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1、第十章第十章 海洋天然药物海洋天然药物 MARINE NATURAL MEDICINE 目的和要求目的和要求 1、熟悉大环内酯类、聚醚类、肽类、熟悉大环内酯类、聚醚类、肽类、C15乙酸原化合物、乙酸原化合物、 前列腺素类似物、甾类化合物等海洋天然药物。前列腺素类似物、甾类化合物等海洋天然药物。 2、了解海洋天然药物研究进展、了解海洋天然药物研究进展 。 第一节第一节 概概 述述 一、海洋知多少？一、海洋知多少？ v海洋占地球表面积的海洋占地球表面积的70.8%； v海洋生物量占地球总生物量的海洋生物量占地球总生物量的87%； v海洋生物种类达海洋生物种类达20多万种；多万种； v我国海岸线长我
2、国海岸线长1.8万多公里，海域面积约万多公里，海域面积约500万平方公里；万平方公里； v海洋药用资源蕴藏十分丰富，涉及海洋生物海洋药用资源蕴藏十分丰富，涉及海洋生物5个生物界、个生物界、44 个生物门、个生物门、20278种。种。 二、海洋生物的特点二、海洋生物的特点 v生活环境与陆生生物迥然不同：生活环境与陆生生物迥然不同：有一定的水压、高盐度、小有一定的水压、高盐度、小 温差、有限的溶解氧、有限的光照及化学缓冲海水体系；温差、有限的溶解氧、有限的光照及化学缓冲海水体系； v次生代谢产物较陆生生物独特新颖：次生代谢产物较陆生生物独特新颖：新陈代谢、生存繁殖方新陈代谢、生存繁殖方 式、适应机
3、制具有显著特性；式、适应机制具有显著特性； v化合物结构独特、生物活性多样化合物结构独特、生物活性多样； v开展海洋药物研究具有重要的开展海洋药物研究具有重要的理论意义与实际应用价值理论意义与实际应用价值。 三、海洋药物的研究概况三、海洋药物的研究概况 v国外概况国外概况 1964 年日本学者研究河豚毒素年日本学者研究河豚毒素 (tetrodotoxin, TTX) 为为开端开端， 1968 年美国年美国NIC对海洋生物资源的抗癌活性筛选使海洋药物对海洋生物资源的抗癌活性筛选使海洋药物 的研究成为一个的研究成为一个独立的领域独立的领域。 NIC每年研究、检测的上万个天然产物中，每年研究、检测的
4、上万个天然产物中，1/4 来自海洋生物来自海洋生物 。 头孢菌素钠头孢菌素钠 (cephalosporin natrium) 为海洋微生物中发现并开为海洋微生物中发现并开 发成功的第一个发成功的第一个“海洋新抗海洋新抗”，开创了开发海洋新抗生药的先，开创了开发海洋新抗生药的先 例。例。 海绵中获得海绵尿嘧啶核苷海绵中获得海绵尿嘧啶核苷 (spongouridine)，后研究成功合，后研究成功合 成方法，获得有效抗癌药物成方法，获得有效抗癌药物阿糖胞苷阿糖胞苷 (arabinoside cytosine, Ara- C)，目前在市场上获得广泛应用。，目前在市场上获得广泛应用。 80 年代后期，科
5、学技术的进步，尤其是现代生物工程技术，年代后期，科学技术的进步，尤其是现代生物工程技术， 使海洋药物的广泛开发成为可能。对海洋药物的研究与开发获使海洋药物的广泛开发成为可能。对海洋药物的研究与开发获 得不少具有突破性的成果，已从海葵、海绵、腔肠动物、被囊得不少具有突破性的成果，已从海葵、海绵、腔肠动物、被囊 动物、棘皮动物和微生物体内分离得到具有动物、棘皮动物和微生物体内分离得到具有抗菌、抗病毒、止抗菌、抗病毒、止 血、镇痛、抗炎、抗肿瘤和心血管血、镇痛、抗炎、抗肿瘤和心血管等生物活性的多种新型化合等生物活性的多种新型化合 物。物。 如从海蛤提取的如从海蛤提取的蛤素蛤素 (mercenene)
6、 有很好的抗癌作用；存在于有很好的抗癌作用；存在于 海鞘中的海鞘中的膜海鞘素膜海鞘素 (didemnin) 为强的抗肿瘤、免疫抑制剂；为强的抗肿瘤、免疫抑制剂； 鲸鲨软骨中提取的鲸鲨软骨中提取的 6-硫酸软骨素硫酸软骨素(chondroitin sulfate A)具有降具有降 血脂、抗动脉硬化的作用。血脂、抗动脉硬化的作用。 从黄海葵提取的新型强心药物从黄海葵提取的新型强心药物海葵毒海葵毒 (anthoplearin) A 和和 B等。等。 1994年年联合国海洋法公约联合国海洋法公约正式生效，许多沿海国家都把开正式生效，许多沿海国家都把开 发利用海洋作为基本国策。发利用海洋作为基本国策。
7、美、日、英、法、俄等国分别推出包括开发海洋药物在内的美、日、英、法、俄等国分别推出包括开发海洋药物在内的 “海洋生物技术计划海洋生物技术计划”、“海洋蓝宝石计划海洋蓝宝石计划”、“海洋生物开海洋生物开 发计划发计划”等，投入巨资发展海洋药物及其他海洋生物技术。等，投入巨资发展海洋药物及其他海洋生物技术。 世界上一些著名大学也相继建立了海洋药物研究机构。世界上一些著名大学也相继建立了海洋药物研究机构。 由于现代分离分析技术的发展与应用，使复杂的海洋生物微由于现代分离分析技术的发展与应用，使复杂的海洋生物微 量活性成分得以快速地分离和鉴定。量活性成分得以快速地分离和鉴定。 新的基因工程、细胞工程和
8、酶工程等生物技术的研究与应用，新的基因工程、细胞工程和酶工程等生物技术的研究与应用， 进一步促进了海洋药物的研究与开发。进一步促进了海洋药物的研究与开发。 海洋药物这一新生领域已成为世界关注的热点。海洋药物这一新生领域已成为世界关注的热点。 v国内概况国内概况 我国是世界上最早应用海洋药物的国家。我国是世界上最早应用海洋药物的国家。 写成于公元一世纪的写成于公元一世纪的神农本草经神农本草经中收载海洋药物约为中收载海洋药物约为10 种。种。 到到1596年李时珍所写的年李时珍所写的本草纲目本草纲目中海洋药物中海洋药物90余种。余种。 至至1765年，年，本草纲目拾遗本草纲目拾遗中海洋药物总数发展
9、到中海洋药物总数发展到100余种余种 。 我国现代海洋药物的发展是在我国现代海洋药物的发展是在1978年全国科学大会上提出年全国科学大会上提出“向向 海洋要药海洋要药” 、“开发海洋湖沼资源，创建中国蓝色药业开发海洋湖沼资源，创建中国蓝色药业”的战的战 略设想之后，结束了缓慢发展的历史，进入高速发展的新时期略设想之后，结束了缓慢发展的历史，进入高速发展的新时期 的。的。 相继成立了相继成立了中科院海洋所、植物所，中科院海洋所、植物所，及农业部及农业部黄海所黄海所，青岛青岛 海洋大学，中山大学，北京大学海洋大学，中山大学，北京大学等一批海洋生物研究及药物开等一批海洋生物研究及药物开 发基地。发基
10、地。 随着生物工程技术和分子生物学的飞速发展，也给我国的海随着生物工程技术和分子生物学的飞速发展，也给我国的海 洋生物研究注入了新的活力。洋生物研究注入了新的活力。 我国同世界先进水平的差距正我国同世界先进水平的差距正逐步缩短逐步缩短。 v目前海洋生物研究的主要领域目前海洋生物研究的主要领域 目前对海洋产物的研究主要集中在：目前对海洋产物的研究主要集中在： 生物活性化合物的研究与开发：生物活性化合物的研究与开发：包括发现、结构修饰、合包括发现、结构修饰、合 成。成。 发现新结构发现新结构 海洋生物工程海洋生物工程 v目前海洋生物目前海洋生物生物活性研究生物活性研究的主要领域的主要领域 预防、治
12、aculotox in) 降压降压 链膝沟藻链膝沟藻(Gonyaulaxcatenella)石房哈毒素石房哈毒素(STX)降压降压 长尾背肛海兔长尾背肛海兔(Stylocheiluslongi)海兔毒素海兔毒素强心、降压强心、降压 东方鳓屯属东方鳓屯属(Fugu sp.)河豚毒素河豚毒素(TTX) 抗心率失常抗心率失常 槽沟海葵槽沟海葵(Anemoniashlcate) ATX-毒素毒素 反转快速电刺反转快速电刺 激诱导的房颤激诱导的房颤 具有抗癌活性的海洋生物具有抗癌活性的海洋生物 NCI正在进行临床试验的海洋药物正在进行临床试验的海洋药物 药物名称药物名称生物来源生物来源 Ectrinas
13、cidin 743 红树海蛸红树海蛸(ecteinascidia turbinate) Dolastatin-10 截尾海兔截尾海兔(dolabella auricularia) Bryostatin-1 Bryostatin-4多室草苔虫多室草苔虫(bugula neritina) Halichondria-BHalichondria okadai Manoealide 海绵海绵(该药已被美国该药已被美国FDA批批 准准) 抗微生物感染海洋生物抗微生物感染海洋生物 50年前第一个海洋生物抗生素年前第一个海洋生物抗生素头孢菌素头孢菌素，开创了开发海洋新，开创了开发海洋新 抗生素的先河；抗生素的
14、先河； 广谱低毒抗生素广谱低毒抗生素伊他霉素伊他霉素； 海参中提取的海参中提取的海参皂苷海参皂苷抗真菌的有效率达抗真菌的有效率达88.5%，是人类历史，是人类历史 上从动物界找到的第一种抗真菌皂苷。上从动物界找到的第一种抗真菌皂苷。 其他如皮肤抗炎作用、抗放射性活性物质，海洋医用生物材其他如皮肤抗炎作用、抗放射性活性物质，海洋医用生物材 料鲎试剂、河豚毒素试剂、甲壳素、珊瑚骨材料，海洋生物滋料鲎试剂、河豚毒素试剂、甲壳素、珊瑚骨材料，海洋生物滋 补保健品等。补保健品等。 四、海洋药物研究的发展趋势四、海洋药物研究的发展趋势 v半合成技术半合成技术在海洋药物研究开发中十分重要。在海洋药物研究开发
15、中十分重要。 v海洋生物技术海洋生物技术是海洋药物产业化的主导技术和关键手段是海洋药物产业化的主导技术和关键手段 。 v现有技术集成组装现有技术集成组装是现实可行的新途径。是现实可行的新途径。 v以研究海洋以研究海洋生物活性物质生物活性物质为中心任务的海洋天然药物化学已为中心任务的海洋天然药物化学已 经成为经成为天然药物研究天然药物研究中最为活跃的分支。中最为活跃的分支。 v相信相信21世纪我国海洋药物研究与开发将有重大突破，真正的世纪我国海洋药物研究与开发将有重大突破，真正的 蓝色药业必将成为我国国民经济中举足轻重的高新技术产业。蓝色药业必将成为我国国民经济中举足轻重的高新技术产业。 五、海
16、洋天然产物的化合物类型五、海洋天然产物的化合物类型 v目前人们对海洋生物的认识相当有限，利用率仅为目前人们对海洋生物的认识相当有限，利用率仅为1%1%左右。左右。 v已有的研究表明：海洋天然产物的结构千差万别，已有的研究表明：海洋天然产物的结构千差万别，新的骨架新的骨架 结构不断被发现结构不断被发现。 v就目前的研究积累，海洋天然产物常见的化合物有：就目前的研究积累，海洋天然产物常见的化合物有：萜类、萜类、 甾体、多糖、蛋白质、脂肪烃以及海洋生物特有的结构类型甾体、多糖、蛋白质、脂肪烃以及海洋生物特有的结构类型。 v目前发现的海洋天然产物中结构特殊、生物活性明显的化合目前发现的海洋天然产物中结
17、构特殊、生物活性明显的化合 物类型有：物类型有：大环内酯、聚醚、肽类、大环内酯、聚醚、肽类、C15C15乙酸原化合物、前列腺乙酸原化合物、前列腺 素类似物、甾体化合物素类似物、甾体化合物等。等。 第二节第二节 大环内酯类大环内酯类 一、特点一、特点 v是海洋生物中是海洋生物中最常见最常见的一类化合物；的一类化合物； v结构中均含有结构中均含有内酯环内酯环； v环的大小差别较大，从环的大小差别较大，从十到六十元十到六十元都有；都有； v多具有明显的多具有明显的抗肿瘤活性抗肿瘤活性。 二、简单大环内酯类化合物二、简单大环内酯类化合物 v特点：仅有一个内酯环、环上仅有特点：仅有一个内酯环、环上仅有O
18、H或烷基取代、为长链脂或烷基取代、为长链脂 肪酸形成的内酯。肪酸形成的内酯。 v如如aplyolide A、B、C 为海洋动物的化学防御物质，有强的毒鱼活性。为海洋动物的化学防御物质，有强的毒鱼活性。 v又如又如(-)-macrolactin A、(+)-macrolactin E 具有抗病毒活性。具有抗病毒活性。 三、内酯环含有氧环的大环内酯类三、内酯环含有氧环的大环内酯类 v特点：大环内酯环上含有特点：大环内酯环上含有氧环氧环，氧环可为三元、五元、六元，氧环可为三元、五元、六元 不等。不等。 v氧环的生物合成可能为大环内酯环上双键、羟基在代谢过程氧环的生物合成可能为大环内酯环上双键、羟基在
19、代谢过程 中氧化、脱水所致。中氧化、脱水所致。 v如如bryostatin-1 具有免疫增强、诱导分化、增强具有免疫增强、诱导分化、增强 其他细胞毒药物活性其他细胞毒药物活性 v又如又如swinholide A、B、C 具有抗肿瘤和抗真菌活性。具有抗肿瘤和抗真菌活性。 B R1=H,R2=Me C R1=Me,R2=H A R1=R2=Me 四、多聚内酯类四、多聚内酯类 v特点：大环内酯环上具有一个以上的酯键。特点：大环内酯环上具有一个以上的酯键。 v如如15G256和和15G256 具有抗真菌活性。具有抗真菌活性。 R=CH2OH R=Me 五、其他大环内酯类五、其他大环内酯类 v大环内酯环
20、含有大环内酯环含有氢化吡喃螺环氢化吡喃螺环的化合物。的化合物。 v如如altohyrtin A、B、C和和cinactryolide A等。等。 抗瘤谱特殊、活性高，是目前细胞毒活性最高的一类。抗瘤谱特殊、活性高，是目前细胞毒活性最高的一类。 v大环内酯环含有大环内酯环含有N原子原子 v如如ecteinascidin 743(ET743)。 为一特殊烷化剂，作用于为一特殊烷化剂，作用于DNA双螺旋间的沟槽，表现出特殊的双螺旋间的沟槽，表现出特殊的 抗肿瘤作用机理。对晚期软组织癌症具有较好的疗效。抗肿瘤作用机理。对晚期软组织癌症具有较好的疗效。 第三节第三节 聚醚类化合物聚醚类化合物 是海洋生物
21、中的一类毒性成分；是海洋生物中的一类毒性成分； 一、脂溶性聚醚一、脂溶性聚醚 v特点：特点： 结构中含有多个以结构中含有多个以六元环为主的醚环六元环为主的醚环 ； 醚环间醚环间反式并合反式并合、形成并和后聚醚的同侧为顺式结构、氧原、形成并和后聚醚的同侧为顺式结构、氧原 子相间排列成一个梯子样结构，故有子相间排列成一个梯子样结构，故有聚醚梯聚醚梯之称。之称。 聚醚梯上有无规则聚醚梯上有无规则取代的甲基取代的甲基； 极性低，为脂溶性毒素。极性低，为脂溶性毒素。 v如如maitotoxin, 是目前分离得到的结构最大的聚醚类化合物，是目前分离得到的结构最大的聚醚类化合物， 被认为是被认为是毒性最大的
22、非蛋白质类化合物毒性最大的非蛋白质类化合物。 二、水溶性聚醚二、水溶性聚醚 v特点：特点：有高度氧化的碳链、仅部分羟基成醚环、有高度氧化的碳链、仅部分羟基成醚环、多数羟基游多数羟基游 离离、多为、多为线型线型，极性较大、为水溶解性聚醚。，极性较大、为水溶解性聚醚。 v如如palytoxinpalytoxin 三、聚醚三萜三、聚醚三萜 v特点：高氧化度，由角鲨烯衍生而来。特点：高氧化度，由角鲨烯衍生而来。 v如如sipholenone B、sipholenol、sipholenone A sipholenone B Sipholenol R1=H, R2=OH sipholenone A R1=
23、R2=O 第四节第四节 肽类化合物肽类化合物 v是海洋生物中另一大类生物活性物质。是海洋生物中另一大类生物活性物质。 v组成海洋多肽化合物的氨基酸除常见的外，尚有大量组成海洋多肽化合物的氨基酸除常见的外，尚有大量特殊氨特殊氨 基酸基酸，如，如- -氨基异丁酸、氨基异丁酸、L Lbaikiainbaikiain、海人酸、海人酸、软骨藻酸等。软骨藻酸等。 -氨基异丁酸氨基异丁酸 Lbaikiain 海人酸海人酸 软骨藻酸软骨藻酸 COOH NH2 CH3 N H COOH N H COOH CH3 CH2 COOH N H COOH CH3 COOH HOOC CH3 常见的海洋肽类化合物有常见的
24、海洋肽类化合物有直链肽、环肽直链肽、环肽等。等。 如如dolastatin 10（已经进入临床（已经进入临床II其研究，对其研究，对 P388白血病细胞的白血病细胞的IC50未未0.4ng/ml。）。） v又如环肽又如环肽kahalalide Fkahalalide F对对结核杆菌结核杆菌具有极高的抑制活性。具有极高的抑制活性。 第五节第五节 C C15 15乙酸原化合物乙酸原化合物 v由由乙酸乙酯或乙酰辅酶乙酸乙酯或乙酰辅酶A A生物合成生物合成。 v结构比较简单，往往含有结构比较简单，往往含有O O或其他或其他卤素卤素元素。元素。 v有有直链型和环状直链型和环状之分。之分。 v从十六碳从十
25、六碳4 4，7 7，1010，1313四烯酸衍生而来的十五个碳原子四烯酸衍生而来的十五个碳原子 的非萜类化合物。的非萜类化合物。 CH3 COOH 直链型直链型 bisezakyne B 环环 氧氧 化化 合合 物物 碳环化合物碳环化合物 其他类似乙酸原化合物其他类似乙酸原化合物 第六节第六节 前列腺素类似物前列腺素类似物 v前列腺素是一类前列腺素是一类生理活性很强生理活性很强的化合物。的化合物。 v获得较大量的前列腺素十分获得较大量的前列腺素十分困难困难。 v从海洋生物中寻找前列腺素资源，是各国科学家广泛关注的从海洋生物中寻找前列腺素资源，是各国科学家广泛关注的 问题。问题。 v196919
26、69年年WeiheimerWeiheimer从佛罗里达柳珊瑚从佛罗里达柳珊瑚(Plexaura homommalla)(Plexaura homommalla) 中首次分离得到前列腺类似物中首次分离得到前列腺类似物1515R R-PGA-PGA2 2，这一发现在世界上引，这一发现在世界上引 起广泛的注意。起广泛的注意。 v从海洋生物中分离得到的前列腺素类化合物，从海洋生物中分离得到的前列腺素类化合物，除具有前列腺除具有前列腺 素样的活性外，往往还具有一些特殊的生物活性素样的活性外，往往还具有一些特殊的生物活性，如抗肿瘤作，如抗肿瘤作 用等。用等。 15R-PGA2: Punaglandin,具
27、有抗肿瘤活性具有抗肿瘤活性 第七节第七节 甾体化合物甾体化合物 甾体化合物是海洋生物含有的一类重要生物活性成分。甾体化合物是海洋生物含有的一类重要生物活性成分。 与陆生植物所含甾体结构相比，具有更为丰富的骨架和支链。与陆生植物所含甾体结构相比，具有更为丰富的骨架和支链。 一、简单甾体化合物一、简单甾体化合物 CH3 CH3 CH3CH2 CH3 H O O OH CH3 对多种癌细胞具有很强的对多种癌细胞具有很强的 生长抑制活性生长抑制活性 CH3 CH3 CH3 H OH CH2 CH3 OH 具有很强的抗结核活性具有很强的抗结核活性 二、开环甾体化合物二、开环甾体化合物 按照开环的位置可以
28、分为六类：按照开环的位置可以分为六类：5,6-、9,10-、8,9-、 8,14-、9,11-和和13,17-开环甾体化合物，其中开环甾体化合物，其中9，11为为 主要结构类型。主要结构类型。 第八节第八节 海洋天然产物研究实例海洋天然产物研究实例 v红树海鞘红树海鞘(Ecteinascidia turbinata)抗肿瘤活性成分的研究。抗肿瘤活性成分的研究。 v美国美国University of Illinois. v1972-1996(from crude extracts to total synthesis). 第十一章第十一章 天然药物的开发天然药物的开发 第一节第一节 概概 述述
29、2l2l世纪已经到来世纪已经到来, ,在新的世纪在新的世纪, ,具有我国传统文化特具有我国传统文化特 色和独特优势的中药，正面临着前所未有的发展机色和独特优势的中药，正面临着前所未有的发展机 遇和挑战遇和挑战：一方面一方面，随着社会的发展，人类疾病谱，随着社会的发展，人类疾病谱 已悄然发生改变，医疗模式已由单纯的疾病治疗转已悄然发生改变，医疗模式已由单纯的疾病治疗转 变为预防、保健、治疗、康复相结合的模式，各种变为预防、保健、治疗、康复相结合的模式，各种 替代医学和传统医学正发挥着越来越大的作用。生替代医学和传统医学正发挥着越来越大的作用。生 存环境的不断恶化，人类存环境的不断恶化，人类“回归
30、自然回归自然”的呼声越来越的呼声越来越 高，传统医药倍受青睐。高，传统医药倍受青睐。 另一方面另一方面，随着全球经济一体化进程的加快，随着全球经济一体化进程的加快， 特别是我国已经正式加入特别是我国已经正式加入WTO，中国医药市场，中国医药市场 融入国际医药大市场的广度和深度将进一步加融入国际医药大市场的广度和深度将进一步加 剧，将面临强大跨国医药集团的激烈竞争以及剧，将面临强大跨国医药集团的激烈竞争以及 日本、韩国、印度等亚洲国家传统医药产品和日本、韩国、印度等亚洲国家传统医药产品和 德国、法国等欧洲国家植物药的巨大冲击，德国、法国等欧洲国家植物药的巨大冲击，我我 国生产的众多传统中药产品由
31、于尚不能符合国国生产的众多传统中药产品由于尚不能符合国 际医药市场的标准和要求，目前仅际医药市场的标准和要求，目前仅3%的国际市的国际市 场销售份额还有可能进一步萎缩场销售份额还有可能进一步萎缩。我国是。我国是 世界上植物资源最为丰富的国家，约有世界上植物资源最为丰富的国家，约有30000 余种高等植物。我国有从热带、亚热带、温带余种高等植物。我国有从热带、亚热带、温带 到寒带的多种植物资源，其中特有种占到寒带的多种植物资源，其中特有种占50以以 上，其上，其丰富的生物多样性是世界上其他国家所丰富的生物多样性是世界上其他国家所 不能及的，蕴藏着巨大的开发潜力。为从事天不能及的，蕴藏着巨大的开发
32、潜力。为从事天 然药物研究提供丰富的研究材料。然药物研究提供丰富的研究材料。 选择确定作为开发对选择确定作为开发对 象的目标化合物象的目标化合物 工业化探讨工业化探讨 （大量制备）（大量制备） 临床试验临床试验 用样品用样品 上市销售（上市销售（GSP) 现代创新药物研究开发的大致过程现代创新药物研究开发的大致过程 合成合成 情报情报 提取、结提取、结 构测定构测定 活性筛选活性筛选 药理药理 生化生化 特殊毒性特殊毒性 毒毒 性性 药效药理药效药理 一般药理一般药理 药物动态药物动态 吸收排泄吸收排泄 代谢代谢 作用机理作用机理 急性毒性急性毒性 亚急性毒性亚急性毒性 慢性毒性慢性毒性 致畸
33、致畸 致癌致癌 致瘾致瘾 生殖毒性生殖毒性 理化学性质、理化学性质、 制定质量标准制定质量标准 稳定性稳定性 配伍变化配伍变化 试验方法试验方法 试验规格试验规格 工业制备方工业制备方 法探讨法探讨 合成合成 提取精制提取精制 发酵发酵 制剂化探讨制剂化探讨 III期：毒性、药效（多数病人，期：毒性、药效（多数病人， 多点观察）多点观察） II期：毒性、药效（少数病人）期：毒性、药效（少数病人） I期：毒性（健康人群）期：毒性（健康人群） 申请临床试验申请临床试验 (GCP） 申请生产许可申请生产许可(GMP) 创新药物源创新药物源 头研究阶段头研究阶段 (GLP) 杂志公开发表杂志公开发表
34、接受公众检验接受公众检验 申请专利申请专利 第二节第二节 天然药物中开发新药途径天然药物中开发新药途径 一、经验积累一、经验积累 中药的研究离不开祖国医学长期实践所积累的经验，是寻找新中药的研究离不开祖国医学长期实践所积累的经验，是寻找新 药的极为重要的源泉和基础。古代，人类在寻找新药的漫长历史中，药的极为重要的源泉和基础。古代，人类在寻找新药的漫长历史中， 在亲身在亲身“尝试尝试”中不断积累各种药物知识，即神农尝百草的方法。在中不断积累各种药物知识，即神农尝百草的方法。在 天然药物的研究过程中，要注重经典文献的调研，如根据中医经验天然药物的研究过程中，要注重经典文献的调研，如根据中医经验 和
35、历代医书上记载中药青蒿对和历代医书上记载中药青蒿对“截疟截疟”有效。东晋葛洪著有效。东晋葛洪著肘后备急肘后备急 方方中记载，中记载，“青蒿一握，水二升渍，绞取汁尽服之青蒿一握，水二升渍，绞取汁尽服之”，说明青蒿中，说明青蒿中 含有抗疟有效成分，且加热易破坏，故将青蒿低温提取获得抗疟有含有抗疟有效成分，且加热易破坏，故将青蒿低温提取获得抗疟有 效成分青蒿素，用于抗疟具有显著的特点，又通过构效关系研究合效成分青蒿素，用于抗疟具有显著的特点，又通过构效关系研究合 成了新的衍生物，疗效显著提高，且水溶解性更强。成了新的衍生物，疗效显著提高，且水溶解性更强。 文献是前人积累的宝贵经验文献是前人积累的宝贵
36、经验，通过查阅文献了解近缘植物的研究，通过查阅文献了解近缘植物的研究 概况。只有了解前人成功的经验和方法，才能最大限度的借鉴和利概况。只有了解前人成功的经验和方法，才能最大限度的借鉴和利 用前人的经验开展新的研究，少走弯路，节省人力、物力和时间。用前人的经验开展新的研究，少走弯路，节省人力、物力和时间。 二、偶然发现二、偶然发现 偶然发现在新药研究和发现中是较常见的，最典型的偶然发现在新药研究和发现中是较常见的，最典型的 例子是青霉素的发现，例子是青霉素的发现，19281928年，英国细菌学家年，英国细菌学家弗莱明弗莱明一次一次 在研究葡萄球菌的实验中偶然发现那次培养的细菌有些菌在研究葡萄球菌
37、的实验中偶然发现那次培养的细菌有些菌 落没有生长，仔细观察发现，在这次实验中，培养基被霉落没有生长，仔细观察发现，在这次实验中，培养基被霉 菌污染所致，后来从这种霉菌中发现了能杀灭细菌的物质菌污染所致，后来从这种霉菌中发现了能杀灭细菌的物质 青霉素，开辟了抗生素治疗疾病的新领域。青霉素，开辟了抗生素治疗疾病的新领域。 三、药物普筛三、药物普筛 本世纪初，特别是本世纪初，特别是30年代以来，世界各国开展了在特年代以来，世界各国开展了在特 定药理模型的基础上筛选药物的工作，对天然药物的筛选，定药理模型的基础上筛选药物的工作，对天然药物的筛选， 导致了许多新药的发现。导致了许多新药的发现。 药物的筛
38、选有两种方法：药物的筛选有两种方法： 1 1分离纯化得到纯品化合物，然后再进行活性测试。分离纯化得到纯品化合物，然后再进行活性测试。 优点：优点： (1)目标清楚，方法简捷，指标明确，标准同一。目标清楚，方法简捷，指标明确，标准同一。 (2)分得标准品后可进行多种药理活性的测试。分得标准品后可进行多种药理活性的测试。 缺点：缺点： (1)如果选择的分离方法不当，活性化合物丢失的可能如果选择的分离方法不当，活性化合物丢失的可能 性极大。性极大。 (2)对于极微量活性化合物，这种方法很容易漏检。对于极微量活性化合物，这种方法很容易漏检。 2在活性筛选方法的指导下进行化合物的分离提取在活性筛选方法的
39、指导下进行化合物的分离提取 (Bioassay Directed Separation)。 在供试样品的活性确定以后，选用简易、灵敏、在供试样品的活性确定以后，选用简易、灵敏、 可靠的可靠的活性测试方法活性测试方法作指导；在分离的作指导；在分离的每一阶段每一阶段 对分离所得的各个组分进行活性定量研究和评价，对分离所得的各个组分进行活性定量研究和评价， 跟踪其中活性的部分。跟踪其中活性的部分。 缺点：缺点： (1)活性测试的样品及工作量均大大增加；活性测试的样品及工作量均大大增加； (2)要求分离工作者与活性测试人员两个方面的要求分离工作者与活性测试人员两个方面的 配合。配合。 优点：优点： (
40、1)由于分离过程中，没有化合物类型的框框限由于分离过程中，没有化合物类型的框框限 制，只以活性为指标进行追踪，故制，只以活性为指标进行追踪，故发现新化合物发现新化合物 的可能性很大的可能性很大。 (2)如果分离过程的某一阶段，如因分离方法或如果分离过程的某一阶段，如因分离方法或 材料选择不当，导致活性化合物的分解变化或流材料选择不当，导致活性化合物的分解变化或流 散时，还散时，还能迅速查明原因能迅速查明原因，并可采取相应的措施，并可采取相应的措施 进行补救。对天然活性化合物的分离来说，这是进行补救。对天然活性化合物的分离来说，这是 一种较好的方法。一种较好的方法。 例抑制前列腺素合成酶的药物筛
41、选例抑制前列腺素合成酶的药物筛选 追踪分离天然活性化合物时的注意事项追踪分离天然活性化合物时的注意事项 1 1关键在于选择、建立先进的生物活性测试方法关键在于选择、建立先进的生物活性测试方法 天然活性化合物的追踪分离能否取得成功，关键在于有无好的生天然活性化合物的追踪分离能否取得成功，关键在于有无好的生 物活性测试体系试验模型可以有物活性测试体系试验模型可以有整体动物、器官、组织、细胞、整体动物、器官、组织、细胞、 酶或受体以及体内生物活性物质酶或受体以及体内生物活性物质等。近来并已开始注意在基因调控等。近来并已开始注意在基因调控 水平上建立起新的筛选体系。无疑，采用整体动物进行的试验与人水平
42、上建立起新的筛选体系。无疑，采用整体动物进行的试验与人 比较相近，但是实验费时费钱，现象复杂，加以动物个体差异以及比较相近，但是实验费时费钱，现象复杂，加以动物个体差异以及 病理模型难于建立等因素，作为指导分离过程的活性筛选方法不太病理模型难于建立等因素，作为指导分离过程的活性筛选方法不太 适宜。目前在实际工作中多采用的是那些灵敏、简便、可用于微量适宜。目前在实际工作中多采用的是那些灵敏、简便、可用于微量 样品的体外活性测试方法。其中，利用对酶、受体或体内生物活性样品的体外活性测试方法。其中，利用对酶、受体或体内生物活性 物质的抑制或促进作用，以及利用基因调控影响进行的活性测试方物质的抑制或促
43、进作用，以及利用基因调控影响进行的活性测试方 法因为简便易行又可定量，更是受到青睐，得到越来越广泛的应用。法因为简便易行又可定量，更是受到青睐，得到越来越广泛的应用。 但是但是有时这种体外活性测试方法所得结果与药物实际在体内的作用有时这种体外活性测试方法所得结果与药物实际在体内的作用 并不平行，故实践中也应予以注意并不平行，故实践中也应予以注意。 2 2确保供试材料具有活性确保供试材料具有活性 这是追踪分这是追踪分 离活性化合物离活性化合物 的前提。为了的前提。为了 确保活性成分确保活性成分 离工作在可靠离工作在可靠 的基础上进行，的基础上进行， 对供试天然药对供试天然药 物或中药有时物或中药
44、有时 须须采用多项指采用多项指 标、体内外进标、体内外进 行测试加以确行测试加以确 认。认。 例例 美国国立癌症研究中心筛选抗肿瘤美国国立癌症研究中心筛选抗肿瘤 活性植物或动物粗提取物方法活性植物或动物粗提取物方法 植物粗提取物 体外多项指标筛选 抗肿瘤活性 示有抗肿瘤活性 有抗肿瘤活性 无抗肿瘤活性 体内筛选抗肿瘤活性 确定抗肿瘤活性或 作用机理有新颖性 溶剂分配 色谱分离 示有新颖性 浓缩物 跟踪分离活性成分示有抗肿瘤活性 体内复筛抗肿瘤活性 有活性 无活性 (弃去) 本方法的优点本方法的优点 是：是： 活性低或含量少的化合物不至于活性低或含量少的化合物不至于 丢失丢失 增加了检出新化合物
45、的机会；增加了检出新化合物的机会； 可能分离得到不同作用机制的化可能分离得到不同作用机制的化 合物合物 3.3.在众多生物活性中力求找出最本质的作用在众多生物活性中力求找出最本质的作用 天然药物或中药在临床治疗上可能作用于多个天然药物或中药在临床治疗上可能作用于多个 靶点，因而具有多种疗效，即表现出多方面的活性。靶点，因而具有多种疗效，即表现出多方面的活性。 研究者应当力求找出其中最本质的作用，选择建立研究者应当力求找出其中最本质的作用，选择建立 反映临床治疗作用特点、且效果与之平行的活性测反映临床治疗作用特点、且效果与之平行的活性测 试体系，才有可能追踪分离出目的活性成分或甚至试体系，才有可
46、能追踪分离出目的活性成分或甚至 有效成分。有效成分。 中药或天然药物名称中药或天然药物名称 生理活性生理活性活性筛选体系活性筛选体系 目标活性物质目标活性物质 乌头乌头 强心、利尿强心、利尿 兴奋、镇痛兴奋、镇痛 Yagi-Hartung 法法 （离体蛙心）（离体蛙心） 去甲基乌药碱去甲基乌药碱 乌头碱类乌头碱类 大黄大黄健胃、健胃、缓泻缓泻 致泻活性致泻活性(小鼠小鼠) 番泻苷番泻苷 (sennoside)(sennoside) 茵陈蒿茵陈蒿 利胆利胆、抗炎、抗炎 胆汁分泌促进作用胆汁分泌促进作用 茵陈色原酮茵陈色原酮 贝贝(日本产日本产) 口渴、视力减退、口渴、视力减退、瞳瞳 孔散大孔散大
47、、言语障碍、言语障碍、 便秘便秘 atropine定量法定量法 （小鼠散瞳率试验（小鼠散瞳率试验) surugatoxin 软紫草软紫草 止血、止血、抗炎抗炎、抗菌抗菌、 抗病毒抗病毒、抗癌抗癌 前列腺素前列腺素PGE2生生 合成抑制活性合成抑制活性 arteriole arnibinone 4 4注意正确比较并判断各个馏分的活性注意正确比较并判断各个馏分的活性 分离过程中总是按分离过程中总是按“等剂量不等强度原则等剂量不等强度原则”对每一阶段得到的对每一阶段得到的 馏分进行活性定量评估，并与母体作比较，追踪活性最强馏分。馏分进行活性定量评估，并与母体作比较，追踪活性最强馏分。 一般，一般，如
48、与母体比较，所得几个子体活性强弱参差不齐，则示如与母体比较，所得几个子体活性强弱参差不齐，则示 活性分离与物质分离平行，预示可能得到良好的分离效果；活性分离与物质分离平行，预示可能得到良好的分离效果；如如 某个子体活性显著增强，则示分离过程中可能除去了某种拮抗某个子体活性显著增强，则示分离过程中可能除去了某种拮抗 作用物质；作用物质；如果所得各个子体活性均明显减弱，则提示活性成如果所得各个子体活性均明显减弱，则提示活性成 分可能分解、流散、或因吸附剂发生不可逆吸附所致，或因该分可能分解、流散、或因吸附剂发生不可逆吸附所致，或因该 药的活性原本为多组分的综合作用药的活性原本为多组分的综合作用(
49、(相加或相乘相加或相乘) )，故分离后反，故分离后反 而导致活性的减弱或丧失。而导致活性的减弱或丧失。具体问题宜作具体分析，并在查明具体问题宜作具体分析，并在查明 原因后采取相应对策处理。原因后采取相应对策处理。 分离过程中常配合采用各种分离手段以求获得良好的分离分离过程中常配合采用各种分离手段以求获得良好的分离 效果，并应尽量避免采用可能导致活性成分分解或不可逆吸附效果，并应尽量避免采用可能导致活性成分分解或不可逆吸附 的方法或试剂。的方法或试剂。 四、代谢研究四、代谢研究 (1)药物的代谢研究结果又往往给新药研究提供信息。药物的代谢研究结果又往往给新药研究提供信息。 由于药物的体内过程不同
50、，有些药物转化后，活性由于药物的体内过程不同，有些药物转化后，活性 更高，有些转化后则失活，从而可以帮助我们提供新药更高，有些转化后则失活，从而可以帮助我们提供新药 设计的重要知识。设计的重要知识。 (2)植物成分的生物转化，可为一些化合物的结构修植物成分的生物转化，可为一些化合物的结构修 饰提供思路，提供新颖的先导化合物。饰提供思路，提供新颖的先导化合物。 五、天然药物的化学修饰或结构改造五、天然药物的化学修饰或结构改造 从天然药物或中药中筛选追踪得到活性化合物只是一从天然药物或中药中筛选追踪得到活性化合物只是一 类创新药物研究的前期阶段。类创新药物研究的前期阶段。不少天然活性化合物因为存不
51、少天然活性化合物因为存 在某些缺陷而难以直接开发利用：在某些缺陷而难以直接开发利用： (1)药效不理想；药效不理想； (2)存在一定的毒副作用；存在一定的毒副作用； (3)含量太低，难以从天然原料中取材；含量太低，难以从天然原料中取材； (4)或因结构过于复杂，合成也十分困难；或因结构过于复杂，合成也十分困难； (5)水溶性差、生物利用度差等等水溶性差、生物利用度差等等 因此，我们只能以它们为先导化合物因此，我们只能以它们为先导化合物, ,在经过一系列在经过一系列 的化学修饰或结构改造后，对得到的衍生物进行定量构的化学修饰或结构改造后，对得到的衍生物进行定量构- 效关系的比较研究，才有可能发现
52、比较理想的活性化合物，效关系的比较研究，才有可能发现比较理想的活性化合物， 并开发成新药。并开发成新药。 例例 青蒿素的构效关系研究青蒿素的构效关系研究 六、其他领域的研究六、其他领域的研究 (1)在新药的研究中，深入在新药的研究中，深入开展药物作用机制的研究，也开展药物作用机制的研究，也 能为新药的发现提供重要的线索能为新药的发现提供重要的线索。 (2)利用药物的毒副作用发现新药。利用药物的毒副作用发现新药。 实例一实例一 紫杉醇的发现紫杉醇的发现 19711971年：提取分离，结构确定，活性确认年：提取分离，结构确定，活性确认 1975-761975-76年：在多种瘤株上实验有效；年：在多
53、种瘤株上实验有效； 19771977年：临床前研究；年：临床前研究； 19791979年：作用机理探明；年：作用机理探明； 19821982年：年：期临床实验；期临床实验； 1985-861985-86年：年：期临床实验期临床实验( (卵巢癌卵巢癌) )； 19861986年：紫杉醇侧链的全合成；年：紫杉醇侧链的全合成； 19881988年：紫杉醇半合成；年：紫杉醇半合成； 1990-931990-93年：侧链合成方法的改进；年：侧链合成方法的改进； 19921992年：年：FDAFDA批准；批准； 19941994年：首次全合成。年：首次全合成。 红豆杉茎12kg 浓缩物 95%乙醇提取 氯
54、仿-甲醇萃取 水层(弃去) 氯仿 30管液滴逆流层析 8-18管 (14g,T/C=30%,23mg/kg) 400管液滴逆流层析 170-189管(2.4g,T/C=16%,15mg/kg) 析出Taxol(0.5g,T/C=24%,5mg/kg) 加苯研磨 10 9 7 4 3 2 1 H OCOCH3 O OCO C C C O OH H H NHCO OCH3COO OH OH O H H 研究实例二研究实例二 喜树碱的发现喜树碱的发现 喜树原料12kg 热正己烷提取 正己烷提取物植物残渣 (无活性,弃去) 乙醇提取 用4倍体积的氯仿+1/4 体积的5%含水乙醇处理 氯仿层(222g)
55、 (高活性) 水层 氯仿处理 氯仿层(32g) 水层 (高活性) (低活性) N NO O O OH A BC D F 1 2 3 10 9 8 7 6 5 4 1412 11 18 19 20 21 17 16 第三节第三节 天然药物化学研究方法天然药物化学研究方法 在开展某一天然药物的研究中，研究开始前，在开展某一天然药物的研究中，研究开始前， 必须进行充分的调查研究。这其中包括必须进行充分的调查研究。这其中包括实地实地 调查，资源调研和文献调研调查，资源调研和文献调研三个方面。三个方面。 实地调查实地调查 包括临床疗效的考察和实际应用效果包括临床疗效的考察和实际应用效果( (民间民间 使
56、用情况使用情况) )：(1)(1)由于影响植物药功效的因素较多，在确定其由于影响植物药功效的因素较多，在确定其 功效的基础上第一步就是确定品种类别，由于植物或中药同功效的基础上第一步就是确定品种类别，由于植物或中药同 名异物和同物异名现象较多；植物的科、属不同，成分各异，名异物和同物异名现象较多；植物的科、属不同，成分各异， 药效作用也有很大差别，品种的鉴别、鉴定显得尤为重要，药效作用也有很大差别，品种的鉴别、鉴定显得尤为重要， 如果品种没有鉴别准确，实验结果很难会有好的重现性。如果品种没有鉴别准确，实验结果很难会有好的重现性。(2)(2) 考察其生长环境，采收季节，加工与炮制方法等，这些因素考察其生长环境，采收季节，加工与炮制方法等，这些因素 都会影响药物的疗效。同时，这些因素的考察，还会为研究都会影响药物的疗效。同时，这些因素的考察，还会为研究 有效成分的提取、分离方法提供参考。有效成分的提取、分离方法提供参考。 资源调查资源调查 植物的生长环境、资源分布、品种的多少都植物的生长环境、资源分布、品种的多少都 是研究天然药物要考虑的因素。对于资源少的植物药材，是研究天然药物要考虑的因素。对于资源少的植物药材， 在研究的开始阶段，就要考虑到如何解决资源缺乏的问题。在研究的开始阶段，就要考虑到如何解决资源缺乏的问题。 文献调研文献调研 当确定了要研究的对象后，有关该植物
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