紫杉醇的发现及发展..
紫杉醇的发现
紫杉醇的发现
紫杉醇是一种自然存在的化合物，最初是从紫杉树的树皮和树枝中发现的。
这种化合物的发现是一项具有重大意义的科学突破，为癌症治疗领域带来了巨大的希望。
紫杉醇最早是由美国国家癌症研究所的科学家在1960年代末期发现的。
他们对紫杉树的树皮样本进行了提取和分离，最终从中分离出了一种独特的化合物，并命名为紫杉醇。
随后的研究表明，紫杉醇具有强大的抗肿瘤活性。
它能够阻断肿瘤细胞的分裂和增殖，从而抑制肿瘤的生长和扩散。
这使得紫杉醇成为一种重要的化疗药物，被广泛用于治疗多种类型的癌症，包括乳腺癌、卵巢癌和肺癌等。
紫杉醇的发现和应用不仅在医学领域产生了巨大的影响，也对化学合成和天然产物的研究提供了重要的启示。
科学家们通过对紫杉醇的化学结构和活性进行深入研究，成功合成了大量的紫杉醇类似物，如紫杉醇的半合成衍生物帕妥珠单抗。
这些合成化合物在临床上也展现出了良好的抗肿瘤效果，为癌症治疗提供了更多的选择。
此外，紫杉醇的发现还推动了现代药物研发的进程。
它为科学家们提供了一个重要的思路，即通过从天然产物中发现具有生物活性的化合
物，并进一步进行结构优化和合成，以获得更有效的药物。
这种思路在其他领域的药物研发中也得到了广泛应用。
总结而言，紫杉醇的发现是一项具有里程碑意义的科学发现。
它不仅为癌症治疗带来了新的希望，还推动了现代药物研发的进程。
随着对紫杉醇的深入研究，相信它将继续在医学和科学领域发挥重要作用。
紫杉醇三种剂型（紫杉醇注射液，紫杉醇脂质体，白蛋白结合型紫杉醇）效与安全性比较
紫杉醇三种剂型（紫杉醇注射液，紫杉醇脂质体，白蛋白结合型紫杉醇）效与安全性比较紫杉醇（PTX）最初是1963年从美国西部的太平洋杉树皮和木材中分离得到的，后来发现紫杉醇对离体培养的鼠肿瘤细胞有很高的活性，从而开始将紫杉醇应用于抗肿瘤治疗的研究，并于1992年获得批准上市。
PTX通过抑制微管蛋白解聚，保持其稳定，从而抑制肿瘤细胞的有丝分裂，最终达到抑制肿瘤细胞增殖的目的。
由于PTX高度亲脂性，微溶于水，注射剂中必须经纯化的聚氧乙烯蓖麻油和USP级的无水乙醇接近等比例的混合溶剂作为溶剂，而聚乙烯蓖麻油是比较强的致过敏物质，在PTX应用前必须应用种类多样、步骤繁杂的抗过敏预药物，降低紫杉醇注射液的过敏反应。
而随着医药技术的变革，PTX的制备工艺得以改善，溶解度提高，患者获得更好的治疗效果。
目前国内临床应用的剂型有三种，主要区别在于辅料不同，包括：紫杉醇注射液、紫杉醇脂质体及紫杉醇白蛋白结合型[1]。
1.1PTX三种剂型配置与用法区别从目前国内销售的药品说明书可发现三种注射液辅料与应用的区别：1.2PTX三种剂型的过敏预处理传统紫杉醇注射液因其过敏不良反应的高发，需要对患者进行用药前抗过敏处理，而脂质体PTX理论上可以和白蛋白结合型PTX一样不需要进行用药前预处理，而直接注射给药。
白蛋白结合型紫杉醇利用白蛋白结合释放的特征，去除了助溶剂，提高紫杉醇的溶解性，缩短滴注时间，大大减少了临床用药，从而避免预处理药物的不良风险，提高了患者的顺应性。
1.3 PTX三种剂型的药动学差异因为PTX 注射液的辅料与制作工艺的差别，三种剂型在药动学上也存在明显差异。
2.1三种剂型的疗效比较因改善药物严重的过敏风险而改变药物的溶剂和制作工艺是否会对原料药PTX造成疗效上的减退呢？近年来，不少医疗工作者针对这一问题进行了一系列严格的临床试验，也给出了明确的答案。
来自粱娟的研究[2]表明：脂质体PTX疗效不低于传统剂型。
而来自谢天等的研究[3]也表明在说明书规定的剂量下，白蛋白结合型PTX的疗效要明显高于传统剂型。
紫杉醇(Taxol)
紫杉醇的化学半合成
有机合成不仅有效地解决了紫杉醇分离提纯难题 ，同时，通过对紫杉醇及其衍生物进行化学修饰 ，使之具有更好的制剂性和生物活性。
美国BMS公司、法国普朗克制药公司等生产紫杉 醇的主要企业现已利用半合成法进行工业化生产 紫杉醇。
紫杉醇的化学全合成
紫杉醇是分子结构比较复杂的手性化合物，现已 完成6条合成路线，总结归纳起来主要有直线法、 会聚法以及这2种方法的联合应用。
利用红豆杉侧芽通过离体培养获取大量的种苗，规模 化、集约化营造原料林
根培养法
利用根癌农杆菌侵染红豆杉的叶片获得发状根，从中 提取紫杉醇
植物细胞培养法
紫杉醇是植物细胞的次生代谢产物，能否通过大 规模的植物细胞培养大量获取紫杉醇具有很高的 研究价值。
许多研究者在高产细胞系的选择和代谢调控方面 进行了大量的卓有成效的研究。
—紫杉醇能结合并稳定微管， 阻止微管的解聚
—导致细胞分裂时不能形成纺 锤体，有丝分裂受阻，细胞周 期停滞于G2/M期
紫杉醇的临床使用
—一线广谱抗癌药
—主要用于治疗乳腺癌，卵巢癌，非小细 胞肺癌和卡波西肉瘤
—聚氧乙基代蓖麻油与无水乙醇的混合溶媒具 有致敏性，直接注射的过敏率高达34.17%
—用药前需对患者注射受体拮抗剂，以降低过 敏反应的发生
目前未能实现工业化生产，这主要是因为：植物 细胞生长慢，紫杉醇含量低，使得单位时间单位 质量细胞紫杉醇含量较低，即使在理论上工业化 生产也难以取得经济效益。
工厂化生产方法
目前，已经应用于大规模工业化生产紫杉 醇的方法主要有两种：
从人工栽培的植物中提取紫杉醇 紫杉醇半合成法
紫杉醇与多烯紫杉醇
紫杉醇的来源
平均每棵树仅能提供 2 kg 左右的树皮,紫杉树矮小, 长 势极为缓慢，1kg干树皮只能提取50~100mg的紫杉醇。 据布一迈施贵宝公司估计, 每例病人的治疗剂量为 150mg/m2, , 对一位体表面积1.6 m2的人, 每个疗程总 剂量为250mg, 每3周为一疗程, 约需3~6个月的疗程,需 要紫杉醇约2g。
紫杉醇
抗癌药物——紫杉醇一、前沿1963年美国化学家瓦尼（M.C. Wani）和沃尔（Monre E. Wall）首次从一种生长在美国西部大森林中称谓太平洋杉（Pacific Yew）树皮和木材中分离到了紫杉醇的粗提物。
在筛选实验中，Wani和 Wall发现紫杉醇粗提物对离体培养的鼠肿瘤细胞有很高活性，并开始分离这种活性成份。
由于该活性成份在植物中含量极低，直到1971年，他们才同杜克（Duke）大学的化学教授姆克法尔（Andre T. McPhail）合作，通过x-射线分析确定了该活性成份的化学结构——一种四环二萜化合物，并把它命名为紫杉醇（taxol）。
紫杉醇具有显著的抗癌活性和独特的作用机理，现主要用于治疗晚期乳腺癌和卵巢癌等癌症。
紫杉醇分子结构复杂，具有特殊的三环[6+8+6]碳架和桥头双键以及众多的含氧取代基。
其全合成引起国内外许多有机化学家的兴趣。
先后共有30多个研究组参与研究，实属罕见。
经20多年的努力，于1994年才由美国的R．A．Holton与K．C．Nicolaou两个研究组同时完成紫杉醇的全合成。
随后，S．T．Danishefsky(1996年)、P．A．Wender(1997年)、T．Mukaiyama(1998年)和I．Kuwajima(1998年)4个研究组也完成这一工作。
6条合成路线虽然各异，但都具有优异的合成战略，把天然有机合成化学提高到一个新水平。
紫杉醇是目前已发现的最优秀的天然抗癌药物,在临床上已经广泛用于乳腺癌、卵巢癌和部分头颈癌和肺癌的治疗.紫杉醇作为一个具有抗癌活性的二萜生物碱类化合物,其新颖复杂的化学结构、广泛而显著的生物活性、全新独特的作用机制、奇缺的自然资源使其受到了植物学家、化学家、药理学家、分子生物学家的极大青睐,使其成为20世纪下半叶举世瞩目的抗癌明星和研究重点,包括寻找新的生物资源、化学全合成、半合成、衍生物制备、生物转化、生物合成、生物工程、构-效关系研究、作用机制研究、药理学和药效学等研究.2011年是发现紫杉醇结构40周年,对紫杉醇发现的曲折历史过程进行回顾和总结,以纪念这一伟大发现并纪念为紫杉醇的研究与第二代紫杉醇的开发作出贡献的科学家。
紫杉醇的发现
紫杉醇的来源和发现过程
紫杉醇是美国北卡罗莱纳州三角研究所的Wall博士和Wani博士于1967年发现的。
之后，他们又从太平洋红豆杉中分离出了这种化合物并发现它具有广泛的抗恶性肿瘤作用。
因为通过Zemplen醇解作用紫杉醇可被分解成可结晶的两部分，在1970年这两位三角研究所的科学家通过X射线衍射分析并测定了其结构，并在1971年发表了这一研究成果。
紫杉醇分子是一个极其复杂的四环二萜类化合物：一个紫杉烷环加一个四个元素组成的氧烷环，在C-2和C-13上还分别有一个苯氧基和酯基侧链。
紫杉醇的发现及发展
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分离纯化
超临界提取 ,然后经己烷脱脂, 氯 仿萃取 HPLC 梯度洗脱
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紫杉醇的应用研究
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紫杉醇药物的发展趋势
紫杉醇生产 植物细胞培养，微生物发酵和生物合成是有潜力的 生产方法；植物细胞发酵萃取制造紫杉醇； 如何控制植物细胞生产紫杉醇的不稳定性是难点之 一。 靶向药物的开发 脂质体、药质体、环糊精包合、大分子结合物给药 系统与紫杉醇结合提高靶向性、水溶性； 聚合物（微囊、微球等）：用生物可降解聚合物包 载紫杉醇，生物适应性好可生物降解。
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紫杉醇药物的发展趋势
紫杉醇结构优化 如在紫杉醇结构改造过程中合成出来的紫杉醇衍生物 -多烯紫杉醇，具有较好的生物利用度，抗癌活性优 于紫杉醇，且毒副作用较小。 因水溶性增加，它更容易被制成制剂，目前已在世界 上40多个国家上市。 结构优化能够发现效果更好，毒副作用小且更易得到 的活性体。
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细胞悬浮培养：培养基为含1ppm的2，4-D、0.05ppm 的KT及10%椰乳的B-5培养基 红豆杉细胞大量培养：培养基与悬浮细胞培养基相 同。在反应器中加入培养液，灭菌后冷却至室温， 接种已经培养30天的悬浮培养细胞，接种量按干细 胞1到2克每升，在25摄氏度下，培养30天，待收获 细胞。 细胞干燥及收集：每批细胞培养30天后，离心或过 滤收集细胞，用去离子水洗涤两到三次，每次抽干， 然后于30至40摄氏度低温下真空冻干，即得红豆杉 培养细胞成品。
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化学全合成：
3）Danishefsky全合成路线（1996）：
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化 学 全 合 成 ：
整个路线37步，是 已知最短全合成路 线。
紫杉醇
紫杉醇的研究进展【摘要】：紫杉醇是存在于红豆杉树中的一种化学物质，其独特的抗癌疗效日益被人们重视，被誉为20世纪90年代国际上的抗癌药三大成就之一。
作为抗肿瘤药物应用于临床，特别是紫杉醇的化学结构与其药理活性的构效关系获得了重要成果。
恶性肿瘤患者应用紫杉醇的临床资料,观察药物的毒副作用,总结紫杉醇临床应用特点。
探讨紫杉醇的作用机理及其获得方法。
【关键词】：红豆杉紫杉醇抗癌次生代谢产物生物合成机理紫杉醇简介紫杉醇最早由太平洋红豆杉Taxus brevifolia的树皮中分离提取的新型抗癌植物药，1992年12月29日，美国FDA批准紫杉醇上市，美国BMS公司，商品名Taxol，用于治疗卵巢癌。
紫杉醇的特点是广谱抗癌。
对肺癌、食管癌、膀胱癌、头颈部癌、黑色素瘤、结肠癌和HIV 引起的卡波济肉瘤也有效【1】。
紫杉醇(Paclitaxel，商品名为Tax01)分子式为C47H5lNOl4，是1963年美国化学家Wall等首先从短叶红豆杉(Taxus brevifolia)树皮中分离出来的具有独特抗癌活性的二萜类化合物，命名为紫杉醇,1971年利用X射线确定了它的结构，紫杉醇为针状结晶，具有高度的亲脂性，不溶于水(在水中溶解度为0.006 mg／mL) ，不溶于石油醚，可溶于甲醇、乙醇、乙酸乙酯、二氯甲烷等有机溶剂。
与糖结合成苷后的水溶性大大提高，紫杉醇分子中虽有含氮取代基，但氮原子处于酰胺状态，邻近又有吸电子基，故不显碱性而为中性化合物。
紫杉醇对酸相对稳定(pH4-8范围内)，碱性条件很快分解【9】。
紫杉醇在植物体内的含量相当低，目前公认含量最高的短叶红豆杉树皮中也仅含0．069％，资源很匮乏。
由于美国、加拿大等国家对红豆杉立法保护，药源地转向了中国等国家。
在中国，８０％的红豆杉集中在云南，而且云南红豆杉的紫杉醇含量最高。
从1992年到2001年，将近10年时间，云南红豆杉遭到了毁灭性的破坏，分布在滇西横断山区中的300多万棵红豆杉，绝大部分被剥了皮（有调查数据认为是92.5%），已慢慢死去。
提取紫杉醇初分离工艺的研究
紫杉醇（paclitaxel，商品名Taxol）是当今一种重要的抗癌新药。
早在1971年，Wani等就从红豆杉树皮中发现并分离出了这种物质。
由于它特异的临床抗癌疗效，1992年被美国FAD批准为治疗晚期乳腺癌的特效药而上市。
然而，在实际药物生产中，紫杉醇的大规模制备仍存在许多问题。
首先，紫杉醇来源匮乏，其主要存在于红豆杉树皮和针叶中，其次，紫杉醇在植物中含量极低，大约为0.010%~0.013%，而紫杉醇与其它紫杉烷化合物在化学结构和极性等方面又极为相似，要将它们完全分离困难很大。
关于紫杉醇提取分离方法，已有过不少的研究。
其中以液-液萃取应用最为广泛，在文献报道的每一种工艺中，几乎都采用过它。
Willey等和Mattina等在测定样品中紫杉醇浓度时，选择了固相萃取作为HPLC分析的预处理。
以分子间吸附为机理的硅胶柱层析，是制备紫杉醇最常用的方法之一。
1984年，Senilh等曾采用氧化铝柱层析处理红豆杉浸膏，但所报道的分离效果不是太理想。
1995年，Matysik等曾用制备薄层层析来少量获取紫杉醇。
本研究的目的，在于寻找一条切实可行的工艺路线，最大程度地提高紫杉醇的回收率，以充分利用有限的红豆杉资源；采用一些高效、经济的提取分离方法，减少过程步骤，快速、简捷地提取出紫杉醇。
1 材料方法1.1 材料红豆杉树皮提取浸膏，云南张峰植物加工厂；紫杉醇对照品，纯度大于95%，Sigma；固相萃取柱（C18填料，10ml），大连化学物理研究所；GF254硅胶和粗孔硅胶（100~140目），青岛海洋化工厂；层析氧化铝（200~300目），上海新诚精细化学品有限公司。
DU-7紫外/可见分光光度计及FL-750HPLC仪，Beckman公司；XZ-6A旋转蒸发器，北京科龙仪器公司；常压层析系统，Pharmacia公司。
1.2 方法1.2.1 液-液萃取称取红豆杉树皮浸膏于锥形瓶中，加CH2Cl2（浸膏CH2Cl2的重量比为1：50），充分溶解，再加入与CH2Cl2等量的水，充分混合后静置分层，分液回收有机相，弃水相。
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化学半合成
首次报道的是Denis等提出的半合成路线：
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全合成策略：
1：线性战略，由A环到ABC环或由C环到ABC环 2：会聚战略：由A环和C环会聚合成ABC环。
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全合成策略：
所有的合成路线都是通过若干步反应后得到含有紫杉醇的 母核结构的化合物即Baccatin III, 最后再与 Ojima内酰 胺（β-lactam ，3 ）进行偶联反应加上侧链，最终得到 目标产物紫杉醇。
年份 销售额 （亿美元） 增长率 （ %）
1000 800 600 400 300 200 0 2000年 2002年 350 480 620
1000 780
1993
1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000
1.50
3.40 5.80 8.13 9.41 12 约15 约20
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简要机理
作用机理：阻滞肿瘤 细胞有丝分裂 结合位点：β-微管 蛋白亚基（N-端第31 位氨基酸和217-231位 氨基酸结合位点） 主要作用：导致细胞 周期停滞；诱导细胞 凋亡；LPS活性
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紫杉醇应用现状及前景
治疗卵巢癌、乳腺癌的首选药物，对白血病、肺 癌、脑癌、直肠癌等疗效也显著，并且毒性试验 表明它的毒副作用很小，是目前最好的天然抗癌 药物之一。
126.67 70.59 40.17 15.74 27.52 25 33.3
需求量
6 国际紫杉醇原料药需求走势图（单位：公斤）
2004年
紫杉醇的发现历程
1960年，Dr. Jonathan L. Hartwell, NCI.开启 了从植物中筛选抗肿瘤活性成分项目； 从样品中发现了一些具有9KB细胞毒性； RTI（Research Triangle Institute）研究T. brevifolia 1966年6月，纯组分的分离以及一些物理常数
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生物合成
目前生物合成方法有组织和细胞培养、生物转化、 微生物和基因工程等方面。 组织培养技术初始于20世纪80年代，且其在红豆 杉产业中应用最为广泛，以它为例作简单介绍。
1 2 3 4 愈伤组织培养 愈伤组织的继代培养 悬浮细杉外植体的处理：用自来水充分洗净，再用 70%乙醇冲洗表面后切成小块，在70%乙醇中浸泡2 分钟，再转移至0.1%升汞溶液中浸泡20分钟，然后 用无菌水冲洗4到5次，备用。 愈伤组织诱导及培养：将上述无菌红豆杉嫩茎小块 组织接种于含2ppm的2，4-D、0.5ppm的KT及10%椰 乳的MS培养基中，于25摄氏度的二氧化碳培养箱中 培养40天，PH5.8,即可形成小的愈伤组织块，然后 每隔30天进行一次移植继代培养。每次移植继代培 养均取一块愈伤组织，不另其混杂，如此多次移植 继代培养即可获得多个愈伤组织无性系。
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几种获取紫杉醇的途径
目前关于紫杉醇的获得方法主要是提取与合成 合成包括：化学合成（半合成和全合成），生物 合成 提取：在目前发现的所有含紫杉醇的红豆杉属植 物中以欧洲短叶红豆中紫杉醇含量最高（0.069 ％），而最低含量只有 0. 003％，约从 38000 棵紫杉树中方可分离提纯得到 99％纯度的紫杉醇 约 25kg，对于成树其紫杉醇含量为：树皮>树叶 >树根>树干>种子>心材。即使以树皮为原料提 取的话，每提取一公斤紫杉醇就需要活剥10吨树 皮！
紫杉醇药物的发现及发展
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主要内容
紫杉醇简介 紫杉醇应用现状及前景 紫杉醇的发现历程 几种获取紫杉醇的途径 紫杉醇的应用研究 紫杉醇药物的发展趋势
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紫杉醇简介
3D model and chemical structure of Taxol (Paclitaxel)
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紫杉醇简介
紫杉醇（Paclitaxel，Taxol，太平洋紫杉醇）是 细胞有丝分裂抑制剂，被用于癌症治疗（主要是 卵巢癌和乳腺癌）。 来源：红豆杉科植物红豆杉的干燥根、枝叶以及 树皮。 抗癌机制：有丝分裂中的微管抑制剂，具有聚合 和稳定细胞内微管的作用，致使快速分裂的肿瘤 细胞在有丝分裂阶段被牢牢固定，使微管不再分 开，可阻断细胞于细胞周期之G2与M期，使癌细胞 复制受阻断而死亡 。
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分离过程
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快速发展
发展大事记：发现 之后的快速发展
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在1982年至1994年间，紫杉醇的化学合成以及临 床研究获得快速进展。 1982-1984年进行动物毒性试验。 1983-1986年，进行了临床Ⅰ和Ⅱ期试验。随后， 紫杉醇被用于多种实体瘤如乳腺癌、肺癌的研究。 1991年，美国百时美施贵宝公司获得了美国癌症 协会关于紫杉醇合作开发的授权。 1992年7月，新药申请文件提交，同年12月获得了 FDA批准，把紫杉醇推上市场，商品名泰素Taxol
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化学全合成：
1）Holton全合成路线（1994）：
全世界范围内约有四十多个一流团队从事紫杉醇的全合成研究工 作，其中有六个团队成功完成并发表了他们的研究成果：
此 路 线 经 历 步 ， 产 率 为
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37 0.1%
2）Nicolaou全合成路线（1994）：
化学全合成：
最终产率约为0.01%
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化学全合成：
3）Danishefsky全合成路线（1996）：
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化 学 全 合 成 ：
整个路线37步，是 已知最短全合成路 线。
4.Wender 全 合 成 路 线 --1997 ：
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全 合 成 路 线
5. Kuwajima
--1998
化 学 全 合 成 ：
：
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6）Mukaiyama全合成路线（1998）： 化学全合成： 从总体上看， 对天然药物紫 杉醇的化学全 合成方法路径 太长、合成步 骤太多，不仅 需要使用昂贵 的化学试剂， 而且反应条件 极难控制，收 率也偏低（最 高产率不超过 2%），因此 不适合工业化 生产。
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红豆杉生长十分缓慢，上百年才能成材，而我国 20世纪90年代曾大肆砍伐，使野生红豆杉几乎遭 受灭顶之灾，其树皮价格当时也仅仅5元每公斤！ 所以，对于提取紫杉醇作为来源而言，对于生态 的破坏非常严重，另外，红豆杉作为一种再生时 间比较长的植物，其总量是非常有限的，所以采 用其他方式进行替代是非常重要的，现在主要的 替代方法是利用红豆杉的枝叶等可再生的资源， 进行提取紫杉醇前体，进行半合成；还有就是利 用细菌真菌等进行生物合成的方法。