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在马达加斯加岛上,一种迷人的花卉拯救了成千上万患有急性淋巴细胞白血病(ALL)的儿童。基因组的随机突变和变异促进了编码酶的基因进化,这些酶赋予了长春花一系列次生代谢产物,从而使其能在马达加斯加的生态系统中茁壮生存。在长春花合成的超过200种生物碱化合物中,长春新碱和长春花碱是两种最为人所知的化疗药物,它们被用于治疗包括ALL儿童在内的多种癌症患者。长春新碱和长春花碱的多步骤生物合成过程的复杂性,需要很长的时间才能完全破译,这强调了保护地球上丰富生物多样性的重要性,因为还有许多可能挽救生命的天然产物有待我们去发现。该篇综述介绍了白血病的早期治疗方法之一以及其存在的历史和进化过程。
半个世纪以来,长春新碱(分子式为C46H56N4O10)成功治愈了数十万名ALL患者。长春新碱(Oncovin)自1963年获得美国食品药品监督管理局(FDA)的批准以来,一直是化疗治疗中不可或缺的一部分,尤其在ALL的诱导治疗以及维持治疗等阶段发挥着关键作用。此外,长春新碱还被广泛应用于治疗其他多种癌症,例如霍奇金淋巴瘤、非霍奇金淋巴瘤、横纹肌肉瘤、视网膜母细胞瘤、神经母细胞瘤以及多种脑肿瘤。与之密切相关的类似物长春花碱(C46H58N4O9;Velban)在1961年也获得了批准,目前主要用于治疗霍奇金淋巴瘤、朗格汉斯细胞组织细胞增生症、神经胶质瘤脑瘤以及几种成人癌症,但其应用范围相对有限。
长春新碱和长春花碱都是由二聚单萜吲哚生物碱(MIA)组成的杂环含氮化合物,统称为长春花生物碱。它们的化学结构几乎相同,唯一的不同是长春新碱含有-CH2O,而长春花碱含有-CH3。在中期阶段,长春花生物碱作为一种有丝分裂毒剂,阻止染色体通过微管分离,从而导致有丝分裂的停滞和细胞的凋亡。微管对于多种细胞过程至关重要,这些过程包括有丝分裂、减数分裂、分泌、胞内运输、轴突运输以及细胞形态的维持。微管是由α-和β-亚基构成的微管蛋白异二聚体所形成。长春新碱和长春花碱通过与微管蛋白二聚体的β-亚基结合,抑制了微管蛋白二聚体聚合形成微管的过程。长春新碱与长春花碱的发现可追溯至大约70年前,其中长春花碱是首批被发现的天然抗癌剂之一。
长春花是一种多年生花卉,在多种文化中被用作草药。传统中,医生会使用长春花的叶子泡茶,以治疗包括糖尿病在内的多种疾病。长春花悠久的自然疗法历史引起了加拿大科学家Robert L. Noble和Charles Beer的研究兴趣。在20世纪50年代初,他们着手研究口服长春花提取物对实验大鼠血糖水平的影响。然而,结果令人沮丧,因为这种提取物对血清葡萄糖水平似乎没有任何影响。他们分别尝试了多种方法,通过静脉注射将长春花提取物注入大鼠体内,期望以此增强其抗血糖效果。但出乎意料的是,这种方法导致了致命的后果:大鼠因白细胞计数下降(白细胞减少症)而全部死于细菌性败血症。这一偶然的发现促使他们对不同的提取物进行了深入分析,最终确定了一种他们命名为Vincaleukoblastine(长春花碱)的化合物组成的馏分。
与此同时,Gordon Svoboda和Irving Johnson正致力于研究来自全球各地的植物样本,旨在发掘具有药物潜力的植物提取物。他们采用植入了P1534白血病细胞系的小鼠模型,筛选出具有抗癌活性的化合物。以长春花为例,其花朵的粗提取物能够延长小鼠寿命。通过精细的分馏后,长春花叶中的活性成分——长春新碱被成功分离。一次偶然的机遇,在1958年的一次会议上,加拿大的研究人员得知了他们对长春花作为药用植物的共同兴趣,随后双方开展了积极的合作。不久之后,20世纪60年代初期,研究人员着手临床研究,旨在明确长春花生物碱在癌症患者中的疗效。在临床试验的早期阶段,便确认了长春新碱与长春花碱在毒性特征上存在差异。长春新碱会引发轴突神经病变,主要影响感觉和运动纤维,尤其是小纤维感觉神经,相关的临床症状包括神经性疼痛、感觉异常、周围神经病变以及便秘。而长春花碱的主要毒性表现为骨髓抑制。
在一项早期的研究报道中,Frei等人使用长春花碱治疗了112名患有各种无法手术或难治性癌症的患者。其中,霍奇金淋巴瘤患者展现了最显著的疗效:一名患者完全缓解(CR),数名患者部分缓解(PR)。在一组使用长春新碱单药治疗的35名霍奇金淋巴瘤患者中,有39%的患者经历了至少一个月的暂时缓解。这些研究结果证实了两种长春花生物碱对霍奇金淋巴瘤的治疗效果。随后,在20世纪70年代,包含长春新碱的MOPP方案(氮芥、长春新碱、丙卡巴肼和泼尼松)成为霍奇金淋巴瘤的标准治疗方案。此后,又开发了使用长春花碱的ABVD方案(阿霉素、博来霉素、长春花碱、达卡巴嗪)。
在儿童ALL方面,长春新碱同样具有显著效果。据Evans等研究者报告,接受长春新碱治疗的新诊断和既往接受过治疗的ALL患者,其CR率分别达到了85%和57%。Karon和Freireich的研究也指出,复发的ALL儿童在接受治疗后,其CR率和PR率达到了73%,而0-4岁年龄组的缓解率更是高达85%。随后的研究进一步探讨了长春新碱与泼尼松联合疗法的有效性,Hardisty等人的研究显示22名新诊断的ALL患者在接受联合治疗后均实现了缓解。此外,长春新碱与泼尼松联合治疗的优势在于,该方案在实现缓解的同时避免了骨髓抑制,并且没有出现显著的毒性反应。圣裘德儿童研究医院(St. Jude Children's Research Hospital)推出的“整体疗法”方案是治疗儿童ALL的一个典范,该方案始于1962年,并在十年后发展成为经典的三药或四药(+门冬酰胺酶和/或柔红霉素)组合方案,这些方案至今仍被广泛用于诱导治疗。
长春花生物碱类药物的偶然发现,在药物发现和癌症治疗的历史上具有极其重要的意义。从最初的发现、到经过严谨的研究,直至最终获得FDA的批准,整个过程虽然充满挑战,但极大地推动了ALL治疗领域的变革,并为其他癌症治疗的研究与开发提供了宝贵的经验和启示。它们的成功应用验证了科学研究在医学发展中的关键作用,并且进一步激发了众多科学家致力于医药领域的研究工作,为增进人类健康福祉作出了更为显著的贡献。