收稿日期： /11ED1=D<1
作者简介： 邓寒霜（ 中国中医研究院商洛中药材 [37 科研工程中心助教 -B>>D） *男*湖南长沙人*商洛学院生物医药工程系，
第.期
邓寒霜 !李筱玲： 利用生物技术生产紫杉醇的研究进展
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由于天然红豆杉资源的匮乏和化学合成 的 昂贵代价! 紫杉醇来源是制约其研究和应用的瓶 颈" 目前每提取 #$% 的纯品紫杉醇就要用掉树皮
"
基因工程
利用基因工程技术提高紫杉醇含量取决 于
两个条件 4 红豆杉遗传转化和植株再生体系的建 立及红豆杉中与紫杉醇生物合成相关基因的克 隆 " 目前这两方面的研究工作都取得了突破性进 展 "K-; 等利用根癌农杆菌使太平洋红豆杉和欧 洲红豆杉无菌茎段产生冠瘿瘤 ! 并用 Q8R+>:C; 杂 交检测到 S(HNJ 的存在 ! 从 而 首 次 证 明 红 豆 杉 可被农杆菌转化 "BR-; 等利用太平洋红豆杉合子 胚与含 !( 葡聚糖苷酸醋酶基因 5MTQA 的 @U&&.& 质粒 HNJ 共培养 ! 也成功地使 MTQ 基因在胚中 瞬 时 表 达 "K-0-=- 等 的 专 利 报 道 利 用 发 根 农 杆 菌 JV 和 &’W)V 等菌株转 化 红 豆 杉 获 得 发 根 ! 发 根中紫 杉 醇 含 量 比 愈 伤 组 织 增 加 ’* 倍 " 黄 遵 锡 等 首 次 公 开 报 道 利 用 发 根 农 杆 菌 JV 感 染 短 叶 红豆杉芽外植体!)*()’ 天可诱导出发状根 !V* 天 后转化率可达 )*X" 发状根中含有紫杉醇 ! 其含量 是愈伤组织中的 &")(W"* 倍 " 悬浮培养过程中 ! 发 状根向培养液中 分 泌 *"*&(*"*)0% E B 的 紫 杉 醇 "
第 /1 卷
第/期
商洛师范专科学校学报
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利用生物技术生产紫杉醇的研究进展
邓寒霜!李筱玲
中 国 中 医 研 究 院 商 洛 中 药 材 [37 科 研 工 程 中 心 * 陕 西 商 洛 2商 洛 学 院 生 物 医 药 工 程 系 、
逐步阐明及越来越多的关键酶和相关酶的基因
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商洛师范专科学校学报
UOO* 年 * 月
行大规模培养 !"#$% 利用人工培养的细胞合成紫杉 醇 &消除了天然提取带来的生态环境问题 & 便于放 大生产&成为一种切实可行的替代方法%
紫杉醇和 14’56/,2A6<<@<4 的降解%该方法对指导 诱导子配伍优化紫杉醇生产具有指导意义!"Q$%黄雅 芬等对红豆杉悬浮培养细胞中脂氧合酶 -CFR? 在 诱导子诱导紫杉醇合成中的作用进行了研究 & 结 果表明真菌诱导子处理可提高细胞内 CFR 的活 性和紫杉醇的产量&而诱导前用 CFR 抑制剂菲尼 酮处理&可完全抑制诱导子对 CFR 活性和紫杉醇 合成的诱导作用%说明 CFR 途径可能参与了紫杉 醇的合成过程%外加茉莉酸甲酯也可激活 CFR 活 性和紫杉醇合成 & 诱导前用菲尼酮处理可抑制诱 导子诱导的 CFR 活性和紫杉醇合成% 说明外源茉 莉酸甲酯可能是通过激活细胞内 CFR 途径而启 动下游紫杉醇的合成!"S$%
!
紫杉醇的生物合成
紫杉醇是一类重要的萜类次生代谢物 ! 植物
中存在着两条合成萜类代谢的前体物质异戊 烯 焦 磷 酸 56789:;+:;<#=69>879>-+:!?@@A 的 途 径
5B6/>+:;+>-#:C &DDDA 即胞浆中经典的甲羟戊酸途 径和质体中的非甲羟戊酸途径 " 刘智等采用非甲
羟戊酸途径抑制剂磷甘霉素和甲羟戊酸途径抑 制剂洛伐它汀对中国红豆杉悬浮细胞培养物进 行处理 " 在添加和未添加茉莉酸甲酯诱导的情况 下前者使紫杉醇产量减少了 . E ’ 和 & E ’! 后者使 紫杉醇产量减少了 & E , 和 & E &*" 表明两种途径对 紫杉醇的生物合成都具有贡献 ! 其中非甲羟戊酸 途径贡献较大 "通过定量 @FG 技术分别检测两条 途 径 的 关 键 酶 ’( 磷 酸 脱 氧 木 酮 糖 还 原 异 构 酶
@#-R+(F-C/-778; 等 利 用 发 根 农 杆 菌 侵 染 红 豆 杉
获得了发状根"将发状根培养在含 #0% E B NJJ 和 *"&0% E B UJ 的 U’ 培养基上!之后转移到含 ’0% E B UJ 的培养基上培养 W 周获得了转基因植株 1&)2" 这些研究不仅为紫杉醇生产开辟了新途径 ! 而且 为今后将目的基因导入红豆杉细胞奠定了良好 的基础 "
的生物合成途径可分为紫杉烷碳环系统的生 物合成、 侧链的生物合成、 紫杉烷系统和侧链 的 酯化反应 ! 形成完整的紫杉醇分子三个主要阶 段 " 紫 杉 烷 碳 环 系 统 是 由 MM@@ 5%:C-;<#%:C-;<#
9<C89>879>-+:A 环 化 而 来 P 侧 链 是 由 苯 丙 氨 酸 经 G(苯丙氨酸而形成 " 随着紫杉醇生物合成途径的
添加金属离子、 稀土元素和前体物质对紫杉 利用细胞培养生产紫杉醇是重要的生产 途
醇产量的影响 径之一 &但是由于紫杉醇含量低 & 已经成为世界级 研究难题 % 培养基的组成成分对植物次生代谢产 物的合成影响极大 % 除了氮磷钾等大量元素的影 响以外 & 与生物酶的活性相关的金属离子的影响 也不可忽视 %T;UV、 K0UV和 M4UV是影 响 紫 杉 醇 生 物 合成的重要金属元素 % 低浓度或高浓度的 T;UV有 利于紫杉醇的合成&并促进 "O,去乙酰浆果赤霉素
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细胞培养
紫杉醇高产细胞系 早 在 .* 世纪 3* 年代就对欧 洲 红 豆 杉 进 行
5HIGA 和 )( 羟 基 ()( 甲 基 戊 二 酰 辅 酶 J 还 原 酶 5KLMGA0GNJ 水平的变化发现两种抑制剂都能 够激活 >0%C 和 =OC 的转录"表明两种代谢途径之
间存在协同作用共同为紫杉醇的生物合成提供 前体 "紫杉醇及其相关的带有 F&) 位侧链化合物
>/E111;
摘 要 "紫杉醇是一种从红豆杉植物中提取出来的天然抗癌药物 ! 介绍了紫杉醇的化学结 构和天然提取、 纯化方法"对目前国内、 外利用生物技术方法生产紫杉醇所作的尝试性研究和 新的报道进行了综述! 关键词"红豆杉#紫杉醇#生物技术 中图分类号： $%&%!’’() 文献标识码： 3 文章编号： -11AD<1<1（ /11E） 1/D11=AD10 备紫 杉 醇 浸 膏 ,E.+ 林 鹏 程 等 通 过 对 西 藏 红 豆 杉 不 同部位紫杉醇含量的分布研究发现西藏红豆杉 树枝皮中紫杉醇的含量可以达到树干皮中紫杉 醇含量的 E=H 左右 * 另外在其果球及叶中亦含有 一定量的紫杉醇 *具体结果见表 -,>.+
表 ! 西藏红豆杉紫杉醇含量的分布 样 品 树干皮 树枝皮 果 叶 球 浓度含量 I JK I J6 质量含量 I JK I K
红豆杉（ 又称紫杉*也称赤柏 !"#$% &’()"） 侧根发达 + 是世界 松 + 属浅根植物 * 其主根不明显、 上公认 的 濒 临 灭 绝 的 天 然 珍 稀 抗 癌 植 物 * 是 第
的克隆和功能重组表达 ! 利用基因工程方法对红 豆杉从基因水平上进行改造或对产紫杉醇的内 生真菌菌种进行改造有可能成为解决紫杉醇资 源短缺的有效途径 1&.2"
&’()*+" 据计算 ! 处理一个卵巢癌患者需要 , 棵树
龄为 ,*(&**- 的红豆杉树 " 全世界癌症的年发病 人数约为 &*** 万人" 红豆杉树生长速度相当慢 ! 直径 .*/0 的树需要生长 &**-" 红豆杉资源的短 缺与紫杉醇需求量的增加形成了尖锐的矛盾 ! 这 使得寻找其它途径生产紫杉醇成了国内外工作 人员的研究重点， 许多学者采用不同方法以解决 紫杉醇 来 源 问 题 1&*2" 从 上 世 纪 3* 年 代 开 始 ! 各 国 科学家就开始研究利用生物技术生产紫杉醇 " 利 用生物技术生产紫杉醇现已成为世界各国生物 科学家研究的热点 ! 将来很有可能成为紫杉醇生 产的主要途径 " 当前 ! 人类利用生物技术获得紫杉 醇的主要途径有 4 生物合成 ! 基因工程 ! 细胞培养 ! 微生物发酵等 " 四种方法目前大都停留在实验室 阶段 "
1+1>BA 1+10-1 1+1/BE 1+1/-1
1+1<BB 1+1/00 1+1-=A 1+1-10
张志强等采用氧化铝层析从云南红豆 杉 植 物浸膏中转化生成和分离提纯了紫杉醇 + 采用氧 化铝柱层析 * 有效地从红豆杉浸膏中提取出紫杉 醇 *其中以碱性氧化铝的处理效果为最好,A.+ 另外 * 利用化学合成法生产紫杉醇也是目前 人类获得紫杉醇的途径之一 + 世界上进行紫杉醇 全合成研究的小组有 <1 多个+ 美国佛罗里达州立 大学的化学教授 LMNOMP*于 -BB< 年 -/ 月 B 日完成 紫 杉 醇 全 合 成 +QRS)TT% 研 究 所 的 研 究 人 员 在 -BB/ 年 - 月采用一种收敛途径合成紫杉醇 + 这两 种全合成途径都包括 /0D<1 步化学反应的复杂 过程 * 要真正用于工业化生产紫杉醇还有一定的 距离 +-BAA 年 * 法国 UP)V’S%)O’ WM%’TX YM$S)’S 的 F’P)% 首 次 报 道 半 合 成 了 紫 杉 醇 以 及 同 系 物 O"#MO’S’G 随 后 美 国 ZXMP’D7M$N’PR ZMS’S 化 学 公 司与法国国家科学研究中心的 7MO)’S 博士合作 * -BAA 年实现了紫杉醇的半合成,B.+