海洋药物研究进展讲解材料课件

海洋药物研究进展 21世纪人类社会面临着 人口剧增 资源匮乏 环境恶化 三大问题的严峻挑战 随着陆地资源的日益减少 开发海洋 向海洋索取药用资源变得日益迫切 已受到各国政府的普遍重视 我国是一个海洋大国 有丰富的海洋生物资源 然而 我国有关海洋天然产物和海洋药物的研究因起步较晚 还远远落后于一些发达国家 我们如何在未来的海洋资源研究领域中占据一席之地 这是诸多有识之士共同关注的问题 海洋面积约占地球表面积的71 左右 有3 6亿平方公里 海洋是生命之源 其中蕴涵着丰富的生物资源 这些生物分属于49个门 数量达20余万种 其中有许多种类是海洋中特有的 向海洋进军 从海洋中索取更多的药用资源以供人类的需求 亦已成为世界各国政府和人民的共识 一 海洋药物的概念 海洋药物是指以海洋生物为药源 运用现代科学方法和技术 研制而成的药 按我国现行的 新药审批办法 海洋药物可以分为三大类品种 中药 海洋中药是在中医药理论指导下将海洋药用生物按我国新药审批要求研制成的中药 大多情况下 海洋药用生物按其性味和功效 多与其他中药材配伍成复方中药 化学药 采用化学的方法 从海洋生物中提取 分离 纯化得到的生物活性成分作为药物先导化合物 然后经合成或半合成方法研制而成的侮洋药物 在分类上属于化学药 生物制品 采用基因工程 蛋白质工程 细胞工程和发酵工程等生物技术从海洋生物和微生物中获得的海洋药物 在分类上属于生物制品类药物 药源问题 瓶颈因素 RequirementComprehensivepharmacologicalevaluation hundredsofmilligramsClinicalstudies gramsMarket 1 5kg 3 000 16 000tonssponge yearStrategies1 ChemicalSynthesis Complexstructures richincentersofasymmetry2 Harvestingwildinvertebrates Lowyields 10 6 wetweight ppm ppb 3 Mariculture Aquaculture Farawayfromneeded uncertainties4 Cellculture Longway5 Fermentationofmicroorganisms Mostpossibility 二 海洋生物制药的发展简史和现状 1 国际方面 1951年Bergman等开展了对天然海洋产物的研究1967年美国召开首次海洋药物国际学术会议 标志着海洋生物制药研究国际范围大合作的开始20世纪60年代末到70年代初 海洋药物的研究出现了第一个高潮到80年代 研究结果却不尽人意 2国内方面 1 公元前1027年 尔雅 姬周 揭示了海洋生物在疗病过程中的作用2 约公元前三世纪 黄帝内经 乌贼骨做丸 饮以鲍鱼汁治血枯3 神农本草经 本草纲目 本草纲目拾遗 收录海洋药物110余种4 1977年出版的 中草药大辞典 载药5767味 其中海洋药物144种 128味 5 1993年出版的 中国海洋药物辞典 收录海洋药物1600条 包括 海洋动物药物1431条 海洋藻类药物125条 矿物药物6条 其他特殊生物活性的化学成分药物38条6 近年来 国内分离得到海洋天然产物数百个 很多是新结构化合物 7 投放市场的海洋药物有数个 藻酸双酯钠 甘糖酯 烟酸甘露醇等 若干个候选药物正在进行临床研究 泼力沙滋 D 聚甘酯 几丁糖酯 K001等 三海洋药物研究开发的特点 1 种类繁多 结构特意 2 活性强 3 海洋药物开发难度较大 样品采集难 含量一般很少 样品保存 分离难 海洋抗癌药物研究 海洋心脑血管药物研究 海洋抗菌 抗病毒药物研究 海洋消化系统药物研究 海洋消炎镇痛药物研究 海洋泌尿系统药物研究 海洋免役调节作用药物研究 其他海洋药物研究 海洋功能食品的研究开发 四 海洋药物研究 个重点领域 1 抗癌药物研究 海洋抗癌药物研究在海洋药物研究中一直起着主导作用 科学家预言 最有前途的抗癌药物将来自海洋 现已发现海洋生物提取物中至少有10 具有抗肿瘤活性 美国每年有1500个海洋产物被分离出来 1 具有抗癌活性 目前至少已有10个以上海洋抗癌药物进入临床或临床前研究阶段 扩大海洋生物的活性筛选 继续寻找高效的抗癌化合物 直接用于临床或作为先导物进行结构改造 开发新的高效低毒的抗癌成分 将成为海洋抗癌药物研究的发展趋势 2 心脑血管药物 目前已研究出多种药物可有效预防和治疗心脑血管疾病 如高度不饱和脂肪酸 具有抑制血栓形成和扩张血管的作用 现已有多种制剂用于临床 50多种海洋生物毒素 不仅有强心作用 而且有很强的降压作用 河豚毒素的抗心率失常作用目前研究较多 此外 还有藻酸酯钠类 螺旋藻类 后者对于高血脂和动脉粥样硬化有良好的预防和辅助治疗作用 3 抗菌抗炎活性物质 与海洋动植物共生的微生物是一种丰富的抗菌资源 日本学者发现约27 的海洋微生物具有抗菌活性 4 海洋消化系统药物研究 多棘海盘车中分离的海星皂甙及罗氏海盘车中提取的总皂甙均能治疗胃溃疡 后者对胃溃疡的愈合作用强于甲氰咪胍 壳聚糖的羧甲基衍生物 商品名为 胃可安 胶囊 治疗胃溃疡疗效确切 治愈率高 已进入临床研究 大连中药厂配合中药制成 海洋胃药 应用于临床已取得较好效果 5 海洋消炎镇痛药物研究 从海洋天然产物中分离的最引人注目的活性成分是manoalide 它是磷酸酯酶A2抑制剂 在上世纪80年代中期它已被作为一个典型的抗炎剂在临床试用 6 海洋泌尿系统药物研究 褐藻多糖硫酸酯是一种水溶性多糖聚 具有抗凝血 降血脂 防血栓 改善微循环 解毒 抑制白细胞及抗肿瘤等作用 临床用于治疗心脏 肾血管病 特别对改善肾功能 提高肾赃对肌酐的清除率尤为明显 在国内外首先用于治疗慢性肾衰 挽救尿毒症患者有明显疗效 且无毒副作用 现已按国家二类新药获准进入临床研究 商品名为 肾海康 7 海洋免疫调节药物研究 海洋天然产物是免疫调节剂的重要来源 具有免疫调节活性的角叉藻聚糖 是来自大型海藻的硫酸化多糖的一大类成分 被广泛用于肾移植的免疫抑制剂和细胞应答的修饰剂 8 其他海洋药物研究 神经系统药物 抗过敏药物等研究亦取得较大成果 海洋毒素是海洋生物研究进展最为迅速的领域 多数海洋毒素具有独特的化学结构 由于许多高毒性的毒素是以针对生物神经系统或心血管系统的高特异性作用为基础 因此 这些毒素及其作用机制是发现新神经系统或心血管系统药物的重要导向化合物和线索 也可作为寻找新农药的基础 现已发现的海洋毒素其化学结构大致可分为 聚醚类化合物 含氮化合物 溶血糖脂类等 9 海洋功能食品的研究开发 将海洋生物中的活性成分进行深加工 制成风味独特和保健功效显著的海洋功能食品 是当前的一个重要开发研究领域 其中包括牛磺酸 鱼油不饱和脂肪酸和磷脂 甲壳素和壳聚糖 活性多糖 维生素 膳食纤维 矿物元素等 海洋功能食品发展趋势是针对常见病 多发病和疑难病的不同人群 运用多学科的现代高新技术方法 尽可能保留海洋生物的天然特点和营养成分 研究开发高技术含量 高功能 高效益的海洋功能食品新品种 五 海洋药物研究主要现状 1海洋生物活性成分的研究2发掘新的海洋生物资源3构建新的生物筛选技术4开展海洋化学生态学研究 1海洋生物活性成分的研究 1 海洋天然活性成分的发现 2 海洋天然活性成分的结构优化 3 解决药源问题 2发掘新的海洋生物资源 1 海洋微生物资源 2 海洋罕见的生物资源 3 海洋生物基因资源 4 海洋天然产物资源 5 海洋中药资源 3构建新的生物筛选技术 1 以酶 受体作为靶点的高通量筛选 2 以蛋白质组学为基础 借助核磁共振 质谱 基因数据库 高柱端识别等技术 全面揭示化合物的生物学作用机制 4开展海洋化学生态学研究 海洋化学生态学是结合海洋天然产物化学和生态学方法 探讨海洋生物化学防御机制 追踪活性天然产物的生物源头及其生态学作用 揭示海洋生态系统的化学本质 研究海洋生态环境中活性化学物质在生物间的信息传递方式 化学防御机制 生物间的相互关系以及食物链关系等 从生态的宏观角度探讨生物活性物质的作用机制 目前 在海洋药物的开发研究领域走在前列的是美国 日本等科技发达国家 在我国 对海洋药物的研究是一个方兴未艾的领域 六 已经开发的海洋药物 1海人草酸 1955年日本人Murakami等从红藻海人草中分离出海人草酸谷氨酸的衍生物 具有驱虫作用对脊椎动物中枢神经有兴奋作用 并能破毁某些区域的神经细胞现在不再用作驱虫剂 2 阿糖胞苷 C 其先导物是1957年从海绵中发现的经过结构修饰 1980年开始正式应用具有抗病毒 抗肿瘤活性 3 噻孢菌素 1952年 Crawford等从意大利撒丁岛附近的海洋泥污中分离得到一种真菌经培养后可以产生头孢菌素C 用它的分解物7 氨基头孢霉烷酸制取半合成的噻孢菌素 4 巴丹 1934年人本人Iline从异足索沙蚕和马陆中分离具有杀虫作用的沙蚕毒素结构改造开发出巴丹 目前作为农药广泛地在应用 5 前列腺素 1969年 Weiheimer等从加勒比海柳珊瑚中发现了前列腺素的前体15R PGA2结构进行改造 制备出了有强烈生理活性的前列腺素15S PGA2前列腺素是人体中一类重要激素 与机体的生长 发育和繁殖等密切相关珊瑚仍然是目前人们获得大量前列腺素的唯一动物源 七 海洋药物的开发过程 以抗癌药物研究为例 生物样品材料采集生物样品中活性成分提取海洋生物提取物抗肿瘤活性初步筛选海洋生物提取物中活性成分分离海洋生物抗肿瘤活性化合结构测定抗肿瘤药物设计抗肿瘤药物的动物安全试验I期临床试验II期临床试验III期临床试验商品化 1生物样品材料采集 海洋生物样品的采集较陆地生物要难得多 需要特殊的工具和条件 如船只 潜水设备和特殊的样品储藏保存环境 深海区样品的采集甚至只有用潜水艇才能实现 这也是海洋资源药物研究的最大难点 由于海洋生物生活在特殊的生态环境大海中 样品采集后容易变质 腐烂 所以保存时要采取特殊的方法 通常使用的方法有两种 一种是冷冻保存法 另一种是有机溶媒保存法 用有机溶媒保存时为了防止溶媒挥发和生物样品中活性成分变化也要注意放在相对低温的环境中 2生物样品中活性成分提取 活性成分的提取是研究海洋生物抗肿瘤药物一个重要步骤 提取方法设计合理 操作正确 不但能将活性成分提取完全 而且有利于以后的分离精制 一般讲 海洋生物的提取是指用适宜溶剂和适当方法将所要的活性成分尽可能完全地提取出来 同时要注意避免或减少其他杂质 对极性较低的活性成分用氯仿 丙酮 异丙醇 乙醇 甲醇 苯酚等有机溶剂或不同比例的混合有机溶剂进行提取 极性较大的活性成分应用水 甲醇 乙醇或不同浓度的水性醇进行提取 海洋生物样品中活性成分的提取一般不宜使用加热的方法 海洋生物提取物抗肿瘤活性初步筛选 海洋生物提取物抗肿瘤活性筛选是指用灵敏 快速 可靠的抗肿瘤活性测试方法从大量海洋生物提取物中筛选出有抗肿瘤活性的提取物 目前 抗肿瘤药物研究中用于初期活性测试筛选的方法有两类 一类是肿瘤细胞毒水平的筛选 另一类是机理水平的筛选 肿瘤细胞毒水平的筛选是利用体外培养的肿瘤细胞来观察待测物质对培养肿瘤细胞的直接杀伤或生长抑制等现象的筛选方法 机理水平的筛选是指利用已发现的与肿瘤发生 发展相关的生物酶受体和基因为靶点 观察待测物质对它们的抑制 激活 分解等现象的筛选方法 是近年来才发展推广起来的生物学活性筛选方法 其主要特点是非常灵敏 可检出微量活性成分 但酶 受体或基因等生物材料较难得到 并且价格昂贵 机理水平的筛选是细胞外实验 细胞外有活性的化合物 在细胞内不一定有效 所以机理水平筛选出的活性化合物在开发为抗肿瘤药物的过程中还需要经过肿瘤细胞毒水平筛选的验证 近年来研究一切完全由计算机控制的机械操作高通量筛选 HighThroughputScreening HTS 装置已问世 并在国内外推广应用 该方法一次操作可准确完成几百至数千个样品筛选 高通量筛选方法的应用也将极大地加快海洋生物抗肿瘤药物研究的步伐 4海洋生物提取物中活性成分分离 活性成分的分离就是利用各种分离方法和技术将混合物中的活性化合物分离出来 除去没有活性的杂质 用于分离有效成分的方法主要有溶剂法和色谱法 溶剂法是利用不同化合物在同一溶剂中的溶解度不同将它们分离的方法 色谱法是一种广泛用于化合物分离 纯化的有效方法 其原理系利用混合物中各成分物理和化学性质差异 使各成分以不同程度分布在不同的两相中 其中一相为固定相 另一相为流动相 流动相通过固定相的过程中各成分以不同的速度移动 从而达到分离 根据操作方式的不同色谱法可分为柱色谱 薄层色谱 离心色谱和凝胶电泳色谱等 5海洋生物抗肿瘤活性化合结构测定 为了进行全合成 半合成 结构改造 构效关系等进一步相关深入研究 首先需对活性化合物的化学结构进行鉴定 结构鉴定的方法主要有经典的化学降解法和现代光谱分析方法 对一些结构复杂的活性化合物单用一种方法很难确定其结构 只有通过化学合成证明的简单化合物 然后按降解规律和原理合理地推导出活性化合物结构 常用的降解方法有 加热分解 锌粉蒸馏 酸碱裂解 霍夫曼降解 氧化 还原 水解等 化学降解法不但需用化合物样品量很大 并且费时 样品分解不能回收 由于现代光谱方法的普及及其在结构研究中所显示的优越性已使许多经典的降解方法失去其应用价值 现代光谱分析方法是测定活性化合物的各种光谱数据 包括紫外 UV 红外 IR 质谱 MS 和一维 1D 二维 2D 及三维 3D 核磁共振光谱 不同结构化合物具有各自的光谱特征 通过综合分析各种光谱数据特征来推断活性化合物的结构 该方法的特点是快速 灵敏 准确 用样量很少 并且多数样品可回收 随着光谱技术的发展 目前用几百微克的样品就可测得其准确结构 6抗肿瘤药物设计 从海洋生物中筛选得到的抗肿瘤活性化合物在开发为抗肿瘤药物前 首先要对其剂量 剂型等构成进行研究设计 剂量过大会引起许多毒 副作用 剂量太小则疗效不明显 剂型不好 用药途径不当 生物利用度不高 也会降低疗效 抗肿瘤药物构成设计是在动物体内进行的 按不同剂量和不同剂型设计抗肿瘤药物 给动物用药 观察不同用药情况下动物各组织 器官病理和生理变化 研究剂量 剂型 毒性和疗效间的关系 从而确定活性化合物作为抗肿瘤药物的适宜剂量和剂型 为人体试验提供依据 7抗肿瘤药物的动物安全试验 良好的抗肿瘤药物不但要有良好的治疗效果 而且要安全 动物安全实验是保证研究开发的抗肿瘤药物有效安全的重要步骤 其方法是在不同动物如小鼠 兔子 狗和猴子等身上试用 观察抗肿瘤药物对动物的毒性情况 评价药物的安全性 主要包括急性毒性实验和慢性毒性实验 急性毒性实验是以较大剂量给动物用药 观察动物对药物的毒性反应和用药后动物各组织 器官生理和病理变化 慢性毒性实验是以一定有效剂量 长期给动物用药 观察药物的致畸 致癌 致突变等不良性质以及长期用药后动物各组织 器官病理和生理变化 只有在动物实验中低毒 安全的药物才可进行下一步人体试验 8I期临床试验 我们知道实验动物与人有着明显的种系差异 对动物安全有效的药物对人体不一定安全有效 所以通过动物筛选出的抗肿瘤药物还需要经过人体试验进行验证 I期临床试验是抗肿瘤药物进行人体试验的初级阶段 主要研究药物对人体的毒性情况 观察抗肿瘤药物在不同剂量下对人体不同组织 器官的病理和生理影响及剂量 毒性 疗效之间的关系 确定人体对抗肿瘤药物的最大耐受剂量和最佳治疗剂量 确保抗肿瘤药物在人体用药是安全有效 国际上通常要求I期临床在1 2个癌症治疗中心进行 然后进行综合分析评价 试验对象是完全自愿的肿瘤患者 9II期临床试验 人体肿瘤多种多样 目前已发现肿瘤大约有200多种 而不同抗肿瘤药物对不同肿瘤具有不同的敏感性 在临床上表现为不同的治疗效果 抗肿瘤药物II期临床试验主要研究药物对不同肿瘤的临床治疗效果和用药方案等 确定抗肿瘤药物在人体肿瘤治疗中的应用范围和治疗方法 国际上要求抗肿瘤药物II期临床试验 在10 20个肿