《抗肿瘤抗生素》PPT课件.ppt

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1、第十三章抗肿瘤抗生素及肿瘤细胞耐药性,一些常见抗肿瘤药物对DNA作用的顺序特异性,一些作用于DNA鸟嘌呤N2的抗肿瘤抗生素的机制,A：柔红霉素/阿霉素；B：Cyanomorpholinyl 阿霉素；C：Barminomycin，次红霉素；D：恩霉素；E：丝裂霉素；F：Ecteinascidin，Et,DNA的立体模型（A），以及一些药物对DNA小沟处碱基的作用模式（B）,从广义的角度看，DNA可以看作是抗肿瘤药物的大分子受体，而大多数抗肿瘤药物对DNA的攻击是其小沟部分。,第一节 蒽环类抗肿瘤抗生素-一、柔红霉素和阿霉素,阿克拉霉素A和B的化学结构,柔红霉素和阿霉素的作用机制,对柔红霉素和阿霉

2、素的作用机制研究发现，其与DNA的嵌入形成2：1的DNR-CGTACG复合物，并确定了蒽环类抗生素结构中的三个功能部分：1）嵌入（环B-D）；2）A环的锚链（如C9-OH）；3）氨基糖;每一部分对生物学功能起着重要的作用。另外一个重要的发现是：甲醛分子能够使这类药物将药物分子中柔毛霉胺的N3与DNA分子中鸟嘌呤N2进行共价结合.,由甲醛分子介导的2：1 DNR-CGCGCG共价复合物的三维结构 箭头所示为甲醛分子介导的共价交链。A：从DNA小沟所示；B：从DNA大沟所示。,另外一个蒽环类抗肿瘤抗生素诺加霉素（nogalamycin，Ng），它对DNA的嵌入模式跨越小沟和大沟.,图中红色所示为诺

3、加霉素分子中的nogalose部分，其嵌入在DNA小沟中；图中紫色所示为诺加霉素分子中的氨基葡萄糖部分，其嵌入在DNA大沟中；金黄色所示为诺加霉素的甙元部分。,二、双嵌入类化合物,对柔红霉素的结构改造，合成了双柔红霉素类化合物WP631和WP652，其具有比柔红霉素和阿霉素更强的生物活性（化学结构如图所示）。这两种双柔红霉素类化合物嵌入DNA的模式不同：WP631优先嵌入到具有CG(A/T)(A/T)CG的一个六核苷的顺序中，并在两个甙元之间包裹四个碱基对；而WP652与一个四核苷顺序结合，如PyGTPu。,双柔红霉素类化合物WP631和WP652的化学结构,双柔红霉素类化合物与DNA的结合模

4、型 A：WP631-ACGTACGT复合物；B：WP652-TGTACA复合物,丙霉素A和刺霉素的化学结构,丙霉素A与DNA的嵌入模式,三、蒽环类抗生素的其他一些作用机制,一般地，蒽环类抗生素对DNA和RNA具有较高的亲和力，因此认为这类抗生素通过将其分子非极性插入到DNA双螺旋的碱基来发挥抗肿瘤的作用，故也称之为如上所述的嵌入型DNA结合机制。但根据对这类抗生素的结构、理化特性和毒副作用的研究，发现还有一个重要的作用机制：线粒体作为亚细胞作用靶位。其可能通过以下机制来影响线粒体。,1、与脂质的亲和力,对这类抗肿瘤抗生素心脏毒性的研究表明：其细胞毒性的主要作用靶位是线粒体膜。在线粒体的内膜富含

5、心磷脂（cardiolipin，CL），阿霉素与这种物质的亲和力比磷脂酸高80倍。在线粒体膜上存在有很多具有一定功能的酶，如NADH脱氢酶、细胞色素C氧化酶和细胞色素C还原酶等，这些酶功能的正常发挥需要一定量的心磷脂。因此，当蒽环类抗生素与膜上的心磷脂结合后，就在不同程度上影响了这些酶的功能，这就是所谓的群集活性（clustering activity）。,阿霉素的群集活性，即其与心磷脂结合后影响线粒体复合物IIII，其作用模式可以是：阿霉素心磷脂（双磷脂酰甘油）复合物与酶促复合物IIII移动在一起（a）；也可以是：阿霉素心磷脂（双磷脂酰甘油）复合物与酶促复合物IIII分开（b）。这两种情况下

6、，酶活性都受到抑制。,2、钙浓度与膜去极化,体外研究表明：在一定的钙浓度下，线粒体起着钙储存的作用从细胞质收集，蒽环类抗生素具有影响稳态钙浓度的作用。这种作用模式使阿霉素保持为一种弱的氧化剂，来氧化蛋白质上关键的巯基（这种蛋白为钙离子传运通道或孔）。确实，巯基还原剂能够保护钙离子外排。蒽环类抗生素对钙稳态影响的分子机制似乎又是自由基调节机制。自由基也损坏通过肌质网对钙的收集。,3、金属离子的络合,实验表明：在有DNA存在时，ADRFe3复合物显著地刺激从H2O2产生羟基自由基。这与观察到的ADR-Fe鳌合物与DNA形成稳定的三元复合物相一致，这种三元复合物本身就是一种活化的氧化还原催化剂。AD

7、R-Fe3复合物存在的情况下，自由基的形成也对真核细胞血影膜（ghost membrance）进行氧化破坏。Gianni等的研究表明：ARD-Fe3复合物的循环降低分子氧。随着Fe3 还原成Fe2，形成一种阿霉素自由基，其可能介导药物的毒性作用。,阿霉素与一种普通金属离子之间形成的双复合物（a）和单复合物（b）,4、自由基的诱导,在1970年至1980年间，人们开始认识到阿霉素的心脏毒性并非其本身的结构所致，而是由于在体内被还原成为半醌自由基。该自由基在厌氧条件下相当不稳定，它很容易地将氧还原成为超氧化物，超氧化物离子可以进一步使脂质过氧化。超氧化物将启动导致产生活性.OH和H2O2的级联放大

8、反应。这些自由基都涉及到对细胞的损伤，包括DNA的断裂、DNA蛋白的交链，以及蛋白质的破坏。由于心脏组织中基本不存在具有解毒作用的酶类，因此，其毒性往往比其他组织要大。另外，蒽环的氧化还原循环抑制了谷光苷肽超氧酶的活性.,蒽环类氧化还原循环以及由此产生自由基的过程,多重作用机制:,蒽环类抗肿瘤抗生素进入胞内与线粒体发生交互作用后，引起一系列的生物学效应：一是导致细胞色C的释放，其诱导细胞发生调亡；二是产生自由基，导致脂质过氧化、DNA断裂和蛋白质破坏，以及钙离子释放；三是与金属离子形成复合物，导致自由基的产生；四是与脂质发生交互作用，导致膜结构的改变和某些酶的抑制；五是抑制某些酶的活性。,蒽环

9、类抗肿瘤抗生素的生物学效应和分子作用机制,第二节 丝裂霉素C,丝裂霉素是一类强效抗生素，于1950年由日本微生物学家从Streptomyces caesoitosus的发酵培养物中发现。其家族成员之一丝裂霉素C（mitomycin C，MC）。由于丝裂霉素C对实体瘤具有广谱的抗肿瘤活性，已于上世纪60年代被用于临床癌症化疗。MC是乳房、肺，前列腺癌症联合化疗的一种重要药物，也是少数几种有效的抗结肠癌药物之一，并且是治疗表皮膀胱癌所选择的药物之一和单一治疗非小细胞型肺癌的最具活性的药物。,丝裂霉素类的化学结构,一、丝裂霉素通过与DNA交联，作为一种强效的细胞毒损伤物质,早期的分子药物学关于MC的

10、研究揭示了这类抗肿瘤抗生素的一种特殊能力：MC和该族化合物的其它成员能够使DNA链产生交联。尽管DNA被一些简单的化学合成双功能烷化剂交联的现象提早两年已被发现，但丝裂霉素却是具有这种功能的唯一一种天然抗生素。关于丝裂霉素具有这种烷化作用的证据已被确证。例如：伴随着交联，药物分子只结合在一条DNA链上。丝裂霉素主要是作为一种DNA复制抑制剂而发挥抗细胞活性已被证实,很多证据揭示，这种抑制基本上是由MC诱导的交联造成的。,二、生物还原性药物活性：丝裂霉素C作为原型起作用,在Lyer和Szybalski的经典论文中（1964）第一次描述了有关MC分子机制的另一个独特的特征是：DNA交联和烷化活性需

11、要还原醌，这才使得药物转化为高活性的烷基化形式。这种特性被认为在癌症化疗中很重要。相对于生长在有氧环境下的细胞，MC和甲基丝裂霉素对培养在缺氧条件下细胞有选择性细胞毒性，这可通过O2抑制丝裂霉素的还原活性来解释。这些发现使人们得到这样一个假设：丝裂霉素拥有独特的抗肿瘤选择性，即作用于于实体瘤的缺氧区，这些区域通常对放射治疗和其它需氧治疗有抗性。,三、由MC导致的DNA烷化和交联的机制,DNA交联剂是癌症化疗药物的重要成员，最好的例子是合成药物苯丁酸氮芥、氮芥、卡氮芥，以及环磷酰胺等。与合成药物相比，MC是这类化合物中唯一的天然来源的物质，有更复杂的化学结构和作用机制。MC的复杂性提供了很好的机

12、会来研究它的结构、还原机制、DNA损伤、生物活性等与化疗效应之间的关系。,MC的还原活化途径以及通过活化的丝裂霉素对DNA进行交联的机制,KW-2149与BMS-181174的化学结构以及经谷胱苷肽活化的机制,FR900482和FR66979的还原活化机制,丝裂霉素C与DNA单功能和双功能活化形成加合物的机制,由MC在对DNA引起交联时的两步反应,活化形式的MC中C-10氧原子与DNA之间的CpG顺序特异性的H-键箭头指向作为共价反应靶位的鸟嘌呤,MC单加合物存在下，专为CG-CG序列交联,单烷化的MC-DNA加合物模式 MC在C4pG5中鸟嘌呤G5残基的N2位烷化；通过MC分子中C10与鸟嘌

13、呤G15之间的键的作用可以形成交链的加合物。,第三节 博莱霉素类抗肿瘤抗生素,一、博莱霉素类抗生素的结构特征博莱霉素（bleomycin，BLM)是一族具有独特结构和作用的广谱抗菌抗肿瘤抗生素，是日本微生物化学研究所梅泽宾夫首先从轮枝链霉菌(Streptomyces vertillus)中分离到的，属于糖肽类抗生素。BLM组分繁多，在天然组份中结构衍生物有十几个。,一个典型的BLM-A2分子由四部分组成：1）末端氨基，参与BLM与核酸的相互作用；2）bithiazole部分，也参与BLM通过DNA小沟与DNA结合；3）一个假肽部分，通过几个配位键结合过渡态金属，与识别特定DNA序列有关；4）一

14、个多聚糖部分，其功能尚待讨论。,泰莱霉素（talisomycin）被称为第三代博莱霉素，其疗效比博莱霉素好，而毒副作用较小。泰莱霉素的化学结构。,一、博莱霉素类抗生素的作用机制,有些抗肿瘤药物具有断裂DNA的功能，其中许多是通过氧化还原系统来活化这些药物分子，形成具有自由基状态的药物。博莱霉素和培洛霉素属于这类抗肿瘤抗生素。,1、博莱霉素金属O2 复合物氧化还原特性,BLM能同时结合氧及氧化还原活性过渡态金属离子，如：铁、钴、锌、镍、铜。这些离子与BLM的假肽部分的几个氨基组成螯合物。这些复合物中最稳定的是与钴形成的螯合物。六个配位键使结合不可逆。BLM-Fe2与O2形成三元加合物，结合到DN

15、A上并在Fe2氧化为Fe3后对DNA脱氧核糖C4位进行亲核攻击。,在有氧（a）或无氧（b）情况下，将分别导致DNA链的切割，以及在DNA链保持完整的情况下释放游离碱基和产生一种氧化性破坏的糖。,1、博莱霉素金属O2 复合物氧化还原特性,与其他金属离子形成的加合物仅在十分有限的条件下才被激活。而Fe2的再生允许三元复合物BLM-Fe2+-O2保持催化活性。据估计，一个BLM分子可产生810个DNA裂缝。因此，BLM可以被看作一个小的核酸内切酶。,A：金属离子Co（III）与PEP的结合模式。来源于PEP的5个氮供体原子和1个氢过氧化物基团与钴以特有的几何性状结合；其赤道面上的配体包括腺嘌呤上的次

16、级胺、嘧啶N5的P、咪唑的N1，以及酰胺氮上的H；其轴向对CoPEP的配体为Man-NH2和HO2-（对CodPEP的配体为A-NH2和HO2-）。B：CodPEP-CGTACG复合物的三维结构。红色的圆球代表钴离子；CodPEP的金属结合结构域在靠近G8-T9的DNA小沟中结合；注意HO2-基团与T9的H4邻近。C：CodPEP的嘧啶环通过识别一个鸟嘌呤碱基的氢键与G8-C5碱基对结合，形成一个三联体。,2、与核酸的相互作用，在DNA上的切割转移性,BLM在GC碱基对的水平上切割DNA。二噻唑和末端氨基部分通过使BLM在DNA上结合更稳定对BLM的作用机制起到很大作用，无论Fe2再生的机制实

17、际如何，复合物在初始GC碱基对水平的时间比Fe2再生的必要时间长，因为BLM经常可发起另一次对反链DNA上（无序列特异性位点，根据第一切割位点而定1或-1C）的亲核进攻。这将导致频繁的双链DNA断裂：平均一个双链裂为68个DNA单链。,3、在染色质上的切割特异性,在染色质水平上，限制因素不是由BLM所识别的GC碱基对，而是药物对这些序列的趋近性。已经证实，BLM优先在活跃的被转录的染色质结构域水平上切割DNA；而且，在这些结构域中，优先在连接两个相邻的染色体的DNA连接处切割。当染色质在DNA凝胶电泳前经过足够数量的BLM处理后将导致寡核小体梯度的产生。端粒合成序列也可以被BLM切割。,4、其

18、他核酸的切割,BLM还可以在一定的部位切割RNA。例如，BLM可在一个特定的位置消化5S rRNA、酵母 tRNA、枯草芽孢杆菌tRNA，以及HIV1的一个mRNA转录产物。总之，BLM结合并从单链和双链伸长连接处破坏这些分子。,5、与蛋白质的相互作用，BLM水解酶,BLM水解酶催化BLM脱氨失活，此酶在动物细胞及酵母细胞内都存在。酵母基因序列已经测定，而BLM水解酶与半胱氨酸蛋白酶家族有相似性。该蛋白在细胞中位置尚未确定。尽管各种细胞对BLM的抵抗作用都归结于此酶，例如B淋巴瘤、肺癌、大肠癌，BLM水解酶对BLM的特异性及其保护细胞不受BLM伤害的机理仍不明了。其实，它的活性在细胞提取物中十

19、分易测，但在完整的细胞中测定困难。然而，有研究表明，半胱氨酸蛋白酶抑制剂E64可能通过抑制BLM水解酶活性而加强BLM活性。,6、博莱霉素抑制蛋白BRP,BRP是一类对BLM有高度特异性的BLM结合蛋白。他们在产生BLM或BLM衍生物，如泰莱霉素的微生物菌体中被发现。编码这些蛋白的一个基因，还在具有几种抗生素抗性的Tn5细菌转座子中被发现。这一基因很短（ca.400bp），且其编码的这些蛋白在细胞核中组成二聚体。它们通过与BLM形成稳定的可阻止BLM接近DNA的复合物使BLM失活。,三、博莱霉素的毒理学1、博莱霉素对动物细胞的作用,用14C标记的BLM通过放射自显影表明BLM起先位于细胞膜水平

20、，几小时后博莱霉素就位于细胞核了。1984年，Roy核Horwitz证明加入介质中的BLM只有低于0.1的BLM与细胞结合。1986年，Lyman等发现全部BLM与细胞的结合物呈现两种组成：一个是特异性的另一个是非特异性的。可是，这些为数不多的研究指出，就像其他细胞毒性药物一样，渗透扩散是BLM进入细胞的主要途径。,2、博莱霉素遗传毒性效应,博莱霉素诱导的细胞死亡原因归结于DNA双链的断裂和染色体片断的丢失。另外，BLM诱导染色体畸变：缺失、双中心粒及多中心粒、成环、交换，以及断裂，但是BLM不诱导姐妹染色单体交换。分裂间期用BLM处理的细胞经常产生双核，而且经常产生微核。这些是由放射生物学家

21、描述的有丝分裂细胞死亡的特征。BLM有微弱的诱变性，主要是通过缺失的发生。因为DNA修复缺失型细胞对BLM更敏感，所以DNA修复的增加可被看作是抵抗BLM的一个机制。,3、博莱霉素细胞毒性效应,BLM对培养细胞的细胞毒性曲线与其他所有细胞毒性化合物不同。细胞存活曲线作为BLM浓度的函数，在通常的半对数坐标系中作的点，表现出不寻常的无法合理解释的连续向上的凹曲线。实际上在细胞内没有对BLM靶位的限制，与细胞循环相位有关的毒性没有区别，而且没有抑制细胞的快速诱导。在G2/M期内的细胞比G1期的细胞更敏感，但是两种细胞都显示出同样的向上的凹曲线。,4、质膜限制BLM细胞内摄作用及BLM细胞毒性,质膜

22、显著地限制BLM分子到达细胞内部的数量。其实，如果用稳定的57Co放射标记的BLM复合物经细胞内摄作用进入渗透化细胞内部，细胞重新密封后，反复洗涤细胞，没有发现内部放射活性泄漏。这表明，BLM不能通过质膜从细胞内部逃逸出来，这明显证明了BLM不能渗透通过质膜。然而，BLM的细胞毒性虽然被限制了，但仍可在完整的非渗透化细胞中检测出来，那个不寻常的向上凹曲线的产生是由于BLM透过细胞的质膜依赖性限制。另外，由BLM刺激的有丝分裂细胞死亡是通过细胞内摄作用进入细胞内部的少量BLM分子的结果。,第四节 其他类别的抗肿瘤抗生素一、放线菌素D,放线菌素类(actinomycins，ActD)是一类含有环肽

23、的抗生素，结构中含有两条对称的五肽内酯环,连接于一个吩恶嗪酮发色团，如图所示。它也是最早用于临床的抗肿瘤抗生素。自发现放线菌素对何杰金氏病有效后,人们开始从微生物产物中寻找抗肿瘤药物。至今,报道的放线菌素已有50种以上，临床上应用的仅为放线菌素C和D。,放线菌素D的化学结构,放线菌素D的作用机制,放线菌素D通过与DNA双链的紧密结合，干扰DNA的复制和转录来发挥生物学活性。根据研究，ActD对DNA作用的顺序特异性主要为5-GpC结合位点，尽管诸如GpG这样的序列对ActD具有特殊的亲和力。ActD通过位于DNA小沟处的两个环状戊肽，在GpC处将其药物分子中的吩恶嗪酮稠环嵌入到DNA与之结合，

24、且发现在ActD与邻近的N2氨基基团之间具有很强的氢键。与GpC位点的结合亲和力也受到侧序列的影响。,ActD-GATGCTTC复合物,二、烯二炔类抗肿瘤抗生素,近年来，在微生物代谢产物的抗肿瘤生物活性物质的筛选过程中，发现了许多新的抗肿瘤抗生素，其中最引人注目的成果之一是1985年前后相继发现的具有环状烯二炔结构的新型抗生素，包括：calicheamicin；Esperamicin；dynemicinA；neocarzinostatin（NCS）等。,一些烯二炔类抗肿瘤抗生素的化学结构（AC）以及通过Bergman重排形成双自由基的机理,作用机制,烯二炔类抗生素切断DNA的作用涉及到这类抗生

25、素与DNA双螺旋小沟的结合，其活化形式必须先经过Bergman重排反应形成芳香双自由基活性物质。在DNA小沟中的双自由基接近两根链的糖-磷酸骨架。通过双自由基，同时从相对链的糖上夺取氢原子从而导致双链的断裂。,三、链黑菌素,1、简介链黑菌素（streptonigrin，SN）是从Strptomyces flocculus培养物中分离到的一种氨基苯醌类抗肿瘤抗生素。由Rao等在1963年通过化学分析法和质谱鉴定并最终由Chiu和Lipscomb于1975年用X-衍射法确证。分子结构中A、B和C环几乎共平面，而D环与它们完全垂直。,链黑菌素的化学结构,2、链黑菌素的DNA损伤效应,链黑菌素表现出多

26、种对DNA的不可逆性的金属络合位和络合键，通过特定的金属离子如锌、铜、铁、锰、镉、金形成链黑菌素-金属-DNA络合物。金属离子的出现阻止了SN-DNA的缔合。用含有不同的锌摩尔当量的DNA滴定链黑菌素表明：一分子链黑菌素需要5.7摩尔锌离子和2025摩尔的磷酸DNA才能形成络合物。Sinha报道说离体的化学温育降低链黑菌素与DNA的络合，250个核苷酸结合1分子链黑菌素，而二价锌离子的存在大大加强了成键，使络合变为180个核苷酸结合1分子链黑菌素。,3、染色体效应1）由SN引起的染色体畸变和SCEs（姐妹染色体交换）；2）SN造成的染色体着丝点及DNA损伤。,3）SN诱导的染色体及DNA损伤的

27、预防,（1）抗氧化化合物人们发现抗氧化酶，如超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）可以在非细胞系统中，完全抑制由SN诱导的脱氧核糖衰变和DNA断裂。（2）金属螯合剂 金属螯合剂也被发现对防止由SN引起的DNA损伤有保护作用。人们还发现螯合化合物去铁敏（解毒药）和2.2dipyridyl（二吡啶基），能够保护游离DNA和细菌细胞不受SN诱导产生的毒素，以及TP（4羟基2，2，6，6四甲基哌啶1内酯，一种具有抗氧化特性的硝基氧自由基）的伤害。,四、偏端霉素A和倍癌霉素A,具有（A/T）n序列的窄小沟对于偏端霉素A（distamycin A）这类称之为小沟结合物的药物（minor groov

28、e binders，MGBs），是很好的结合位点。,偏端霉素A(A)的化学结构以及偏端霉素-CGCAAATTTGCG复合物模式(B),倍癌霉素A,倍癌霉素A与偏端霉素A的作用机制相似，主要位点是腺嘌呤分子中N3烷化，尽管有时也在鸟嘌呤的N3位烷化。,A：倍癌霉素A-DNA（GAAAAGG+CCTTTTC）加合物；B:在偏端霉素A（紫色）介导下，倍癌霉素A（桔红色）与CAGGTGGT+ACCACCTG 中G分子中N3形成共价结合的三元加合物；：表示被烷化的核苷位点。,五、多色霉素类抗肿瘤抗生素,通过攻击DNA大沟实现抗肿瘤生物学效应的药物非常少。一些致癌物质如活化的黄曲霉毒素B1，其致癌作用是通

29、过对鸟嘌呤N7的攻击实现的。有趣的是，多色霉素类（pluramycins）抗肿瘤抗生素通过嵌入DNA大沟实现抗肿瘤生物学活性，这类抗生素包括altromycin、克大霉素（kidamycin）、赫大霉素（hedamycin）、多色霉素、新多色霉素（neopluramycin）、DC92-B，以及红玉黄素A（rubiflavin A）等。,（a）所示为多色霉素的化学结构；（b）所示为多色霉素-（N7-鸟嘌呤）DNA加合物：在C2位嵌入部分的侧链（白色），其与鸟嘌呤N7发生反应，以及在C8和C10位的糖（黄色），其与小沟DNA发生交互作用；（c）所示为多色霉素与DNA发生共价反应的机理，以及经过热

30、诱导后多色霉素-（N7-鸟嘌呤）DNA加合物链的断裂。,六、丙霉素A和刺霉素,丙霉素A（triostin A）和刺霉素（echinomycin）为天然的双嵌入剂抗肿瘤药物，即分子中嵌入到DNA中间的两个环由一个链连接；如下图所示的化学合成的双嵌入剂抗肿瘤药物WP631和WP652，其两个柔红霉素分子由一个对二甲苯基连接。事实上，在微生物代谢产物中就发现了一些天然的双嵌入剂抗肿瘤抗生素，,2分子丙霉素A与GCGTACGC形成的复合物模型,七、金霉酸类抗肿瘤抗生素,色霉素（chromomycin）也叫阿布拉霉素、光神霉素（mithramycin）也叫普卡霉素，与橄榄霉素（olivomycin）属于

31、金霉酸类抗肿瘤抗生素，其分子中都具有一个甙元发色基团，和五个附着在甙元上的糖环，A-B两个糖环与C-D-E三个糖环相对附着，其化学结构如图所示。研究发现：这两个药物在Mg2的介导下形成一个二聚体，然后嵌入到一个富含G/C序列的被拓宽的DNA小沟中。图所示为色霉素-Mg2-DNA复合物的模型。,色霉素A3、光神霉素以及橄榄霉素的化学结构,色霉素A3-Mg2-DNA复合物的模型,八、云南霉素,云南霉素为一种新的胞嘧啶核苷二肽抗肿瘤抗生素，化学结构如图所示，经由云南地区分离的链霉菌发酵液中分离得到，中国医学科学院药物生物技术研究所发现。体外试验显示对肿瘤细胞有杀伤作用，抑制KB细胞蛋白质和DNA合成

32、，但对RNA无影响。动物体内试验显示，云南霉素对小鼠肝癌22、结肠癌26以及肉瘤180均有抑制作用。,云南霉素的化学结构,九、力达霉素,力达霉素是中国医学科学院药物生物技术研究所从放线菌Streptomyces globisporus的代谢产物中筛选到的大分子蛋白类抗肿瘤抗生素，它由一个蛋白和一个含烯二炔结构的发色团组成，分子中蛋白的相对分子质量为1万左右，是迄今为止抗肿瘤活性最强的抗生素。,力达霉素烯二炔发色团的化学结构,第五节 肿瘤细胞多药抗性的特性,在肿瘤化疗过程中,有两个主要的也是最基本的问题：首先是一个临床有效的肿瘤化疗剂是如何发挥作用的；接着就是肿瘤细胞是如何躲避药物的细胞毒作用,

33、也即肿瘤细胞如何放大内在药物的耐受性或通过与药物相接触而产生获得性耐受性。,肿瘤细胞的多药抗性(multidiug resistance，MDR),在实验室里选择一种特定的细胞毒天然产物对某些哺乳细胞进行耐药性试验发现,这些细胞不仅能够发展成对这种药物产生耐受性,且能发展成为对许多临床上所用的化学结构和作用机制不同的药物产生耐药性,这一现象被称之为多药抗性(MDR)。这些与MDR有关的肿瘤化疗剂大多为真菌或植物产生的脂溶性化合物以及放线菌素D、蒽环类抗生素和长春属生物碱。,P糖蛋白,已有的研究表明:大多数具有MDR类型的细胞都有过量表达一种被称之为P糖蛋白的大分子(170-180KD)血浆膜糖

34、蛋白。,推测的P-糖蛋白结构:它约由1280个氨基酸构成12个跨膜区,每2个跨膜区组成一个双链分子(bipartite molecule)。这些双链分子是基因复制产物还是基因融合产物尚有争论。由6个跨膜区构成的3个双链分子的一端是一个较短的疏水性氨基末端,另一组的末端则是一个亲水性的羧基,它具有ATP结合位点并进行水解。,P糖蛋白引起超多药抗性的证据如：,1）MDR细胞株中的P-糖蛋白水平增高，P-糖蛋白的表达与药物的抗性程度有关；2）在MDR细胞株中，P-糖蛋白基因常被扩增；3）转染P-糖蛋白基因和具有增加P-糖蛋白表达的CDNAS至受体细胞能够导致形成MDR；4）转染不同的P-糖蛋白或突变

35、株CDNAS能够表达不同MDR的表型；5）P-糖蛋白的结构特征是一种依赖于能量的膜转运蛋白；6）一系列与MDR表型有关的药物与P-糖蛋白结合。,非P-糖蛋白介导的多药抗性,尽管已有大量的研究证明肿瘤细胞的多药抗性是由P-糖蛋白所介导，但并非所有的多药抗性的肿瘤细胞的耐药程度与P-糖蛋白的表达量成正相关性。如在对鼠成胶质细胞瘤细胞株的柔红霉素抗性研究中发现，其与胞内型DNA拓扑异构酶结构的改变有关，而其胞内药物的积累量和保留时间都没有改变，且其P-糖蛋白的表达量也与敏感细胞一样并非过量。因此通常称由P-糖蛋白介导的多药抗性为“经典的”MDR，而那些由非-P糖蛋白介导的多药抗性为“非经典的”MDR

36、,第六节 抗肿瘤细胞多药抗性的新药开发策略一、肿瘤细胞膜通透性改变的多药抗性机制与克服多药抗性的策略,膜通透性改变主要表现在两个方面：其一，膜对药物摄取减少，外排增加，使细胞内药物绝对浓度降低；其二，细胞质和细胞器水平的药物浓度在亚细胞水平的改变，使药物有效浓度的降低。引起膜通透性改变主要与以下蛋白分子有关：1）产生 P-糖蛋白；2）产生多药抗性相关蛋白（muti-resistance protein 15，MRP15）；3）肺抗性蛋白（lung-resistance protein，LRP）过量表达。,针对膜通透性改变的作用靶点，进行研究的抗肿瘤药物主要有三类。,第一类为各种ABC转运泵抑制

37、剂：第一代MDR逆转剂研究开发如，VER、戊脉安、硫氮卓酮、尼卡地平、尼鲁地平等钙拮抗剂，奎宁定和三氟拉嗪等钙调素抑制剂，免疫抑制剂环孢菌素A（cyclosporin A,CsA）、D和甾体激素等；第二代MDR逆转剂如，右旋VRE、环孢菌素D衍生物SDZ PSC 833和氯喹等；第三代逆转剂则是根据构效关系专门为逆转MDR而设计开发的如，S9788、GF120918、VX-710、LY335979、XR9576和OC144-093等。,第二类新抗肿瘤药物是单克隆抗体,研究开始主要用特异单克隆抗体作为检测鉴定手段,进行免疫细胞化学法鉴定ATP依赖性药物外排泵的存在。后来发现，部分单克隆抗体显示了

38、良好的逆转活性，例如P-gP特异性单克隆抗体C219能抑制其功能，后又相继发现MRK16和MRPr1都有较好的逆转活性。Hochman等进行P-gP药物外排研究时发现：单独使用环孢菌素A无显著抑制作用，当P-gP单克隆抗体UIC2与CsA共同作用时能有效抑制50-80%的长春碱的外排。,第三类是基因治疗药物,其优点是通过基因水平调控MDR表达，逆转MDR。它是通过外源基因导入人体细胞，以纠正内在基因缺陷而最终达到直接或间接杀死肿瘤细胞的治疗方法。现在研究最多的是反义寡核甘酸，在体外合成特异性核酸序列，直接导入体内以抑制特定基因的转录和翻译，达到封闭基因表达或MDR mRNA表达的目的。,二、细

39、胞代谢酶系统改变与新抗肿瘤药物的开发,肿瘤细胞抗代谢药物的细胞毒作用及其耐药性具有以下特点:其一肿瘤细胞解毒酶系统活性增强使药物灭活迅速；其二抗代谢药物活化酶的缺损或活性变化，需要经过代谢转化才成为活性结构抗代谢类药物活化不足，使肿瘤细胞获得了对该药的耐药性。,肿瘤细胞解毒酶系统,此类细胞代谢酶系统主要为谷胱甘肽依赖性解毒酶系统：包括谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)；谷胱甘肽S-转移酶（GST)和谷胱甘肽还原酶(GSH)三种。谷胱甘肽过氧化物酶存在于细胞质和线粒体中，是体内重要的抗氧化酶类，具有清除自由基和脂质过氧化物（LPO），以及保护细胞膜免受氧化物的刺激、损伤和防止DNA突变、细胞畸变

40、，从而使细胞维持正常的生理功能。Robinson等研究发现，谷胱甘肽过氧化物酶与肿瘤发生密切相关，谷胱甘肽过氧化物酶活性降低，肿瘤发生可能性提高。Sinha等研究发现肿瘤形成后，谷胱甘肽过氧化物酶活性提高，则其抗药性明显提高。,三、靶酶量、活性或结构改变与抗肿瘤药物的开发,药物靶点在质和量上改变，是肿瘤细胞产生耐药性的另一个重要原因。现已发现多种药物作用的靶酶如DNA拓扑异构酶、P-gp磷酸化相关酶蛋白激酶C、二氢叶酸还原酶及核苷酸合成补救途径的相关酶、DNA多聚酶和O6烷基鸟苷DNA烷基转移酶等变化可导致耐药。其中主要是拓扑异构酶II表达减少且减弱以此酶为靶点的药物的细胞毒性。,四、凋亡调节

41、机制与抗肿瘤药物开发,凋亡调节机制是独立于药物转运和药物代谢的第二抗性机制。1976年，科学家开始认识V-src、ras和myc等癌基因，十年后，注意到Rb、P53和P16等抑癌基因。随着研究的深入，发现一系列凋亡调控基因及抗凋亡基因。这些基因编码一系列的信号蛋白，这些信号蛋白对细胞的生长，分化，或发育过程中均起着十分重要的作用。一旦其发生改变，细胞正常的活动规律被破坏，细胞就可能发生癌变。,五、肿瘤营养与新药开发,通过血管生长抑制剂诱导肿瘤血管萎缩和/或阻止血管发生，杀死肿瘤血管内皮细胞，导致肿瘤实体局部缺血，从而有效地间接杀死肿瘤，这已为大量的临床前研究证实，避免了依赖于用细胞毒药物直接杀

42、死肿瘤细胞所导致的难以克服的MDR。用缓慢的低剂量的细胞毒化学疗剂结合抗血管系统发生疗剂更产生了戏剧性的抗肿瘤活性，显示了独立于肿瘤细胞MDR现象的作用。,六、传递阻滞耐药机制与克服MDR的新DDS系统研究开发,药物进入肿瘤细胞内的转运障碍机理尚未完全清楚，可能与药物的结构、理化特性和肿瘤细胞转运有较密切的关系，有人提出传递阻滞主要是因为：一、实体瘤内血管分布的不均衡性，缺少血管的区域不能直接从循环中接受药物；二、肿瘤间质压力的异常升高，妨碍药物在肿瘤内的扩散、渗透和分布；三、肿瘤血管的结构异常和血液黏度高对药物在肿瘤内的传递也有影响。,脂质体系统,Dedhar S等发现脂质体在肿瘤血管中的渗透性比正常健康组织的血管高，因为脂质体能被动累积于实体瘤中，而且肿瘤淋巴管导液不好，导致100nm直径的小脂质体注射入体后易选择性地为实体瘤摄取并滞留于肿瘤细胞中达几天之久。相对于用传统方法将水溶性抗肿瘤药物递释到肿瘤细胞，脂质体使肿瘤细胞中药物浓度水平提高10倍以上，从而在不增加药物剂量的前体下部分克服MDR肿瘤的抗性。,谢谢大家！,