此系统中，ICD的诱导和抗肿瘤免疫应答在治疗中的重要作用。图7. Eu-FBCP/PTX和Eu-s/PTX在aPL缺乏(诱导化学ICD)和存在(增强免疫抗肿瘤活性)情况下的体内抗肿瘤作用(*p 0.05, **p0.01, and ***p 0.001)。a 不同处理(1:PBS、2:游离PTX、3:Eu-s/PTX、4:Eu-FBCP/PTX、5:aPL、6:Eu-s/PTX+aPL和7:Eu-FBCP/PTX+aPL)体内抗肿瘤研究的实验时间表示意图。b, c从治疗小鼠(1-7；每组6只)收集的肿瘤大小和肿瘤最终重量的时间分布。d治疗小鼠的存活曲线(1-7；每组10只)。e在从治疗小鼠(1-7只，每组6只)获得的肿瘤切片中，切割的caspase-9、切割的caspase-3、CD8+和肿瘤坏死因子的组织病理学和免疫组化表达。f用PBS(正常)、IgG抗体(Iso-Ab)、CD4抗体(CD4-Ab)、CD8抗体(CD8-Ab)和CD8+CD4抗体(CD4+CD8-Ab)预处理后免疫细胞生成，构建免疫组化MC-38荷瘤小鼠模型。g, h单独用Eu-FBCP/PTX+aPL或Eu-FBCP/PTX治疗的免疫组化小鼠(每组6只)的肿瘤大小和最终肿瘤重量的时间分布。i单独用Eu-FBCP/PTX+aPL或Eu-FBCP/PTX治疗的免疫复合小鼠的存活曲线(每组10只)。图8. 通过将Eu-FBCP/PTX与aPL结合，从Eu-FBCP/PTX诱导的ICD中促进疗效的可信模型示意图。Eu-FBCP/PTX通过吞噬和大胞饮作用进入肿瘤细胞释放PTX，诱导细胞周期G2/M期和内源性凋亡。凋亡癌细胞释放HMGB1和CRT，促进DC成熟和CD8+T细胞活化。Eu-FBCP-PTX诱导的ICD进一步促进了aPL的疗效，其仿生性能优于Eu-s/PTX。作者简介 Jeong Hoon Byeon 助理教授 Yeungnam University ▍ 主要研究领域气溶胶自组装“Byeon-Roberts方法”、纳米超声火焰(NSUF)合成和气相光跟踪器制造。这些技术分别用于制备生物功能纳米材料、钙钛矿基纳米复合材料和量子/荧光纳米点。 ▍ 主要研究成果发表99篇国际期刊文章，有20项申请专利和62项注册韩国专利，3项(美国)注册专利和4项(美国)+17项(PCT)申请专利。 ▍Email: postjb@yu.ac.kr ▍课题组主页: http://postjb11.wix.com/jeonghoonbyeon Jong Oh Kim 教授 Yeungnam Univeristy ▍ 主要研究领域纳米药物，纳米颗粒，药物递送系统，抗肿瘤。 ▍Email: jongohkim@yu.ac.kr Jungho Hwang Yonsei University ▍ 主要研究领域热能工程，可再生能源技术和环境保护，能量转换，气溶胶科学与技术等。 ▍Email: hwangjh@yonsei.ac.kr ▍个人主页: https://www.researchgate.net/profile/Jungho_Hwang/amp 撰稿：《纳微快报》编辑部编辑：《纳微快报》编辑部关于我们 Nano-Micro Letters是上海交通大学主办的英文学术期刊，主要报道纳米/微米尺度相关的最新高水平科研成果与评论文章及快讯，在Springer开放获取（open-access）出版。可免费获取全文，欢迎关注和投稿。 E-mail： editorial_office@nmletters.org Tel： 86-21-34207624; 4621 次阅读|0 个评论

一个关于化学探针的故事: 热度 1 wfangimm 2019-10-26 16:10; 昨天，我收到 Nature Materials 的通知，一名荷兰合作者题为 “Taxanes convert regions of perturbed microtubule growth into rescue sites” 的论文刚刚被接受。该文是一篇基础生物学文章。作为一名化学工作者，我的贡献是提供了供该研究使用的小分子探针，而且不谦虚地说探针（结构如下图中的 3a ）在其中还起了不小的作用（从用这个探针做了哪些工作可以看出，有兴趣的可以自己去看）。说起探针合成，当初是因为发现了高亲和力紫杉烷，对耐药肿瘤细胞有明显强于紫杉醇的作用（ Chem Biol 2008 ），而我在西班牙的合作者 Dr. Diaz 与化学家不久前合作制备了荧光探针 Flutax-1 （结构为下图中的 2a ， Angew Chem 2005 ），就想这种分子是否能进一步在生物学研究中发挥作用。我询问合作的 Dr. Diaz 是否对此有需求，他说有，于是我就合成了如下图 3a, 3b 和 4 三个基于高亲和力的紫杉醇类似物的荧光探针（ Bioorg Med Chem Lett 2009 ）。不过遗憾的是， Dr. Diaz 此后一直未使用该探针，或者试过但不好用，总之这些探针是被 “ 深锁宫中 ” 。有意思的是， 2017 年 Angew Chem 又出现了美国学者的一篇基于紫杉醇的荧光探针文章。文中声称，针对已有商业化探针 Flutax-2 和其他基于紫杉醇的荧光探针的缺点，主要是脂溶性和紫杉醇差别较大、不能准确反映紫杉醇的性质，以及原有的荧光探针不适用于细胞成像，合成了如下 1-3 的荧光探针，比较了它们与微管的结合、细胞水平的作用，优选探针 1 用于生物学研究，特别是细胞成像。这篇论文引发我的困惑：该文工作深度与我们的 Bioorg Med Chem Lett 2009 论文深度相差不大，内容比我们较为全面，就能发在 Angew Chem 这种杂志上？从化学的角度我未能看出其重要价值，于是询问生物学合作者，他说他也不明白。如果说按论文所述，这个系列的探针具有其他荧光探针都不具备的成像优势，而且这是其重要价值的话，那么我参与的即将发表的 Nature Materials 文章否定了这个说法。当然可以说 2017 年时作者的声称还是对的。另外要指出，我们在 Bioorg Med Chem Lett 2009 已给出了成像的照片，只是文中没有就成像问题单独予以探讨。虽说我在很多场合批评过单纯以文章 IF 来评价业绩的做法，但在这篇博文里还是流露出对 IF 的“特殊感情”。没办法，咱也是俗人一个，还做不到云淡风轻。或者说，对文章的 IF 我可以云淡风轻，但由此的评价差别却让我心有不甘。作为该论文一个“三不沾”的作者（就是非第一、通讯作者，非第一完成单位的意思），我的心情有点复杂：一方面为合作者在这个高 IF的Nature 子刊上发文，而作为合作者我也能分享这项工作的荣誉感到高兴；另一方面，“三不沾”署名位置注定让我在现行的评价体系里不可能沾什么光（如果想沾的话）。至于参与人数较多的大课题中怎么评价第一、通讯之外作者的贡献，是一个大话题，也和本文不够切题，就不谈了。好了，一个关于化学探针的故事讲完了。也许不同的人能从中读到不同的东西吧！; 个人分类: 药学研究|10672 次阅读|1 个评论

红豆杉产业发展建议: 热度 1 ciccasduanhq 2018-10-29 08:57; 红豆杉以其高经济效益、社会效益、生态效益吸引了产业界广泛关注。红豆杉产业正成为一些地方大力发展的产业之一。注重科技、经济投入，理清发展思路，明确发展方向，对于红豆杉产业的发展具有重要意义。一、红豆杉产业概述红豆杉已有万年的历史，是植物中的活化石，素有“植物黄金”、“植物大熊猫”之称。红豆杉属红豆杉科，常绿乔木，高 5-15m 。树皮呈红褐色，种子呈扁卵形或倒卵圆形，有杯状假种皮，呈红色，长约 5 毫米。我国有东北品种、南方品种、云南品种和西藏品种等。红豆杉浑身是宝，但野生红豆杉受国家珍稀濒危一级保护，未经批准不能采，不准用。人工培育红豆杉成为红豆杉工业原料的唯一来源。红豆杉生长周期长，投资大，回收慢，形成规模化的产业需要投入大量资金，规模小没有经济价值，投资过大回收慢，企业承受不了，在很大程度上阻碍了红豆杉产业的发展。近年来，由于采种、繁殖、培育技术的不断成熟，精深加工技术的不断突破，特别是紫杉醇提取纯化技术的突破，让红豆杉身价陡增。目前，红豆杉的绿化树苗已成为园林景观工艺的贵族，正在加速进入各大城市的绿化区；红豆杉盆景苗是各地盆景市场的宠儿；野生红豆杉观光更是旅游市场的稀缺产品；用红豆杉木材制成的一个茶杯或相同材积的一件工艺品价值近千元；红豆杉茶、红豆杉果酒、红豆杉保健枕、红豆杉保健被等市场销量越来越大；紫杉醇更是国际市场上的抢手货，高纯度紫杉醇的价格达每公斤超过 200 万元。红豆杉产品的消费热度在不断升温，市场需求在迅速扩大，发展红豆杉产业适逢其时。 1 、种苗产业根据下游需求，主要分三大方向：用材林良种选育、绿化苗和盆景良种选育以及药用林良种选育。红豆杉种苗产业主要是培育良种壮苗，供应下游应用栽培及产业化经营。 2 、盆景、绿化产业红豆杉整体树形优美，成熟的种子假皮柔软鲜艳，一般呈红色，红豆杉在光合作用中分泌释放能释放净化空气的碱性气体，长期应用可起到养身保健作用，是高品质的观赏树种，且有独特的盆景观赏价值，红豆衫盆景在矮化处理后，其造形典雅，枝叶紧凑，其独有的红茎、红枝、绿叶、红豆使其具有多重观赏价值。红豆杉深受广大群众喜爱，作为国家一级保护植物，它四季长青，南北适宜，不会出现冬天枯叶乱飞、树枝光秃的现象，更不需要任何农药，所以不会产生二次污染；它有着鲜明的外在美，树冠饱满、主枝明显，株形耐修剪，尤其在秋冬季节，红果满枝，晶莹剔透，是极好的观赏植物。 3 、康养休闲旅游观光产业有关环境监测报告证明，红豆杉能吞噬室内 90% 的苯、 96% 的一氧化碳、 86% 的甲醛和过氧化氮以及尼古丁等有害气体，具有极强的净化空气功能和光合作用能力，全天候释放氧气，并含有紫杉醇、紫杉碱等抗癌物质，长期呼吸红豆杉生长过程中散发出的气体，可以清新空气、杀死病菌、驱除蚊虫，从而改善人的生理代谢功能，调节心绪。 4 、生物医药产业红豆杉较高的药用价值使其受到诸多关注。在消积、利尿、消炎以及通经等方面，红豆杉具有较好的疗效，在我国，它是传统的中药材。我国的医学名著《本草纲目》中曾记载，红豆杉可治疗霍乱、伤寒并且排毒。中国古代的《本草推新》也早有记载，“紫杉”可入药，“用皮易引起呕吐，用木部及叶则不吐，且利尿、通经，治肾脏病、糖尿病”。红豆杉成为“轰动世界的药用植物”始源于上个世纪 70 年代，当时的医药科学研究者发现紫杉醇——这种从红豆杉的树皮和树叶中提取出来的成分对于抑制肿瘤细胞的增生和繁殖具有较强的疗效，紫杉醇因而被誉为“植物黄金”，是新一代抗癌效果最好的药物。 1992 年，紫杉醇做为治疗晚期卵巢癌的新药被美国的食品药物管理局批准上市。美国国家肿瘤研究所已经证实了紫杉醇可以治疗多种癌症，对于乳腺癌、卵巢癌、肺癌、食道癌及结肠癌的治疗效果优于现有很多的抗癌药物，其治疗的总有效率能够达到 75% 甚至更高。紫杉醇存在于红豆杉的根部、树皮、嫩枝及针叶中。从植物中提取紫杉醇虽较为直接，但因红豆杉资源极其紧缺，因此现阶段急需通过现代科技手段，以不同途径来高效获取紫杉醇。化学合成紫杉醇虽产物纯度较高，但合成路线极其复杂，且成本极高，而真菌发酵获取紫杉醇因菌种的分离及保存难度较大也限制了其应用，细胞培养提取紫杉醇以其成本低、操作难度小、适合规模化生产等诸多优势而越来越受到诸多学者的青睐。以提高紫杉醇产量为目的，通过对其愈伤组织的诱导，高产细胞株系的筛选，最后建立起了细胞悬浮体系，并通过添加不同种类、浓度的代谢调节因子提高紫杉醇的产量，旨在为豆杉细胞培养生产紫杉醇的规模化、商业化生产提供技术支持，使细胞培养生产紫杉醇的工业化生产正在成为现实。提取紫杉醇后剩余的红豆杉树叶提取浸膏进行再提取，制备植物源抑菌剂，不仅具有光谱抗菌的活性，同时还对糖尿病足的康复具有独到的功效。红杉醇也成为红豆杉药用成分的又一热点。近年，又发现红豆杉科植物所含红杉醇有降血糖的作用。临床的生物实验表明，红杉醇降血糖的效果十分明显，其作用机理和目前上市的治疗糖尿病的药物不一样，它可以把糖尿病人身体内被破坏的胰岛系统恢复，有望被开发成治疗糖尿病的药物。红豆杉提取物中紫杉碱Ⅱ、紫杉素、双萜类化合物等的高价值生物医药开发。 5 、其他（ 1 ）红豆杉根际漆酶菌株培养及产业化开发漆酶是最早被人类研究的酶之一，主要是因为它有多种工业用途，例如在生物漂白、生物降解、污染物降解、工业印染废水处理、生物监测等方面被广泛的应用。它是一种含铜的多酚氧化酶，催化底物广泛、催化效率高且无二次污染，可以催化降解不同种类的有机化合物。如： 1 ）利用漆酶处理麦草化学浆的漂白废水，试验发现在漂剂用量相同的条件下，和原浆漂白废水相比利用漆酶处理浆次氯酸盐单段漂废水的 COD 下降 60% ，其中 CEH 三段漂废水比原浆漂白废水 COD 的总负荷下降 25% ，其他污染指数也明显降低； 2 ）果汁和啤酒等液体饮料在贮存期间由于其中含有芳胺或酚类物质通常会出现沉淀或者混浊的现象，而漆酶能够去除其中的酚类物质，用其预先处理麦汁则能够大大提高啤酒的透明度和质量； 3 ）如果预先用固定化后的漆酶处理苹果汁等饮料则能够达到去除其中含有的酚类物质的目的，同时能够使果汁保持澄清的状态，长期贮存； 4 ）葡萄酒加入漆酶后能增加其稳定性同时减少二氧化硫的使用量； 5 ）在烘焙工业中面筋的筋度是烘焙制品的关键，加入漆酶可以使面筋中的蛋白质的琉基氧化为二硫键使面筋蛋白发生交联，从而改善面筋的强度，增加面筋的筋力，提高烘焙制品的口感。 6 ）在染整加工前为了去除包含木质素、果胶等杂质需要经过脱胶处理麻类纤维。与传统的化学法脱胶相比，由于漆酶能够氧化降解木质素用漆酶的方法不会对纤维造成过多的损失，同时还能保护够环境。 7 ）红豆杉树的叶中所富含的鞣质，可是细菌炎症的克星，若是将叶制茶或是磨粉饮食，淡红的茶色，沁人的芬芳，不仅口感佳，而且益处多。漆酶是一种以单蛋白体形式存在的糖蛋白。不论来源于真菌还是细菌，其本质上都是一种胞外分泌的酶。在自然界中，漆酶大部分分布于植物、真菌中，细菌和昆虫中只有少部分漆酶存在。尽管在自然界中漆酶分布十分广泛，但目前被筛选出的酶活高、生长旺盛和降解能力强的漆酶菌株并不多，远远达不到工业应用的漆酶需求量。因此，能够从多重资源中筛选出漆酶高产菌株是一项具有重要现实意义的工作。真菌漆酶具有来源途径多、纯化分离简单、培养条件易于操控、酶活力高和用途广泛等特点。从以红豆杉为主的药用根际土壤中筛选分离产漆酶菌株，是发现高产漆酶真菌的重要来源之一。（ 2 ）红豆杉提取紫杉醇后的残渣中还含有多种成分的天然色素，可以被提取利用。二、红豆杉产业有哪些文章可做？目标：规范化种植，产品链延伸梯次发展，充分发挥产业集群效益。（一）制种、繁育和栽培及苗木交易尽管对红豆杉的种植培育技术投入了大量的资金和人力物力，但红豆杉的种植技术仍然不够成熟，尚处于摸索阶段，使得国内对红豆杉幼苗的供应相当匮乏。大部分的幼苗仍然需要从国外进口，从而导致红豆杉的规模种植受到了极大的影响。因此，加强对红豆杉种植繁育栽培技术的开发，提高红豆杉幼苗的供应，不但可以缓解市场对红豆杉种植的需求，而且还能产生巨大的经济效益。由此，可以从以下几个角度来组织与实施： l 建设红豆杉优良种植资源收集区，建立红豆杉种子园。 l 建立国家级红豆杉种质基因库和选种育种基地、国家相关项目实验室和博士（后）科研工作站。 l 以红豆杉合作社为基础，不断发展和壮大人工培植规模。 l 加强科研院所和企业的联合，采取合作共赢的方式，促进相关技术研发。 l 还可以，引进投资集团和个人投资者，搭建温室大棚，发展扩大景观苗木及盆景，大规模建设红豆杉园艺基地。 l 红豆杉菌根菌生物有机肥。菌根研究日益引起世界各国的普遍关注，尤其是最近 10 年来得到前所未有的发展。特别是分子生物学等技术的应用，使菌根研究呈现新特点，在此基础上建立发展起来的菌根生物技术，在引种、造林、植物根部病害防治、食用菌生产、生态修复等方面取得较好效果，许多国家已开始商品化生产菌根菌的接种剂，在生产和应用中都取得巨大的经济效益。可以预见，菌根技术必将成为红豆杉生产中不可缺少的一项技术。 l 从标准化培植入手，根据本地特殊情况，建立标准化培植体系，从红豆杉育苗、栽培技术等各个环节制定出适用于当地自然资源和气候条件的红豆杉种植技术规程，严格规程标准，包括种子采集与处理、苗木培育（实生苗、无性繁殖）、造林、施肥、抚育管理、主要病虫害防治等。为建立红豆杉工业原料基地提供重要保障。 l 建立红豆杉盆景交易市场，规范交易行为，引导苗木产业向税源型项目发展。（二）建设红豆杉展示厅。将红豆杉生长、培育、加工、药用、保健等用图文并茂方式展现出来，供公众参观学习、乃至教育培训与科普等。（三）建设红豆杉主题公园。选择适当人文景观为载体，以造型各异、品种齐全、美观精致为亮点，更多地赋予当代园艺艺术元素，打造一个标志性的红豆杉主题展示园。（四）创立国际红豆杉论坛。每年设立一个主题，邀请国际、国内知名红豆杉专家、知名红豆杉培育、加工企业代表和国家相关部门的领导参加论坛。（五）建设红豆杉康养特色小镇。如今，康养旅游已经成为我国旅游产业蓬勃发展的新业态，我国的康养旅游人群在快速增加，推动了大量以康养为主题的旅游特色小镇的形成。在各种特色旅游小镇中，“康养旅游者”与其它旅游者的需求存在明显差异。康养旅游者需要一个适宜养生的氛围，把红豆杉与当地文化氛围结合，是在发展旅游的前提下，将健康养生作为导向，充分发挥具有特殊功效的植物在景观营造、空气污染物净化、降噪、心情慰藉等方面的作用，创造康养氛围，并依此带动绿色、红色、古迹、温泉、民族风情等旅游资源融合性开发。（六）生物医药方向。从国际市场看，紫杉醇产品近几年一直保持着 20% 的增长率。目前全球紫杉醇贸易额一直保持在 15 亿美元以上。从国内市场看，中国的紫杉醇原液产量虽然有 50 公斤左右，却只有很少一部分用于国内的患者，主要出口到欧洲、美国和日本。由于中国是人口大国，国内的紫杉醇需求量，保守估计每年应该在 1000 公斤以上，所以就目前的原料来源和紫杉醇医药产品，还远不能满足国内市场的需要。因此，建设紫杉烷类抗肿瘤药物及靶向药物生产基地，生产成品药 ( 制剂 ) ；从事紫杉烷类原料药和医药中间体的研发、生产、销售。其他高价值提取物及保健品的开发具有广阔前景，蕴藏巨大商机。利用红豆杉枝、叶、根等部位进行提纯紫杉醇，国内外学者进行的大量研究与实验，已获得不少成果。但我国在发展红豆杉产业的过程中，对紫杉醇的提纯技术依然还不能充分掌握，亦无法应用到现实生产中去。加之掌握紫杉醇提纯技术的药品生产企业不多，且提纯技术也不够成熟，即便依靠这些药品企业，也只能进行紫杉醇的粗提纯加工，大量的精提纯还得运往国外进行加工，从而阻碍红豆杉药用产业的发展。因此，继续加强对红豆杉提纯技术的开发研究，扩大紫杉醇的粗提纯企业数量，加强紫杉醇的精提纯技术的研究与推广，可以拉长红豆杉的种植业并带来更多收益。在发展红豆杉生物医药规模产业的同时，可以充分利用红豆杉特有的功效和作用开发相关的保健产品。如利用红豆杉枝叶制作的香包香枕对治疗失眠、颈椎、风湿等病情有极大的疗效，目前该类产品已经在市场推广并得到患者好评。同时，红豆杉绿茶、红豆杉果酒等有上市。红豆杉相关保健品的研发推广，不但可以缓解红豆杉产业周期长所带来的资金周转压力，而且可以带来巨大的经济收益，增强规模种植红豆杉的积极性。（七）建立红豆杉产学研专业化平台。网罗世界范围内红豆杉研发领域的科研人才、最新成果和红豆杉上下游企业供需等资源，建立信息交换和信息共享平台，主动引入国内外科研院所和高端企业，促进产学研互动对接，协助企业化解产品研发方面的各种困难与风险，并可引导企业参与国内外合作。（八）充分利用各类政策。红豆杉产业涉及农、林、医乃至康养旅游等产业，建设“多位一体”、生产生活生态同步改善、多个产业深度融合，培育宜居宜业的特色红豆杉产业集群，是我国今后一个时期农村发展的目标和重点。目前国家和地方均有对口政策，如，积极争取退耕还林成果巩固资金补助、换代接续补偿专项、国家中药现代化专项和国家扶贫专项扶持资金等。三、中科院红豆杉产业化科技资源 1、中科院亚高山植物园在重庆樵坪红豆杉种植示范基地。目前已建成 33.3 公顷独具特色的红豆杉生态植物园，并积累了红豆杉规范化种植、批量移栽、养护与管理全套作业技术体系。 2、掌握了红豆杉杂交育种技术，包括花粉采集、授粉、施肥、挂果、沙藏、播种、移栽等全套技术细节，简便易行。以南方红豆杉（生长速度快、紫杉醇含量低）与曼地亚红豆杉（生长速度慢，紫杉醇含量高）杂交，得到杂交后代，使其兼有双亲优势，有效解决红豆杉属植株种间花期不同步导致授粉育种困难、紫杉醇制药原料短缺等问题，获得杂交组合的 F1 代种子萌发率，可育率最高。 3、以东北红豆杉的工厂化快繁为目的，发展了系列东北红豆杉容器苗速生技术，包括补光方法、专用缓释肥、施肥与培育管理，获得繁殖技术的关键参数，建立简化工厂化繁殖技术体系。 4、系统地研究了我国红豆杉科植物的资源和次生代谢成分，阐明了其化学物质基础，发掘了一些新的资源，发现了系列新骨架及新类型化合物，发展了萜类化学，并开展了红豆杉属植物中紫杉醇及其衍生物多样性演化及制约因素等产业化导向的中试工艺试验。 5、中科院植物多样性与基因组学团队多年来一直致力于红豆杉属物种形成演化和保护遗传学研究。基于《中国植物志》，整合了植物学、分子生物学、生物信息学等现有优势学科力量，通过与生态学、自然地理学、植物化学、计算机科学等学科交叉，实现植物物种多样性研究标准化、信息化和动态化，满足我国生物多样性保护研究与资源持续利用需求。利用这一成果，在获得红豆杉木屑标本后，通过与其建设的标准数据库进行比对，可以很快鉴定出这些木屑大概生活区域，即采伐地。 6、利用红豆杉细胞诱导产生紫杉烷。将红豆杉细胞置于其常用培养基中培养，在进行细胞接种后，在细胞指数生长初期，于培养基中加入诱导剂（非生物诱导剂或真菌诱导子）、无菌吸附剂等，诱导产生了新的紫杉烷化合物。并因绝大部分紫杉烷类化合物外泌到胞外且被吸附到吸附剂上，因而大大简化了提取分离纯化的操作，从而降低了成本，易于实现工业化生产。 7、利用基因组工程技术改造汉逊酵母生产甘油和紫杉醇。在 N + 介导红豆杉全基因组转化多形汉逊酵母菌方面做了相关的研究，在寻求低能离子的最佳注入条件、酵母菌基因组的提取、同源基因的介导、异源基因的介导、工程菌的分离、鉴定等方面做了相应试验，为实现红豆杉药用植物活性成分的工业化生产奠定理论和实践基础。 7 、在天然紫杉醇烷类化合物的化学修饰，紫杉烷类化合物高通量筛选库构建、抗结核等各种疾病的研究及其标准品的生产工艺等方面积累了大批科研成果和科研团队。 8 、通过智能计算技术，来设计和指导生物催化反应，在世界上首次通过计算指导完成工业级菌株构建。该团队与企业合作，完成了千吨级抗肿瘤活性分子生物合成生产线建设，有望大幅降低紫杉醇生产成本。 9 、 “紫杉醇高分子辅料研究与开发”已经工业化。紫杉醇的化学结构具有高脂性，可溶解于有机溶剂而不溶于水。由于紫杉醇的水溶性差，而现行的紫杉醇制剂又存在很多问题，具有良好水溶性的紫杉醇新制剂一直是人们研究的热点。为了提高紫杉醇的治疗效果，解决现行紫杉醇给药方式中存在的副作用问题，该项成果探索了生物可降解聚合物包载紫杉醇制备的微球胶囊，用于抗癌药物的可控传送，具有增强药物疗效，减少毒副反应等优点。 10 、《聚合物载药纳米胶束体外释放度测试方法》（属于技术规范）由中国科学院提出，由国家纳米科学中心起草，旨在为聚合物载药纳米胶束体外释放度测试方法提供技术指导。该技术规范适用于负载常规亲水或疏水药物（如阿霉素、紫杉醇等非蛋白质类药物）聚合物载药纳米胶束的体外释放度测试。 11 、“改善肿瘤治疗效果的新型药物递释”项目首次提出并证明了纳米载药系统在细胞内快速释药更有利于杀死耐药肿瘤细胞；创新性设计构建了由转铁蛋白介导的 PEG 化聚氰基丙烯酸酯纳米载药系统递送紫杉醇（ ATN ）；设计构建了 PEG 化纳米载药系统用于蛋白 / 多肽类药物的有效递送，为蛋白 / 多肽类药物的高效递送建立了新方法；设计、合成了一系列全新结构的聚阳离子用于核酸药物的有效递送，在提高基因非病毒载体转染效率方面取得了突破性进展；率先用纳米递释系统改进抗结肠癌药物依立替康和抗乳腺癌药物多烯紫杉醇并实现转让，为新型药物递释系统向临床应用转化起到了引领和示范作用。该成果获得 2015 年中国药学会科技奖一等奖。 12 、中科院创新药开发团队通过载体的靶向设计，在降低甚至消除药物毒副作用方面实现根本性突破，并将药物定向地递送至病变组织或器官，实现真正意义上的局部靶向治疗。他们创新性的将紫杉醇以可生物降解的共价键链接在生物膜粘接剂上，定向粘接在癌细胞的细胞膜表面后，药物运输系统被快速运载到癌细胞内，并将药物释放，杀死癌细胞。在此基础上，对载体材料的进行体内外性能测试，为实现从基础研究向临床应用的转变奠定基础。; 5766 次阅读|5 个评论

悼念方起程研究员（医科院药物所）: 热度 6 wfangimm 2017-11-3 15:53; (1929.11.22 – 2017.11.2) 讣告我所植化室研究员方起程同志，因病医治无效，于2017年11月2日5时48分在北京友谊医院逝世，享年87周岁。方起程同志遗体告别仪式定于2017年11月8日上午9时在北京友谊医院医疗保健中心告别厅（地下二层）举行。特此讣告。所办公室 2017 年11月3日方老师在科研上的最大贡献，是主持了多个源于天然产物的新药创制：解痉药山茛菪碱，又叫654-2，是中国药典收载的药物，在临床上一直应用。该药的研发曾获得1981年国家发明二等奖。抗肿瘤药紫杉醇，获得国家科技进步三等奖。可能因为这算是跟踪性课题，获奖等级不高，但毫无疑问方老师对国产紫杉醇的问世是有重要贡献的。他主持的课题中药麻醉（致麻醉有效成分的研究）、硝酸一叶萩碱、葛根（愈风宁心片）、利用麦角菌生物合成法制取麦角新碱，都获得了全国科学大会奖。需要指出，从60年代中期开始科研因政治原因不能正常进行，因此1978年全国科学大会奖实际上是对过去约20年时间里中国各领域科研成果的一次确认。把高速逆流色谱( High Speed Countercurrent Chromatography ) 分离中草药成分的研究技术引入中国，并与人合作研制了有关的国产仪器。退休后仍致力于癌症光动力治疗和声动力治疗的敏化剂开发，其中一个候选药物已获临床批件。这是在只有一名助手、缺人缺钱的情况下，坚持数年取得的成绩，令我深感佩服。上面这些是他留给这个世界的贡献。相比之下，他曾获得的若干头衔乃至终身成就的奖项，倒显得不那么重要了（此处不再罗列，有兴趣可以上百度百科等地方去看）。我很感激他对我的指导，把我引上科研之路。我在医院病床前送别了他。他的遗容很安详，让我稍感安慰。这次他匆然离去，让我们做学生的感到遗憾的，是打算给他庆祝米寿而未得。当然这对他来说恐怕是小事，光/声敏剂的开发未竟才是心中之憾。希望我们这些后人能做些什么以告慰他的在天之灵。方起程老师，安息吧！后记：2017.11.7补发方老师的生平：方起程研究员生平.docx; 个人分类: 药学研究|6798 次阅读|6 个评论

微管系统的药物研究（一）：抗肿瘤与繁殖速度悖论: 热度 3 wfangimm 2017-10-2 13:55; 不久前一位同行向年轻人介绍我，说我以紫杉醇研究而出名。姑且不说这个所谓名气价值几许，事实上我确实从研究生阶段开始接触紫杉醇，此后花了十几年时间一直研究紫杉醇及其类似物，科研产出也多与此相关（除了另外两个靶点相对少量的工作，参见），所以被贴上 “ 紫杉醇研究者” 的标签也不意外。那就从紫杉醇开始今天的话题吧：紫杉醇（化学结构属于紫杉烷类）是一种抗微管药物，或者说作用于微管的分子（ microtubule targeting/associated agent, MTA ）。这类药物中在临床上应用的有：长春碱类（ vinca alkaloid ） 4 种和紫杉烷类（ taxane ）分子 3 种，还有与紫杉烷作用类似的埃坡霉素类（ epothilone ） 1 种，都是用于治疗癌症的。只不过长春碱类主要针对血液系统（非实体瘤），而紫杉烷和埃坡霉素针对实体瘤。还有一个美登木素（ maytansine ）衍生物 DM1 的抗体偶联物，用于肿瘤治疗。此外，还有秋水仙碱（ colchicine ），可用于治疗痛风。早期的细胞毒类抗癌药如 DNA 烷化剂等，被认为主要针对快速生长和分裂的肿瘤细胞（正常细胞繁殖速度较慢，被破坏较少）。这种杀敌一千、自损八百的做法虽能杀伤癌细胞，但对于同样快速生长和分裂的正常细胞（如骨髓、消化道和毛囊细胞等）也毫不留情，或者说缺乏选择性。这也是为什么细胞毒类抗癌药大多具有骨髓抑制、消化道损伤和脱发等毒副作用的原因。在白血病这类细胞繁殖速度极快的癌症治疗中，长春碱类 MTA 对肿瘤和正常细胞的区分仍旧沿袭了这个套路。不过要解释 MTA 的实体瘤治疗作用麻烦就来了：某些肿瘤特别是实体瘤对紫杉烷类 MTA 敏感，但肿瘤生长速度却很缓慢。按上述道理去推断，这类 MTA 对骨髓的损伤恐怕大于肿瘤，然而临床效果却并非如此。虽然 MTA 也有相当大的毒副作用，包括骨髓抑制、手脚麻木（对外周神经系统的毒性）等，但它们在有效剂量范围内确实能有效杀伤肿瘤。这就是所谓的繁殖速度悖论（ proliferation rate paradox ）。哈佛医学院的 Mitchison 尝试对这个谜题做出回答。他发现紫杉醇对动物体内肿瘤组织中细胞的杀灭，与对培养基中肿瘤细胞的杀灭颇为不同。动物体内仅有不到 1/4 与对培养基中肿瘤细胞的杀灭方式类似。基于他自己和其他实验室的有关结果，提出可能有 4 种 MTA 经典作用之外的途径：（ 1 ）在实体瘤中蓄积已知紫杉醇在胞内比胞外浓度可高出几十倍，通过蓄积可提高抗癌作用（与靶向给药能起到类似作用）。但紫杉烷为什么能蓄积？已知某些化合物能够在肿瘤中蓄积（例如卟啉类分子的蓄积，与肿瘤经无氧代谢产生的微酸环境有关），这种蓄积也可能与转运蛋白（ transporter ）的功能有关。不过，紫杉醇是外排蛋白 Pgp 的底物，应该是容易被排出而非蓄积。那么其理化性质如何影响在肿瘤细胞中的蓄积，难以理解。除偶然发现某种化合物的肿瘤蓄积作用之外，如何进行系统研究？怎么预测化合物能在肿瘤组织中蓄积？这类研究或许可以帮助提高细胞毒药物的选择性。（ 2 ）杀灭静止（肿瘤）细胞临床相关剂量下的紫杉醇只能杀伤有丝分裂期的癌细胞，而对静止期肿瘤细胞杀伤，有可能是通过影响的肿瘤微环境而产生的，也可能与某些肿瘤细胞更容易受细胞凋亡影响有关。有人提出 mitochondrial priming 方法，可以帮助在临床上更有效地进行化疗。对于 MTA 而言，肿瘤组织和正常细胞中的微管系统有何不同？有丝分裂期（ MTA 敏感）细胞和静止期细胞（也许还包括肿瘤干细胞）的微管系统有何不同？文献中对此较少关注。究竟是没人觉得重要，还是无从下手？对这个问题的解答，无疑有助于发展选择性更高的 MTA 。（ 3 ）杀伤其他非肿瘤细胞对内皮、基质等与肿瘤微环境有关成分的作用，可能有助于整体的抗癌作用，也可能解释 MTA 的抗血管生成作用的来源，以及部分化合物对肿瘤转移的作用。 MTA 对白细胞和巨噬细胞等免疫分子也有作用，但似乎更为复杂；不仅对抗癌有帮助，也可能会 “ 帮倒忙” 。以我自己对紫杉醇的结构修饰为例，尽管可以提高对肿瘤细胞的细胞毒和在整体动物水平上的抗癌作用，但也发现相应地提高了对免疫细胞（如 T 细胞）的细胞毒。这明显是人们所不乐见的，但如何消除这种无区分的作用尚不清楚。（ 4 ） “ 旁观者杀伤 ” （ bystander killing ）效应旁观者效应在肿瘤放疗中的作用已为人所知，也就是杀伤的（有丝分裂期）肿瘤细胞释放出的信号，可以导致周围细胞的损伤或杀灭。这一效应让人兴奋之处在于，对肿瘤细胞的杀伤可以通过正向反馈被不断放大（对此的实验证据支持还不够充分）。有人提出细胞毒药物通过 immunogenic cell death 也许是其最有效的作用方式，不过现实中抗癌药物能否达到这种效果尚不清楚。本世纪初以来以激酶抑制剂为代表的分子靶向抗癌药物逐渐在业界被广泛接受，加之 PD-1 抑制剂为代表的免疫系统药物在近年兴起，包括 MTA 在内的细胞毒类药物遇冷并不奇怪。不过，且不说激酶抑制剂和免疫系统药物仍有自身问题需要解决，细胞毒药物也仍能通过提高对肿瘤的选择性得以发展。例如，以作用于 DNA 的药物为例，通过靶向表观遗传有关途径（如 HDACi ）就大大提高了选择性。对于比 DNA 作用药物更具选择性的 MTA ，也应通过增加基础研究，找到提高其对肿瘤作用选择性的方式。如何利用抗微管药物的多靶作用（特别是实现针对特定靶点产生所需要的作用），应是在此过程中值得探索的领域。参考文献： 1. T. J.Mitchison. Mol Biol Cell 2012, 23:1-6. 2. T.Chonghalie et al. Science 2011, 334:1129-1133. 3. A. Javeed et al. Eur J Pharm Sci 2009, 38: 283-90. 4. O. Kepp et al. Cancer Metastasis Rev 2011, 30:61-69.; 个人分类: 药学研究|10155 次阅读|6 个评论

专一“魔弹”的遗憾: 热度 28 何裕民 2013-9-23 15:16; 由于化学合成的现代药物常成分单一，结构清晰，体内作用选择性强，故使用中每每表现出疗效迅速，中的准确等特点。人们戏称为“魔弹”。例如,化疗药紫杉醇（PTX）其作用机制就是使微管蛋白双聚体从正常的动态平衡转向多聚体型，增加聚合反应的速度及程度，并抑制其解聚; 托泊替康则为DNA拓扑异构酶Ⅰ抑制制，可阻止拓扑异构酶Ⅰ的修复，使DNA断裂，影响转录和复制。“杀癌”机理都清清楚楚, 明白无误。然而，众所周知，病症的反应是机体内外多重因素综合作用的结果。治疗过程中，药物只是外因，机体自身因素也十分重要。药物常须通过影响机体的众多环节，调整一些相关的生理功能，方能发挥良好的治疗作用。若只似“魔弹”一般，仅单纯作用于一、二个环节，尽管常常能迅速奏效，难免有顾此失彼之虞。而且，疗效也往往是短暂的，过而即逝的。上述这些药物都有严重的毒副作用，且不能持久有效，便是明证。更有甚者，某些药物在“试管”中或理论上应能有效地击中并摧毁目标，但实际使用时效果却不尽然，甚可相反。如一些抑制代谢、抑制免疫反应的抗恶性肿瘤药物能控制或缓解“癌肿”，然而，由于癌肿的发生发展机制十分错综，仅“针对性”地攻其某一环节，常可引起负性的连锁反应，包括抑制机体本身正常的免疫监视机能而促成癌肿扩散或加速死亡。; 个人分类: 何裕民谈肿瘤|2875 次阅读|30 个评论

整合代谢工程和合成生物学大肠杆菌合成紫杉醇重要前体: huijian26 2010-10-10 14:23; 众所周知，紫杉醇是重要的抗癌药物，其作用机制是抑制癌细胞的有丝分裂。紫杉醇对包括乳腺癌在内的多种癌症有很好的治疗效果，其最高销售额曾超过10亿美元。虽然随着专利的到期，其售价有了较大幅度的降低，但是其价格仍然相当昂贵，一个疗程的价格超过1万美元。紫杉醇是植物来源的抗癌药物，最初治疗一个病人需要4-5棵太平洋红豆杉的树皮。由于太平洋红豆杉数量非常有限，生长周期很长，并且剥去红豆杉树皮后回导致红豆杉的死亡，因此使用红豆杉树皮来提取紫杉醇治疗癌症病人面临很强的伦理困境。面对此两难境地，科学家发挥科学创新精神，开发出了红豆杉植物细胞培养技术来获取紫杉醇，随着研究是深入，科学家发现可将使用decorative yew的树叶提取紫杉醇的前体，使用化学合成的方法合成紫杉醇。由于decorative yew树叶来源很广，使用树叶也不会杀死树木本身，加之后续合成的高效性，这种提取加合成的方法称为紫杉醇的主要来源。化学全合成是获得化合物的主要手段之一，科学家经过努力也成功地合成了紫杉醇，由于紫杉醇结构复杂，化学合成需要35-50步，得率很低，因此紫杉醇的化学全合成科学意义很大，实际应用的价值不大。微生物具有底物利用广泛，生长速度快，研究深入，大规模生产容易等优点，非常适合药物的生产，与紫杉醇同为萜类化合物的青蒿素已经通过精确的途径改造和优化，已经实现了工业化生产，这表明通过代谢工程和合成生物学手段在微生物中合成宿主本身不产生的复杂小分子是可行的，也为后续的相关研究提供可供借鉴的策略和经验。美国麻省理工大学和Tufts大学科学家沿着这个思路，合成紫杉醇的前体taxadiene和 taxadiene-5-alpha-ol。虽然大肠杆菌并不能够产生这两种物质，但是合成他们的前体IPP是大肠杆菌生理代谢过程中的一个中间产物，IPP能够通过两部的酶促反应合成taxadiene。催化后续两部反应的酶类已经从植物中克隆出来。美国科学家首先优化了IPP的生物合成，以大量生成IPP为后续的酶促反应提供底物。 IPP的生物合成有8个步骤，研究发现其中的四个步骤是限速步骤，通过提高限速步骤的酶量，控制整个催化的效率，大量的合成了IPP。接着讲植物的催化酶引入到工程菌株中，优化催化酶的密码子和表达水平，产生了大量的taxadiene。与只加入催化酶没有进行相关优化相比，其产量提高了1500倍，也比已有的文献报道的产量提高了1000倍。接着科学家有加入能够催化taxadiene合成 taxadiene-5-alpha-ol的酶类，将合成紫杉醇的途径有往前迈了一步。虽然离合成能够化学转化的前体浆果赤霉素（baccatin III）还有比较远的距离，但是本研究表明在弄清楚紫杉醇的合成途径后，使用大肠杆菌合成紫杉醇很有潜力。本研究中使用的平台技术和手段对合成其他化合物具有通用性，因此使用代谢工程结合合成生物学手段将开启动植物来源的活性小分子微生物表达的大门。 Source: “Isoprenoid Pathway Optimization for Taxol Precursor Overproduction in Escherichia coli” by Parayil Kumaran Ajikumar, Wen-Hai Xiao, Keith E. J. Tyo, Yong Wang, Fritz Simeon, Effendi Leonard, Oliver Mucha, Too Heng Phon, Blaine Pfeifer, Gregory Stephanopoulos. Science, 1 October, 2010. Funding: Singapore-MIT Alliance, National Institutes of Health and a Milheim Foundation Grant for Cancer Research; 个人分类: 生活点滴|8376 次阅读|0 个评论

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标签: 紫杉醇

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