利用生物技术生产紫杉醇的研究进展_邓寒霜

微生物发酵生产紫杉醇研究进展摘要：综述了微生物发酵生产紫杉醇的主要研究进展，包括产紫杉醇的内生真菌的生物多样性、真菌细胞发酵生产紫杉醇的优势，同时也对如何改良内生真菌菌种性能和优化培养基组成及培养条件以提升其产紫杉醇的能力，作出了较为全面的综述。

关键字：紫杉醇，微生物发酵，内生菌，产量前言：目前国外市场上的紫杉醇仍依靠从红豆杉树皮中提炼和人工合成方法，目前并未见有第三种形式形成大规模产业化制作的报道。

紫杉醇的生产受着原材料与科技二个方面的约束，短期内无法突破。

为克服红豆杉资源匮乏和紫杉醇需要量的日益扩大的问题，人类对生产紫杉醇开展了多种多样的科学研究，涉及化学全合成、植物细胞培养、微生物转化和微生物发酵。

微生物发酵法生产紫杉醇由于具备突出优点，其研制与发展日益引起中外科研学者的普遍重视。

一、紫杉醇产生菌的研究进展（一）产紫杉醇的内生真菌的种类Stierle和Strobel等首次从短叶红豆杉的树枝上分离出一个可以形成紫杉醇的内生真菌，命名为安德列亚霉[1]。

当时这一发现对于紫杉醇的药源研究是一次重要的突破，为开发紫杉醇的物源提出了一个崭新的途径。

此后，各地研究者相继进行对产紫杉醇的内生真菌的分离操作，先后在西藏红豆杉、云南省红豆杉、东北地区红豆杉、欧洲红豆杉和中国红豆杉中分离到能形成紫杉醇的内生真菌，其寄主植被基本包括红豆杉属下的所有种类。

在国外的树木中，科学家也分离出来到了可形成紫杉醇的内生真菌。

Li等在不同种类的秃柏的韧皮部和木材部中均分离出能形成紫杉醇的内生真菌[2]。

GA等18人在同一种松树中分离出产紫杉醇的内生真菌。

这表明，产紫杉醇的内生真菌不但存在于红豆杉属植被中，在某些非红豆杉属植被中也存在，他的研究结果更拓宽了产紫杉醇的内生真菌的研究范畴。

（二）真菌发酵制备紫杉醇的优越性与过去在红豆杉植株的树皮上获得的紫杉醇比较，由内生真菌发酵制备紫杉醇有着更多的优越性，微生物发酵方法具有以下特点：（1）微生物发酵的方法易扩大化，有利于工业化生产的落地实施；（2）微生物易于通过诱变育种等方法筛选高产菌株，提高紫杉醇的产量，微生物育种及选育速度明显高于植物细胞株；（3）内生真菌生长迅速，在简单培养基中便可大量繁殖，形成丰富的发酵活性性质；（4）内生真菌在生物反应器中生长时，可人为调节各项发酵参数，使代谢路径朝着有利于紫杉醇的生产及高浓度紫杉醇的积累的方向进行。

内生真菌紫杉醇生物合成的研究现状与展望1 紫杉醇的特性紫杉醇（Paclitaxel）是一种植物生物碱，是紫杉树的树皮中发现的一种稀有天然产物，具有抗肿瘤活性，它抑制细胞分裂，使抗癌药物的收效率更高，使得其在临床肿瘤治疗中得到了广泛应用，但因天然来源的不可控性，其抗癌药效和价格变得不可控，临床使用被大大受限。

2 内生真菌紫杉醇生物合成为此，生物合成工艺就成为紫杉醇研发领域的大家族，其中，内生真菌作为有能力定向合成紫杉醇抗癌活性物质的有机底物，已经成为研究热点。

内生真菌通过表观遗传调控、代谢再生等机制根据不同宿主环境进行了多种适应性演化，紫杉醇的分子质量大，具有复杂的结构，在合成紫杉醇的过程中，要复杂构建复杂的催化系统，为此，需要开发内生真菌的表观遗传调控技术进行基因挖掘，优化代谢途径、开发催化剂等，才能实现内生真菌紫杉醇生物合成。

3 现状与展望近年来，许多研究学者通过不同的靶标基因，结合紫杉醇工艺研发领域的技术元素，进行内生真菌紫杉醇生物合成的研究，取得了一定的成果。

例如，利用脱落酸基因实现内生真菌中紫杉醇代谢过程的表观遗传调控，研究抗癌活性物质表观遗传型之间的差异，在野生内生真菌中开发特定催化剂和酶体系，从而将紫杉醇生物合成成功引入内生真菌，产量比传统工艺提高十倍以上。

然而，由于紫杉醇生物合成对紫杉醇结构和微环境要求极高，为此，将内生真菌直接运用于紫杉醇生物合成，要像固定化酶那样开发，才能实现工业化生产，因此，内生真菌紫杉醇生物合成的可行性仍有待验证。

随着抗肿瘤药物研发技术不断发展和提高，内生真菌紫杉醇生物合成也还会继续发展和深入研究，为抗癌药物的抗肿瘤活性提供更多保证。

紫杉醇的生物合成吴雪琼田朝霞梅兴国(华中理工大学生物系,武汉430074关键词紫杉醇生物合成1.引言紫杉醇(Paclitaxel,商品名为T axo l,是从紫杉树皮中分离提取到的一种天然抗肿瘤物质。

1992年,美国FDA已批准将其用于治疗难治的卵巢癌和转移性乳腺癌。

紫杉醇独特的抗癌活性机制在于它属于有丝分裂抑制剂或纺锤体毒素,不但能抑制细胞的有丝分裂、纺锤体和纺锤丝的形成,从而阻止癌细胞的繁殖,而且能通过诱导和促进微管蛋白的聚合和装配,阻止微管发生解聚,使微管稳定,因而对于许多耐常规化疗药物的肿瘤有活性,应用前景十分广阔。

现在,随着紫杉醇应用范围的不断扩大,该药的需求量远远大于供应量,药源短缺这一矛盾不断深化。

为解决这一矛盾,国内外正积极发展相关技术以期开发紫杉醇的新来源,如化学全合成法、半合成法、人工栽培繁殖法、组织细胞培养法等等。

其中,生物合成紫杉醇或利用生物转化方法对其结构进行修饰与改造以获取“第二代紫杉醇类抗癌药”将是最有希望的一条解决途径。

对细胞培养中紫杉醇生物合成途径的研究,特别是对其中限速步骤的确定和调控,将大大提高细胞培养中紫杉醇的产量,使细胞培养的产业化成为可能,同时,对紫杉醇进行生物转化,以获得更高效、低毒的第二代紫杉醇类抗癌药也是十分必要的。

2.紫杉醇的生物合成2.1母核的形成在90年代以前,人们对紫杉醇的生物合成途径起始阶段几乎一无所知。

只是到近年来,科学家们才逐步揭开其神秘的面纱。

1991年N edea等通过(3R[2214C]和(3R S(5R S[523H]甲羟戊酸在T. canad ensis 植物体内的标记实验揭示了紫杉醇的母核是甲羟戊酸途径的产物[1、2]。

1995年,华盛顿州立大学C ro teau及其同事们终于确定了紫杉醇生物合成起始的一步,即紫杉醇A、B、C三环结构的形成[3]。

反应是紫杉醇前体双牛基焦磷酸的环化,形成紫杉24(5,11(122二烯(图1。

紫杉醇的研究进展1.概述紫杉醇是从紫杉(Taxus brevifolia)树皮中所提得，是红豆杉属植物中的一种复杂的次生代谢产物。

1971年由 Wani 等首先从短叶红豆杉中提取分离出来。

于1992年12月紫杉醇被FDA批准上市，目前紫杉醇已成为世界公认的强活性广谱抗癌药物。

然而由于这种天然化合物资源极其有限，严重的限制了其研究和应用的进度。

同时尖锐的供需矛盾也在医学、化学和植物组织培养领域中引起了一场非同寻常的广泛研究，以增加这种化合物的来源和寻找高效、低毒、来源丰富的紫杉醇类似物。

已成为目前全球销售量排名第一的抗肿瘤药物。

它的作用方式和药理及临床特性均具有独特之处,被称癌症化疗上的新突破。

紫杉醇，英文名称 Paclitaxel，别名，，特素，化学名称5β，20-环氧-1，2α，4，7β，10β，13α-六羟基紫杉烷-11-烯-9-酮-4，10-二乙酸酯-2-苯甲酸酯-13[（2’R，3’S）-N-苯甲酰-3-苯基异丝氨酸酯]，分子量 853.92，分子式C47H51NO14。

熔点为213~216℃。

紫杉醇具有高度亲脂性,不溶于水,血浆蛋白结合率 89%~98%,终末半衰期平均值为 5.3~l7.4h, 主要经肝脏代谢,肾脏清除仅 5%。

[1] 结构式如下：2紫杉醇的药用植物资源及药源植物中有效含量研究红豆杉为红豆杉科植物,也称紫杉,全世界约有11种,主要分布于北半球,我国有4种1变种,主要分布于甘肃、陕西、安徽、湖北、湖南、广西、贵州、四川、云南等省区[2-3]。

研究表明[4],植物中紫杉醇含量在万分之二以下,极其低微。

短叶红豆杉树皮中紫杉醇含量最高,其次为中间红豆杉树皮;东亚产四种红豆杉中,云南红豆杉枝叶中紫杉醇含量最高东北红豆杉和美丽红豆杉次之,短叶醇含量则以短叶红豆杉叶最高,东北红豆杉及云南红豆杉次之。

植物中紫杉醇的含量极低,从植物中提取不能满足临床需求,因此大力种植红豆杉、植物细胞培养、化学合成等是解决紫杉醇来源的重要方法。

真菌发酵法生物合成抗癌药物紫杉醇的研究真菌发酵法生物合成抗癌药物紫杉醇的研究一、引言癌症是当今世界严重威胁人类健康的重大疾病之一，寻找有效的抗癌药物一直是医学和生物学领域的研究热点。

紫杉醇作为一种重要的抗癌药物，具有独特的作用机制和显著的临床疗效。

传统的紫杉醇提取方法主要依赖于从红豆杉属植物中提取，然而红豆杉生长缓慢，资源有限，这限制了紫杉醇的大量生产。

因此，探索新的紫杉醇生产方法具有重要的现实意义。

真菌发酵法生物合成紫杉醇作为一种有潜力的替代方法，受到了广泛的关注。

二、紫杉醇的结构与作用机制1. 紫杉醇的化学结构紫杉醇是一种复杂的二萜类化合物，其分子结构包含多个手性中心和独特的官能团。

它的基本结构由紫杉烷环和侧链组成，紫杉烷环是一个刚性的四环结构，侧链则连接在紫杉烷环的特定位置上。

这种复杂的结构赋予了紫杉醇独特的物理和化学性质。

2. 紫杉醇的抗癌作用机制紫杉醇主要通过促进微管蛋白聚合，抑制微管解聚，从而稳定微管结构来发挥抗癌作用。

在细胞分裂过程中，微管是构成纺锤体的重要成分，紫杉醇稳定微管的作用会导致纺锤体无法正常形成，进而阻断细胞的有丝分裂过程，使癌细胞停止增殖并最终死亡。

此外，紫杉醇还可能通过其他机制影响癌细胞的生物学行为，如调节细胞信号传导通路、诱导细胞凋亡等。

三、真菌发酵法生物合成紫杉醇的研究进展1. 产紫杉醇真菌的筛选与鉴定研究人员从自然界中广泛筛选能够产生紫杉醇的真菌。

通过对不同环境样本（如土壤、植物组织等）进行分离培养，然后利用高效液相色谱（HPLC）等分析方法检测培养物中是否含有紫杉醇。

经过大量的筛选工作，已经发现了一些能够产生紫杉醇的真菌菌株，如紫杉霉属（Taxomyces）、拟盘多毛孢属（Pestalotiopsis）等。

对这些产紫杉醇真菌进行准确的分类鉴定，有助于深入了解它们的生物学特性和代谢途径。

2. 真菌发酵条件的优化为了提高真菌发酵生产紫杉醇的产量，需要对发酵条件进行优化。

红豆杉组织培养生产紫杉醇的研究进展李西齐哈尔滨工业大学（威海）山东威海生物工程系（07201）摘要：红豆杉是珍稀药用裸子植物,其内含物紫杉醇对癌症尤其是乳腺癌和卵巢癌有显著治疗效果,但其天然来源物种稀少,濒临灭绝。

实现工业化生产紫杉醇是解决紫杉醇药源需求的最佳途径。

利用红豆杉组织培养技术,在人工环境中对红豆杉组织细胞进行培养,筛选高产紫杉醇细胞系,可以实现大量、连续地生产目的产物紫杉醇。

红豆杉组织培养体系建立是组织培养技术生产紫杉醇中的关键,通过这个阶段对红豆杉组织器官培养,获得稳定生长、增殖的细胞,为筛选高产紫杉醇细胞系建立基础。

从上世纪七八十年代至今许多优秀的研究人员对这一课题进行了不断的探究和创新，在组织培养和提取方法上做了许多的优化。

本文综述了国内外红豆杉属植物组织培养研究方法和最新研究成果，以及紫杉醇生产方法的优化研究，为今后相关的研究和应用工作提供参考借鉴和帮助。

关键字：红豆杉紫杉醇组织培养优化综述引言红豆杉属植物为红豆杉科常绿乔木或灌木,分布于北半球温带至中亚热带地区,全世界共11种,即欧洲红豆杉(T.baccataL.)、短叶红豆杉(T.brevifolia Nutt.)、加拿大红豆杉(T.canadensisMarsh)、佛罗里达红豆杉(T.floridanaChapm.)、杂种紫杉(T.mediaRehd.)、球果红豆杉(T.globose),以及西藏红豆杉(T.wallichiana Zucc.)、东北红豆杉(T.cuspidataSieb.et Zucc.)、云南红豆杉(T.yunna-nensis Cheng et L.k.Fu)、红豆杉[T.chinensis(Pilg)Rehd.]和其变种南方红豆杉(T. chinensis var mairei),后5种在我国有所分布【1】。

而紫杉醇(paclitaxel)是从红豆杉科红豆杉属(Taxus spp.)植物中分离出的具有紫杉烷独特骨架的二萜类成分,由于它对转移性卵巢癌、乳腺癌和非小细胞肺癌等癌症具有很好的疗效,正日益为人们所重视。

化工 进 展·392·CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS2012年第 31卷第 2期进展与述评微生物发酵法生产紫杉醇的研究进展张昕欣 1，吴翰桂1，奚立民1，王玲萍 2（1台州职业技术学院生物与化学工程系，浙江台州 318000；2浙江海正药业股份有限公司，浙江台州 318000） 摘 要：微生物发酵生产紫杉醇由于其环境友好、工艺简单、成本低廉的优势，近年来被认为是解决紫杉醇生 产原料来源危机的良好方法。

由于单位发酵液中紫杉醇产量太低，迄今为止尚没有一株可以进行工业化生产的 产紫杉醇菌株问世。

本文就微生物发酵法生产紫杉醇的研究现状进行了总结分析，主要包括紫杉醇产生菌的筛 选、发酵培养基的优化、微生物体内紫杉醇合成相关酶基因的克隆及产紫杉醇菌种的改良。

关键词：紫杉醇产生菌；培养基优化；菌种改良 中图分类号：Q 939.79文献标志码：A文章编号：1000–6613（2012）02–0392–05Recent research and prospect on microbial producing taxolZHANG Xinxin 1，WU Hangui 1，XI Limin 1，WANG Lingping 2（1 Departement of Biological and Chemical Engineering ，Taizhou Technical College ，Taizhou 318000，Zhejiang ，China； 2Hisun Pharmaceutical Co. Ltd.，Taizhou 318000，Zhejiang ，China ）Abstract ： F o r its environmentally acceptable ， r e latively simple and inexpensive features ，microor-ganisms fermentation has been investigated as a potential alternatives to solve the crisis of raw material. No commercial fermentation strain has been used so far ，because of the low production. The aim of this study is to review and analysis the present status of research on paclitaxel-producing by microorganisms ，screening of paclitaxel-producing microorganisms ，optimization of the culture medium ，genes of the paclitaxel biosynthesis and improvement of the taxol-producing microorganisms. Key words ：taxol-producing microorganisms ；optimization of the culture medium ；improvement of strain紫杉醇（taxol ）是在 20世纪 60年代早期从太 平洋紫杉中分离出来的一种二萜类生物碱（图 1）， 经研究发现其具有广泛的抗癌活性[1]。

紫杉醇生物合成研究历史、现状及展望邱德有;张彬;杨艳芳;邵芬娟;滕文静【摘要】Taxol is a diterpene isolated from Taxus. It is one of the most widely used compounds in the treatment of lung, ovarian and breast cancer. In this paper, the history of taxol biosynthesis research, its current status and the present research progress are reviewed. The future directions as well as the prospects of taxol biosynthesis research are also discussed.%紫杉醇是从红豆杉中分离出来的一种二萜类化合物，是目前临床上使用最广泛的抗癌药物之一。

回顾了紫杉醇生物合成的研究历史，主要包括参与红豆杉紫杉醇生物合成的结构基因、调控基因、红豆杉代谢组、内生真菌紫杉醇生物合成研究历史以及国际上紫杉醇生物合成专利情况等。

介绍了近年来红豆杉和内生真菌紫杉醇生物合成研究的现状。

最后探讨了本领域未来的研究方向并对其前景进行展望。

【期刊名称】《生物技术通报》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】9页(P56-64)【关键词】紫杉醇;生物合成;现状;前景【作者】邱德有;张彬;杨艳芳;邵芬娟;滕文静【作者单位】中国林业科学研究院林业研究所林木遗传育种国家重点实验室，北京 100091;国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心，北京 100190;中国林业科学研究院林业研究所林木遗传育种国家重点实验室，北京 100091;中国林业科学研究院林业研究所林木遗传育种国家重点实验室，北京 100091;国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心，北京 100190【正文语种】中文紫杉醇（Taxol）是红豆杉属植物中的一种二萜类化合物。

生物制药与研究2018·01168Chenmical Intermediate当代化工研究天然药物紫杉醇的研究进展＊王俊松（大连市第十一中学 辽宁 116031）摘要：紫杉醇作为天然植物化学抗癌药物，被称为“晚期癌症的最后一道防线”。

目前紫杉醇的研究合成工作已经取得较大进展，生物合成、真菌发酵、植物组织细胞培养等现代生物技术手段逐渐进入大众的视野。

它复杂的化学结构，显著的生物活性，独特的作用机理，匮乏的自然资源等受到了各个研究行业的普遍关注。

关键词：紫杉醇；天然药物；抗癌中图分类号：R 文献标识码：AResearch Progress of Natural Medicine PaclitaxelWang Junsong(No.11 Middle School of Dalian City, Liaoning, 116031)Abstract ：As a natural phytochemical anticancer drug, paclitaxel is called as "the last line of defense for advanced cancer". At present,paclitaxel research and synthesis work has made great progress. Biosynthesis, fungal fermentation, plant tissue cell culture and other modern biological technology have gradually entered the public field of vision. Its complex chemical structure, remarkable biological activity, unique mechanism of action, scarce natural resources have been widely concerned by various research industries.Key words ：paclitaxel ；natural medicine ；anticancer1.紫杉醇的结构特点紫杉醇（taxol），又称作红豆杉醇，泰素，紫素，特素，是从红豆杉的树皮、树根和枝叶中提取出的一种化合物，是第一个获得FDA批准的第一个天然植物化学药物，被认为是已发现的功效最显著的天然抗癌药物。

天然药物紫杉醇的研究进展摘要：本文简单介绍了紫杉醇，并综合评价了近年来紫杉醇的临床治疗、生产方法,为进一步的深入研究提供依据。

关键词：紫杉醇癌症合成Abstract:In this article,a introduction of paclitaxel were made ,and paclitaxel’s recent world researches on clinical treatment and production were reviewed,which will provide the basis for further studies.Keyword:Paclitaxel Anti-tumor Microbial Production恶性肿瘤是目前危害人民生命和健康的严重疾病之一，而化学合成的抗癌药多半也对人体正常细胞产生毒副作用，因此从天然动、植物中寻找毒性低、疗效高的抗癌活性成分仍是近年来国内、外科学工作者研究的热点之一。

以美国国立癌症研究所为首的一批科学家历时30余年，耗资数百亿美元，筛选了数十万个植物提取物，虽然其间不乏象长春碱、长春新碱、秋水仙碱、美登木素、三尖杉醋碱等天然产物作为抗癌药物推向临床，但癌症依然是仅次于心脏病的第二大死因。

于是一批又一批的科学家依旧为赢得抗癌斗争而不懈努力。

近年来，我国紫杉醇便是近几年从天然产物中开发的一种新型抗癌药物 ,被认为是抗癌制剂中的“今日之星”。

紫杉醇被当今世界上公认为广谱、活性最强的抗癌药物，尤其是对子宫癌、卵巢癌、乳腺癌具有特殊的疗效，它的问世被誉为90年代国际上抗癌药三大成就之一。

紫杉醇是70年代由Wani等人从短叶红豆杉Taxus brevifolia Nutt.树皮中提取分离出来的一种结构复杂的二萜类化合。

红豆杉属植物在全世界存在有11种，由于紫杉醇抗癌作用的发现，使得该属植物成为天然产物化学家的研究热点，迄今为止共计分离出170多种紫杉醇的类似物，仅在近6年间就分离出115种。

酶催化紫杉醇生物合成研究进展摘要：目前紫杉醇的全合成与半合成都远远难以满足市场的需要，酶催化紫杉醇生物合成有望成为解决该问题的可行途径。

本文综述了酶催化紫杉醇生物合成研究进展。

关键词：紫杉醇酶生物合成1前言紫杉醇(paclitaxel ,商品名Taxol) 是从红豆杉属植物树皮中提取分离出来的一种具有显著抗癌作用的紫杉烷二萜类化合物,现已成为临床上治疗肿瘤的重要药物。

但其资源十分匮乏,单纯从含量极低的天然红豆杉植物中提取紫杉醇无法满足临床用药需求,紫杉醇的药源问题引起人们的极大关注。

十多年来,科学家一直在研究解决紫杉醇药源的途径,如化学合成紫杉醇、培育高产量红豆杉栽培品种、筛选生产紫杉醇的微生物、利用红豆杉细胞工程生产紫杉醇等,并取得了一定的进展。

但紫杉醇的化学全合成(或半合成) 步骤复杂、成本高,还无商业应用价值,利用内生真菌培养及红豆杉植物愈伤组织、细胞与原生质离体培养体生产紫杉醇不仅产量不高,而且稳定性也比较差,尚难以实现工业化生产。

为此各国科学家在筛选高产量红豆杉栽培品种、化学合成、生物技术及微生物生产等方面做了大量的研究工作[1]。

随着紫杉醇生物合成途径的逐步阐明及越来越多的关键酶和相关酶的基因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。

2酶催化紫杉醇生物合成紫杉醇的分子式为C47H51NO14, 其化学结构分为两个部分, 基本骨架部分是一个紫杉烷( taxane) 类的三环二萜, 侧链包括3个芳香环(1个苯环,2个苯甲酰环) 和1个环氧丙烷环(D 环) (图一)。

目前已从红豆杉属植物中分离出350余种紫杉醇类似物, 不同的化合物通常在紫杉烷骨架的C1、C2 、C5 、C7 、C10 和C13 位上具有不同的取代基团[2]图一紫杉醇结构红豆杉植物中可能存在多条紫杉醇生物合成途径[2] 。

紫杉醇及其相关的带有C13位侧链化合物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。