天然药物化学天然药物研究开发

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第十一章天然药物研究开发第2页/共72页一、概述回归自然，保护环境国内著名植物药研究单位第3页/共72页（一）天然药物的开发和应用现状：

1、国外天然药物研制现状

各国情况不同，西欧和美国植物来源药物约占25％，前苏联和东欧国家占32％，我国占42％-45％。

各国对天然药物的要求也同，美国仅允许用纯天然有效化学成份；欧洲允许用天然药物有效部位形成的制剂；日本、韩国、东南亚和南亚允许东西方两种医药体系共存，日本和我国台湾则大量使用我国传统的复方制剂。第4页/共72页

在允许使用天然药方面各国又有不同政策，对一些有毒天然药有不同程度的限制，在些国家限用乌头、马钱子等药物，有些国家甚至限用黄连和黄连素，对重金属和农药残留量则限制很严。

在天然药物的研究开发中，欧美重视开发治疗肿瘤，心血管疾病、神经精神疾病（如早老性痴呆症）和艾滋病药物，亚洲除上述疾病外，对治疗消化系统疾病、骨质疏松症、炎症、传染性疾病的天然药亦很重视。“保健药”近年在亚洲特别是华人世界很风行。第5页/共72页

2、国外研制开发天然药物的做法有三种：

（1）将传统验方按传统用法（以汤药为主）制成颗粒剂和胶囊出售。（2）投资调查收集发展中国家使用的单味药或复方药，再从中寻找有效药物成分。（3）对一个地区的植物不论是否有记载，都加以收集进行生物活性筛选第6页/共72页3、我国天然药的研究与开发

（1）资源普查情况与新药开发优势

普查结果表明，云南具有植物药、动物药的资源优势，植物药达6157种，动物372种，在全国名列第一。云南省不仅动植物种类丰富，同时有25个民族在用药。昆明植物研究所第7页/共72页

从天然药物开发和应用的技术水平分析，有下面几种情况：原料药，这在我国的市场上占了很大比例，亦即传统意义上的中药；制剂或提取物，通过一些简单的加工制成，中成药大多来源于此；纯天然有效化学成分，美国的FDA即如此要求，但近年来也逐渐放松管制。第8页/共72页

在国际市场，植物药及其制品的成效额约为300亿美元，而我国中药出口额仅占其中的3.3％左右，约10亿美元，其中主要为中药材和中药饮片。

中药出口的主要对象则集中的东南亚、日本、韩国、我国港澳台地区及北美和西欧华人居住地。

我国港澳台地区的中药出口额占国际市场成交额的31.4％，日本占28％，东南亚占19％。韩国仅高丽参一项创汇近2亿美元，日本仅救心丹一个品种创汇近1亿美元，欧洲一个银杏制剂的销售额达5亿美元。第9页/共72页新药:未曾在中国境内上市销售的药品（二）新药种类

1、未在国内上市销售的从植物、动物、矿物等物质中提取的有效成分及其制剂。

2、新发现的药材及其制剂。

3、新的中药材代用品。

4、药材新的药用部位及其制剂。第10页/共72页

5、未在国内上市销售的从植物、动物、矿物等物质中提取的有效部位及其制剂。

6、未在国内上市销售的中药、天然药物复方制剂。

7、改变国内已上市销售中药、天然药物给药途径的制剂。

8、改变国内已上市销售中药、天然药物剂型的制剂。

9、已有国家标准的中药、天然药物。第11页/共72页第一种形式：经过文献、民间调研或现代药理实验，发现某种动植物、矿物或微生物的药用价值，然后开发——新药（新药材及其炮制品）二、天然药物的研究开发程序（一）从天然药物或中药中开发新药的主要形式：第12页/共72页第二种形式：根据动植物的亲缘关系，开发替代资源。解决现有贵重药材资源不足的问题。黄连、黄柏→三颗针；人参→人参茎叶第13页/共72页第三种形式：复方药的开发。临床验方、现有中药、中成药剂型的改良。目前用的多数是复方制剂。第四种形式：开发有效部位（有效成分基本明确的成分组群，质量易于控制，疗效稳定）。如：地奥心血康、银杏叶制剂。第14页/共72页第五种形式：中药西制。有效成分—先导化合物—单体新药。青蒿素→蒿甲醚；地高辛→β-甲基地高辛

第15页/共72页

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。不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：

(1)药效不理想；

(2)存在一定的毒副作用；

(3)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；

(5)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,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-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。

第16页/共72页三、从天然药物或中药中开发新药的三个阶段：1.临床前研究原料保障供应研究有效成分研究药效学研究制剂工业化研究2.临床研究3.试生产5~8年时间10~15年时间第17页/共72页天然药物活性成分

研究方法

第18页/共72页从天然药物或中药中开发创新药物关键：

能否从天然药物或中药中分离得到有药用价值或潜在药用价值的活性化合物。第19页/共72页实地调查文献调查资源调查原植物鉴定与处理成分的预试验提取和分离活性筛选一、原生生物活性成分研究第20页/共72页对文献、临床、民间用药调研筛选A部分体外活性评价

确定药物原材料有效部位DCB体内活性评价提取，粗分（水煮、醇沉——梯度萃取）E第21页/共72页有效部位有效成分结构鉴定结构修饰药理、毒理研究分离有效成分临床试验新药按一类新药研究途径活性筛选第22页/共72页二、药物活性筛选（一）药物的筛选有两种方法：1．分离纯化得到纯品化合物，然后再进行活性测试。

优点：

(1)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。缺点：

(1)如果选择的分离方法不当，活性化合物丢失的可能性极大。

(2)对于极微量活性化合物，这种方法很容易漏检第23页/共72页（一）药物的筛选有两种方法：2．在活性筛选方法的指导下进行化合物的分离提取(BioassayDirectedSeparation)。在供试样品的活性确定以后，选用简易、灵敏、可靠的活性测试方法作指导；在分离的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，跟踪其中活性的部分。第24页/共72页缺点：

(1)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配合。第25页/共72页

优点：

(1)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，故发现新化合物的可能性很大。

(2)如果分离过程的某一阶段，如因分离方法或材料选择不当，导致活性化合物的分解变化或流散时，还能迅速查明原因，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，这是一种较好的方法。第26页/共72页（二）药物的筛选体系

1．体外活性测试离体组织器官、细胞、酶、分子等水平的体外实验体系

体内活性测试整体动物实验3.二者结合第27页/共72页（三）药物的筛选技术1．高通量筛选（highthroughputscreeningtechnology）

20世纪80年代后期发展起来的用于寻找新药的高新技术,高通量药物筛选的基本特点是对大量样品的随机筛选,这种方式正是发现创新药物的基本要求。因此，高通量药物筛选也就成为发现新药、开发创新药物的主要方式之一。第28页/共72页

高通量药物筛选是在传统的筛选技术基础上，应用先进的分子生物学、细胞生物学、计算机、自动化控制等高新技术，建立的一套更适合于药物筛选的技术体系。它以分子水平和细胞水平的实验方法为基础，以微板形式作为实验工具载体，以自动化操作系统执行实验过程，以灵敏快速的检测仪器采集实验数据，以计算机对实验获得的数据进行分析处理，在同一时间内对数以千、万计的样品进行检测，并以相应的数据库支持整个技术体系的正常运转。第29页/共72页2．高内涵筛选（HighContentScreening，HCS）

指在保持细胞结构和功能完整性的前提下，同时检测被筛样品对细胞形态、生长、分化、迁移、凋亡、代谢途径及信号转导各个环节的影响，在单一实验中获取大量相关信息，确定其生物活性和潜在毒性。第30页/共72页2．高内涵筛选（HighContentScreening，HCS）

从技术层面而言，高内涵筛选是一种应用高分辨率的荧光数码影像系统，在细胞水平上检测多个指标的多元化、功能性筛选技术，旨在获得被筛样品对细胞产生的多维立体和实时快速的生物效应信息。高内涵筛选技术的检测范围包括：靶点激活、细胞凋亡、分裂指数、蛋白转位、细胞活力、细胞迁移、受体内化、细胞毒性、细胞周期和信号转导等。第31页/共72页3．计算机药物虚拟筛选

在药物设计中，一般把基于分子对接的数据库搜索方法称为计算机药物虚拟筛选。计算机药物虚拟筛选技术是利用计算机强大的计算能力，从已经建立的大规模化合物的三维结构数据库中搜寻与靶标生物大分子活性部位或结合部位相匹配的化合物，目的是从几十到上百万个分子中，发现有苗头的化合物，集中目标攻关。第32页/共72页（三）血清药化学和血清药理学进展小，一般不深入研究第33页/共72页1、高投资、高风险、高投入、高回报。2、

关键在于选择、建立先进的生物活性测试方法

有时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。3、确保供试材料具有活性

这是追踪分离活性化合物的前提，可采用多项指标、体内外进行测试加以确认。

（四）追踪分离天然活性化合物时的注意事项第34页/共72页例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第35页/共72页本方法的优点是：①活性低或含量少的化合物不至于丢失②增加了检出新化合物的机会；③可能分离得到不同作用机制的化合物

第36页/共72页（四）追踪分离天然活性化合物时的注意事项

3.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有效成分。

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中药或天然药物名称

生理活性活性筛选体系

目标活性物质

乌头

(Aconitumspp.)强心、利尿兴奋、镇痛Yagi-Hartung法（离体蛙心）

去甲基乌药碱

（Higenamine)

乌头碱类

大黄（Rheumcoreanum及R.palmatum的杂交种）健胃、缓泻

致泻活性(小鼠)番泻苷(sennoside)

茵陈蒿

(Artemisiacapillaris)利胆、抗炎

胆汁分泌促进作用

茵陈色原酮

(capillarisin)等

贝(日本产)(Babyloniajaponica)口渴、视力减退、瞳孔散大、言语障碍、便秘

atropine定量法（小鼠散瞳率试验)

surugatoxin软紫草

(Arnebiaeuchroma)止血、抗炎、抗菌、抗病毒、抗癌前列腺素PGE2生合成抑制活性

arteriolearnibinone

arnebifuranone

shikonins类

第38页/共72页（四）追踪分离天然活性化合物时的注意事项

4．注意正确比较并判断各个馏分的活性

分离过程中总是按“等剂量不等强度原则”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。

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的方法或试剂。

第39页/共72页（四）追踪分离天然活性化合物时的注意事项

5．传统天然药物多为汤剂，但目前我们应用的有很多脂溶性成分。（1）成分互溶、助溶；（2）提高剂量。第40页/共72页天然药物化学研究方法

第41页/共72页例：大黄泻下活性成分的研究1.初步提取分离生大黄粗粉依次用正己烷、氯仿、丙酮、乙醇、水提取，回收溶剂后，得各部分浸膏。第42页/共72页2.活性筛选各部分浸膏以大白鼠口服后观察其致泻作用作为活性追踪指标。结果如下剂量（mg/kg）提取物2050100200500正己烷氯仿2丙酮2乙醇7水441010第43页/共72页3.水溶性部分分离水提取物70g离子成分流出液水溶物正丁醇部分加水1000ml，研磨均匀，过强酸型阳离子交换树脂正丁醇萃取溶于乙醇乙醇不溶物乙醇可溶物番泻苷A丙酮重结晶第44页/共72页剂量（mg/kg）提取物58101215182050100200500水溶物乙醇可溶物17910乙醇不溶物34577910101010番泻苷A244588910101010第45页/共72页天然药物化学成分的预试验第46页/共72页

预试就是利用各类化学成分的溶解特征、化学反应特征来初步判断某类化学成分有无的预备性试验。以便制定提取分离方法。第47页/共72页化学成分的预试方法有两类:

一类为单项预试法，即根据工作的需要有重点地从某植物中检查某一类成分。如水蒸气蒸馏法直接检查挥发油类成分；用微量升华法检查葸醌类升华成分；利用强心苷的特征反应和动物实验检查植物中强心苷的存在；利用皂苷的发泡性和溶血性能检查皂苷的存在。

另一类方法为系统预试，系统预试的目的在于尽可能详尽而全面的检查植物中存在的成分。第48页/共72页化学成分的预试操作方法：

1.圆形滤纸层析法与薄层层析法

2.试管法

3.纸片斑点法

第49页/共72页预试溶液的制备

1、水提取液——糖、多糖、有机酸、皂苷、酚类、鞣质、氨基酸、多肽、蛋白质……

2、乙醇提取液——酚类、鞣质、有机酸、香豆素、强心苷、黄酮、蒽醌、甾体……

3、5%HCl-乙醇提取液——生物碱

4、石油醚提取液——甾体、萜类、脂肪油…

第50页/共72页A水提取液生药粉末10g滤液10ml剩余滤液和药渣10倍水，水浴（30-40℃）浸泡1h，过滤检查氨基酸、多肽、蛋白质水浴（60℃）10min，过滤滤液检查糖、多糖、皂苷、苷类鞣质、有机酸、水溶性生物碱第51页/共72页B中性醇提取液C酸性醇提取液生药粉末10g60ml95%乙醇，水浴回流20min，过滤滤液检查黄酮、蒽醌、香豆素、萜类、甾体生药粉末2g含0.5%盐酸的乙醇10ml，水浴回流10min，过滤滤液检查生物碱第52页/共72页D石油醚提取液石油醚10ml，放置2-3h，过滤生药粉末1g滤液检查挥发油、萜类、甾类脂肪石油醚10ml，放置2-3h，过滤第53页/共72页鉴别注意事项

1．根据各成分不同性质，选用适宜的溶剂提取，以保证成分都能被提取出来。

2．检品提取液的浓度应足以达到各该反应的灵敏度。

3．检品提取液的酸碱度（pH）值应不致影响鉴别反应中所需要的pH值。相差甚大时应事先调节。第54页/共72页

4．提取液较深时，常影响观察鉴别反应的效果，此时可适当稀释，或进一步提纯。

5．鉴别反应时应注意防止多类成分的相互干扰，以免出现假阳性，或颜色不正等情况。最好在化学鉴别的同时，做空白试验和对照试验（用已知含某类成分的中草药或纯品做阳性对照）。

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6．在鉴别试验中，如果某一类成分的几个鉴别反应结果不一致时（即有的呈阳性反应，有的呈阴性）则应进行全面分析。首先应注意呈阳性反应的试验是否属于该类成分的专一反应，否则应检查其他类成分能否产生该反应，从多方面加以判断。

中草药化学成分一般鉴别试验屯只是一个初步判断，最后确证尚需进一步提纯，以鉴定后才能予以肯定。

第56页/共72页我国天然药物化学研究还存在的问题第57页/共72页1）中药化学活性成分研究很少2）活性成分研究的思路和方法不当3）很少尊重中医药传统经验4）急功近利，急于求成5）开发存在难点：难于建立适当的活性评价模型中药制剂作用的多样性中医与西医哲学思想的差异第58页/共72页课堂练习第59页/共72页一、选择题（一）单项选择题

1．进行天然药物化学成分预试验时，欲想检查黄酮类的存在，供试液应选择（）A．中性醇提取液B．酸性醇提取液C．水提取液D．酸水提取液E．石油醚提取液A第60页/共72页2．系统预试验的基本过程是（）A．提取—分离—根据溶解性确定成分类型B．制备供试液—试管或点滴反应—根据反应结果综合分析确定成分类型C．制备供试液—色谱分析—根据色谱结果确定成分类型D．制备供试液—分析极性—根据极性不同确定成分类型E．提取—分离—用某一特定的试管反应结果确定是否属于某类成分B第61页/共72页3．试管预试液乙醇部分可检查的成分为（）A．黄酮、蒽醌、酚类B．多糖、甾类、苷类C．蛋白质、香豆素、生物碱类D．挥发油、蒽醌、酚类等E．氨基酸、鞣质、皂苷A第62页/共72页4．试管预试液水提取部分可检查的成分为（）

A．油脂B．多糖C．强心苷

D．生物碱E．香豆素5．寻找某天然药物新的活性成分是属于（）A．验证性研究B．系统研究C．引伸性研究D．单项预试验E．以上都不是BB第63页/共72页7．文献、信息的查阅和收集是下列哪项的重要工作（）A.设定研究方案之前B.了解前人是否有过研究以避免重复C．了解研究程度D．贯穿整个研究工作过程E．了解目前达到的水平及发展动态D第64页/共72页（二）多项选择题

1．水提预试液可检查的成分有（）A．生物碱B．皂苷类C．蛋白质类D．多糖类E．强心苷类BCD第65页/共72页2．为了提高预试验的准确性，可考虑采用的方法有（）A．尽量采用专属性强的检出试剂，多选择几种检出试剂B．尽量将不同类型的成分分离，必要时配合色谱预试C．选择合适的提取溶剂，采用极性递增的提取方法制备供试液D．检出时，作对照试验或空白试验E．根据植物形态特征和供试液制备方法，分析判断某部位中可能含有的类型