【医学课件】抗肿瘤抗生素及肿瘤细胞耐药性.ppt

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1、 抗肿瘤抗生素及肿瘤细胞耐药性抗肿瘤抗生素及肿瘤细胞耐药性一些常见抗肿瘤药物对一些常见抗肿瘤药物对DNADNA作用的顺序特异性作用的顺序特异性药物名称药物名称作用后的产物作用后的产物DNADNA作用靶序列作用靶序列嵌入型药物：嵌入型药物：柔红霉素柔红霉素/阿霉素阿霉素柔红霉素柔红霉素/阿霉素阿霉素WP401WP401阿克拉霉素阿克拉霉素诺加霉素诺加霉素放线菌素放线菌素D D非共价型复合物非共价型复合物G-N2G-N2位加合物位加合物G-N2G-N2位加合物位加合物非共价型复合物非共价型复合物非共价型复合物非共价型复合物非共价型复合物非共价型复合物CGCG（A/TA/T）CGCCGCCGGCGG

2、CGCG（A/TA/T）（C/TC/T）G GGCGC或或GTGT双嵌入型药物：双嵌入型药物：丙霉素丙霉素刺霉素刺霉素复合物复合物复合物复合物（A/TA/T）CGCG（A/TA/T）（A/TA/T）CGCG（A/TA/T）小沟结合物小沟结合物偏端霉素偏端霉素A A倍癌霉素倍癌霉素复合物复合物A-N3A-N3加合物加合物5 5（A/TA/T）bpbp4 4（A/TA/T）bpbp共价结合型药物：共价结合型药物：光神霉素光神霉素丝裂霉素丝裂霉素C CG-N2G-N2位加合物位加合物在两个在两个G-N2G-N2位间交联位间交联CGCG富含富含G G区区DNADNA断裂药物：断裂药物：博莱霉素博莱霉素

3、培洛霉素培洛霉素H H断裂断裂H4H4断裂断裂GTGT，GCGCGTGT，GCGC一些作用于一些作用于DNADNA鸟嘌呤鸟嘌呤N2N2的抗肿的抗肿瘤抗生素的机制瘤抗生素的机制 A A：柔红霉素柔红霉素/阿霉素；阿霉素；B B：CyanomorpholinylCyanomorpholinyl 阿霉素；阿霉素；C C：BarminomycinBarminomycin，次红霉素；次红霉素；D D：恩霉素；恩霉素；E E：丝裂霉素；丝裂霉素；F F：EcteinascidinEcteinascidin，EtEt DNADNA的立体模型（的立体模型（A A），），以及一些药物以及一些药物对对DNADNA

4、小沟处碱基的作用模式（小沟处碱基的作用模式（B B）从广义的角度看，从广义的角度看，DNADNA可以看作是抗肿瘤药物的大分子受体，而大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多数抗肿瘤药物对DNADNA的攻击是其小沟部分。的攻击是其小沟部分。第一节第一节 蒽环类抗肿瘤抗生素蒽环类抗肿瘤抗生素-一、柔红霉素和阿霉素一、柔红霉素和阿霉素 阿克拉霉素阿克拉霉素A A和和B B的化学结构的化学结构 柔红霉素和阿霉素的作用机制柔红霉素和阿霉素的作用机制n对柔红霉素和阿霉素的作用机制研究发现，其与对柔红霉素和阿霉素的作用机制研究发现，其与DNADNA的嵌入的嵌入形成形成2 2：1 1的的DN

5、R-CGTACGDNR-CGTACG复合物复合物，并确定，并确定了蒽环类抗生素结构中的三个功能部分：了蒽环类抗生素结构中的三个功能部分：n1 1）嵌入（环）嵌入（环B-DB-D）；）；n2 2）A A环的锚链（如环的锚链（如C9-OHC9-OH）；）；n3 3）氨基糖氨基糖;n每一部分对生物学功能起着重要的作用。每一部分对生物学功能起着重要的作用。n另外一个重要的发现是：甲醛分子能够使这类药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物将药物分子中柔毛霉胺的N3N3与与DNADNA分子中鸟嘌呤分子中鸟嘌呤N2N2进行共价结合进行共价结合.由甲醛分子介导的由甲醛分子介导的2

6、 2：1 DNR-CGCGCG1 DNR-CGCGCG共价复合物的三维结构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。箭头所示为甲醛分子介导的共价交链。A A：从：从DNADNA小沟所示；小沟所示；B B：从：从DNADNA大沟所示。大沟所示。另外一个蒽环类抗肿瘤抗生素诺加霉素（另外一个蒽环类抗肿瘤抗生素诺加霉素（nogalamycinnogalamycin，NgNg），），它对它对DNADNA的嵌入模式跨越小沟和大沟的嵌入模式跨越小沟和大沟.图中红色所示为诺加霉素分子中的图中红色所示为诺加霉素分子中的nogalosenogalose部分，部分，其嵌入在其嵌入在DNADNA小沟中；

7、图中紫色所示为诺加霉素分小沟中；图中紫色所示为诺加霉素分子中的氨基葡萄糖部分，其嵌入在子中的氨基葡萄糖部分，其嵌入在DNADNA大沟中；金大沟中；金黄色所示为诺加霉素的甙元部分。黄色所示为诺加霉素的甙元部分。二、双嵌入类化合物二、双嵌入类化合物n对柔红霉素的结构改造，合成了双柔红霉素类对柔红霉素的结构改造，合成了双柔红霉素类化合物化合物WP631WP631和和WP652WP652，其具有比柔红霉素和阿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）。霉素更强的生物活性（化学结构如图所示）。n这两种双柔红霉素类化合物嵌入这两种双柔红霉素类化合物嵌入DNADNA的模式不同：的模式不同：W

8、P631WP631优先嵌入到具有优先嵌入到具有CG(A/T)(A/T)CGCG(A/T)(A/T)CG的一个六的一个六核苷的顺序中，并在两个甙元之间包裹四个碱核苷的顺序中，并在两个甙元之间包裹四个碱基对；而基对；而WP652WP652与一个四核苷顺序结合，如与一个四核苷顺序结合，如PyGTPuPyGTPu。双柔红霉素类化合物双柔红霉素类化合物WP631WP631和和WP652WP652的化学结构的化学结构 双柔红霉素类化合物与双柔红霉素类化合物与DNADNA的结合模型的结合模型 A A：WP631-ACGTACGTWP631-ACGTACGT复合物；复合物；B B：WP652-TGTACAWP

9、652-TGTACA复合物复合物丙霉素丙霉素A A和刺霉素的化学结构和刺霉素的化学结构 丙霉素丙霉素A A与与DNADNA的嵌入模式的嵌入模式 三、蒽环类抗生素的其他一些作用机制三、蒽环类抗生素的其他一些作用机制n一般地，蒽环类抗生素对一般地，蒽环类抗生素对DNADNA和和RNARNA具有较高的亲具有较高的亲和力，因此认为这类抗生素通过将其分子非极性和力，因此认为这类抗生素通过将其分子非极性插入到插入到DNADNA双螺旋的碱基来发挥抗肿瘤的作用，故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也称之为如上所述的嵌入型DNADNA结合机制。结合机制。n但根据对这类抗生素的结构、理化特

10、性和毒副作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用的研究，发现还有一个重要的作用机制：线粒：线粒体作为亚细胞作用靶位。体作为亚细胞作用靶位。n其可能通过以下机制来影响线粒体。其可能通过以下机制来影响线粒体。1 1、与脂质的亲和力、与脂质的亲和力n对这类抗肿瘤抗生素心脏毒性的研究表明：其细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。胞毒性的主要作用靶位是线粒体膜。n在线粒体的内膜富含心磷脂（在线粒体的内膜富含心磷脂（cardiolipincardiolipin，CLCL），），阿霉素与这种物质的亲和力比磷脂酸高阿霉素与这种物质

11、的亲和力比磷脂酸高8080倍。倍。n在线粒体膜上存在有很多具有一定功能的酶，如在线粒体膜上存在有很多具有一定功能的酶，如NADHNADH脱氢酶、细胞色素脱氢酶、细胞色素C C氧化酶和细胞色素氧化酶和细胞色素C C还原还原酶等，这些酶功能的正常发挥需要一定量的心磷酶等，这些酶功能的正常发挥需要一定量的心磷脂。脂。n因此，当蒽环类抗生素与膜上的心磷脂结合后，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（谓的群集活性（clustering activityclustering activity）。）。阿霉素

12、的群集活性，即其与心磷脂结合后影响线粒体复合物阿霉素的群集活性，即其与心磷脂结合后影响线粒体复合物I IIIIIII，其，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物I IIIIIII移动在一起（移动在一起（a a）；也可以是：阿霉素心磷脂（双磷脂酰甘油）；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复合物与酶促复合物I IIIIIII分开（分开（b b）。这两种情况下，酶活性都受到抑）。这两种情况下，酶活性都受到抑制。制。2 2、钙浓度与膜去极化、钙浓度与膜去极化n体外研究表明：在一定的钙浓度下，线

13、粒体起着体外研究表明：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。影响稳态钙浓度的作用。n这种作用模式使阿霉素保持为一种弱的氧化剂，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传运通道或孔）。确实，巯基还原剂能够保护钙离子外排。离子外排。n 蒽环类抗生素对钙稳态影响的分子机制似乎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又是自由基调节机制。自由基

14、也损坏通过肌质网对钙的收集。对钙的收集。3 3、金属离子的络合、金属离子的络合n实验表明：在有实验表明：在有DNADNA存在时，存在时，ADRADRFeFe3 3复合物显著地复合物显著地刺激从刺激从H2O2H2O2产生羟基自由基。这与观察到的产生羟基自由基。这与观察到的ADR-FeADR-Fe鳌鳌合物与合物与DNADNA形成稳定的三元复合物相一致，这种三元复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。合物本身就是一种活化的氧化还原催化剂。nADR-FeADR-Fe3 3复合物存在的情况下，自由基的形成也对真复合物存在的情况下，自由基的形成也对真核细胞血影膜（核细

15、胞血影膜（ghost ghost membrancemembrance）进行氧化破坏。）进行氧化破坏。nGianniGianni等的研究表明：等的研究表明：ARD-FeARD-Fe3 3复合物的循环降低分复合物的循环降低分子氧。随着子氧。随着FeFe3 3 还原成还原成FeFe2 2，形成一种阿霉素自由，形成一种阿霉素自由基，其可能介导药物的毒性作用。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阿霉素与一种普通金属离子之间形成的双复合物（的双复合物（a a）和单复合物（）和单复合物（b b）4 4、自由基的诱导、自由基的诱导n在在19701970年至年至19801980年间，

16、人们开始认识到阿霉素的年间，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。内被还原成为半醌自由基。n该自由基在厌氧条件下相当不稳定，它很容易地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步使脂质过氧化。超氧化物将启动导致产生活性.OH.OH和和H2O2H2O2的级联放大反应。这些自由基都涉及到的级联放大反应。这些自由基都涉及到对细胞的损伤，包括对细胞的损伤，包括DNADNA的断裂、的断裂、

17、DNADNA蛋白的交蛋白的交链，以及蛋白质的破坏。链，以及蛋白质的破坏。n由于心脏组织中基本不存在具有解毒作用的酶类，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 多重作用机制多重作用机制:n蒽环类抗肿瘤抗生素进入胞内与线粒体发生交互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：作用后，引起一系列的生物学效应：n一是导致

18、细胞色一是导致细胞色C C的释放，其诱导细胞发生调亡；的释放，其诱导细胞发生调亡；n二是产生自由基，导致脂质过氧化、二是产生自由基，导致脂质过氧化、DNADNA断裂和断裂和蛋白质破坏，以及钙离子释放；蛋白质破坏，以及钙离子释放；n三是与金属离子形成复合物，导致自由基的产生；三是与金属离子形成复合物，导致自由基的产生；n四是与脂质发生交互作用，导致膜结构的改变和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；某些酶的抑制；n五是抑制某些酶的活性。五是抑制某些酶的活性。蒽环类抗肿瘤抗生素的生物学效应和分子作用机制蒽环类抗肿瘤抗生素的生物学效应和分子作用机制 第二节第二节 丝裂霉素丝裂霉素C

19、 Cn丝裂霉素是一类强效抗生素，于丝裂霉素是一类强效抗生素，于19501950年由日本微年由日本微生物学家从生物学家从StreptomycesStreptomyces caesoitosuscaesoitosus的发酵培的发酵培养物中发现。其家族成员之一丝裂霉素养物中发现。其家族成员之一丝裂霉素C C（mitomycinmitomycin C C，MCMC）。）。n由于丝裂霉素由于丝裂霉素C C对实体瘤具有广谱的抗肿瘤活性，对实体瘤具有广谱的抗肿瘤活性，已于上世纪已于上世纪6060年代被用于临床癌症化疗。年代被用于临床癌症化疗。nMCMC是乳房、肺，前列腺癌症联合化疗的一种重要是乳房、肺，前列

20、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，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丝裂霉素类的化学结构 一、丝裂霉素通过与一、丝裂霉素通过与DNADNA交联，作为一种交联，作为一种强效的细胞毒损伤物质强效的细胞毒损伤物质n早期的分子药物学关于早期的分子药物学关于MCMC的研究揭示了这类抗肿瘤抗生素的研究揭示了这类抗肿瘤抗生素的一种特殊能力：的一种特殊能力：MCMC和该族化合物的其它成员能够使和该族

21、化合物的其它成员能够使DNADNA链产生交联。链产生交联。n尽管尽管DNADNA被一些简单的化学合成双功能烷化剂交联的现象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。一种天然抗生素。n关于丝裂霉素具有这种烷化作用的证据已被确证。例如：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伴随着交联，药物分子只结合在一条DNADNA链上。链上。n丝裂霉素主要是作为一种丝裂霉素主要是作为一种DNADNA复制抑制剂而发挥抗细胞活复制抑制剂而发挥抗细胞活性已被证

22、实性已被证实,很多证据揭示，这种抑制基本上是由很多证据揭示，这种抑制基本上是由MCMC诱导诱导的交联造成的。的交联造成的。二、生物还原性药物活性：二、生物还原性药物活性：丝裂霉素丝裂霉素C C作为原型起作用作为原型起作用n在在LyerLyer和和SzybalskiSzybalski的经典论文中（的经典论文中（19641964）第一次描述了）第一次描述了有关有关MCMC分子机制的另一个独特的特征是：分子机制的另一个独特的特征是：DNADNA交联和烷化交联和烷化活性需要还原醌活性需要还原醌，这才使得药物转化为高活性的烷基化形，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。

23、式。这种特性被认为在癌症化疗中很重要。n相对于生长在有氧环境下的细胞，相对于生长在有氧环境下的细胞，MCMC和甲基丝裂霉素对培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，这可通过养在缺氧条件下细胞有选择性细胞毒性，这可通过O2O2抑制抑制丝裂霉素的还原活性来解释。丝裂霉素的还原活性来解释。n这些发现使人们得到这样一个假设：丝裂霉素拥有独特的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。常对放射治疗和其它需氧治疗有抗性。三、由三、由MCMC导致的导致

24、的DNADNA烷化和交联的机制烷化和交联的机制n DNADNA交联剂是癌症化疗药物的重要成员，最好的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，以例子是合成药物苯丁酸氮芥、氮芥、卡氮芥，以及环磷酰胺等。及环磷酰胺等。n与合成药物相比，与合成药物相比，MCMC是这类化合物中唯一的天然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。来源的物质，有更复杂的化学结构和作用机制。nMCMC的复杂性提供了很好的机会来研究它的结构、的复杂性提供了很好的机会来研究它的结构、还原机制、还原机制、DNADNA损伤、生物活性等与化疗效应之间损伤、生物活性等与化疗效

25、应之间的关系。的关系。MCMC的还原活的还原活化途径以及化途径以及通过活化的通过活化的丝裂霉素对丝裂霉素对DNADNA进行交进行交联的机制联的机制KW-2149KW-2149与与BMS-181174BMS-181174的化学结构的化学结构以及经谷胱苷肽活化的机制以及经谷胱苷肽活化的机制 FR900482FR900482和和FR66979FR66979的还原活化机制的还原活化机制 丝裂霉素丝裂霉素C C与与DNADNA单功能和双功能单功能和双功能活化形成加合物的机制活化形成加合物的机制 由由MCMC在对在对DNADNA引起交联时的两步反应引起交联时的两步反应 活化形式的活化形式的MCMC中中C-

26、10C-10氧原子与氧原子与DNADNA之间的之间的CpGCpG顺序特异性的顺序特异性的H-H-键键箭头指向作为共价反应靶位的鸟嘌呤MCMC单加合物存在下，专为单加合物存在下，专为CG-CGCG-CG序列交联序列交联 单烷化的单烷化的MC-DNAMC-DNA加合物模式加合物模式MCMC在在C4pG5C4pG5中鸟嘌呤中鸟嘌呤G5G5残基的残基的N2N2位烷化；通过位烷化；通过MCMC分子中分子中C10C10与鸟嘌呤与鸟嘌呤G15G15之间的键的作用可以形成交链的加合物。之间的键的作用可以形成交链的加合物。第三节第三节 博莱霉素类抗肿瘤抗生素博莱霉素类抗肿瘤抗生素n一、博莱霉素类抗生素的结构特征

27、一、博莱霉素类抗生素的结构特征n博莱霉素（博莱霉素（bleomycinbleomycin ，BLM)BLM)是一族具有独特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微生物化学研究所梅泽宾夫首先从轮枝链霉菌(StreptomycesStreptomyces vertillusvertillus)中分离到的，属于中分离到的，属于糖肽类抗生素。糖肽类抗生素。nBLMBLM组分繁多，在天然组份中结构衍生物有十几组分繁多，在天然组份中结构衍生物有十几个。个。一个典型的一个典型的BLM-A2BLM-A2分子由四部分

28、组成：分子由四部分组成：1 1）末端氨基，参与）末端氨基，参与BLMBLM与核酸的相互作用；与核酸的相互作用；2 2）bithiazolebithiazole部分，也参与部分，也参与BLMBLM通过通过DNADNA小沟与小沟与DNADNA结合；结合；3 3）一个假肽部分，通一个假肽部分，通过几个配位键结合过渡态金属，与识别特定过几个配位键结合过渡态金属，与识别特定DNADNA序列有关；序列有关；4 4）一个多聚糖部分，一个多聚糖部分，其功能尚待讨论。其功能尚待讨论。泰莱霉素（泰莱霉素（talisomycintalisomycin）被称为第三代博莱霉素，其疗效）被称为第三代博莱霉素，其疗效比博莱

29、霉素好，而毒副作用较小。泰莱霉素的化学结构。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一、博莱霉素类抗生素的作用机制n有些抗肿瘤药物具有断裂有些抗肿瘤药物具有断裂DNADNA的功能，其的功能，其中许多是通过氧化还原系统来活化这些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。药物分子，形成具有自由基状态的药物。n博莱霉素和培洛霉素属于这类抗肿瘤抗博莱霉素和培洛霉素属于这类抗肿瘤抗生素。生素。1 1、博莱霉素金属、博莱霉素金属O2 O2 复合物氧化还原特性复合物氧化还原特性nBLMBLM能同时结合氧及氧化还原活性过渡态金属离能同时结合氧

30、及氧化还原活性过渡态金属离子，如：铁、钴、锌、镍、铜。子，如：铁、钴、锌、镍、铜。n这些离子与这些离子与BLMBLM的假肽部分的几个氨基组成螯合的假肽部分的几个氨基组成螯合物。物。n这些复合物中最稳定的是与钴形成的螯合物。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。六个配位键使结合不可逆。nBLM-Fe2BLM-Fe2与与O2O2形成三元加合物，结合到形成三元加合物，结合到DNADNA上上并在并在Fe2Fe2氧化为氧化为Fe3Fe3后对后对DNADNA脱氧核糖脱氧核糖C4C4位位进行亲核攻击。进行亲核攻击。在有氧（在有氧（a a）或无氧（）或无氧（b b）情况下，将分别导致

31、）情况下，将分别导致DNADNA链的切割，链的切割，以及在以及在DNADNA链保持完整的情况下释放游离碱基和产生一种氧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。化性破坏的糖。1 1、博莱霉素金属、博莱霉素金属O2 O2 复合物氧化还原特性复合物氧化还原特性n与其他金属离子形成的加合物仅在十分有限的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。而条件下才被激活。而Fe2Fe2的再生允许三元复的再生允许三元复合物合物BLM-Fe2+-O2BLM-Fe2+-O2保持催化活性。据估计，一保持催化活性。据估计，一个个BLMBLM分子可产生分子可产生8 81010个个DNADNA裂

32、缝。裂缝。n因此，因此，BLMBLM可以被看作一个小的核酸内切酶。可以被看作一个小的核酸内切酶。A A：金属离子：金属离子CoCo（IIIIII）与）与PEPPEP的的结合模式。结合模式。来源于来源于PEPPEP的的5 5个氮个氮供体原子和供体原子和1 1个氢过氧化物基团个氢过氧化物基团与钴以特有的几何性状结合；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其赤道面上的配体包括腺嘌呤上的次级胺、嘧啶上的次级胺、嘧啶N5N5的的P P、咪唑、咪唑的的N1N1，以及酰胺氮上的，以及酰胺氮上的H H；其轴；其轴向对向对CoPEPCoPEP的配体为的配体为Man-NH2Man-NH2和和HO2-

33、HO2-（对（对CodPEPCodPEP的配体为的配体为A-NH2A-NH2和和HO2-HO2-）。）。B B：CodPEPCodPEP-CGTACG-CGTACG复合物的三复合物的三维结构。维结构。红色的圆球代表钴离红色的圆球代表钴离子；子；CodPEPCodPEP的金属结合结构域的金属结合结构域在靠近在靠近G8-T9G8-T9的的DNADNA小沟中结合；小沟中结合；注意注意HO2-HO2-基团与基团与T9T9的的H4H4邻近。邻近。C C：CodPEPCodPEP的嘧啶环通过识别一的嘧啶环通过识别一个鸟嘌呤碱基的氢键与个鸟嘌呤碱基的氢键与G8-C5G8-C5碱碱基对结合，形成一个三联体。基

34、对结合，形成一个三联体。2 2、与核酸的相互作用，在、与核酸的相互作用，在DNADNA上的切割转移性上的切割转移性nBLMBLM在在GCGC碱基对的水平上切割碱基对的水平上切割DNADNA。二噻唑和末端。二噻唑和末端氨基部分通过使氨基部分通过使BLMBLM在在DNADNA上结合更稳定对上结合更稳定对BLMBLM的的作用机制起到很大作用，无论作用机制起到很大作用，无论Fe2Fe2再生的机制再生的机制实际如何，复合物在初始实际如何，复合物在初始GCGC碱基对水平的时间比碱基对水平的时间比Fe2Fe2再生的必要时间长，因为再生的必要时间长，因为BLMBLM经常可发起另经常可发起另一次对反链一次对反链

35、DNADNA上（无序列特异性位点，根据第上（无序列特异性位点，根据第一切割位点而定一切割位点而定1 1或或-1C-1C）的亲核进攻。）的亲核进攻。n这将导致频繁的双链这将导致频繁的双链DNADNA断裂：平均一个双链裂断裂：平均一个双链裂为为6 68 8个个DNADNA单链。单链。3 3、在染色质上的切割特异性、在染色质上的切割特异性n在染色质水平上，限制因素不是由在染色质水平上，限制因素不是由BLMBLM所识别的所识别的GCGC碱基对，而是药物对这些序列的趋近性。已经证碱基对，而是药物对这些序列的趋近性。已经证实，实，BLMBLM优先在活跃的被转录的染色质结构域水平优先在活跃的被转录的染色质结

36、构域水平上切割上切割DNADNA；而且，在这些结构域中，优先在连接；而且，在这些结构域中，优先在连接两个相邻的染色体的两个相邻的染色体的DNADNA连接处切割。连接处切割。n当染色质在当染色质在DNADNA凝胶电泳前经过足够数量的凝胶电泳前经过足够数量的BLMBLM处处理后将导致寡核小体梯度的产生。理后将导致寡核小体梯度的产生。n端粒合成序列也可以被端粒合成序列也可以被BLMBLM切割。切割。4 4、其他核酸的切割、其他核酸的切割nBLMBLM还可以在一定的部位切割还可以在一定的部位切割RNARNA。例如，。例如，BLMBLM可在一个特定的位置消化可在一个特定的位置消化5S 5S rRNArR

37、NA、酵、酵母母 tRNAtRNA、枯草芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌tRNAtRNA，以及，以及HIV1HIV1的的一个一个mRNAmRNA转录产物。转录产物。n总之，总之，BLMBLM结合并从单链和双链伸长连接处结合并从单链和双链伸长连接处破坏这些分子。破坏这些分子。5 5、与蛋白质的相互作用，、与蛋白质的相互作用，BLMBLM水解酶水解酶nBLMBLM水解酶催化水解酶催化BLMBLM脱氨失活，此酶在动物细胞及酵母脱氨失活，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，而细胞内都存在。酵母基因序列已经测定，而BLMBLM水解酶水解酶与半胱氨酸蛋白酶家族有相似性。该蛋白在细胞中位与半胱氨酸

38、蛋白酶家族有相似性。该蛋白在细胞中位置尚未确定。置尚未确定。n尽管各种细胞对尽管各种细胞对BLMBLM的抵抗作用都归结于此酶，例如的抵抗作用都归结于此酶，例如B B淋巴瘤、肺癌、大肠癌，淋巴瘤、肺癌、大肠癌，BLMBLM水解酶对水解酶对BLMBLM的特异性及的特异性及其保护细胞不受其保护细胞不受BLMBLM伤害的机理仍不明了。其实，它的伤害的机理仍不明了。其实，它的活性在细胞提取物中十分易测，但在完整的细胞中测活性在细胞提取物中十分易测，但在完整的细胞中测定困难。定困难。n然而，有研究表明，半胱氨酸蛋白酶抑制剂然而，有研究表明，半胱氨酸蛋白酶抑制剂E64E64可能通可能通过抑制过抑制BLMBL

39、M水解酶活性而加强水解酶活性而加强BLMBLM活性。活性。6 6、博莱霉素抑制蛋白、博莱霉素抑制蛋白BRPBRPnBRPBRP是一类对是一类对BLMBLM有高度特异性的有高度特异性的BLMBLM结合蛋白。结合蛋白。他们在产生他们在产生BLMBLM或或BLMBLM衍生物，如泰莱霉素的微衍生物，如泰莱霉素的微生物菌体中被发现。生物菌体中被发现。n编码这些蛋白的一个基因，还在具有几种抗生编码这些蛋白的一个基因，还在具有几种抗生素抗性的素抗性的Tn5Tn5细菌转座子中被发现。这一基因细菌转座子中被发现。这一基因很短（很短（ca.400bpca.400bp），且其编码的这些蛋白在细），且其编码的这些蛋白

40、在细胞核中组成二聚体。胞核中组成二聚体。n它们通过与它们通过与BLMBLM形成稳定的可阻止形成稳定的可阻止BLMBLM接近接近DNADNA的复合物使的复合物使BLMBLM失活。失活。三、博莱霉素的毒理学三、博莱霉素的毒理学1 1、博莱霉素对动物细胞的作用、博莱霉素对动物细胞的作用n用用14C14C标记的标记的BLMBLM通过放射自显影表明通过放射自显影表明BLMBLM起先位于起先位于细胞膜水平，几小时后博莱霉素就位于细胞核了。细胞膜水平，几小时后博莱霉素就位于细胞核了。n19841984年，年，RoyRoy核核HorwitzHorwitz证明加入介质中的证明加入介质中的BLMBLM只有只有低于

41、低于0.10.1的的BLMBLM与细胞结合。与细胞结合。19861986年，年，LymanLyman等发现等发现全部全部BLMBLM与细胞的结合物呈现两种组成：一个是特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。异性的另一个是非特异性的。n可是，这些为数不多的研究指出，就像其他细胞可是，这些为数不多的研究指出，就像其他细胞毒性药物一样，渗透扩散是毒性药物一样，渗透扩散是BLMBLM进入细胞的主要途进入细胞的主要途径。径。2 2、博莱霉素遗传毒性效应、博莱霉素遗传毒性效应n博莱霉素诱导的细胞死亡原因归结于博莱霉素诱导的细胞死亡原因归结于DNADNA双链的断双链的断裂和染色体片断

42、的丢失。裂和染色体片断的丢失。n另外，另外，BLMBLM诱导染色体畸变：缺失、双中心粒及多诱导染色体畸变：缺失、双中心粒及多中心粒、成环、交换，以及断裂，但是中心粒、成环、交换，以及断裂，但是BLMBLM不诱导不诱导姐妹染色单体交换。姐妹染色单体交换。n分裂间期用分裂间期用BLMBLM处理的细胞经常产生双核，而且经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描述的有丝常产生微核。这些是由放射生物学家描述的有丝分裂细胞死亡的特征。分裂细胞死亡的特征。nBLMBLM有微弱的诱变性，主要是通过缺失的发生。因有微弱的诱变性，主要是通过缺失的发生。因为为DNADNA修复缺失型细胞对修复

43、缺失型细胞对BLMBLM更敏感，所以更敏感，所以DNADNA修修复的增加可被看作是抵抗复的增加可被看作是抵抗BLMBLM的一个机制。的一个机制。3 3、博莱霉素细胞毒性效应、博莱霉素细胞毒性效应nBLMBLM对培养细胞的细胞毒性曲线与其他所有细胞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。毒性化合物不同。n细胞存活曲线作为细胞存活曲线作为BLMBLM浓度的函数，在通常的半浓度的函数，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。解释的连续向上的凹曲线。n实际上在细胞内没有对实际上在细胞内没有对BLMBLM靶位的限

44、制，与细胞靶位的限制，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。胞的快速诱导。n在在G2/MG2/M期内的细胞比期内的细胞比G1G1期的细胞更敏感，但是两期的细胞更敏感，但是两种细胞都显示出同样的向上的凹曲线。种细胞都显示出同样的向上的凹曲线。4 4、质膜限制、质膜限制BLMBLM细胞内摄作用及细胞内摄作用及BLMBLM细胞毒性细胞毒性n质膜显著地限制质膜显著地限制BLMBLM分子到达细胞内部的数量。其分子到达细胞内部的数量。其实，如果用稳定的实，如果用稳定的57Co57Co放射标记的放射标记的BLMBLM复合物经细复合物经细胞内摄

45、作用进入渗透化细胞内部，细胞重新密封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。后，反复洗涤细胞，没有发现内部放射活性泄漏。n这表明，这表明，BLMBLM不能通过质膜从细胞内部逃逸出来，不能通过质膜从细胞内部逃逸出来，这明显证明了这明显证明了BLMBLM不能渗透通过质膜。不能渗透通过质膜。n然而，然而，BLMBLM的细胞毒性虽然被限制了，但仍可在完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上凹曲线的产生是由于BLMBLM透过细胞的质膜依赖性透过细胞的质膜依赖

46、性限制。限制。n另外，由另外，由BLMBLM刺激的有丝分裂细胞死亡是通过细胞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内摄作用进入细胞内部的少量BLMBLM分子的结果。分子的结果。第四节第四节 其他类别的抗肿瘤抗生素其他类别的抗肿瘤抗生素一、放线菌素一、放线菌素D Dn放线菌素类放线菌素类(actinomycinsactinomycins，ActDActD)是一类含有环是一类含有环肽的抗生素，结构中含有两条对称的五肽内酯环肽的抗生素，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。连接于一个吩恶嗪酮发色团，如图所示。n它也是最早用于临床的抗肿瘤抗生素。它也是

47、最早用于临床的抗肿瘤抗生素。n自发现放线菌素对何杰金氏病有效后自发现放线菌素对何杰金氏病有效后,人们开始从人们开始从微生物产物中寻找抗肿瘤药物。微生物产物中寻找抗肿瘤药物。n至今至今,报道的放线菌素已有报道的放线菌素已有5050种以上，临床上应用种以上，临床上应用的仅为放线菌素的仅为放线菌素C C和和D D。放线菌素放线菌素D D的化学结构的化学结构 放线菌素D的作用机制n放线菌素放线菌素D D通过与通过与DNADNA双链的紧密结合，干双链的紧密结合，干扰扰DNADNA的复制和转录来发挥生物学活性。的复制和转录来发挥生物学活性。n根据研究，根据研究，ActDActD对对DNADNA作用的顺序特

48、异性主作用的顺序特异性主要为要为5-GpC5-GpC结合位点，尽管诸如结合位点，尽管诸如GpGGpG这样这样的序列对的序列对ActDActD具有特殊的亲和力。具有特殊的亲和力。nActDActD通过位于通过位于DNADNA小沟处的两个环状戊肽，小沟处的两个环状戊肽，在在GpCGpC处将其药物分子中的吩恶嗪酮稠环嵌处将其药物分子中的吩恶嗪酮稠环嵌入到入到DNADNA与之结合，且发现在与之结合，且发现在ActDActD与邻近的与邻近的N2N2氨基基团之间具有很强的氢键。氨基基团之间具有很强的氢键。n与与GpCGpC位点的结合亲和力也受到侧序列的影位点的结合亲和力也受到侧序列的影响。响。ActDAc

49、tD-GA-GATGCTTGCTTCTC复合物复合物 二、烯二炔类抗肿瘤抗生素二、烯二炔类抗肿瘤抗生素n近年来，在微生物代谢产物的抗肿瘤生物近年来，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抗肿瘤抗生素，其中最引人注目的成果之一是一是19851985年前后相继发现的具有环状烯二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：炔结构的新型抗生素，包括：calicheamicincalicheamicin；nEsperamicinEsperamicin；ndynemicinAdynemicinA；n

50、neocarzinostatinneocarzinostatin（NCSNCS）等。）等。一些烯二炔类抗肿瘤抗生素的化学结构（一些烯二炔类抗肿瘤抗生素的化学结构（A AC C）以及通过以及通过BergmanBergman重排形成双自由基的机理重排形成双自由基的机理作用机制作用机制n烯二炔类抗生素切断烯二炔类抗生素切断DNADNA的作用涉及到这类的作用涉及到这类抗生素与抗生素与DNADNA双螺旋小沟的结合，其活化形双螺旋小沟的结合，其活化形式必须先经过式必须先经过BergmanBergman重排反应形成芳香双重排反应形成芳香双自由基活性物质。自由基活性物质。n在在DNADNA小沟中的双自由基接近