红豆杉属植物中紫杉烷类物质含量影响因素综述

程立超，谢孝坤，韩小冰，胡浩

（黑河市森林病虫防治检疫站，黑龙江 黑河 164300）

紫杉烷是以抗癌药物紫杉醇为首的具有五甲基十五碳烯骨架的一类二萜类化合物的总称，其中有些紫杉烷可以作为半合成紫杉醇的原料，有些具有多方面的药理活性。紫杉醇化学名为：5β，20－环氧－1，2α，4，7β，10β，13α－六羟基紫杉－11－烯－9－酮－4，10－双乙酸酯－2－苯甲酸酯13－酯－（2R，3S）－N－苯甲酰基－3－苯基异丝氨酸，其分子式为C47H51O14N，相对分子质量为853.9，熔点213～216℃，血浆蛋白结合率为89%～98%，生物半衰期为5.3～17.4h，具有高度亲脂性，不溶于水［1－3］，外观为白色结晶或无定型粉末，其结构如图1［4］。

图1 紫杉醇的化学结构

早在1856年，Lucas H就从欧洲红豆杉（Taxus baccata）叶片中提取到粉末状碱性组分，即紫杉碱 （taxine）［5］。1958 年，美 国 国 家 癌 症 研 究 所（NCI）组织化学、生态、药理及临床方面的专家对35000种植物提取物进行抗癌活性的筛选工作。1963年，参加NCI筛选目的Research Triangle Institue的化学家 M.E.Wall和M.C.Wani首次从红豆杉树皮和木材中分离到了紫杉醇的粗提物。在筛选试验中，Wani和Wall发现紫杉醇粗提物对离体培养的鼠肿瘤细胞（包括L1210和P388白血病、Walker256肉瘤癌、肉瘤180以及B16黑色素瘤细胞）有很高活性。他们开始分离这种活性成分，但是由于该活性成分在树中含量极低，分离工作花了他们数年时间，直到1971年，他们才同Duke大学的化学教授Andrew T.McPhail一起，通过X－射线分析确定了该活性成分的化学结构，并把它命名紫杉醇（taxol）［6］。近几年来，紫杉醇已经是国际市场上最热门的抗癌药物，并已取得了巨大的进展［7］。

1982年紫杉醇开始在临床上进行试验，1989年完成Ⅱ期临床，1990年进行Ⅲ期临床，1992年12月29日美国FDA正式批准用于晚期卵巢癌、肺癌、子宫癌的治疗。它是经FDA认证，目前最好的天然抗癌药物之一，是治卵巢癌、乳腺癌的首选药物，对白血病、肺癌、脑癌、直肠癌等疗效也显著，并且毒性试验表明它的毒副作用很小。总之，紫杉醇是一种有效治疗多种癌症的天然植物提取物，其独特的抗癌机制使之成为全球抗癌药物研究热点。2003年全球紫杉醇销售额已经超过20亿美元，并且还在以每年20%的速度递增［8］。

近年来，国内外的研究人员又从不同角度对紫杉醇抗癌机理、临床应用等方面开展研究［9］。对于紫杉醇的作用机制，目前普遍认同四种机制，第一，紫杉醇与微管中β蛋白N端第31位氨基酸和第217～231位氨基酸结合，促进微管蛋白聚合、微管装配，防止解聚，使微管稳定。导致细胞在有丝分裂时不能形成纺锤体和纺锤丝，抑制了细胞分裂和增殖，使癌细胞停止在G2期和M期，直至死亡，进而起到抗癌作用［10］。第二，紫杉醇可以调节体内的免疫功能，通过作用于巨噬细胞，导致癌坏死因子（TNF－α）受体的减少以及（TNF－α）的释放，还可促进白细胞介素－1（IL－1）及干扰素（IFN－α、IFN－β）的释放，对癌细胞起杀伤或抑制作用［11］。第三，紫杉醇可作用于细胞凋亡受体途径的Fas／Fasl通路，或激活半胱氨酸－天冬氨酸蛋白酶家族（cysteinyl aspartate proteases caspases）诱导细胞凋亡［12］。第四，紫杉醇可抑制肿瘤细胞迁移。用紫杉醇处理过的鼠成纤维细胞只能产生扁平足状突起和丝状假足，不能移动［13］。

随着对紫杉醇的需求越来越大，紫杉醇的来源问题一直受到人们的关注。到目前为止，扩大其来源的方法主要包括筛选高产红豆杉栽培品种、化学合成、改进提取工艺、加强天然林保护、代谢调节、基因工程、细胞培养、真菌发酵、寻找紫杉醇类似物、寻找红豆杉替代植物等，这些方面都有相关的科研人员开展了研究工作。

从太平洋红豆杉树皮中分离鉴定出抗癌新药紫杉醇之后，红豆杉资源的开发受到了极大的关注，因其具有防癌、抗癌巨大的药用功能，且被列为世界濒危物种，国家Ⅰ级保护植物，成为征服癌症的“希望之树”，成为价值昂贵的植物黄金。因此，紫杉醇及其他紫杉烷类次生代谢产物含量的影响因素备受关注。

1 不同种源红豆杉中紫杉烷种类和数量的分布

Erik等从英国和荷兰的5个不同的地方采集了750个枝叶样本并分析了每个样本中紫杉醇、10－脱酰基紫杉醇、三尖杉宁碱、巴卡丁Ⅲ和10－脱酰基巴卡丁Ⅲ的含量［14］。结果显示不同物质在不同品种红豆杉中含量差异很大。Veronika等检测了匈牙利各种红豆杉枝叶中紫杉醇的含量，得出结论T.baccata的枝叶紫杉醇的含量最高［15］；苏应娟等曾报道过我国粤北连州地区南方红豆杉不同组织中紫杉醇的含量，并且发现与相应T.cuspidata和T.yunnannesis的组织相比含量较高［16－17］。郑德勇曾对云南红豆杉、东北红豆杉及南方红豆杉的紫杉醇含量进行考察，结果表明，不同树种的植物原料中紫杉醇含量有一定的差异，其中云南红豆杉样品中紫杉醇含量最高，树木各部位平均含量达1.49×10－4（w／w），其次为南方红豆杉及东北红豆杉，其树木各部位平均含量分别为1.25×10－4（w／w）和1.08×10－4（w／w）［18］。赵春芳研究了不同种红豆杉紫杉烷的种类和数量分布特点，结果表明，曼地亚红豆杉种紫杉醇相对较高，中国红豆杉与南方、东北红豆杉间紫杉烷成分差别不大［19］。

2 不同性别和年龄对紫杉烷种类和含量的影响

紫杉醇及其衍生物的含量与植物的生长年龄密切相关，而性别差异不显著［20］。苏建荣等在滇、川两省内系统采集了10个龄级的云南红豆杉样品，检测不同树龄云南红豆杉树皮、小枝和叶的紫杉醇含量，其中不同树龄植株当年生叶紫杉醇含量在0.0034%～0.0110%间变化，变异系数为36.809%，不同树龄3年生小枝紫杉醇含量在0.0009%～0.0134%间变化，变异系数为67.844%，不同树龄植株树皮的紫杉醇含量在0.0037%～0.0417%间变化，变异系数为60.128%。回归分析表明，3年生小枝和当年生叶的紫杉醇含量与树龄不相关；树皮的紫杉醇含量与年龄有一定相关性［21］。对于小树，Elsohly等发现3～4年生和7～8年生的栽培红豆杉单位干生物量中紫杉醇及其衍生物的含量比1年生的低。有的研究显示成年红豆杉树皮中紫杉醇的含量比小树和老树树皮的含量都要低，并且以老树树皮含量最高。也有另外一些研究认为红豆杉的树皮和叶子越老，紫杉醇的含量越高［22］。

3 不同植株部位紫杉烷的种类和含量差异

组织部位不同，红豆杉中紫杉醇及其衍生物的含量也不同。Strobell等人研究发现相对于主干的树皮而言，树梢、根、根状茎和侧枝的树皮紫杉醇合成的能力较低［16］。而在树皮中以形成层的合成能力最强。1999年王书凯等对生长在中国科学院长白山森林生态系统定位站附近的东北红豆杉树皮、小枝以及针叶中紫杉醇含量进行测定，研究结果表明，东北红豆杉树皮中紫杉醇含量很高，其次为小枝，针叶中含量最低，但前两者差异不明显［23］。研究表明，同株植物不同部位紫杉烷的种类差别不大但含量差异较大。红豆杉的树皮、树叶和种子的色谱特征谱图具有很高的相似度，说明紫杉烷的产生无明显的组织特异性。中国红豆杉的同一棵树种，老树的树皮种紫杉醇含量约为0.04%～0.02%；紫杉醇的含量比树冠上部枝条、以及侧枝的树皮含量高，以内层韧皮部含量最高；在树瘿种未检测到紫杉醇，其他紫杉烷的含量亦低；DAB－I和BIII等结构比紫杉醇简单的紫杉烷含量在叶中高于在其他器官或组织，在须根中含量最低［19］。

一般而言，紫杉醇在根和主干皮中的含量比在木质部、小枝条、针叶、假种皮等其它各组织都高，而Fett等对东北红豆杉的幼茎、幼皮、外皮、幼木质部、木质部、针状幼叶和针状老叶进行分析，各部位中以针叶中紫杉醇含量最高，显著高于树皮，是皮中含量的3～4倍［24］。还有人认为，植株的生长形状也会影响到紫杉醇及其衍生物的含量，灌木状的红豆杉一般比乔木状的紫杉醇含量高［25］。

4 不同环境因子对紫杉烷种类和含量的影响

在各种环境因子中，光照强度能够显著地影响紫杉醇及其衍生物的含量。张鸿等的研究认为，生长于背阴处的红豆杉，其树皮中紫杉醇含量明显高于同一区域受光照充足的红豆杉树皮［26］。2008年，王昌伟等通过设计1年以上的长期遮光处理，对南方红豆杉年生幼株不同遮光处理后，对针叶中紫杉醇和10－脱酰基巴卡丁Ⅲ含量进行了测定。结果表明，不同的光照情况下，含量有差异［27］。

另外，湿度和土壤肥力也是影响红豆杉中紫杉醇及其衍生物含量的另外两个重要的因素。红豆杉喜欢湿润、肥沃的土壤，生长在湿润、寒冷环境中的杉树紫杉醇的含量一般明显高于那些生长在温暖、干燥环境中的，但也有一些例外。

紫杉醇及其衍生物的含量随季节而变化，不同生长季节叶中的紫杉醇含量的动态变化较大。张鸿等于4月、9月随机采集同一地点的红豆杉树皮各l0份，分别进行紫杉醇含量测定。结果显示，采集于4月的红豆杉树皮中紫杉醇含量明显高于采集于9月的样品［26］。张凤梅的实验结果显示，从3月份气温回升，植物开始萌动生长，东北红豆杉中紫杉醇的含量降低，随着植物光合能力的增强，紫杉醇的含量也增加，7月的紫杉醇在叶中积累量最大，达到0.02384%。之后东北红豆杉叶中的紫杉醇含量降低趋势，尽管在随后的几个月内紫杉醇含量又逐渐增加，但增加量还是很有限［28］。

储存方法的不同也会导致测定得到的紫杉醇及其衍生物含量不同，Fett的研究表明，叶在冰冻下96h、25℃下真空96h（均为避光条件）及新鲜提取显示的紫杉醇含量无显著差异，但叶在60℃、96h，紫外光谱上紫杉醇峰出现变化，表明在此条件下紫杉醇有降解［24］。ElSohly等的研究证明保存干剪枝有利于紫杉醇的保存［29，30］。张鸿对三组不同保管方式的红豆杉样品中紫杉醇含量进行测定，第一组为采集后置阴凉通风处摊开干燥；第二组为采集后堆积放置，发现有发热现象，后置阴凉通风处摊开干燥；第三组为采集后置露天风吹日晒雨淋约6个月。第二组和第三组的紫杉醇含量明显较第一组少，表明原材料不宜久置，更不宜堆积发热或长期置于露天日晒雨淋［26］。薛艳华等以东北红豆杉新鲜枝叶为材料，比较不同烘干预处理方法对紫杉醇含量的影响，分别进行了自然风干、烘箱干燥、微波干燥三种不同的干燥方法，通过对干燥时间和紫杉醇含量的综合考虑，最终确定微波干燥法为最佳提取方法［31］。

以上这些因素都或多或少影响红豆杉中次生代谢产物的含量，但由于这些因素并非单独作用，除非采取严格的实验控制否则很难单独考察各个因素的影响。野生红豆杉资源匮乏严重阻碍了我国药用紫杉醇的产业化发展，对红豆杉属植物中有效成分分布规律影响因素的研究，可以指导人们对野生东北红豆杉资源合理、有效、充分的利用。这样不仅为紫杉醇大量生产提供解决途径，又可以避免野生资源遭到毁灭性的破坏。

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