最近在上海召开的国际药用天然产物有机化学学术会议的组织委员会主任委员,是我国著名有机化学家汪猷教授。他现为中国科学院学部委员、有机化学研究所名誉所长。这次他不仅积极主办世界各国化学会的联合组织——国际纯粹和应用化学联合会(IUPAC)首次在中国召开的国际学术讨论会,而且还作为这次会议的二十一位特邀报告人之一,作了《中药天花粉的科学评价——历史,化学和应用》的学术报告,首次在国际上宣布了天花粉蛋白的全部一级结构和空间结构的研究结果,他主持的这一研究,被诺贝尔奖金获得者、英国教授巴顿认为是“杰出的”。他称汪猷是“有国际影响的人物”。会议期间,笔者访问了汪猷教授。
“请介绍一下天花粉应用和研究的历史和现状。”
身材不高、鬂发染霜的汪猷教授正襟危坐,他说:天花粉是葫芦科植物括楼的块根。我国东汉末期,张仲景在《金匮要略方证》中就有天花粉入药的记载。唐朝孙思邈在《千斤翼方》中首次记载天花粉用于妇科“通月水”。明朝李时珍称它有治“胞衣不下”的功能。我国民间流传着天花粉引产的各种秘方。但是天花粉引产也有较大的副作用,即用药剂量大,孕妇出现持续高烧等症状,甚至也发生过死人的事。六十年代中,南京药物所和南京妇幼保健院对江苏的复方天花粉(天花粉、牙皂、细辛、白芷、山萘、甘松),武汉医学院四单位对湖北应用的复方天花粉(在江苏的基础上增加狼毒、麝香两味中药),分别作筛选研究,各自保留了天花粉和牙皂。我们在进一步的研究中,发现牙皂仅起帮助吸收的助剂作用,但它的副作用较大,宜剔去。天花粉中有十几种蛋白质,其中有一种蛋白质有很强的引产作用,我们将它命名为天花粉蛋白。以后我们又进一步分离纯化,采用结晶方法制得结晶天花粉蛋白,属于单斜晶系。结晶的天花粉蛋白不含糖,动物试验无热原反应,经化学分析,其蛋白含量达95%以上,聚丙烯酰胺凝胶电泳及免疫电泳基本上都是均一的,该蛋白质的N-末端残基鉴定为单一的门冬氨酸,作为中草药,大分子蛋白质达到结晶纯度,在我国还是第一次。我们又把它成功地用于计划生育临床中,把原来外用的复方草药改变为新药针剂注射液,剂量从原复方的24克降低到目前采用的1.2毫克,降低到两万分之一,大大减轻了副反应,提高了用药的安全性和疗效。
汪猷教授接着向笔者谈到天花粉蛋白用于抗早孕的探索:天花粉历来作为中期引产药使用,有效率达98%。自1976年以来,沈阳市计划生育科学研究所及上海市龙华、瑞金、国际和平保健院等医院,将天花粉蛋白(利血平、丙酸睾丸酮酯为辅剂)用于抗早孕(妊娠九十天以下),通过六百多例试用,疗效可达92%左右,具有使用剂量低(每人次1.2毫克)、出血少(类似于月经量)、发热等副反应很轻等优点。它对于一年内已施行剖腹产又怀孕的妇女,和某些子宫畸形不适宜常规人流术的病人,流产效果更具优越性。沈阳地区已将结晶天花粉蛋白抗早孕通过门诊方式处理,病人不必住院即可解决问题,颇受医院、病人的欢迎。这项重要成果已经中国科学院院部鉴定,并获得1983年国家创造发明二等奖。不仅如此,天花粉蛋白对一些妇科疾病,如葡萄胎、恶性葡萄胎、宫外孕等都有独特的疗效,对绒毛膜上皮癌也有一定的疗效。
“天花粉蛋白用于引产的机理究竟是什么?”
汪猷教授作了这样的说明:天花粉蛋白是我国首先发现的一个具有独特生理功效的植物蛋白,它的引产原理已被中科院上海细胞所、上海国际和平妇幼保健院、上海瑞金医院等单位的研究工作初步阐明,它对胎盘滋养层细胞具有专一性的破坏作用,引起它的坏死。如恶性葡萄胎,实际上是绒毛上的合体滋养层细胞方面的病变。使用天花粉蛋白治疗,可造成它的坏死脱落。天花粉蛋白对滋养层细胞的这种专一性,在国内外的各种药物中是罕见的。
汪猷在回顾这段研究过程时说:天花粉蛋白是一个分子量为25000,等电点是9.4的生物大分子,它的大小是胰岛素的四倍。研究中我们曾遇到纯天花粉蛋白容易变性沉淀及其降解碎片溶解度差的问题,成为我们测定一级结构的很大障碍。美国一位诺贝尔奖金获得者也认为这个问题很难解决。但是我们抓紧研究,经过几年努力和多次试验,找到了排除这一障碍的途径。还发现了它的羧端的微观非均一性,解决肽段分离等许多困难。在最近几年中,由于化学降解获得突破,工作进度加快,终于在今年上半年完成了天花粉蛋白全部一级结构的测定。现在我们可以宣布,天花粉蛋白是由234(233)个(19种)氨基酸残基通过特定序列以酰胺键相联接,组成一条多肽链,天花粉蛋白分子特殊的排列序列,决定了它的空间结构,也赋予了它独特的生理功能。从它的空间结构测定知道,天花粉蛋白的链在空间盘旋,折叠成八个α螺旋,十三个β折叠和八个发夹结构单元及一些无规卷曲。它们形成了大小不等的两个结构域,这为我们下一步开展天花粉蛋白的结构与功能关系的研究,提供了可靠的分子结构基础。
他还说:天花粉蛋白空间结构的研究,是由我所和中科院福建物质结构所、中科院生物物理所协作进行的。在完成了4 ?和3 ?分辨率的分析后,又进行分辨率水平的空间结构分析。进一步提高分辨率的协作研究正在进行中。此外,福建物质结构所用园二包性测定和统计法研究了天花粉蛋白的二级结构,我所也对它进行了激光拉曼光谱测定。整个说来,天花粉蛋白研究是一个理论与应用结合的例子,经过十多年的努力,靠了科研、临床多学科协作,我们终于完成了我国第一个分子量较大的蛋白质的结构测定工作。作为一个有特殊功能的植物性蛋白,在国际上也算是一项较为突出的工作。以学术功底广博精深、学术态度严谨认真著称的这位化学界前辈,从七十年代起,参加和主持了这方面的研究。他考虑到,天花粉蛋白引产的功能与疗效虽然已肯定,结构虽已清楚。它的结构与它的功能有什么内在联系?还有,结晶天花粉蛋白虽然较之于过去的复方天花粉有长足的进步,但毕竟对人来说是一种异性蛋白,进入人体后多少还有一些免疫性副反应。如何对天花粉蛋白进一步加以改造,保留它的突出的引产功能,消除或继续降低它的副反应,这也需要更深入的研究。在一级结构完成和空间结构研究正向更高分辨率水平发展的同时,他积极鼓励有关人员正在着手进行天花粉蛋白的结构和功能的关系的研究,以进一步提高它在计划生育领域中的实际应用价值。
笔者最后请汪猷教授谈谈对这次药用天然产物有机化学学术会议的评价。他说:这次会议开得很成功。在四百多名与会者中,近一半是外国学者,他们来自五大洲三十个国家和地区。其中许多是这个领域的国际著名人士,如瑞士的阿瑞高尼、英国的巴顿、苏联奥夫钦尼柯夫教授,美国的施岛克、日本的平田义正、西德的海格、法国的波梯埃等。这说明了外国科学家对我国主办的这次会议的重视,也说明了我国科研工作者在药用天然产物有机化学这个学科分支所取得成就的影响0会议收到的330篇论文中,水平高的占大多数。有不少论文对我国科研工作者有启发。特别是有关微量组分、超微量组分研究,对于新的物理仪器的运用,对于化学不对称合成、生物合成,以及天然药用产物与生物科学结合研究等方面的报告和情报,使我们学到不少东西。这对于活跃我国天然产物有机化学界的学术气氛和推动这方面的研究工作很有益处。
海洋生物中发现新的抗癌物质
人类的药物自古以来就是以自然界生物(动物、植物和微生物)体内的生理活性物质及其类似物为中心发展起来的。现代科学则采用更为有效的手段从天然产物中寻找新颖药物的分子模型,就是首先通过生理活性的跟踪,从天然产物中分离出具有生理或药理作用的微量化学物质(一般是生物体本身的代谢产物)、测定其化学结构并进一步研究其生理或药理作用和合成或制备方法。最近日本名城大学教授平田羲正先生在IUPAC(国际纯化学与应用化学联合会)上海药用天然产物有机化学讨论会上报告了他们从一种太平洋水域广泛分布的黑色海绵中分离出一系列具有强烈抗癌活性的新颖多醚类大环化合物。这些化合物不仅分子量大,而且构造新奇,具有大环内酿、螺环、船式吡喃环、顺式并合的醚环和三氧三环十烷等奇特构造。这些物质经体外试验证明具有强烈的细胞毒性,在每毫升0.093毫微克的浓度下对B-16黑色素瘤细胞就有抑制作用。进一步的动物试验也表明在每公斤体重只要几微克的剂量水平,对B-16黑色素瘤、P-388白血病和L-1210白血病就有明显的抗癌活性。但是这些物质在海绵体内的含量极微,他们从600公斤海绵中才分离到几毫克到几十毫克的这类物质,因此要通过提取从海绵中得到大量这类物质供研究和使用是不现实的,他认为这些物质可能是海绵体内共生微生物的代谢产物,因此如果能找到这种共生微生物,通过培养弄清楚这些物质的生物合成途径,大量制备这些物质也是有可能的。
天然产物与生物体功能研究的新进展
天然产物所包含的微量生理活性物质不仅能帮助人类找到理想的新颖药物,而且能用作工具来研究许多生物功能,解开许多生命现象之谜。例如六十年代人们对河豚毒素的研究就帮助人类弄清楚了生物体内神经讯号的产生和传导的机理。最近在上海召开的IUPAC国际药用天然产物有机化学讨论会上民主德国科学院植物生化研究所的施莱勃教授报告了他们从植物中分离出一种对植物的生长和发育具有重要作用的“正常化因子”。这是一种非蛋白质氨基酸,具有能螯合铁离子和其他二价过渡金属离子(铜离子、镍离子、钴离子、锌离子和锰离子)的最适分子构造。它在植物体内对叶绿素中二价过渡金属离子的传递和代谢以及其他生命过程具有重要作用。他们认为一些植物的品种退化可能与这种物质有关,他们通过从外部使用这种化学物质能使退化的西红柿重新恢复正常这一事实说明这些物质具有使植物生长“正常化”的作用。
此外苏联科学院副院长、谢米亚京生物有机化学研究所所长奥夫契年科夫教授在该会上介绍了他们通过对视红紫色和细菌视红紫色结构的比较研究,解明了视红紫素在生物视觉过程中作为光能传递者的作用机制。视红紫素和细菌视红紫素是包含有维生素A醛作为光敏基团的完整膜蛋白。他们测定了这二个蛋白的完整氨基酸序列,并确定了它们的多肽链在相应膜上的排列,再用单克隆抗体确定了细菌视红紫素在紫膜上的位置,结果发现视红紫素的多肽链穿过光受体膜七次,它的氮端和碳端正好位于膜的相反两侧,而连接赖氨酸残基的维生素A醛发色团位于碳端的膜内片段上。视红紫素处于视杆体外端的膜上,对于引起视觉的光接受起着重要作用。可以认为是视红紫色吸收光量子,再把光能传递给细胞质膜,并进而传递给神经末端细胞的——这就是光接受的机理。这一成果又一次说明了天然产物结构和功能的研究对人类认识生命现象的重要作用。
(以上由中科院上海有机化学研究所吴厚铭供稿)