海鞘中的抗肿瘤生物活性物质

第23卷第5期海洋通报Vol 23, No52004年10月MARINE SCIENCE BULLETINoct,2004海鞘中的抗肿瘤生物活性物质李志军,薛长湖,王长海(1.中国海洋大学,山东青岛266003:2烟台大学,山东烟台264005)摘要:综述了海鞘中发现的数上种抗肿瘤活性物质,包括其活性、来源等,对其中重要者,如:Ecteinascidin743和 Psedodistomins D-F等活性物质抗肿瘤的作用机理作了较详细的介绍。并概述了国内该领域的研究状况关键词:海鞠:抗肿瘤:生物活性:研究进展中图分类号:R9791;Q5文献标识码:A文章编号:1001-63922004)05008205海洋是生物进化的发源地,海洋中蕴藏着极其丰富的海洋生物资源,约占地球生物物种总数的80%。海洋生物以它独特的生活方式—一栖息、运动、洄游、摄食、排泄、繁殖生长、御敌等,生活在复杂而多变的海洋环境里,独特的生活环境和漫长的进化历程可使这些海洋生物体内蕴含了许多结构新颖、活性独特的化合物。至今已发现的具有抗肿瘤、抗病毒、调节免疫系统以及作用于心脑血管系统等生理活性的海洋生物活性物质5000余种。仅以抗肿瘤方面活性为例:估计约有10%的海洋动物和35%的海洋植物的提取物,表现出刈P38白血病细胞、KB细胞(口腔表皮癌细胞)等哺乳动物肿瘤细胞的细胞毒活性。自20世纪60—70年代以来,已从海洋生物海绵中发现一系列具有生理活性的化合物,从而掀起了海洋天然产物研究的热潮。同时,人们的目光也投向了海鞘和珊瑚。近年来,在海鞘中发现了许多结构新颖、活性独特的化合物,引起了天然产物化学和药物化学研究人员的高度重视。海鞘化学成分的研究遂渐成了海洋天然产物化学研究的热点之一,海鞘也成了除海绵之后人类获取有显著生理活性物质的重要海洋生物资源。本文对海鞘中具细胞毒活性的化合物主要有生物碱类、肽类、聚醚类、萜类、大环内酯类及多硫化合物等进行了综述。1国外海鞘抗肿瘤活性物质研究进展1.1生物碱从海鞘分离出的化合物其抗肿瘤活性研究是重点之一,而且具有抗肿瘤细胞毒活性最多的当属生物碱类化合物。20世纪70年代初,人们就发现海鞘 Ecteinascidia turbinata提取液具有体外细胞毒活性和体内的肿瘤抑制活性。从 Ecteinasidia turbinata中分离出的生物碱Ecteinasidins(简称E)729,743在体内外试验中均显示抑癌活性,对鼠白血病细胞株P38的Cs为093μgmL。美国国家癌症研究所(NC的 Yves pommier博士认为:E743的作用机制是全新的,不同于现有的抗癌药物。E743已被欧盟承认为治疗组织肉瘤的罕用药物。目前,该药还处于治疗乳腺癌、直肠癌、卵巢癌、非中国煤化工黑色素癌、骨肉瘤和皮瘤的一期试验。除 Ecteinascidians743外,手活性的生物碱CNMHG收稿日期:20030718;收修改稿日期:20031225期李志军等:海鞘的抗肿瘤生物活性物质豪具细胞毒活性化合物(海蔚生物碱)Tab. I Cytotoxic compounds from ascidian(alkaloids)名称来源生物活性/μg·mtPseudodistominsAPseudodistoma kanokkoC:2.5(L)DiplamineDiplosoma sp0.02(L2m)ClavepictinesCl-10(L12m)Clavering sp/Cu: 0.5(HCTu)Lkianol AAkademik oparin/Csn: I(KB)ICn: -0.25(P,kk, Asg)CystamineCystodytes dellechiajeiIC,: 1.0(CEM)E: latinIC, 53(HCT)Staurosporine aglyconeEudistoma sp20(As3.2(P1y)PseudodistomicPseudodistom ic kankoC23(L1)26(KB)SulcationMicrocosmus /ulgar见表1)。同时人们仍在不断地釆用新的方法从不同的海鞘中寻找新的抗肿瘤活性的生物碱。例如从 Micronesian ascidian中发现了具有DNA损伤诱导活性的哌啶生物碱Psedodistomins D-F;从 Didemnum种海鞘中发现了海鞘纲第一个吡咯丫啶( Pyrroloacridine)生物碱 Plakinidine D。另一方面,对这些生物碱的作用机理展开了深入的硏究,如发现Et743和 Ascididemin对多药物抗性( Multidrug Resistance MDR)细胞等同样具有细胞毒作用,而MDR是影响肿瘤治疗效果的一个重要因素,其物质基础是肿瘤细胞表面P糖蛋白的过量表达。试验结果同时显示,该生物碱作用于富含GC的DNA片段,其对肿瘤细胞的抑制作用与拓扑异构酶I,Ⅱ无关,而早期却曾有研究显示它在75 mmol/L浓度时能抑制拓扑异构酶ⅡI。1.2肽类海鞘中的生物活性肽以环肽居多。第一个得到的有细胞毒作用的环肽是Ulithiacyclamide,是从 lis soclinum patella分离得到的。它对白血病细胞L的!C0为0.35μgmL。随后, Rinehart等从 Didemnide科的 Trididemnmum solidum中成功地分离得到环肽 Didemnins,并证实它们具有抗肿瘤细胞毒活性。通过对抗肿瘤活性最强的 Didemnin作用机理的研究表明, Didemnins既能抑制蛋白质的合成,也能抑制 DNA, RNA的合成,对黑色素瘤B6细胞周期作用的研究表明,它可杀伤各期细胞,尤以G至S期细胞敏感。Didemnin B在11年开始的I/Ⅱ期临床试验中显示,其对非何杰金淋巴瘤和脑胶质母细胞瘤有一定疗效,遗憾的是,在随后进行的针对变态前列腺癌、了宫颈鳞状细胞癌、小细胞肺癌、骨髓瘤和卵巢癌等癌症的广泛临床试验表明, Didemnin B疔效欠佳且有明显的恶心,呕吐等副作用。为此,人们又以合成,半合成或从其他海鞘中分离等多种方式得到了许多 Didemnin的同系物。对多达42种 Didemnin类化合物进行的结构与功能的对比研究表明,天然环肽核为其生物活性所必需,而对侧链的化学修饰则会明显地影响其活性强弱,如脱氢 Didemnin b的体内外抗肿瘤活性比 Didemnin强许多, Didemnin亲脂取代后会显著降低其细胞毒性。 Didemnin A,B,C、脱氢 Didemnin、含 Didemnin的药物配方以及 Didemnins同系物的半合成、全合成方法均已申请或获得了专中国煤化工Patellamides, lissoclinamides, Ulicylamide, TawicyCNMHGlimum patella中分离出的环肽,它们多具有中等细胞毒活性,儿9但在数μgmL乙间。其中的Patellamide d能明显地提高人白血病MDR细胞株对抗癌药物的敏感性, Patellamide F对海洋通报23卷NCI的60个人类肿瘤细胞株〖C30值平均为13μgmL。 Cycloxaoline是来自 L. stratum的环六肽。 Shiori等在研究了数种环肽后发现,恶唑啉环在环或非环状肽类化合物表现细胞毒活性中有重要作用,无恶唑啉环的 Tawicyclamides刈人类结肠崺细胞株仅有轻微的细胞毒活性(C90:30μgmL)而 L bistratum中所含一环六肽 Cycloxaoline细胞毒活性最强(CougmL, MRCSCⅥ成纤细胞和Tx膀胱癌细胞)从澳大利亚海鞘的代谢产物中分离出环七肽Mollamide,其对P,As,HT29和cV细胞瘤的C30分别为1,25,25和25μgmL。另外Mollamide还能抑制RNA的合成(Cso:lμgmL),这些研究成果均支持上述结论。机理研究表明, Ulithiacyclamide主要抑制蛋白质合成,而对DAN合成基本没有影响从 Diazonide科海鞘 Diazong chinesis中分离出含氯环肽 Diazonamides,其中Diazonamide a刈人结肠癌细胞株HCT及鼠黑色素瘤细胞株B的C50均为0015ugmL,但 Diazonamide b的活性则较弱。 Diazonamide a和 Diazonamide b均由酪氨酸、颉氨酸的衍生物组成。来自 Lissoclinum属海鞘的化合物 Patellin6对P8,AsHT和CV等癌细胞有中等细胞毒性(Cs:2μgmL)并对局部异构酶Ⅱ有抑制作用(Cs:2.5ug/mL)海鞘中发现的线性肽相刈较少,且多活性不强。从 Botryllus中分离出的线性肽Botryllamides A-D,属苯丙氨酸衍生物,其中只有化合物D对HTCs细胞有抑制作用(Cs:17pgmL)。聚小肽 Eusynstyelamide对人结肠癌细胞株HTC-16有微弱的细胞毒活性,lC30为100μgmL。科研人员还从新西兰产的海鞘 Leptoclinides dubius t中发现了5个对KB细胞和Ps8细胞有弱毒性的线肽化合物。13聚醚类化合物Gouiffer和Fose先后报道从 lissoclimum属海鞘中发现聚醚类化合物 Bistramide a。随后Bard报道发现了 Bistramide b,C,D,K。 Bibistramide b是A的乙酰化产物,其体内外抗肿瘤活性分别为Cs:0.07μgmL(膀胱癌细胞株T2)和LDs:1.5mg/kg(小鼠)。Bistramide a在10~100mm会引起人HL60细胞株的不完全分化,对该细胞株的Cs424 nmol/L,对肺癌As和乳腺癌MCF7细胞株lC:1.0~29mmoL,且在5 nmol/L浓度会引起As细胞株形成集落,该生物活性是由蛋白激酶C(PKC)介导。深入研究表明,Bistramide a能于扰微管组装,且推测是通过磷酸化作用的影响,同时还能引起DNA损伤。 Bistramide a,B,C,D,K,对人体小细胞肺癌细胞株 NSCLC-N6等6个肿瘤细胞有细胞毒活性作用,其中 Bistramide A活性最强,lC为0.03μgmL, Bistramide K能在Gl期阻断 NSCLC-N6细胞株的生长14萜类化合物来自 Aplideum sp.的花类化合物 Aplidiasphingosine对KB细胞,L0细胞具有中等细胞毒活性, L. Vareau中的含氯萜 Dichlorolissoclimide细胞毒活性分别为lCs0:0.014ugmL(KB细胞,Cs0.001ugmL(Ps8)。从海鞘H. roretzi血液中得到萜类化合物HaA.B,以16mo/L浓度作用24h可完全杀死体外培养的神经纤维瘤N18胞 cyanine1.5其它类型化合物除前面介绍的4类抗肿瘤活性化合物外,从海鞘中还分离出许多具有细胞毒活性的化合物,包括大环内酯类、多硫化合物、醌类、酚类衍生Patellazole是分离自 L patella的含有噻唑的中国煤化工值在ng/mL数量级。而 lejimalide是从海鞘 frigida分离得到的CNMH Geimalides a b的细胞毒活性分别为:Cs:0.062μgmL(L0),Csc:0022pmL(L)。5期李忐军等:海鞘中的抗肿瘤生物活性物质从海鞘L. Vareau中得到的有机硫化物Ⅴ arain A是第一个报道的该类天然产物,对细胞癌细胞株HCT6的Cs为0.05ug/mL。而1,2,3 Trithiane和 Lissoclinotoxin a分别来自Aplidium sp.和 L perforatum,它们均具中等细胞毒性。香叶基氢醌( qexanyl hydroquinone)是从 Aplidium sp,中分离出的具有体内抗肿瘤活性的物质。 Carroll等从海鞘中分出了四氢大麻酚衍生物,对P38,Asn,HT9和CV的LC50约为10pgmL。 Didemnum moseleyi中的含共轭多烯侧链的羟基内酯 Didemnilactone可与人多形核白细胞表面的白三烯B4受体结合。综上所述,从世界各地不同的海鞘中发现了近百种具有细胞毒活性的物质,所研究的海鞘以内性目( Enterogona)居多,包括 Didemnidae科的 Didemnin, lissoclinun, Diplosome sp,Leptoclinidea sp, Trididemnum sp.等属种, Polycitoridae科的 Cystodytes, Eudistoma sp,polycitorella等属种, Polyclinidae科的 Aplidium, Polyclinum属, Pseudodistomidae科的Pseudodistoma属, Ritterellidae科的 Rimerella属, Clavelinidae科的 Clavering属Diazonidae科的 Diagonal属, Pterophoridae科的 Ecteinascidia turbinata等,对侧性目Peuragona)中有研究的有 Styelidae科中的 Dendrodoa grossularia, Cnemidocarpe sp.Po! lyandrocarpe sp.等属种。2国内海鞘抗肿瘤活性物质研究进展国内刈海鞘的研究始于20世纪80年代,早期主要集中于生理、生态及资源方面的调查研究。郑成兴"(1995)较为全面地报道了中国沿海海鞘的物种及分布调奁结果。这一调查成果对我国海鞘的进一步研究起到了推动作用。根据文献[13-18]显示,我国对海鞘的化学成分及其活性研究始于20世纪90年代。在化学成分方面,主要对海鞘 Herdmania momus、长纹海鞘( Longistrata)、冠瘤海鞘( Styela cα opus)、柄海鞘(Sσ ela clava)等海鞘中部分化合物进行了分离鉴定研究。在活性硏究方面,仅迟玉森和耿越~报道了柄海鞘被囊粗提物貝有抑制小鼠S-180实体瘤的活性,抑制率达72%左右,魏振满则报道了黄海产柄海鞘提取物具有提高小鼠免疫功能的作用。可见,国内对海鞘的研究,尤其是海鞘中的天然产物的分离及其活性方面的研究尚处于起步阶段,不论在深度和广度上都有待提高。我国地跨暖温带、亚热带、热带三个气候带,有记载的海洋生物约2万种。其中海鞘有65种,分属2目11科,特别是柄海鞘、玻璃海鞘、乳突皮海鞘等三大优势种,分布广,数量多,是潜在的海洋药物资源。我国海鞘的许多属种在国际上未见研究报道,如果选择一些原料易得并具有明显生态、形态特征,如:Sela,Pwra, Morgul, Hartmeyeria等属海鞘,在匕较广泛的初步筛选基础上,深入开展化学及其生理活性的研究,可望发现全新的、有重要生物活性的化合物,从而进一步开发成为新药或作为药物设计的先导化合物,也可为基础医学等生命科学研究提供有价值的工具药。随着海洋技术及医药研发技术的飞速发展,开发海洋的步伐正在逐渐加快。海洋将成为21世纪重要的药物资源宝库参考文献[敬志峰,程公,阳藩等海鞘中的抗肿瘤牛物活性物质小生物中国煤化工[2]焦炳华全国第二届海洋生命活性物质与尺然药物学术讨论会论文eHCNMHG[3]Rashid M A, Gustafson K R, Cardellina l J Het al. 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Yantai University, Yantai 264005, Shandong, China)Abstract: About tens of antineoplastic compounds from ascidians have been reviewed withemphasis on the antitumor mechanisms of some important ones such as Ecteinascidians 743Psedodistomins D-F and their activities and sources中国煤化工 on ascidians inChina have been summarizedCNMHGKey words: ascidian; antineoplastic bioactivity; research progress