竹红菌素研究的进展.doc

竹红菌素研究的进展【关键词】竹红菌素；光敏作用；临床应用竹红菌素(Hypocrellin)是在我国最早发现的一种新型光敏剂，它来 自于自然界生物中，是目前已知的在可见光区内优良的光敏剂这类化合 物可经过普通生物合成途径产生，它们的结构具有立体化学的特征，表现 出光动力学活性，具有显著的光疗作用，临床上已用来治疗皮肤病，如外 阴白色病变和软化疤痕疙瘩近年來，研究发现它具有优良的光敏杀伤肿 瘤细胞和抑制艾滋病病毒HIV-1的作用，并且可作为新型的光活化农药和 潜在的光电转换材料，研究和应用前景十分广阔1竹红菌素的发现、分布、结构和性质竹红菌素主要生长在我国云南西北部，是在海拔3 000-3 500 m高 寒地区箭竹上生长的了囊菌纲肉座菌科(Hypocrellabambusae Sace)的 真菌，我国首先发现并应用于临床治疗胃病和风湿性关节炎1980年万象 义，陈远藤⑴首次报道了 一种新的光化学疗法药物-竹红菌甲素 (IlypocrellinA,简称HA)； 1981年陈维新等［2］确定了竹红菌甲素的结构;1985年万象义等［3］从竹红菌中分离到竹红菌乙素(Hypocrellin B,简称 IlB）o张曼华等［4］用光谱方法鉴定了乙素的结构，梁丽等［5］用X-射线晶 体衍射确定了它的结构：竹红菌中最重要的光敏成分是竹红菌甲素，同时 也冇少量的竹红菌乙素。

竹红菌乙素相当于甲素失去一分子水，酸和碱催 化都能使甲素转化为乙素据文献提到，竹红菌在全世界除斯里兰卡山区有报道发现以外，只有 我国云南省西部产量最多竹红菌甲素的纯品为红色晶体熔点209°C〜 210°C,易溶于氯仿、卩比唳、苯酮、二甲亚矶等有机溶剂中，难溶于水 其亲脂性使这种色素易于聚集在细胞膜上，竹红菌素的光谱特性，在二甲 亚砚（DMSO）溶液中，其在可见光区均呈现三个吸收峰，波长为475、545、 585 nm,它的吸收峰位不随浓度改变而位移，谱形亦无变化，只是吸收值 随浓度的增加而增高，说明竹红菌素在高浓度下并不形成聚集态竹红菌 素和现在使用的血吓I林衍生物（HPD）相比具有许多优势，如原料易得，易 纯化不易聚集（聚集降低了 HPD的光疗效果）、三垂态氧量产率高，体内 代谢快对正常组织损伤小，文献报道竹红菌素及其一些衍生物能光敏损 伤生物大分子（如DNA、蛋白质和脂类等），表明竹红菌素有望用于光动力 疗法（photodynamic therapy, PDT）的临床冶疗2竹红菌素研究的主要方向2. 1生物学探索竹红菌素对生物组织内蛋白质（包括氨基酸、多肽）、 脂类、核酸（DNA、RNA）碱基等的光敏化机制，研究竹红菌索和生物物质反 应的活性部位，了解竹红菌素対皮肤病和癌细胞的定位能力。

2. 2化学和光化学从分子水平弄清竹红菌素主要成分的结构特征、 物化性质、光敏特性和反应过程通过对生物组织内活性物质的光动力作 用研究，提出竹红菌素的光疗模式结合热化学和光化学相辅相成的两个 过程，造成对生物组织的影响，注意产物的光动力活性，进一步光敏造成 对生物体的次级影响2. 3光疗应用 通过结构修饰改进，开发出新型约物和光敏化剂为 使药物易于达到生物体内的关键部位，在分子内引入极性基团，如一 NH2、 一 COOH、一 S03H、- N02等基团，改善竹红菌素本身的油脂性和水溶性 比例，提高竹红菌素的吸光能力并使其吸收峰适当的位移2. 4药型通过脂质体的包被或与单克隆抗体结合，以及使用其他导 弹夯物，使药物直达生物体内的靶体，从而提高疗效，消除不良反应3竹红菌素的光敏活性及其光疗应用自1975年我国云南省微生物所从云南西部山区采集到竹红菌子座， 提取分离到竹红菌甲素，随后又分离到乙索1981年罗子华等［6］研究了 用竹红菌素软膏加光治疗外阴白色病变的组织变化1982年梁睿媛等［7］ 用竹红菌素光化疗治肥厚性瘢痕1985年王家壁等［8］用竹红菌素对原发 性皮肤淀粉样变苔癣进行光化治疗。

1985年程龙生等［9］研究了竹红菌甲素对红细胞的光损伤，观察到红 细胞在有I1A存在并受光照时，膜蛋口-SI1基含量迅速下降；膜蛋口氨基酸 组分半胱氨酸、组氨酸、色氨酸的含量迅速下降；膜蛋白发生光交联；膜 类脂多聚不饱和脂肪酸形成类脂过氧化物等化学变化1986年郑建华等［10］探讨了竹红菌甲素对红细胞膜光敏作用机理，说 明HA对红细胞膜的光氧化机理涉及单重态氧和超氧阴离子，但也冇可能 是通过电子转移机理及其他的活化态氧在起作用认为-SH基过氧化成 -s-s-键可导致蛋白交联，膜类脂质过氧化不参与膜蛋白的交联；而蛋白 质中的氨基酸残基对膜蛋口起重要作用o1987年郭绳武等［11］的结果证明甲素接触到细胞并有一定晕的吸收 后主要集中在细胞膜和胞质中，膜的形态学上的改变是明显的，细胞膜 是HA光动力靶体HA的光动力敏化作用与可见光的波长密切相关，在460 nm以下波长的可见光不能明显激化HA的增敏效果而在460~490 nm（恰 好处于IIA最大吸收475 nm的范围）波长的光就能使1IA显示与全光照射同 样的光敏效果（只是肩区稍有区别）表明光能是HA本身所吸收，而不是 被其所敏化的细胞内的牛物物质所吸收。

1988年曹恩华等［12］对HA光敏作用所致的HeLa细胞DNA单链断裂进 行了研究，发现细胞经Y射线和IIA的光敏作用后，DNA产生单链断裂，细 胞本身具有修复能力当最初的单链断裂频率相等时，Y射线处理的细胞 其DNA单链断链重接能力高于光敏作用的细胞细胞修复能力的差别表明 了二种作用产生的单链断链的化学性质有重要差别1989年孙继山等［13］研究HA对红细胞膜上酶光敏失活作用结果表 明IIA对Ca2+-Mg2+ATPase作用最强，1IA还能引起膜蛋白毓基氧化，膜脂 质过氧化，其中疏基氧化可能是ATPase光敏失活的主要原因，而脂质过 氧化对ATPase的活力损伤作用不大1990年傅乃武等［14］用竹红菌素対小鼠红细胞膜的光氧化作用进行 研究认为竹红菌素在光激化下产生的氧自由基，对细胞膜产生光损伤， 从而影响细胞的活动和功能，直至死亡，故细胞膜是HA光敏作用的一个 靶部位与此同时，杜健等［15］亦发现，由于细胞膜内含有丰富的不饱和 脂肪酸，易受自由基的攻击发生过氧化作用而产生苯二醛(MDA) o苯二醛 可交联蛋白质和磷脂的氨基生成Schiff氏碱，并伴有荧光的出现，使红 细胞膜脆性增加，导致细胞膜损伤，通透性增加，K+释放增多，从而发牛 胶体渗透性溶血。

1988年傅乃武等［16］用竹红菌甲素对培养的人癌细胞和 小鼠移植实体肿瘤有明显的光动力治疗作用1989年傅乃武和褚衍信［17］ 研究I1A对癌细胞的光杀伤作用，在竹红菌甲索对肝癌细胞线粒体和微粒 体的光动力效应中，发现线粒体和微粒体是HA的光动力作用的敏感靶体1990年伍振军等［18］研究了竹红菌甲素光敏反应机制，报道了 HA的 光敏反应中，原初反应产生了单重态氧(102)、超氧阴离子自由基(?-02) 和H20,在一些还原性底物(5-轻基色氨酸、色氨酸、蛋氨酸和赖氨酸等) 的存在下，体系中形成的超氧阴离子大大增加，证明了体系中的单重态氧 是通过三重态的竹红菌甲素和基态氧进行能量传递形成的；超氧阴离子自 由基是体系中的甲素和基态氧进行单电子转移的结果，H20是体系中的HA 二价负离子还原基态氧的产物，在一些底物存在下，次级反应产生了轻基 自由基(-0H)及一些有机自由基；HA光敏氧化一些生物基质的反应是？102 等活泼态氧和各种自由基反应综合的结果1994年，王家珍等［19］的HA对体外培养细胞光敏作用的试验，揭示 T HA光敏化作用使细胞形态发生变化，细胞表面微绒毛丧失，细胞增殖 受抑制，这些变化随光照剂量的增加而加剧，其中对肿瘤细胞的抑制作用 较正常二倍体细胞更大，细胞群体中G1期细胞数目下降，S期细胞增多； 同时，HA的光敏化作用还使胞质微管变稀疏。

实验说明HA光敏作用对培 养细胞的作用引起细胞膜、细胞骨架损伤，使细胞周期部分阻断在S期， 从而抑制了细胞的增殖1995年许娜飞等［20］也证明了 I1A主要分布于细胞膜及胞浆中，只有 少量的HA进入细胞核中细胞在24 h内对HA的排出较快，24 h的排出 量达50%, 24 h后对HA的排出速度变慢、HA在不光照的条件下亦对细胞 有毒性损伤作用，而HA吸收光后的光敏反应则对细胞有更强的杀伤作用、 HA的光敏作用靶部位是细胞膜，而它引发的膜脂过氧化所产生的自山基和 非自由基产物，特别是脂自由基的寿命较长和很高的反应活性，并能跨膜 作用于DNA,可诱导DNA损伤，最终导致细胞死亡，通过测定光敏反应细 胞脂质过氧化程度及其产物与细胞DNA形成的荧光产物，表明脂质过氧化 在细胞DNA的损伤突变过程中起重要作用证实了 HA光敏反应对体外培 养细胞具有诱变致突作用，能引起细胞DNA突变，并且此突变具有遗传稳 定性1998年陈彬等［21］通过测定竹红菌素的单重态氧的时间分辨磷光光 谱，提出竹红菌索的化学反应不仅來源于第一激发态氧分子，而・且也來源 于第二激发态氧分子陈彬认为：①竹红菌素光敏化时的主要产物为单重态氧而不是自由 基；②激发波长对竹红菌素的单重态氧的产率儿乎没有影响；③溶剂的可 极化性对单重态氧量子产率没有影响；④竹红菌素是非常不良的单重态氧 的淬灭剂；⑤经过化学修饰，竹红菌索将有可能成为一种良好的激化态氣 分子敏化剂°1999年何玉英等［22］,合成了一系列竹红菌乙素(HB)的衍生物，利用 顺磁共振(EPR)和吸收光谱法研究了竹红菌乙素衍生物在缺氧条件下的光 化学反应，发现在缺氧条件下，竹红菌乙素衍生物都能发生光诱导的电子 转移反应，生成半酿负离子自由基，而它又是超氧阴离子自由基和轻基自 由基的前体，在还原剂存在下，衍生物生成负离子自由基的能力大大增强。

2000年时，何玉英等［23］发现在有氧情况下，竹红菌乙素衍生物的化学结 构影响超氧阴离子自由基和轻基自由基的产生效率和单重态氧的量子效 率2002年马岚［24］利用胚胎干细胞作为细胞模型进行痂囊腔菌素生物 活性的研究，发现痂囊腔菌素竹红菌素可通过特异地诱发肿瘤细胞凋亡 而杀灭肿瘤细胞表明竹红菌素具冇显著的抗肿瘤生物活性，它们引起细 胞凋亡的分子机制似乎是非活性氧所为4竹红菌素的其他功效竹红菌素除作为光动力药物外，还有下述用途：①IIA可光敏杀灭革兰 阳性细菌，对革兰阴性细菌无效；②HA的pKa=9. 3,可作为弱酸的酸碱 滴定指示剂和分析试剂；③竹红菌素有作为光敏氧化剂而可应用于光活化 农药和光电转换材料上；④竹红菌素的荧光光谱明显受环境影响且有一定 规律，因而可用于研究生物大分子环境和诊断癌组织的荧光探针5结论与展望竹红菌素是一种新型的光疗光敏剂，包括竹红菌甲素(HA)和竹红菌 乙素(HB)O竹红菌素的光敏化作用可引起细胞膜蛋白交联、膜脂过氧化、 膜流动性改变，诱导细胞内的生物大分子(DNA、蛋白质、脂类等)损伤和 引起酶的失活，并导致细胞骨架的损伤，使细胞周期部分阻断于S期，因 而对细胞具冇明显的杀伤作用。

它和现在使用的血吓【林衍生物相比具有原 料易得、易纯化、不易聚集、三重态氧量产率高、体内代谢快、对正常组 织损伤小等优势临床上己用来治疗皮肤病近年来发现竹红菌素及其一 些衍生物具有光敏杀伤肿瘤细胞和抑制艾滋病病毒HIV-1的作用，并口可 作为新型的光活化农药和潜在的光电转换材料，但是，竹红菌素都是脂溶 性物质，在光疗窗口 (600-900 run)的吸收能力不够强，影响了其临床上 的应用为改善竹红菌素木身油脂性和水溶性比例，提高竹红菌素吸光能 力并使其吸收峰适当的位移，探索其临床应用的能力目前通过对竹红菌 素进行化学修饰，合成了许多1IA和IIB的衍生物，对它们的光化学光动力 的研究正在进行中相信在不久的将来。