海洋天然产物的研究.ppt

海洋天然产物研究进展,刘永宏南海海洋研究所,大量研究证明：海洋确是一个药源宝库，它已经并将继续为人类提供结构新颖的先导化合物和功能特异的基因，启发人们的新药研发思路。海洋人类赖以生存和发展的最后一块疆土和空间。,我国是一个海洋大国四大海域。海岸线长1.8万公里，岛屿海岸线长1.4万公里，享有主权和管辖权的海域面积约300万平方公里，跨越热带、亚热带、温带、寒带不同气温带。拥有四大类型海洋生态系统，包括滨海湿地生态系统、珊瑚礁生态系统、上升流生态系统和深海生态系统,其中蕴藏着丰富的海洋生物资源。中国海域的生物种类丰富多样，已有描述记录的物种达2万多种。,二、海洋药物和海洋药物学的定义,海洋药物（marinedrugs）：特指以海洋生物和海洋微生物为药源，运用现代科学方法和技术研制而成的药物。现在的海洋药物大多属于天然药物范畴，即直接从海洋生物中提取的有效成分，也有一些是海洋生物活性成分经过人工合成或者生物技术转化而获得。,按我国新药审批办法海洋药物可以分为三大类品种：海洋中药：在中医理论下将海洋药用生物按我国新药审批要求研制成的中药。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，然后经合成或者半合成方法研制而成的药物。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药物。,三、海洋药物学的研究对象,迄今，已发现的海洋生物达22门类1822属3018种。海洋药物研究的主要生物类型有：海藻：如昆布、石花菜、螺旋藻、羊栖菜、鼠尾藻等；多孔动物：海绵；腔肠动物:如珊瑚、海蜇、海浮石等；节肢动物：如龙虾、对虾、寄居蟹等；棘皮动物:如海参、海胆、海星、海燕等；脊索动物：如海马、海龙、海鳗、带鱼等；海洋微生物：微藻、细菌、真菌等；软体动物：如牡蛎、珍珠、章鱼、石决明、蛤蜊等；其他：海鞘、苔藓虫。,生物医学中重要的海洋生物（微生物除外）,珊瑚(Coelenterates),海绵(Sponges),海藻(Algae),软体动物(Mollusca),红树植物(MangrovePlants),其他（Others）,四、海洋药物研究简史,本草记载黄帝内经中就记载有以乌贼骨为丸,饮以鲍汁治疗血枯。从我国最早的药物专著神农本草经、李时珍的本草纲目以及清朝的本草纲目拾遗，历经2000多年，共收录海洋药物110余种，成为我国中医、中药宝库中一个重要组成部分。,近代的全国中草药汇编收录了海洋药物166种，中草药大辞典亦收录海洋药物144种。2009年9月29日，由中国海洋大学管华诗院士主持编纂的中华海洋本草收录一千多种海洋药用资源。,现代海洋药物研究历史,自1945年从海洋污泥中分离到顶头孢霉菌，从中发现了头孢菌素，以后发展成系列的头孢类抗生素。此后，从海绵中发现了抗白血病和艾氏癌药物阿糖胞苷。20世纪60年代初，发现了河豚毒素并确定了其化学结构，相继完成了河豚毒素的人工合成。1969年，Spraggins从加勒比海的柳珊珊Plexaurahomomalla中分离获得前列腺素15R-PGA2。,20世纪60年代初开始，海洋生物资源便成为医药界的新热点，海洋药物研发更是引起了各国的关注。1967年，在美国召开了首次海洋药物国际学术讨论会。1988年，日本设立了海洋生物技术研究所，并投资10亿日元建立了两个药物实验室。,五、国内外对海洋药物研究的投入和取得成果,20世纪90年代，许多沿海国家都把开发利用海洋作为基本国策。美、日、英、法、俄等分别推出包括开发海洋微生物药物在内的海洋生物技术计划、海洋蓝宝石计划、海洋生物开发计划等，投入巨资发展海洋药物及其海洋生物技术，世界上一些著名的大学也相继建立海洋药物研究机构。目前，美、日和欧共体等国走在世界前列。美国、日本等国已在这一领域取得了相当大的进展，至今已在海洋生物中发现了化合物数千种，在获取抗生素、抗癌、防治心脑血管疾病等药物方面取得了显著的成效。,世界海洋生物总产值的变化趋势,海洋药物的研究和开发已向产业化发展，世界海洋生物总产值1969年为130亿美元，1982年为3400亿美元，1992年为670亿美元，2000年约达1.5万亿美元，2007年约达2.5万亿美元。,国内早期工作较多地停留在“第相”，涉及初级代谢产物的工作较多，如海藻多糖、甲壳素、鲨鱼软骨素、酶制剂等。大分子物质的化学结构不完全明确，理化定性难，作为药物在品质控制、知识产权保护方面存在困难，这对形成自主知识产权的创新成果上十分不利。,海洋天然产物包括所有天然存在的化学成分，以分子大小和生物活性两根轴把天然产物分为4个区域。,生物活性,分子大,分子小,海洋活性物质的分布状况,“第相”多为海洋生物的次生代谢产物，其结构可用现代波谱学和化学方法予以测定，结构新且活性强的化合物可作为新药研制的先导化合物，生产方法可从天然材料提取、有机合成、生物合成、基因工程等途径实现。国外特别是欧美和日本的研究工作多集中于“第相”，关于海洋天然产物的SCI论文80%属于第相的范畴。这或许正是许多发达国家在医药方面遥遥领先的原因之一，这一点值得我们借鉴。,海洋天然产物包括所有天然存在的化学成分，以分子大小和生物活性两根轴把天然产物分为4个区域，见图1。,生物活性,分子大,分子小,我国海洋药物研究取得的成果,我国海洋药物取得的成果10种获健字号的海洋保健品：欧参宝；海王金尊等。正在开发：6-硫酸软骨素，海洋宝胶囊，脱澳海兔毒素，海鞠素A、B、C，扭曲肉芝酶，刺参多糖饵注射液和膜海鞠素等药物。,中科院在芋螺毒素结构与功能研究中，获得了一种含25个氨基酸、3对二硫键的新芋螺毒素，并得到了基因工程高表达，该毒素具有强力的镇痛作用和较高的用药安全性；第二军医大学生物化学与分子生物学教研室率先从鲨鱼软骨中分离到一种具有抗实体瘤生长的新生血管抑制因子，通过构建软骨cDNA文库，获得基因工程表达产品；我国科学家获得了77个的海蛇毒素新基因，具有药用价值。,我国一些其他的具有潜力的海洋药物,中国海洋大学在海藻多糖类药物的研究方面取得了显著的成绩。抗肿瘤新药K-001也已完成了全部临床前研究，并建立了专门的原料养殖基地。抗动脉粥样硬化新药甲壳质衍生物916也已申报了临床研究；新型抗艾滋病海洋药物“911”，抗心脑血管疾病药物“D-聚甘醋”和国家二类新药治疗肾功能衰竭的药物“肾海康”等。第二军医大学药学院海洋药物研究中心从南中国海来源的草苔虫中分离鉴定了9种大环内酯类成分，体内外试验显示具有明显的抗肿瘤作用，其中的一种为新型的大环内酯，命名为草苔虫内酯19（Bryostatin19），已完成了临床前研究；,中科院海洋所将基因工程技术应用于藻类研究，开发出具有抑制肿瘤生物活性的藻兰蛋白；山东海洋药物研究所与复旦大学遗传研究所共同合作，利用基因工程研制强心多肽海葵素（anthopleurin），以期解决天然来源稀少和含量低的难题；中山大学化学系在从南海的海绵、海藻、珊瑚等生物中获得100多种新化合物。相信海洋生命活性物质研究的不断深入和拓展必将为海洋新药的开发提供与陆地生物结构不同、活性特异的先导化合物。,六、我国海洋药物研发存在的问题,海洋生物资源是尚未充分开发利用的资源宝库，海洋药用生物资源的开发又是世界关注的热点。海洋特殊生态环境中的生物资源已成为拓展天然药用资源的新空间。海洋药用生物资源的开发利用的重要意义和取得了一些成绩，但仍存在着许多有待解决的问题：,1、开发利用的海洋药用资源种类十分有限：,目前开发利用的海洋药用生物资源80%来自于沿海或近海，与古代我国本草纪录相比虽然有所发展，但与我国18000多公里海岸线，南北跨热带、亚热带、温带，近300万平方公里的辽阔海域所蕴藏的海洋药物资源相比并不相称。而且这些已开发药物资源主要是海洋动植物，对于当前国际上极为关注、具有极大药用价值的海洋微生物和浮游生物的研究开发偏少。,对海洋药用生物资源的调查与评价缺乏科学性、系统性和全面性。目前，对我国海洋药用生物资源物种、资源量、分布特征、时空变迁等缺乏了解；对海洋药用生物的有效成分、药用价值和应用前景没有准确掌握。现在使用的许多传统海洋药物资源中，有的原有药效定性不准，有的定性甚至错误，某些海洋药物原有药效由于生存环境变迁已经发生变化，但未做跟踪研究。,2、对海洋药用生物资源缺乏系统评估：,近些年，由于缺乏宏观指导和严格管理，某些过度的海洋开发利用行为，不仅直接破坏近海生物链，造成包括许多传统重要海洋药用生物资源濒临枯竭。而且由于这类活动的强烈干扰，造成部分海域生态系统严重破坏，一些重要海洋生物栖息地严重丧失，进一步加剧了一些具有重要药用价值的海洋珍稀濒危物种灭绝。,3、部分重要海洋药用生物资源趋于枯竭：,4、研究开发技术有待建立和完善：如样品采集/保真采集、培育、鉴定技术尚待建立；天然产物的提取、分离、结构鉴定水平不高；生物活性筛选，特别是普筛、广筛不够；先进生物技术手段应用较少；药物后期研发经验不足；研究技术平台需要建立和完善等等。5、样品采集困难，品种鉴定后继无人：6、研究经费投入上严重不足，投入方向上偏应用轻基础，而且急于求成,七、目前海洋药物研究的主要方向,海洋抗癌药物研究海洋生物提取物中至少有10%具有抗肿瘤活性。美国每年约有1500个海洋产物被分离出来，1%具抗癌活性。目前，至少已有10种以上海洋抗癌药物进入临床研究阶段。研究趋势：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；全合成或人工养殖，以及应用生物技术扩大药源。,海洋心脑血管药物研究高度不饱和脂肪酸：如二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA)，二者具有抑制血栓形成和扩张血管的作用，可有效地预防和治疗冠心病。海洋生物毒素：约50多种。从冈比毒甲藻Gambierdiscustoxicus中分离的西加毒素(CTX)具有强心作用。来自麝香蛸Eledonemoschata唾液腺的毒素是迄今所知最强的降压物质，其效应比硝酸甘油强数千倍。,蓝斑环蛸毒素、石房蛤毒素也有较强的降压作用；海兔毒素不仅有强心作用，而且有很强的降压作用；河豚毒素(TTX)的抗心律失常作用目前研究较多。藻酸酯钠类：具有抗血栓、降血脂等作用,已成功应用于临床。螺旋藻类：对高血脂和动脉粥样硬化有良好的预防和辅助治疗作用。研究趋势：进一步寻找具有特殊疗效的活性成分。,海洋抗菌、抗病毒药物研究日本学者发现约27%的海洋微生物代谢产物具有抗菌活性。头孢类抗生素为最早从海洋中发现的抗菌药物从海洋耐、嗜碱放线菌中发现了新类型的抗生素，如丁酯菌素等。美国国立癌症研究所从蓝细菌中分离得到的cyanovirin-N(CY-N)，由101个氨基酸组成，已通过大肠杆菌基因工程表达成功。可望成为一种新的抗艾滋病的有效制剂。中国海洋大学从海藻中分离得到2种硫酸多糖，经动物实验证明，对HIV具有显著的抑制作用；第二军医大学药学院海洋药物研究中心发现，总草苔虫内酯在体外具有显著的抗SARS冠状病毒活性。,海洋消化系统药物研究多棘海盘车Asteriasamurensis中分离得的海星皂昔(asterosaponinA、B)及罗氏海盘车A.rollentoni中提取的总皂苷均能治疗胃溃殇，后者对提高胃溃疡的愈合率高于西米替J(甲氧眯肌)；壳聚糖的竣甲基衍生物（商品名为“胃可安”）治疗胃溃疡疗效确切，治愈率高，已进入新药临床研究。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。,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抗炎活性成分是manoalide，是磷脂酶A2抑制剂，在20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。甲壳质水解得到的单糖类衍生物氨基葡萄糖硫酸盐(glueosaminesulfate)，国外用于治疗骨关节炎，能显著减轻患者的炎症和疼痛。,海洋泌尿系统药物研究褐藻多糖硫酸酯(fucoidan，FPS)是一种水溶性聚多糖，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、肾血管病，对改善肾功能、提高肾对肌断的清除率效果尤为明显，在国内外首先用于治疗慢性肾功能衰竭，挽救尿毒症患者，疗效明显且无不良反应。现已按国家二类新药获准进入临床研究，商品名为“肾海康”。,其他海洋药物研究其他如神经系统药物、抗过敏药物等研究亦取得较大成果。海洋是新种属微生物的生存繁衍地，从众多的新种属微生物中，可以培养出一系列高效的抗菌药物，如来源于多种链霉菌的elecidin即为一种强抗菌药物。,海洋功能食品的研究开发功能食品被誉为“21世纪食品”，代表了当代食品发展的新潮流。如何利用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。,八、海洋药物研究发展趋势,（一）海洋生物活性成分的研究、海洋天然活性成分的发现洋天然活性成分的研究是海洋药物开发的基础和源泉。海洋生物种类繁多，存在着许多特殊的次生代谢产物。然而，目前经过较系统的化学成分研究的海洋生物还不到总数的1，还有大量海洋生物有待于进行系统的化学成分研究和活性筛选。研究重点主要集中在无脊椎动物等低等的海洋生物。,、海洋天然活性成分的结构优化,从海洋生物中发现的大量活性天然成分，有的可以直接进入新药的研究开发，但有的活性成分存在着活性较低或毒性较大等问题。因此，需要将这些活性成分作为先导化合物进一步进行结构优化，如结构修饰和结构改造，以期获得活性更高、毒性更小的新的化学成分。,、解决药源问题不少海洋天然活性成分含量低，原料采集困难，限制了该化合物进行临床研究和产业化。寻找经济的、人工的、对环境无破坏的药源已成为海洋药物开发的紧迫课题。,（1）半合成技术在海洋药物研究开发中仍十分重要,早在50年代，国外就有学者拟将海藻多糖修饰为肝素的类似物，意在获得类肝素药物，80年代我国取得了成功。随着对多糖生物学功能的深入研究和揭示，随着对蛋白药物、脂类药物构效关系研究进展，当前海洋多糖及来源于海洋的蛋白质、脂类药物的研究已成为目前新药研究的一个兴奋点。此类研究的结果，给分子修饰提供更多、更有力的理论支持。特别是随着化合物结构测定方法的飞速发展及现代功能学检测方法的飞速发展及现代功能学检测方法的建立，使人们对修饰手段对活性的影响规律有了更深入的了解，从而大大降低了半合成过程中分子的盲目性。,（2）海洋生物技术是海洋药物产业化的主导技术和关键手段,由于海洋生物技术的迅速发展，运用海洋生物技术开发海洋药物的研究已引起高度重视。大量的生物学及生态学的研究结果表明，海洋生物活性物质初始来源，大部分甚至可能全部来自低等海洋生物及其共生微生物。而应用基因工程、细胞工程、发酵工程及生物反应器等生物技术生产生活活性物质，对于低等生物来说要比对高等生物易于实现得多。,（二）发掘新的海洋生物资源海洋生物资源是一个十分巨大的有待深入开发的生物资源，环境的多样性决定了生物的多样性，同时也决定了化合物的多样性。发掘新的海洋生物资源已成为海洋药物研究的一个重要发展趋势。,、海洋微生物资源海洋微生物种类高达100万种以上，其次生代谢产物的多样性也是陆生微生物无法比拟的。但能人工培养的海洋微生物只有几千种，不到总数的1%；目前为止，以分离代谢产物为目的而被分离培养的海洋微生物就更少。由于微生物可以经发酵工程大量获得发酵产物，药源得到保障。此外，海洋共生微生物有可能是其宿主中天然活性物质的真正产生者，具有重要的研究价值。,、海洋罕见的生物资源生长在深海、极地以及人迹罕至的海岛上的海洋动植物，含有某些特殊的化学成分和功能基因。在水深6000米以下的海底，曾发现具有特殊的生理功能的大型海洋蠕虫。在水温90摄氏度的海水中仍有细菌存活。对这些生物的研究将成为一个新的方向。,、海洋生物基因资源海洋生物活性代谢产物是由单个基因或基因组编码、调控和表达获得的。获得这些基因预示可获得这些化合物。开展海洋药用基因资源的研究对研究开发新的海洋药物将有着十分重大的意义。（）海洋动植物基因资源：活性物质的功能基因，如活性肽、活性蛋白等。（）海洋微生物基因资源：海洋环境微生物基因及海洋共生微生物基因。,、海洋天然产物资源海洋天然产物历经数十年的研究，已经积累了相当丰富的研究资料，为海洋药物的开发提供了科学依据。（）对已获得的上万种海洋天然产物进行多靶点和新模型的筛选，发现新的活性。（）对已获得的海洋天然产物进行结构修饰或结构改造。（）采用组合化学或生物合成技术，衍生更多的新的化合物，从中筛选出新的活性成分。,、海洋中药资源海洋中药是我国中药宝库的重要组成部分，是一种民间长期用药经验的总结。历代本草中经现代临床实践证明疗效确切的海洋药物有110多种，是寻找先导化合物和开发海洋药物的重要资源。从海洋中药中开发新药具有针对性强、见效快、周期短等特点。,研究领域：海洋中药材的质量标准及药用海洋生物的中药归属(性味归经，功效主治，分类鉴别，采收贮藏，炮制加工等)。海洋复方中药的有效部位研究及其理论分析。中医药理论指导下的海洋创新复方中药的研发。,（三）构建新的生物筛选技术以酶、受体作为靶点的高通量筛选。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。,(四)海洋化学生态学药物发现的新途径,对单个海洋生物进行研究，从中提取分离活性化合物，发现药物先导化合物，是已往海洋药物研究的主流。但是任何一种海洋生物都与其生存环境中的其他生物有着千丝万缕的联系，这种联系的物质基础正是生物体产生的各种化学信息物质。自然界的生物依赖各种化学信息的传递维系着一个庞大而复杂的生态系统，生活在水体中的海洋生物则更加依赖这一化学防御体系。,单个海洋生物（已往主流）,复杂生态系统（发展趋势）,化学防御策略引起了药物学家的注意，化学防御物质具有各种生物活性或毒性，对药物筛选和发现具有重要的指导作用。,海洋生物防御机制,ziconotide,-contoxinMVIIA(SNX-11),化学防御机制启迪药物发现,竽螺为食肉海螺，喷射毒液捕杀鱼类。毒液能杀死脊椎动物，其神经毒素已证实能致人类死亡。,一、海洋活性物质概述,目前已由海洋生物中分离提取出36000余种化合物；实验证实具有生物活性的化合物约有3000余种；其中有重要生物活性已申请专利的新化合物有200多种；可见海洋中蕴藏着极其丰富的天然产物是人类寻找新药的最大库源。,海洋次生代谢产物的种类,1萜类化合物海洋萜类化合物主要来源于海洋藻类、海绵和珊瑚动物，包括单萜、倍半萜、二萜、二倍半萜和呋喃萜等类型大多数海洋单萜化合物都含有较多卤素，这是其独特的结构特点。,2甾醇类化合物自1970年从扇贝中提取出24-失碳-22-脱氧胆甾醇以及发现珊瑚甾醇后，海洋甾醇的研究进展十分迅速，现已发现大量结构独特的甾醇。主要分布在海绵、腔肠动物、被囊类、环节动物、软体动物、棘皮动物等海洋生物体内，尤以珊瑚、海绵类为多。,3大环内酯类化合物大环内酯化合物大多具有抗肿瘤、抗菌活性，主要分布于蓝藻、甲藻、海绵、苔藓虫、被囊动物和软体动物及某些海洋菌类中。,4聚醚化合物许多海洋毒素都属于聚醚化合物如岩沙海葵毒素palytoxin、扇贝毒素(pectenotoxin)、西加毒素(ciguatoxin)、大田软海绵酸(okadaicacid)等。,5皂甙类化合物动物界中只有海洋棘皮动物的海参和海星含有皂甙，皂甙是它们的毒性成分。海参皂甙均为羊毛脂甾烷型三萜皂甙，其甙元都具有相同的母核海参烷（holostane）；海星皂甙元均为甾体，包括孕甾烷型和胆甾烷型。,6活性肽类化合物目前研究的海洋活性肽主要包括来源于海鞘、海葵、海绵、芋螺、海星、海兔、海藻、鱼类、贝类等。来自海洋生物的活性肽有两大类，一类是自然存在于海洋生物中的活性肽；另一类是海洋生物蛋白质酶解产生的活性肽。,7不饱和脂肪酸类化合物多不饱和脂肪酸polyunsaturatedfattyacids主要来源于海洋生物：如廿碳五烯酸eicosapaentenoicacidEPA；廿二碳六烯酸docosahexenoicacidDHA；十八碳三烯酸octadecatrienoicacid等。,8多糖和糖苷类化合物,多糖和糖苷参与体内细胞各种生命现象的调节，能激活免疫细胞提高机体免疫功能，而对正常细胞无毒副作用，具有开发潜力的海洋多糖化合物包括螺旋藻多糖、微藻硒多糖、紫菜多糖、玉足海参粘多糖、海星粘多糖、扇贝糖胺聚糖、刺参粘多糖、硫酸软骨素A、透明质酸、甲壳质及其衍生物等。,被囊动物,软体动物,腔肠动物,棘皮动物,浮游生物,腔肠动物,棘皮动物,被囊动物,软体动物,苔藓动物,莽草酸酯,类异戊二烯,聚酮类,海绵及其活性代谢产物研究进展,一、海绵动物概述,海绵(Sponges)隶属于多孔动物门（Porifera，也称海绵动物门Spongia），最原始的低等多细胞动物海绵动物中的领鞭毛细胞与原生动物(真核单细胞)领鞭毛虫相似，但在后生动物中不存在，可能是多细胞后生动物进化上的一个侧枝，因此也叫侧生动物(Parazoa)。主要特征：体表多孔、不对称或辐射对称、具双胚层和水沟系、无消化腔和神经系统、主要营水中固着生活。现有海绵10000种左右，绝大多数生活于海洋中与人类生活密切相关建筑材料装饰物品情感表达医药原料,1、海绵动物的主要特征,不对称体型大多为不规则管状、瓶状、块状、树枝状或球状等少数为辐射对称,有细胞分化，无器官和组织体壁由皮层、胃层以及两者间的中胶层组成皮层：由扁细胞或其分化的肌细胞和孔细胞组成，具保护作用胃层：由具鞭毛的领细胞组成，调节水流、摄取和消化食物中胶层：为胶状物质，由变形细胞、芒状细胞和原细胞等组成，分泌钙质、形成海绵纤维(支撑和保护作用)、消化食物、生殖或神经传导,3种水沟系海绵动物特有的结构，具有摄食、呼吸、排泄和有性生殖等功能，是适应水中固着生活的结果。,不同类型的骨骼海绵动物中胶层内特有的骨骼（钙质、硅质、硬蛋白）是分类的重要依据，具有支持和保护作用骨针：钙质或硅质，单轴、三轴、四轴、多轴海绵丝：由硬蛋白组成，单独或与硅质骨针共存于体壁，呈网状,发育过程中的逆转现象,海绵动物的生殖具有无性生殖和有性生殖两种方式无性生殖出芽：由海绵体壁的原细胞向个体顶端聚集形成芽体，与母体脱离后长成新个体，或者不脱离母体形成群体芽球：非生殖方式，为海绵动物度过恶劣气候等不良环境的形式。环境不良时，海绵动物中胶层一些储存了丰富营养的变形细胞聚集成堆，外面分泌一层角质膜，同时部分骨针细胞在角质膜上分泌出许多盘头或短柱形骨针，形成芽球；当成体死亡后，这些芽球可以生存下来；条件适合时，芽球发育成新个体,有性生殖海绵为雌雄同体(monoecy)或雌雄异体(dioecy)。原细胞或领细胞分别发育为精子和卵。受精：卵位于中胶层，精子不直接进入卵，而是由领细胞吞食精子后，失去鞭毛和领，成为变形细胞，将精子带入卵。逆转(inversion)：钙质海绵(如：毛壶属Grantia、樽海绵属Sycon、白枝海绵属Leucosolenia及寻常海绵纲的糊海绵属Oscurella等)的受精卵进行卵裂，形成囊胚之后，动物极的小细胞向囊胚腔内生出鞭毛；另一端的大细胞中间形成一个开口，造成囊胚腔内的小细胞由开口处倒翻出来，小细胞具鞭毛的一侧外翻到囊胚的表面。动物极的一端为具鞭毛的小细胞，植物极的一端为不具鞭毛的大细胞，称为两囊幼虫(amphiblastula)，幼虫从母体出水孔随水流逸出，然后具鞭毛的小细胞内陷，形成内层，而另一端大细胞留在外边形成外层细胞，与其他多细胞动物原肠胚形成正相反(其他多细胞动物的植物极大细胞内陷成为内胚层，动物极小细胞形成外胚层)。,海绵的再生,海绵的再生能力很强将海绵切成小块，每块都能独立生活，而且能继续长大将不同种的海绵捣碎过筛，再混合在一起，同一种海绵能重新组成小海绵个体，如：将细芽海绵属（Microciona）与穿贝海绵属（Cliona）海绵分别捣碎成细胞悬液，两者混合后，各按自己的种排列和聚合，逐渐形成了橘红色海绵与黄色海绵。用细胞松弛素（cytochalasin）处理分离的海绵细胞，能抑制其分离细胞的重新聚合。,2、海绵动物的种类,已知的海绵约有10000种，其中绝大多数生活在海水中，仅有1科约150种生活在淡水中我国海域记载的海绵动物约有200余种根据骨骼特点可分为3个纲钙质海绵纲(Calcarea)六放海绵纲(Hexactinellida)寻常海绵纲(Demospongiae),钙质海绵纲Calcarea,钙质骨针，单轴型、三轴型和四轴型，大小不一，形状多样。骨针顶端常突出体外，使海绵呈刺状；典型的钙质海绵为辐射对称的瓶状，顶端是出水口。三种沟系均存在，体型一般很小，常呈暗灰色或灰色，一般在10cm之下。全部海产，大多生活在浅海。分两个目：同腔目(Homocoela)：单沟型，体壁薄，无褶叠，领细胞连续分布于中央腔，如：白枝海绵(Leucosolenia)异腔目(Heterocoela)：双沟型或复沟型，体壁较厚、褶叠，领细胞分布于放射管或鞭毛室内，如：毛壶(Grantia),六放海绵纲Hexactinellida,硅质骨针，呈六放型，或硅质丝联合成网格状骨骼。体型较大，单体，常呈辐射对称的瓶状、柱状、瓮状或漏斗状，可达1090cm，一般灰白色，中央腔发达，鞭毛室呈放射状排列，双沟型。体表面为薄膜状的合胞体，无扁平细胞。合胞体膜上有许多进水孔，薄膜状表皮内接膜垂，有原始生殖细胞及其衍生物，如：贮藏细胞和生殖细胞等。大多生活在450900m或更深的海底(5000m)，尾端常以硅质丝固着于泥沙质海底。分为两个目：六放星目(Hexasterophora)：小骨针为六放型，如：偕老同穴(Euplectella)，体呈花瓶形或柱形，后端有硅质丝固着在深海软泥底双盘目(Amphidiscophora)：小骨针双盘形，两端具钩，如：佛子介(Hyalonema),寻常海绵纲Demospongiae,海绵动物门最大纲，约80的海绵动物属于本纲。硅质骨针或海绵丝，或两者联合。硅质骨针为单轴骨针和/或四射骨针，非六放型，骨针多埋在海绵丝中形成网状。体大、不规则，复沟型。因具色素的共生藻在变形细胞间沉积使身体呈明亮的颜色，不同的种具有固定的色彩。分布于浅海到深海，极少数生活于淡水中，如：针海绵(Spongilla)。分3个亚纲：单轴海绵亚纲(Monaxonida)：骨针为单轴型，具或不具海绵丝，体型多样，主要生活在浅海，少数深海。大多数普通海绵属本亚纲，如：穿贝海绵(Cliona)。四射海绵亚纲(Tetractinellida)：骨针四放型，无海绵丝，个体常呈圆形或扁平形，浅海生活，如：四射海绵(Thenea)。角质海绵亚纲(Keratosa)：由海绵丝构成网状骨骼，无骨针，群体体积较大，多呈圆形，表面皮革状，色暗，如：沐浴海绵(Euspongiaofficinalis)、马海绵(Hippospongiaequina)等,3、海绵动物的分布,绝大多数海绵生活在海水中，极少数分布于淡水固着生活（海底、岩石、贝类、寄居蟹等）大多栖息在有海流流动的海底或河口地带从潮间带到9000m深海、从热带海洋到南极均有分布与其他生物的关系共生，如：海绵和海葵、海藻附生，如：皮海绵与寄居蟹寄生，如：剑水蚤与海绵,二、海绵动物的应用,沐浴或脓液吸收，如：浴海绵工艺品，如：偕老同穴海水净化和污染物降解光纤制造，如：一些生长在深海海底的海绵药用活性成份如：从冈田软海绵Halichondriaokadai中分离到的软海绵素HalichondrinB是一种非紫杉醇类的微管抑制剂，衍生物Eribulinmesylate于2010年10月被日本卫材株式会社开发成治疗晚期乳腺癌的药物Halaven,三、海绵活性代谢产物研究进展,结构多样性活性多样性,Agelasphins及其衍生物KRN7000,脑苷脂Agelasphins是一种分离自海绵Agelasmauritianus的-半乳糖基神经酰胺抗肿瘤：B16黑色素瘤免疫刺激：免疫杀伤T细胞抗肿瘤免疫治疗：肺癌I期、骨髓癌II期、慢性HCVII期,BengamideA和B,杂环化合物BengamideA和B，1986年分离自富士海域的一种Jaspidae科海绵抗肿瘤抗菌/抑菌抗线虫Nippostrongulusbraziliensis甲硫氨酸氨基肽酶抑制剂衍生物LAF389，美国Novartis(Ciba-Geigy)公司，抗肿瘤I期临床，已撤销,Contignasterol(IZP-94005,IPL576092),Contignasterol(IZP-94005,IPL576092)，1990年分离自海绵Petrosiacontignata抗哮喘（过敏）是一种组氨酸阻断剂，可抑制组胺的生物合成IPL576092，美国AventisPharma公司，抗哮喘药物临床II期治疗眼睛和皮肤炎症的药物，临床II期,Dictyostatin,大环内酯类化合物Dictyostatin，1994年分离自一种未鉴定Spongia属海绵抗肿瘤活性，尤其是对一些紫杉醇耐药肿瘤具有良好的效果具有稳定微管的作用抗肿瘤临床前研究阶段,Discodermolide,内酯类化合物Discodermolide，1987年分离自巴哈马深海海绵Discodermiadissoluta抗肿瘤是一种免疫抑制剂，并具有稳定微管的作用美国NovartisPharmaAG，胰腺癌等耐药肿瘤I期临床，与紫杉醇联合用药对肺癌有更好效果,Debromohymenialdisine(DBH),生物碱类化合物Debromohymenialdisine(DBH)，分离自浅海海域海绵Stylotellaaurantium抗Alzheimer病抗骨关节炎对细胞周期G2期DNA损伤中的checkpoint酶具有高度的选择性抑制作用美国GenzymeTissueRepair公司，抗Alzheimers，临床I期,Girolline(Girodazole),咪唑类化合物Girolline(Girodazole)，分离自海绵Pseudaxinyssa(Cymbastela)cantharella抑制蛋白质合成抗肿瘤I期临床，终止。副作用：高血压和精神紧张,Hemiasterlins(H-286),寡肽类化合物Hemiasterlins(H-286)，分离自海绵Auletta和Siphonochalin细胞毒活性抑制微管的聚合和组装抗肿瘤药物临床前研究,Lasonolides,大环内酯类化合物Lasonolides，1994年分离自墨西哥湾深海海绵Forcepiasp.抗胰腺癌抗真菌抗肿瘤临床前研究,Latrunculins,大环内酯类化合物Latrunculins，分离自红海海绵Latrunculiamagnifica和Negombatamagnifica细胞毒活性干扰细胞有丝分裂的极化和微丝的组装抗肿瘤临床前研究,Laulimalide及其衍生物,大环内酯类化合物Laulimalide，分离自太平洋海绵Cacospongiamycofijiensis、Hyatellasp.、Fasciospongiasp.和Dactylospongiasp.抗肿瘤微管抑制剂抗肿瘤临床前研究,Manoalide,倍半萜类化合物Manoalide，分离自印度洋-太平洋海绵Luffariellavariabilis抗菌活性，治疗感染引起的银屑病镇痛活性，治疗风湿性关节炎抗炎活性，抑制磷酸脂酶A2(PLA2)活性爱尔兰AllerganPharmaceuticals公司，银屑病治疗的临床II，因难以透过皮肤而终止；目前该公司正在将其开发成PLA2抑制剂探针的研究,ManzamineA,ManzamineA是一种分离自海绵Haliclonasp.的大环内酯类化合物抗疟抗HIV抗结核病抗HIV临床前研究,Salicylihalamides,Salicylihalamides是从西澳大利亚海域一种海绵Haliclonasp.中分离到的大环内酯类化合物抗肿瘤活性，是一种Vo-ATPases抑制剂因Vo-ATPases介导了骨质的再吸收过程，具有潜在治疗骨质疏松及相关疾病的功能临床前研究,PelorusideA,PelorusideA是从新西兰海域一种海绵Mycalehentscheli中分离到的大环内酯类化合物抗肿瘤与微管结合，阻断微管聚合，导致细胞停滞在G2-M期美国ReataPharmaceuticals公司，抗肿瘤临床前研究,Topsentins,Topsentins是一类分离自多种海绵(Topsentiagenitrix、Hexadellasp.和Spongosoritesruetzleri)的生物碱类化合物抗炎活性抗结肠癌抗Alzheimers临床前研究,四、实例软海绵素的研究,软海绵素(Halichondrins)是从冈田软海绵Halichindriaokadai和Lissodendoryxn.sp.1等海绵中分离到的一类聚醚大环内酯类化合物(如：HalichondrinB和异高软海绵素isohomohalichondrinB等)，具有很强的抗肿瘤活性,结构特征1个新颖的2,6,9-三氧三环3.3.2.03,7-葵烷体系(环CE)1个22元内酯环(C-1C-30)2个环外烯基团和几个吡喃糖环和呋喃糖环,研究历史,1985年，Uemura等首次从日本的太平洋沿岸的冈田软海绵中分离到去甲软海绵素norhalichondrinA，对B16的IC50=5ng/mL1986年，Uemura等从冈田软海绵中分离到7种软海绵素：norhalichondrinB/C，halichondrinB/C，高软海绵素homohalichondrinA/B/C1987年，Blunt和Munro从新西兰海域的浅海黑色海绵Raspaliaagminata以及深海海绵Lissodendoryxtopsent中分离到软海绵素，其中后者的含量明显高于其他海绵（1mg/kg，10倍以上）1991年，Pettit等从西印度洋的Axinellasp.中分离到halichondrinB和homohalichondrinB1993年，Pettit等从太平洋海域的海绵Phakelliacarteri中分离到halistatin1、halichondrinB和homohalichondrinB，并从西印度洋海绵Axinellacf.carteri中分离到halistatin2、halistatin1、halichondrinB和homohalichondrinB,Halichondrins的化学结构,Halichondrins的生物活性及其作用机制,生物活性HalichondrinB对B-16黑色素瘤细胞株具有细胞毒活性，IC50约为0.0093ng/mlHalistatin11247M-H-176-;1085M-H-176-162-;909M-H-176-162-176-;747M-H-176-162-176-162-;601M-H-176-162-176-162-146-;469M-H-176-162-176-162-146-132-。1H-NMR,13C-NMR和HMQC也证实了6个糖残基的存在：6个糖端基碳信号(C102.8,C104.9,C105.2,C105.5,C105.6和C105.6)及6个端基氢信号H4.94(d,J=7.2Hz),H4.92(d,J=7.2Hz),H4.67(d,J=7.2Hz),H5.08(d,J=7.8Hz),H5.22(d,J=7.8Hz)和H5.24(d,J=7.8Hz)，且所有糖苷键均为构型。,通过HMQC可以确定所有氢信号和与之对应的碳信号通过COSY可以从易于分别的氢信号（比如端基氢）出发确定每一个糖环耦合系统的信号归属。与相应的甲基糖苷比较，可以发现木糖的2位、4位；葡萄糖1的3位；奎诺糖的4位和葡萄糖2的3位均向低场有很大的位移。在HMBC谱上，木糖的端基氢与BM-1苷元的3位有远程相关。说明，木糖连接在苷元的3位，糖之间的连接位点用同样方法可以确定。通过分析HMBC,COSY和NOESY，确定了BM-1的糖链结构，与bivittosideD的糖链一致。,苔藓动物及其天然活性产物研究,一、苔藓动物门(Bryozoa)概述,也称外肛动物门Ectoprocta属于真体腔无脊椎动物，营固着、群体生活，群体中的每个个体约0.5-1mm长出现于奥陶纪（4.4亿年前，第一次物种大灭绝时代）是污损生物群落的重要组成富含高生物活性成分，如：Bryostatins,二、主要特征,外被由外胚层分泌的角质或钙质虫室个体头部不明显，前端体壁外突，在口周围形成圆形或马蹄形，其上生有具纤毛的触手，组成触手冠(总担)排泄孔开口于总担的外侧无呼吸、循环、排泄系统以及视觉和听觉器官大多雌雄同体，通常以出芽方式生殖群体固着生活，群体呈枝状或匍匐状，与苔藓植物相似群体具有多态性,Bugulaplumosa,三、种类,现存种类约4000种，化石种有15000种根据总担结构的差异，分为3个纲：被唇纲（Phylactolaemata）：有触手，生活于淡水裸唇纲（Gymnolaemata）：无触手，大多生活于海洋窄唇纲（Stenolaemata）：触手纤毛环状，生活于海洋,1、被唇纲Phylactolaemata,总担呈马蹄形，口背侧具一上口突（epistome）（又称上唇，是口背侧的一体壁突起）全部为淡水生活，分布于世界各地仅含有1个目Plumatellida，分为6个科Cristatellidae、Fredericellidae、Lophopodidae、Pectinatellidae、Plumatellidae、Stephanellidae代表种，如：羽苔虫属(Plumalella)中的灌木羽苔虫(P.fruticosa)、丛匐羽苔虫(P.repens)、裂头羽苔虫(P.emarginata)和拟菌羽苔虫(P.fungosa),2、裸唇纲Gymnolaemata,总担为圆柱形，无上口突绝大多数海产，是现存苔藓动物中种类最多的纲分为2个科：Cheilostomata：包括Ascophora、Flustrina、Inovicellina、Malacostegina和ScrupariinaCtenostomata：包括Alcyonidiina、Flustrellidrina、Paludicellina、Protoctenostomata、Stoloniferina、Vesicularina、Victorellina，除Paludicellina外，全部为海产我国已报道199种，包括：鸟头草苔虫（Bugulaavicularia）和棘苔虫（Scrupocellaria）,Eurystomellabilabiata,Ropalonariavenosa,Flustrafoliacea(Linnaeus,1758),Costaziacostazi,Membraniporamembranacea,3、窄唇纲Stenolaemata,具有由环形肌肉组成的纤毛环和发达的钙化体壁。大多缺乏口盖大多属于化石种，灭绝于二叠纪末，现存仅有Cyclostomatida一个目分为6个目：Cryptostomida、Cyclostomatida、Cystoporida、Fenestrida、Hederellida、Trepostomatida,Tubuliporaflabellaris,Mesonearadians,BryozoanfossilsinanUpperOrdovicianoilshale(kukersite),northernEstonia,四、分布和生态,从极地到赤道、从潮间带到数千米海底均有分布，栖息在大陆架浅海海底，以40-150m海区数量最多大多数生活在温带海域，少数淡水产底栖、群体生活，一般附着在泥沙、船底、海洋浮标以及海藻、贝壳和鱼类等生物的体表，环境适应能力强,苔藓动物与人类的生活苔藓虫是海洋污损生物的重要组成，在船底及一些设施上形成特定的生物群落，造成不同程度的危害堵塞给水和排水管道与养殖贝类、藻类争夺附着基质，阻碍养殖生物的生长发育，导致产量下降活性成分,五、苔藓动物活性产物,1968年，Pettit研究组发现草苔虫提取物具有抗癌活性1982年，Pettit等从加尼福尼亚海域的草苔虫体内分离到一种大环内酯类化合物Bryostatin1，具有抑制白血病细胞株P388活性1982年以来，已从苔藓动物中分离到20种Bryostatins从苔藓动物中还分离到生物碱类、蓝色素、甾醇类、脂肪醛、嘧啶类、神经酰胺类和酶类等活性产物，其中的生物碱、蓝色素具有细胞毒活性,1、大环内酯类化合物Bryostatins,研究历程1968年，Pettit等证明总合草苔虫Bugulanertina的提取物具有抗肿瘤活性1982年，加利福尼亚蒙特内海域，Bugulanertina，二氯甲烷提取物，Bryostatin1，具有抑制白血病细胞株P388增殖的活性1983年，蒙特内海域，Bugulanertina，Bryostatin1的C7位脱乙酯基化合物Bryostatin21983年，蒙特内海域，Bugulanertina，由19位羟基与35位羰基环化形成的六元环内酯化合物Bryostatin31984年，墨西哥湾，Bugulanertina，C7和C26位不含有脂肪酸酯基的化合物Bryostatin41985年，日本相模湾海域，Bugulanertina，Bryostatin4-71985年，弗洛里达海域，梯口目袋胞苔科愚苔虫属Amathiaconvoluta（群体灰褐色或白色），Bryostatin5、6和81986年，弗洛里达海域，Bugulanertina，Bryostatin9、10和111987年，蒙特内海域，Bugulanertina，Bryostatin12和131995年，Bryostatin14-151996，Bryostatin16-18结构特征：Bryostatins均为脂溶性、由二十六元环组成的大环内酯类化合物,Bryostatins的分离纯化,新鲜虫体（60kg，干重）95%乙醇室温浸提(300L*4次，1周/次)合并乙醇提取液，减压回收乙醇浸膏（2kg）90%甲醇分散溶解正己烷萃取（10L*5次）正己烷萃取物（560g，无活性）含水甲醇层加水至甲醇含量80%CCl4萃取（10L*5次）CCl4萃取物（60g，P388IC50=7ug/ml）快速硅胶柱色谱（200-300目）