1、微管蛋白及相關(guān)抗腫瘤藥物教授：馮冰虹紅色熒光顯示微絲、綠色顯示微管、藍(lán)色顯示細(xì)胞核紅色熒光顯示微絲、綠色顯示微管、藍(lán)色顯示細(xì)胞核 微管微絲中等纖維（微梁網(wǎng)絡(luò)）細(xì)胞質(zhì)骨架包括：微管、微絲、中等纖維微管的主要功能1)構(gòu)成細(xì)胞的網(wǎng)狀支架并維持細(xì)胞的形態(tài)。2)參與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)。3)參與細(xì)胞器的定位及位移。4)參與細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸。5)參與信息傳遞。第一節(jié) 微管（microtubule）15nm24-26nm5-9nm12345678910111213橫斷面上看：微管是由13根原纖維縱向圍繞而成。從組成成分來(lái)看：由微管蛋白構(gòu)成。微管蛋白微管蛋白異二聚體GTP（GDP)結(jié)合位點(diǎn)與秋水仙素、長(zhǎng)春新堿結(jié)合的位點(diǎn)鎂

2、離子和鈣離子的結(jié)合位點(diǎn)r微管蛋白：對(duì)微管的極性的確定有著重要作用。1.結(jié)構(gòu) （1）微管蛋白（tubulin）微管蛋白微管蛋白微管蛋白-微管組織中心（MTOC）異二聚體異二聚體原纖維原纖維微管（極性結(jié)構(gòu)）微管（極性結(jié)構(gòu)）GTPGTP-GDP1313+1013+10+10單微管（單微管（13）：）：二聯(lián)微管（二聯(lián)微管（13+10）（纖毛、鞭毛）（纖毛、鞭毛）三聯(lián)微管（三聯(lián)微管（13+10+10）（基體、中心粒）（基體、中心粒） 單管：?jiǎn)喂埽河捎?3條原纖維環(huán)繞而成，也有極少由條原纖維環(huán)繞而成，也有極少由11或或15根原纖維組成，單管是細(xì)胞中微管普遍存根原纖維組成，單管是細(xì)胞中微管普遍存在形式，屬于

3、不穩(wěn)定管，在低溫、高鈣和秋水在形式，屬于不穩(wěn)定管，在低溫、高鈣和秋水仙素作用下易降解。仙素作用下易降解。 二聯(lián)管二聯(lián)管 ：由單管由單管A管和管和B管組成，其中管組成，其中A管由管由13根原纖維組成，根原纖維組成，B管由管由10根。二聯(lián)管是構(gòu)成根。二聯(lián)管是構(gòu)成纖毛和鞭毛的周?chē)」埽且环N運(yùn)動(dòng)類(lèi)型的小纖毛和鞭毛的周?chē)」?，是一種運(yùn)動(dòng)類(lèi)型的小管。對(duì)低溫、鈣離子和秋水仙素都比較穩(wěn)定。管。對(duì)低溫、鈣離子和秋水仙素都比較穩(wěn)定。 三聯(lián)管三聯(lián)管：由：由A、B、C單管組成，單管組成，A管由管由13根原根原纖維組成，纖維組成，B管和管和C管都是管都是10根。三聯(lián)管見(jiàn)于根。三聯(lián)管見(jiàn)于中心粒和基體，對(duì)低溫、鈣離子和秋

4、水仙素都中心粒和基體，對(duì)低溫、鈣離子和秋水仙素都穩(wěn)定。穩(wěn)定。二、微管結(jié)合蛋白 microtubule-associated protein,MAP類(lèi)型：MAP-1 、MAP-2和tau蛋白，存在于神經(jīng)細(xì)胞。 MAP-4在神經(jīng)細(xì)胞與非神經(jīng)細(xì)胞均存在 。MAP的主要功能是： 參與微管的裝配； 增加微管穩(wěn)定性或強(qiáng)度。堿性的堿性的MTMT結(jié)合區(qū)結(jié)合區(qū)酸性的突出區(qū)域酸性的突出區(qū)域 成核期（nucleation phase）-延遲期（lag phase）微管蛋白聚合成短的寡聚體（核心） 片狀 微管 聚合期（polymerization phase）-延長(zhǎng)期（elongation phase）聚合速度大于解

5、聚速度 穩(wěn)定期（steady phase）：聚合速度等于解聚速度 （游離管蛋白達(dá)到臨界濃度） 微管的基本構(gòu)成單位是由微管蛋白和微管蛋白組成的異二聚體，這種二聚體通過(guò)水解GTP提供能量聚合成微管。微管蛋白的聚合首先經(jīng)歷一個(gè)核化的過(guò)程，形成很短的微管核， 然后新的二聚體通過(guò)非共價(jià)連接的方式加到這個(gè)核的兩端，進(jìn)行微管的延長(zhǎng)，最終形成由13根原纖維組成的中空管狀的微管結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中，微管蛋白二聚體都是頭尾相接，使微管形成一端以微管蛋白結(jié)尾，另一端則以微管蛋白結(jié)尾的極性結(jié)構(gòu)。踏車(chē)現(xiàn)象-微管裝配： 微管是一種能夠自我組裝的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)，能夠不斷地進(jìn)行著聚合與解聚的動(dòng)態(tài)變化，此特征稱(chēng)為微管的動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定性。由

6、于微管是具有極性的結(jié)構(gòu)，微管兩端發(fā)生聚合和解聚的速率不同，快的一端稱(chēng)為正極（末尾是微管蛋白），慢的一端稱(chēng)為負(fù)極（末尾是微管蛋白）。在體外組裝的微管，有時(shí)會(huì)發(fā)生正極進(jìn)行聚合而同時(shí)負(fù)極進(jìn)行解聚的現(xiàn)象。當(dāng)正極聚合的速率和負(fù)極解聚的速率相同時(shí)，微管會(huì)保持穩(wěn)定的長(zhǎng)度，這種現(xiàn)象被稱(chēng)為踏車(chē)現(xiàn)象。 微管的動(dòng)態(tài)變化需要水解核苷酸，是一個(gè)消耗能量的過(guò)程，但對(duì)微管功能的發(fā)揮卻至關(guān)重要。細(xì)胞內(nèi)既需要微管進(jìn)行高度的動(dòng)態(tài)變化，以使得微管能快速適應(yīng)細(xì)胞形態(tài)的變化、捕獲細(xì)胞皮層、有絲分裂染色體和細(xì)胞器等結(jié)構(gòu)；又需要有相對(duì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)以支持細(xì)胞內(nèi)遠(yuǎn)距離的物質(zhì)運(yùn)輸和維持細(xì)胞器的分布等。 有些小分子藥物可以結(jié)合在微管蛋白上的特定位點(diǎn)

7、，并影響微管的動(dòng)態(tài)性。紫杉醇類(lèi)藥物可以結(jié)合于微管蛋白位于微管內(nèi)壁的口袋內(nèi)，補(bǔ)償了微管蛋白另一側(cè)位點(diǎn)上GTP水解的作用而使微管穩(wěn)定，而Nocodazole則加快微管蛋白結(jié)合的GTP水解而促進(jìn)微管解聚。 Nocodazole是一種常用的有絲分裂抑制劑。 Nocodazole可以和微管中的-tubulin結(jié)合，從而抑制相關(guān)的二硫鍵的形成，從而抑制微管的動(dòng)態(tài)變化(microtubule dynamics)，抑制有絲分裂時(shí)紡錘體的功能，并破壞高爾基體的結(jié)構(gòu)。 Nocodazole可以誘導(dǎo)細(xì)胞阻滯在G2/M期，常用于誘導(dǎo)細(xì)胞同步化，濃度較高時(shí)可以誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。Nocodazole也被用于誘導(dǎo)高爾基體min

8、istacks的形成。Nocodazole等微管合成抑制劑，可抑制微管蛋白合成，阻滯有絲分裂過(guò)程，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。 Nocodazole： 分子量301.32，分子式為C14H11N3O3S。 +- 踏踏 車(chē)車(chē) 體外微管裝配條件： 微管蛋白濃度：需高于臨界濃度（1mg/ml）； GTP的供應(yīng)； 離子：Ca2+應(yīng)盡可能除去， Mg 2+為裝配所必需； 溫度：37異二聚體裝配成微管（0解聚為異二聚體）； 最適PH：PH6.9；微管組織中心(microtubule organizing center，MTOC) 是微管裝配的起始點(diǎn) 概念：微管在生理狀態(tài)解聚后重新裝配的發(fā)生處稱(chēng)為 微管組織中心。 作用：

9、幫助微管裝配過(guò)程中的成核，使微管從 MTOC開(kāi)始生長(zhǎng)。 u微管在體內(nèi)的裝配和去組裝在時(shí)間和空間上是高度有序的 細(xì)胞中MTOC的常見(jiàn)部位：著絲粒、成膜體、中心體、鞭毛基體均具有微管組織中心的功能。The Orientation of Microtubules in a Cell 組裝的特點(diǎn)Tread milling （）端，（）端，MTMT裝配而延長(zhǎng)；裝配而延長(zhǎng)； （）端，（）端，MTMT解聚而縮短。解聚而縮短。u影響微管組裝的特異性藥物 秋水仙素(colchicine) 阻斷微管蛋白組裝成微管，可破壞紡錘體結(jié)構(gòu)。 紫杉醇(taxol)、重水(D2O)能促進(jìn)微管的裝配,并使已形成的微管穩(wěn)定。但這

10、種穩(wěn)定對(duì)細(xì)胞有害。 （注：為行使正常的微管功能,微管處于動(dòng)態(tài)的裝配和解聚是其功能正常發(fā)揮的基礎(chǔ)。） 四、微管的功能（1）構(gòu)成細(xì)胞內(nèi)網(wǎng)狀支架，支持和維持細(xì)胞的形態(tài)中心體： 中心粒 周?chē)鸁o(wú)定形物質(zhì)間期：組織胞質(zhì)微管形成間期：組織胞質(zhì)微管形成分裂期：組織形成紡錘體分裂期：組織形成紡錘體 纖毛（cilia）、鞭毛（flagella） 組成： 質(zhì)膜 頂部 軸絲 微管及相關(guān)蛋白 微管： 9組二聯(lián)管+中央微管（9+2） 相關(guān)蛋白： 動(dòng)力蛋白 連接蛋白 輻射絲 基體 纖毛組織中心（ 9組三聯(lián)管） 基體(basal body ) 位于鞭毛和纖毛根部稱(chēng)為基體，是鞭毛和纖毛內(nèi)部微管起源的地方。 其壁由9組三聯(lián)體微管

11、構(gòu)成，與中心粒相同。 中心粒和基體均具有自我復(fù)制性質(zhì)。例：神經(jīng)元軸突運(yùn)輸?shù)念?lèi)型及運(yùn)輸模式例：神經(jīng)元軸突運(yùn)輸?shù)念?lèi)型及運(yùn)輸模式 色素顆粒的運(yùn)輸色素顆粒的運(yùn)輸五、微管蛋白與腫瘤 細(xì)胞微管持續(xù)解聚，微管減少失去正常的聚合平衡 細(xì)胞惡變腫瘤發(fā)生 因此，以細(xì)胞微管為抗腫瘤作用的靶點(diǎn)是開(kāi)展抗腫瘤藥物研究重要的方向之一。 六、微管蛋白與抗腫瘤藥物 細(xì)胞內(nèi), 微管以胞質(zhì)微管和紡錘體微管兩種形式存在, 主要參與細(xì)胞運(yùn)動(dòng)、細(xì)胞器的定位、胞內(nèi)物質(zhì)的運(yùn)輸及真核細(xì)胞的有絲分裂過(guò)程。細(xì)胞進(jìn)入分裂期, 其胞質(zhì)微管解聚成微管蛋白后再組裝成紡錘體微管。在分裂后期, 紡錘體微管牽引著姊妹染色單體從赤道面移向紡錘體的兩極。在有絲分裂

12、結(jié)束后, 紡錘體微管解聚再組裝成胞質(zhì)微管。因此, 這種微管蛋白/ 微管之間的動(dòng)態(tài)循環(huán)( 聚合和解聚) , 為細(xì)胞正常有絲分裂所必需。若破壞此循環(huán)將致使進(jìn)入有絲分裂期的細(xì)胞停止分裂, 進(jìn)而延長(zhǎng)細(xì)胞周期或誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。 腫瘤細(xì)胞具有快速增殖能力, 其有絲分裂過(guò)程頻繁且細(xì)胞周期明顯短于正常細(xì)胞。因此, 若破壞上述的動(dòng)態(tài)循環(huán), 必將影響到腫瘤細(xì)胞的有絲分裂過(guò)程, 使其生長(zhǎng)受到抑制停滯于G2/M 期，或者誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的凋亡。 微管作用：微管作用：參與細(xì)胞形態(tài)的維持，細(xì)胞內(nèi)運(yùn)動(dòng)和細(xì)參與細(xì)胞形態(tài)的維持，細(xì)胞內(nèi)運(yùn)動(dòng)和細(xì) 胞分裂。胞分裂。 分裂期：微管分裂期：微管微管蛋白微管蛋白紡錘體（微管解聚）紡錘體（微管解

13、聚） 分裂末期：紡錘體分裂末期：紡錘體微管（微管聚合）微管（微管聚合） 微管類(lèi)抗腫瘤藥物微管類(lèi)抗腫瘤藥物 抑制微管聚合（促解聚）抑制微管聚合（促解聚） 抑制微管解聚（促聚合）抑制微管解聚（促聚合）（一）目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)出的以微管為靶點(diǎn)的抗腫瘤藥物（一）目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)出的以微管為靶點(diǎn)的抗腫瘤藥物 當(dāng)前臨床上常用的以微管為靶點(diǎn)的抗腫瘤藥分為抑制微管蛋白聚合的藥物和抑制微管蛋白解聚的藥物。1.抑制微管蛋白聚合的藥物抑制微管蛋白聚合的藥物 1.1在微管蛋白上有一個(gè)結(jié)合位點(diǎn)的藥物 包括秋水仙堿類(lèi)（秋水仙堿，秋水仙酰胺）和鬼臼毒素類(lèi)藥物鬼臼噻吩苷（鬼臼甲叉苷，Teniposide，替尼泊苷，VM-26，vumo

14、n，威猛），鬼臼乙叉苷 （Etoposid，依托泊苷，足葉乙苷，VP-16，VP-16-213）。 鬼臼毒素類(lèi)藥物雖能與微管蛋白結(jié)合，抑制微管蛋白聚合，但其主要作用是 抑制DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶的DNA斷裂后重新連接反應(yīng)，阻制細(xì)胞周期于G 2 期。目 前已被列入拓?fù)洚悩?gòu)酶抑制劑。 1.2 在微管蛋白上有2個(gè)結(jié)合位點(diǎn)的藥物 即長(zhǎng)春花生物堿類(lèi)（長(zhǎng)春花堿，長(zhǎng)春新堿，長(zhǎng)春花堿酰胺，去甲長(zhǎng)春花堿） 和美登素。2 .抑制微管蛋白解聚的藥物抑制微管蛋白解聚的藥物 紫杉類(lèi)藥物，如紫杉醇（Taxol）和多西紫杉醇（Docetaxel。目前惟一發(fā)現(xiàn)并 應(yīng)用于臨床的促進(jìn)微管聚合、抑制微管解聚的藥物。 （二）微生物來(lái)源的抗

15、腫瘤藥（二）微生物來(lái)源的抗腫瘤藥 1. 天然抗癌產(chǎn)物Epothilones Epothilones（埃波休隆） Daniel M.Bollag等為了尋求具有微管蛋白活性的化合物而對(duì)許多植物，水生生物，昆蟲(chóng)與許多發(fā)酵提取物進(jìn)行篩選研究時(shí)，從Sorangium cellulosum（纖維素堆囊菌）菌株SMP44的發(fā)酵提取物中發(fā)現(xiàn)的、具有促進(jìn)GTP依賴(lài)性微管蛋白聚合成微管的有效活性的物質(zhì)。 2. cryptophycin（CP） CP的最初開(kāi)發(fā)是作為抗真菌藥的，是Schwartz等從藍(lán)藻的培養(yǎng)物中提取獲得的，后來(lái)又從其他的菌種中分離得到同樣結(jié)構(gòu)的化合物。CP是一個(gè)脂溶性化合物，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但現(xiàn)在已經(jīng)能

16、夠用化學(xué)方法全合成。 CP的作用機(jī)制很復(fù)雜，能抑制純微管蛋白組裝成微管，能防止微管蛋白變性，還能阻止 3 H長(zhǎng)春花堿與微管蛋白的結(jié)合，以及抑制微管蛋白對(duì)- 12 pGTP的水解，表明CP直接作用于微管蛋白。其與微管蛋白作用時(shí)，細(xì)胞內(nèi)不存在其他的調(diào)節(jié)蛋白起介導(dǎo)作用。 3. Discodermolide（DC）和 Laulimalide DC是1990年從海綿動(dòng)物Discodermia dissoluta中分離得到的多羥基內(nèi)酯化合物，是紫杉醇與微管蛋白結(jié)合的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑。DC已用于臨床一期試驗(yàn)。 Laulimalide是1999年Mooberry等從海綿Cacospongia mycofijien

17、sis，F(xiàn)asciospongia rimosa和Hyattella sp中發(fā)現(xiàn)的具有促進(jìn)微管穩(wěn)定的化合物。 （三）（三） 抗腫瘤喹諾酮類(lèi)抗腫瘤喹諾酮類(lèi)藥物藥物 喹諾酮類(lèi)藥物是作為抗菌藥應(yīng)用于臨床的，近年發(fā)現(xiàn)其有抗腫瘤的活性。其中2-芳基取代喹諾酮類(lèi)化合物是新的一類(lèi)作用于微管蛋白的抗腫瘤化合物。這些化合物在體外人體腫瘤細(xì)胞系（HTC）分析和體內(nèi)異種移植試驗(yàn)中都表現(xiàn)出強(qiáng)的細(xì)胞毒性，而且對(duì)微管蛋白聚合作用均呈強(qiáng)烈抑制作用，IC 50 與那些強(qiáng)抗有絲分裂的天然產(chǎn)物的IC 50 相當(dāng)。 如2-苯基-4-喹諾酮類(lèi)化合物 、2-苯基-1，8-二氮雜萘-4-酮類(lèi) 和1，2，3，4-四氫-2-苯基-4-喹諾酮類(lèi)化合物等 。（四）其他（四）其他 1.Combretastatin A-4 、combretastatin A-4 phosphate與combretastatin A-4類(lèi)似物 藥理實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，能與微管蛋白結(jié)合并抑制