zliming2004

垃圾树变黄金:最畅销肿瘤药曲折诞生记-Taxol

垃圾树变黄金:最畅销肿瘤药曲折诞生记

上个世纪,随着一批化疗药物的问世,癌症的治疗呈现出百花齐放的局面。在这些新药当中,最具传奇色彩的就是提取于短叶紫杉的紫杉醇类药物。

作为日后第一个获得FDA批准的来自天然植物的化学药物。其研发过程恰恰是产学研紧密合作的结果,也为日后国家科研机构和制药公司的合作树立了典范。

抗癌的国家使命,垃圾变黄金

上个世纪,癌症的发病率在美国一再创新高,在制药公司束手无策的情况下,美国国会让美国政府管理的重要科研机构——美国国立癌症研究所接下了研究新药的担子。美国国立癌症研究所则独辟蹊径,尝试从天然植物中获得新药开发的灵感。

1960年,美国国立癌症研究所与农业部成立了一个合作项目:采集和筛选植物样本以发现可能有药用价值的天然化合物。

1962年8月,在农业部任职的植物学家巴克雷将从华盛顿州的某个森林中收集的7千克紫杉的枝叶和果实寄回了美国国立癌症研究所。当时这种杉树还不太为人所知,在它的抗癌作用被发现之前,它只是一种当柴烧或者打树桩当篱笆的“垃圾树”。

1964年5月,这些紫杉样品的粗萃取物在肿瘤细胞测试中显示了中等程度的活性。当时主管北卡“研究三角学院”分馏实验室的化学家华尔,将研磨过的紫杉原料中复杂的化学组分一一分离出来,使用生物活性测试为指导从中提取活性物质。他们反复尝试,不断试错,消耗了不少原料。

仪器辅助以外,这样的工作需要超乎寻常的技巧、直觉和耐心,当然,还有运气。1966年9月,他们终于分离出了一个有活性的纯化合物,并确定了其分子式为C47H51NO14,但是收率很低,只有万分之零点四。1967年6月,华尔将这个化合物命名为紫杉醇(taxol)。

1970年初,通过使用晶体的X光衍射技术和核磁共振技术,华尔与同事瓦尼(mansukh wani)终于完全解析了紫杉醇的结构式。

1971年5月,他们在美国化学会杂志上发表通讯报道了这个初显抗肿瘤活性的天然化合物;相形其它各种taxus杉树中得到的化合物,只有紫杉醇显示了这一独特生物活性。他们的发现引起了全球科学家乃至其他一些人士的关注。

产量低难成药,紫杉醇险些被放弃

1979年,纽约叶史瓦大学的分子药理学家霍尔维茨发现紫杉醇的抗癌机理独特,有别于在此之前发现的其它抗癌试剂。

细胞有丝分裂时会形成大量管状构造物作为子细胞的骨架,在染色体分布至两子细胞后这些微管便分解,完成细胞分裂。她发现紫杉醇能促进微管蛋白聚合,抑制微管解聚,从而使细胞被“固定”在分裂过程而死亡。这个新发现吸引了更多生物学家将紫杉醇作为生物医学的一个研究工具,探索细胞活性的未知领域。

化学家们则被这个有机分子精巧复杂的结构所吸引,想向造出这个分子的大自然挑战,找到实验室里的人工合成方法。紫杉醇溶解性很差,不易口服,在使用一段时间后肿瘤细胞对其有阻抗作用,合成研究可以将之改良得到毒性更小和药效更好的药物。

一直到1992年时,大约有30多个研究小组在研究紫杉醇的合成,一场著名的紫杉醇合成大赛开始了!

因为紫杉醇在天然来源中的含量很小,所以通过合成批量快速便宜地生产又是一种实际的驱动力。1993年底,斯克瑞普斯研究所的化学家尼克劳和佛罗里达州立大学的化学家侯尔顿分别宣布独立完成了紫杉醇的全合成。但是由于产率太低,两者都无法商业化批量生产。

环保争议难平,研发成果转化难

在细胞测试阶段,所用紫杉醇量小,所以紫杉的消耗量也小。但到1966年底,华尔的需求达到了170千克。每13千克干样中大约只能萃取出半克纯化过的紫杉醇。

美国国立癌症研究所为得到更多的样品,不得不与管理森林和土地的政府部门打交道。1980年,当紫杉醇进入到动物活体实验阶段,对其需求更达到了10吨。

从砍伐树木,收集紫杉树皮到分离萃取出紫杉醇,费时费力且费钱。30吨干树皮仅可以得到大约100克紫杉醇,花费达到150万美元。因为天然紫杉醇难以得到,国立癌症研究所在1983年才开始人体临床试验,直到1989 年也才得到了不足3千克紫杉醇。

1983年,为了推进这一研发成果走向临床,美国国立癌症研究所排除万难开展一期临床,出人意料的是,第一期临床试验结果很好,1989年约翰斯•霍普金斯的研究人员发现紫杉醇对其他化疗失败的卵巢癌患者可达到30%的缓解率,虽然平均缓解期只有四个月,但传统上这类患者已无其他有效疗法。

这些结果让紫杉醇名声大噪,昔日的“垃圾树”紫杉也跟着声名鹊起。为了得到紫杉醇救治癌症病人,砍伐树木,导致树木死亡。救人还是保树,这成了一个问题。

环保主义者因为紫杉醇而开始关注和推崇紫杉树,鼓吹生物多样性和保护原生森林。他们强烈抨击损害杉树来救人性命,又拉动媒体和政客,“发现”原来紫杉还是一种濒临灭绝的斑点猫头鹰的栖息所。他们将自己描绘成原生森林和珍稀动物的保护者,在与科学家及其病人们这些“破坏者”“战斗”。八十年代末期到九十年代初期,关于紫杉醇和紫杉的新闻报道比比皆是,完全超越了科研范畴,而成了敏感的政治事务。

适时转让,施贵宝接棒上市路

对于国家级的研究机构,其资金来源虽然有政府保障,研究结果是否能市场化也无需交代,这听起来风险比制药公司小很多。

但是,对于已经花费了1.83亿美元的美国国立癌症研究所,财政已经不堪重负。其实,美国国立癌症研究所一直希望能有制药企业出手相助,但是,由于其原料难以获取,很多制药公司都担心大批量生产的问题,因此而无人问津。

1989年,第二期临床试验时,美国国立癌症研究所向私有公司招标,合作开发将紫杉醇上市,其实是美国国立癌症研究所将紫杉醇的后期开发转交出去。

对于当时的施贵宝来说,肿瘤治疗是该公司的重点关注领域,因此,公司决定联手美国国立癌症研究所推进这一产品上市。

除了提供资金支持,施贵宝还承诺每年给临床试验提供25千克紫杉醇,这大约需要砍掉3万8千棵树,可以用来治疗一万多名病人。

因为美国政府出台了新的伐木政策,BMS不得不积极寻找其它得到紫杉醇的办法。Taxus杉树家族中另有一种浆果紫杉,从它的叶子中分离得到的一种化合物,结构与紫杉醇的相关近似,堪称紫杉醇的近亲。

这时候,之前输掉紫杉醇合成大赛的侯尔顿教授决定彻底做再次涉足紫杉醇合成领域,在美国国立卫生研究所的资金支持下,他发现了一个半合成方法,经过四步有机合成转换反应可以将之变成紫杉醇,产率高达80%。

半合成法大大提高了批量生产的可能性。这个紫杉醇的前体化合物在浆果紫杉叶子中的含量甚丰,而且这种杉树在欧洲非常普通常见,叶子被摘取后可以重生,不会损害树木本身。

在研究这种有机转换的过程中,还发现了一个比紫杉醇溶解性更好,活性是其2.7倍的化合物,后来被开发成了药物多西紫杉醇(Taxotere)。

1992年底,在5个月内,FDA批准了使用紫杉醇治疗其它疗法无效的卵巢癌病人,1996年又批准它用于治疗晚期乳腺癌患者。后来还被批准用于治疗非小细胞肺癌和卡波济氏肉瘤。

现在,BMS采用植物细胞发酵技术来批量生产紫杉醇,药物价格基本由BMS确定。NCI-USDA的植物筛选项目曾经是一个野心勃勃的项目,但这个项目只存在了二十余年,尽管数十几万种植物被筛选,1981年,在这个项目结束时,没有任何植物产品到达临床试验阶段,后来也就一个被批准上市的紫杉醇。

回头说起我们多次提起的侯尔顿教授不但是一位科学家,还是一位精明的生意人,他和佛罗里达大学并没有像美国国立癌症研究所那么急于脱手科研成果,而是把自己合成路径的专利卖给了施贵宝,而且不是一次性,而是要求施贵宝按照销售利润进行分成。

在1999年,紫杉醇作为百时美施贵宝公司在全球销售的品牌药品给佛罗里达州立大学与侯尔顿(拿取40%分成)赚到150亿美元的销售额,可见紫杉醇的惊人经济价值。

(by 浮米网)

评论