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曼地亚红豆杉愈伤组织成分研究及喜树碱生物合成中间体分离认领

作者：

王堉鑫

学位授予单位：

北京协和医学院

摘要：

本论文包括两个部分,第一部分为曼地亚红豆杉愈伤组织化学成分研究;第二部分为喜树碱生物合成中间体分离。第一部分:曼地亚红豆杉愈伤组织化学成分研究紫杉醇是从红豆杉中分离得到的广谱高效抗肿瘤紫杉烷二萜,因具有独特的作用机制和复杂的化学结构而成为热点分子,并直接导致了红豆杉属植物化学成分研究高潮。曼地亚红豆杉(Taxus ×media)是红豆杉科红豆杉属植物,为东北红豆杉((?))和欧洲红豆杉((?))的天然杂交种,是一种十分有潜力的紫杉醇提取材料。截至2020年,从红豆杉属植物中分离鉴定的紫杉烷二萜类化合物已高达700余种,然而曼地亚红豆杉的化学成分却少有研究。同时,人工诱导培养的植物愈伤组织因其与自然环境不同的生长环境和生理状态,具有形成新颖结构紫杉烷二萜的潜力。基于上述两个原因,本论文选择曼地亚红豆杉愈伤组织为研究对象,对其化学成分进行研究。利用多种分离纯化手段从曼地亚红豆杉愈伤组织中得到17个紫杉烷二萜类化合物,其中8个为新化合物,包括结构新颖的4-羰基-20-降碳yunnanxane、sinenxan C和sinenxan B(Tm1-Tm3)、两个罕见位点(2位,16位)羟基化的sinenxan C(Tm4,Tm5)、4,20-环氧sinenxanC(Tm6)、9-乙酰氧基/5-去乙酰sinenxan B(Tm7,Tm8);已知化合物9个,包括9-乙酰氧基/2-去乙酰/5-去乙酰 sinenxan A(Tm9-Tm11)、4,20-环氧sinenxanA(Tm12)、9-乙酰氧基sinenxan C(Tm13)、10-去乙酰sinenxan C/yunnanxane(Tm14,Tm15)和14位取代基团为2'-羟基-3-甲基丁酰氧基的sinenxan D/E(Tm16,Tm17)。新化合物平面结构和绝对构型由1D NMR、2D NMR、HRESIMS和X-ray单晶衍射技术(Tm1,Tm2,Tm4)确定,已知化合物通过核磁数据文献比对确定。这些化合物是曼地亚红豆杉愈伤组织中大量存在的Sinenxan A/B/C和Yunanxane的不同程度氧化或乙酰化的类似物,或是14位取代基团不同的类似物。体外药理学评价结果显示mediataxaneD(Tm4)对人宫颈癌细胞系具有较强毒性(HeLa,IC50=4.5μM),对人胃癌、肾癌细胞系具有中等毒性(BGC823,IC50=15.3 μM;Ketr3,IC50=18.6 μM)。上述结果表明,植物愈伤组织是一个非常有潜力的新颖结构或活性天然产物来源。第二部分:喜树碱生物合成中间体分离喜树(Camptothecaacuminata Decne.)为蓝果树科喜树属落叶乔木,是我国的特有物种,广泛分布于长江流域及西南各省。喜树具有极高的药学应用价值,从中分离得到的喜树碱和其化学衍生物是目前常用的抗肿瘤药物。喜树碱因其独特的作用机制、特征的化学结构和显著的临床应用价值,成为备受关注的热点分子。然而,喜树碱来源问题已经成为限制其发展的关键因素之一:植物提取虽然简便易行成本低,但有周期长和土地资源占用量大等问题;化学合成虽可大规模生产,但也有污染大和成本高的弊端。合成生物学技术的发展,为高效、绿色、可持续地获取喜树碱提供了新策略。然而喜树碱生物合成途径尚未解析,主要原因之一是其核心生物合成过程不清晰,中间体底物结构不明确。早期对产喜树碱植物(喜树、短小蛇根草等)的化学成分研究提示了喜树碱的生物合成过程可能由异胡豆苷酸到异长春花苷内酰胺,经环骨架重排形成短小蛇根草苷,再到脱氧短小蛇根草苷,经D环芳构化形成喜树碱苷,之后经多步反应生成喜树碱。但仍有一些关键过程缺少中间体,例如D环芳构化的过程和21位糖基脱去的节点等。因此,在生源途径假设导向下对喜树中化学成分进行定向分离,寻找可能的CPT生物合成中间体,是喜树碱的完整生物合成途径解析和异源合成的重要前提条件,对最终实现其高效、绿色、可持续生产具有重大意义。针对喜树碱类似物具有的特征性紫外吸收,采用HPLC-HRESIMS和多种分离纯化手段从一年生喜树幼苗中定向分离得到5个喜树碱类似物,包括从喜树中首次分离鉴定的3S/R-脱氧短小蛇根草苷(Ca1,Ca2)、2个新颖结构化合物3-去氢脱氧短小蛇根草苷(Ca3)和3,6'-O-脱氧短小蛇根草环苷(Ca4),以及3S-短小蛇根草苷(Ca5),并用多种波谱技术确认了其化学结构。已知化合物Ca1/Ca5是喜树碱生物合成途径中的关键中间体,为后续解析工作的进行提供了底物。化合物Ca3/Ca4提示了该类结构的3位是活泼位点,可能为D环芳构化的过程提供参考。本论文从从曼地亚红豆杉愈伤组织中分离出17个紫杉烷二萜类化合物,提示了植物愈伤组织具有产生新颖结构天然产物的潜力;从一年生喜树幼苗中分离得到5个喜树碱类似物,它们可能是喜树碱生物合成相关中间体,这些发现可能有助于喜树碱生物合成途径的解析。

摘要译文

关键词：

曼地亚红豆杉; 喜树; 植物培养组织; 紫杉烷二萜; 喜树碱类似物; 喜树碱生物合成中间体

学位年度：

2025

学位类型：

硕士

学科专业：

药学（专业学位）

导师：

戴均贵

中图分类号：

R284.1[化学分析与鉴定]

学科分类号：

1005[中医学];100803[中药鉴定学];100804[中药化学];100805[中药分析学]

D O I：

10.27648/d.cnki.gzxhu.2025.000557