目前,紫杉醇(Taxol)是醫(yī)藥市場上最優(yōu)秀的天然抗腫瘤藥物之一,被認(rèn)為是近20年內(nèi)最有效的抗癌藥物之一,同時也是是全球銷量第一的植物抗癌藥。紫杉醇在臨床上是用于乳腺癌、卵巢癌和部分頭頸癌和肺癌的治療的一線藥物,其國際醫(yī)藥市場需求巨大。
紫杉醇的傳奇之旅始于1962年。當(dāng)年8月,美國植物學(xué)家Barclay開始從華盛頓州收集短葉紅豆杉(Taxus brevifolia)的樹皮和枝葉,其提取物后續(xù)被發(fā)現(xiàn)具有良好的生物活性。短葉紅豆杉,是第四紀(jì)冰川遺留下來的活化石植物,廣泛分布于美洲、歐洲和亞洲,在地球上已有250萬年的生存歷史。紅豆杉生長速度緩慢,從小樹苗長成大樹需要數(shù)百年,被稱為植物中的“大熊貓”。
1971年,美國分析化學(xué)家Wani博士首次通過X射線衍射和核磁共振分析,完全確定了紫杉醇的結(jié)構(gòu)!紫杉醇(圖1)具有一個獨特的6-8-6-4四環(huán)骨架,含有高達(dá)11個立體手性中心,且高度氧化?;瘜W(xué)家們無不感嘆,紫杉醇是一種只有自然界才能調(diào)制出的“怪物”。
圖1. 紫杉醇的結(jié)構(gòu)(圖片來源:Chemical Reviews)
1979年,美國葉史瓦大學(xué)的分子藥理學(xué)家Horwitz博士在Nature上撰文,首次闡明了紫杉醇的獨特抗癌機理。紫杉醇能促進微管蛋白聚合,抑制微管蛋白的解聚。
1989年,NCI決定將紫杉醇的后期開發(fā)權(quán)轉(zhuǎn)交給在抗癌藥物研發(fā)方面具有豐富經(jīng)驗的百時美施貴寶(Bristol-Myers Squibb,BMS)公司。
1990年,美國佛羅里達(dá)州立大學(xué)的Holton團隊開發(fā)了一條高效的商業(yè)化的半合成路線,并最終被BMS公司所采用,成為商業(yè)化生產(chǎn)紫杉醇的替代路線。值得一提的是,Holton教授通過向BMS公司轉(zhuǎn)讓其紫杉醇半合成的專利獲得了巨額財富,Holton教授及其工作單位佛羅里達(dá)州立大學(xué)獲得了超過3.5億美元的收入。2008年,美國Phyton Biotech公司通過培養(yǎng)紅豆杉的樹皮細(xì)胞生物合成紫杉醇,擁有7萬5千升的產(chǎn)能設(shè)施(2008年數(shù)據(jù)),年產(chǎn)能超100千克紫杉醇。
1992年,美國FDA批準(zhǔn)紫杉醇注射液上市,用于治療晚期卵巢癌。經(jīng)過BMS公司近10年的努力,紫杉醇已經(jīng)成為在非小細(xì)胞肺癌、卡波濟氏肉瘤、膀胱癌、食道癌、胃癌、前列腺癌和惡性黑色素瘤等諸多癌癥的治療用藥。在2001年的銷售巔峰時期,年銷售額達(dá)到20億美元,成為名副其實的重磅明星抗癌神藥。
后續(xù)有多個紫杉醇及其類似物被開發(fā)為藥物并上市。比如:多西他賽(1996年上市),白蛋白紫杉醇(2005年上市)和卡巴他賽(2010年上市)。
有機合成化學(xué)家們從上個世紀(jì)八十年代開始探索紫杉醇的全合成,紫杉醇的全合成在上個世紀(jì)九十年代成為了有機全合成的“圣杯”,全世界所有做有機全合成的課題組都期望想?yún)⑴c進來,以期證明自己能夠挑戰(zhàn)這個全合成的“珠穆朗瑪峰”。因此,紫杉醇也被公認(rèn)為歷史上最難合成的分子之一。
從1980年至今,已有40余年,超過60個課題組參與其中。在此期間,一共開發(fā)了11條不同的全合成路線(圖2),但是都沒能夠成為大量合成紫杉醇的替代方案,主要是由于路線比較長,目前最短的全合成路線是南方科技大學(xué)李闖創(chuàng)團隊的合成方案,總的效率相比之前的方案有大幅度提高(我國首家課題組完成紫杉醇的全合成!天然產(chǎn)物合成歷史上最難的分子之一)。
回顧紫杉醇的全合成之旅,我們不難發(fā)現(xiàn),紫杉醇的全合成是極具挑戰(zhàn)的。至今,在這11個完成全合成的研究團隊中,有6個是美國化學(xué)家,有4個是日本化學(xué)家,有且僅有1個是中國化學(xué)家。這些研究團隊均是世界著名的頂尖合成化學(xué)家,如:Nicolaou、Holton、Danishefsky、Wender、Mukaiyama、Kishi、Baran等,他們不僅是紫杉醇全合成領(lǐng)域的開拓者,同時也是引領(lǐng)當(dāng)代合成化學(xué)發(fā)展的大師。
圖2. 全球科學(xué)家對紫杉醇的全合成的總結(jié)表
值得一提的是,在抗癌藥物紫杉醇的全合成中,合成化學(xué)家經(jīng)歷了漫長而曲折的探索過程,很多課題時間跨度長達(dá)十幾年,正是這種不屈不撓的拼搏精神和持之以恒的堅持精神,才造就了甚為豐富的紫杉醇合成化學(xué)經(jīng)驗,也成為了后來研究者的寶貴財富,同時也培養(yǎng)了無數(shù)優(yōu)秀的合成化學(xué)家與藥物化學(xué)家。這也是全合成的魅力所在:全合成是科學(xué)與藝術(shù)的完美融合!
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