海洋药物学(全套)课件

海洋药物学第一章绪论?本章主要内容：?海洋药物和海洋药物学定义?海洋药物学的研究对象海洋药物研究简史国内外对海洋药物研究的投入和取得成果我国海洋药物研究存在的问题目前海洋药物研究的主要方向海洋药物学研究内容海洋药物研究发展趋势??????学科发展：?天然有机化学天然药物研究领域人类需求：?人类面临三大问题（人口、资源、环境）?疾病谱变化技术进步：?分离提取、分析与检测技术?生命科学前沿技术海药研发热潮的背景需求可能?人类生存环境的调节器?人类持续发展的资源宝库海洋海洋生物资源海洋环境：物理、化学、生物三个过程耦合的复杂体系海洋生物资源生物多样性生物圈：海洋占关键地位基因多样性化合物多样性结构：多样独特，卤素取代，杂原子活性：多样显著已知20万种海洋生物基因库地球生物：微藻海洋80％（10/12门）2万化合物,500个/年新化合物成药上市：头孢霉素阿糖胞苷阿糖腺苷竽螺毒素中国2000个：微生物种类繁多几乎分布在所有海洋生态系中海洋食物链的基础中国上市：藻酸双酯钠甘糖酯河豚毒素多烯康烟酸甘露醇大量研究证明：?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。1.分子量小于500；2.氢键给体数目小于5；3.氢键受体数目小于10；4.脂水分配系数小于5；5.可旋转键的数量不超过10个。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。海洋药物学：?应用现代化学和生物学技术从海洋生物中研究和开发新的药物的一门新兴的交叉应用学科。?是以海洋化学、海洋生物学、药物学等为基础，是以海洋活性物质为主要研究对象，是陆生生物天然产物研究的拓展和延伸；?是药学研究和新药开发的一个新的领域。研究领域涉及药物化学、药理学、分子生物学、基因工程、遗传学、生物资源学、临床医学等众多相关学科。海洋药物学海洋生物学化学药物学海洋药物学—一门交叉学科生物医学中重要的海洋生物（微生物除外）海洋生物海藻海绵腔肠动物软体动物棘皮动物种数30000海洋生物被囊动物种数2000200050009004000海洋生物八放珊瑚海葵种数1000800~100010000海蛇尾纲动物10000750006000苔藓虫纽虫珊瑚海胆和海参1400环节动物2000珊瑚(Coelenterates)海葵(Actiniaria)海绵(Sponges)海藻(Algae)软体动物(Mollusca)红树植物(MangrovePlants)?就海洋药用资源的研究而言，从20世纪70年代开始，在国际上兴起了海洋天然产物研究的高潮.?经30余年的发展，各国研究人员已从不到1%的海洋生物种群中发现各种具有生物活性的天然产物1.5万余种，它们广泛分布于海洋微生物、海洋植物以及海洋动物中，这些天然活性成分主要包括抗生素类、萜类、生物碱类、聚醚类、多糖类、多肽和蛋白质等.?它们在抗肿瘤、抗病毒、抗菌、抗心血管疾病以及抗衰老等领域具有广阔的应用前景，其中有一些活性成分，如：Ara-A、DidemninB、Dolastatin10和Bryostatin1等，已海洋天然产物研究状况30,000余种化合物（截至2014年6月）生物来源海绵、海鞘、软珊瑚、软体动物、苔藓虫、棘皮动物、海藻、微藻、细菌、真菌等各类海洋生物（共22门，1,822属，3,018种）结构类型萜类、生物碱、大环内酯、皂苷类、甾醇、聚醚类、生物碱、肽类、核苷类、杂环、酰胺类、喹啉酮类、有机酸类、多糖、蛋白质、脂肪酸结构特点多卤素（氯、溴、碘及氟）取代；多含氧、氮及硫等；生物活性靶点:离子通道、信号转导通路（PKC）、微管蛋白、DNA等活性：抗肿瘤、抗病毒、抗真菌、镇痛、镇静、抗炎、抗辐射、抗凝、抗栓、治疗心肌缺血、脑缺血、动脉粥样硬化、动静脉炎四、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。?目前，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。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、俄等国家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。?目前海洋药物研究取得的成果?迄今为止，全球有40余种海洋新药进入临床研究：?从总合草苔虫（Bugulaneritina）分离得到的大环内酯苔藓虫素A（bryostatinA，抗肿瘤作用）。?从海洋被囊动物Aplidiumalbicans分离得到的环肽化合物脱氢膜海?其中进入Ⅱ期临床研究的海洋药物有以下几种：鞘素B（dehydrodidemninB，作为蛋白合成抑制剂能抑制细胞分裂，具有抗肿瘤作用。?从海洋被囊动物Ecteinascidiaturbinate的海鞘素Et743（使DNA烷基化，具有抗肿瘤作用）。?从海洋软体动物Dolabellaauricularia中分离得到的海兔毒肽dolastatin10（抑制微管形成，具有抗肿瘤作用）。?从软海绵（Halichondriaokadai）中分离得到的软海绵素（halichodrinB，与微管结合，具有抗肿瘤作用）。?其他如海绵毒素（spongistatins）、异同源软海绵素B（isohomokalichondrinB）、隐藻素（cryptophycins）等亦已进入临床研究。?美国NCI的科学家从海洋蓝细菌分离到一个由101个氨基酸组成的抗HIV蛋白cyanovirin-N（CV-N），它能与HIV表面的gp120结合，阻断病毒对宿主细胞的粘附和入侵；?CV-N对不同株HIV均有显著的抑制活性：如对HIV-1(IIIB)（以MT-2为攻击细胞）的EC50为0.00016mol/L，对HIV-1(MN)的EC50为0.0023mol/L，对HIV-1(89.6)（以PBL为攻击细胞）的EC50为0.0073mol/L，对HIV-1(89.6)（以Mo/M为攻击细胞）的EC50为0.0368mol/L，对HIV-1(RF)（以CEM-SS为攻击细胞）的EC50为0.0001mol/L。?CV-N亦已进入临床研究。我国海洋药物研究的状况?我国的海洋天然产物研究起始于上世纪70年代，至今已有30多年的历史。?曾陇梅等学者对我国南海的珊瑚类动物进行了较系统的化学成分研究，1985年发现具有双十四元环的新型四萜。?上世纪90年代以后，对我国海洋中的海绵、珊瑚、棘皮类动物、草苔虫、海藻及海洋微生物进行了广泛的研究。迄今已研究的海洋生物估计约有500多种，申请获得的发明专利约50余件，并有多种海洋药物获得新药证书或进入临床研究。海洋天然产物、海洋多糖、海洋微生物和海洋生物技术的研究成为我国海洋药物研究的四大特点。?我国海洋药物取得的成果毒素、角主主烯、多烯康、烟酸甘露醇；?6种海洋药物获国家批准上市：藻酸双酯钠、甘糖酯、河豚?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，海鞘素A、B、C，扭曲肉芝酶，刺参多糖饵注射液和膜海鞘素等药物。我国一些其他的具有潜力的海洋药物?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。?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-聚甘酯”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蓝蛋白；?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。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。2、对海洋药用生物资源缺乏系统评估：?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。3、部分重要海洋药用生物资源趋于枯竭：?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。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毒素??海洋功能食品的研究开发八、海洋药物研究发展趋势（一）海洋生物活性成分的研究１、海洋天然活性成分的发现?海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。２、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。3、药源问题－瓶颈因素RequirementComprehensivepharmacologicalevaluation:hundredsofmilligramsClinicalstudies:gramsMarket:1–5kg=3,000–16,000tonssponge/year组织/细胞培养人工捕捞有机合成Strategies1.ChemicalSynthesis?Complexstructures,richincentersofasymmetry2.Harvestingwildinvertebrates?Lowyields:<10-6%wetweight(ppm,ppb)3.Mariculture(Aquaculture)?Farawayfromneeded,uncertainties4.Cellculture?Longway5.Fermentationofmicroorganisms?Mostpossibility药源问题海水养殖微生物发酵转基因表达３、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。?采用化学合成的方法进行化合物的全合成是解决药源问题的一个重要手段，如草苔虫内酯1和海鞘素Ｂ均已成功地进行了全合成，但不少成分结构非常复杂，全合成难度大、成本高，不易形成产业化。?采用人工养殖或模拟天然条件进行室内繁殖研究，美国斯坦福大学已成功进行了草苔虫实验室繁殖研究。?运用组织细胞培养和功能基因科隆表达也是解决药源问题的一个新的发展方向。（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。化合物结构测定方法的建立及现代功能学检测方法的飞速发展，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。?3、海洋药物基因工程是利用海洋生物的药用基因生产海洋药物，或以海水养殖生物作为药物基因表达系统，以获得质优、量足廉价的药物。利用海洋生物生产基因工程口服药物和疫苗，既能利用海洋生物生物量大、生产成本低的特点，又能避免表达后从海洋生物中提取、纯化的复杂性。（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。１、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。２、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。３、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。（１）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。（２）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。４、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。（１）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。（２）对已获得的海洋天然产物进行结构修饰或结构改造。（３）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。５、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。（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。化学防御机制启迪药物发现H2NH2NCys1Cys25Cys16Lys24Gly23Ser22Arg21Thr17Gly18Ser19Cys20Lys7Cys8Ser9Arg10Lys2Gly3Ala6Lys4Gly5Cys15Asp14Tyr13Met12Leu1110个成年人40起死亡病例100多种化合物雪茄螺ziconotide,ω-contoxinMVIIA(SNX-11)竽螺（鸡心螺）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。结语海洋药物研究是药学研究的新领域，经历了几个重要的发展时期，已取得一系列进展，显示出这一新兴学科领域广阔的发展前景。药源问题是海洋药物研究与开发的制约因素之一。寻找可人工再生的、对环境无破坏的、稳定的、经济的药源已成为海洋药物研究领域最紧迫的课题。综合运用基因工程、发酵工程、细胞工程、化学生态学等方法和技术，开辟新的资源领域，对今后海洋天然产物及海洋药物研究将产生重要的推动作用。主要参考书目?《现代海洋药物学》，易阳华主编，科学出版社。?《海洋药物导论》，易阳华主编，上海科学技术出版社。《海洋生化工程概论》，王长海著。化学工业出版社。??《海洋活性化合物手册》，林永成，化学工业出版社。《海洋微生物及其代谢产物》，林永成，化学工业出版社。?第二章海洋生物活性物质一、什么是海洋生物活性物质？海洋生物活性物质是指海洋生物体内含有的对生命现象具有影响的微量或少量物质，主要包括海洋药用物质、生物信息物质、海洋生物毒素产生物、功能材料等什么是海洋生物制药？海洋生物制药是指应用海洋生物具有明确药理作用的活性物质，按制药工程进行系统的研究，研制成为海洋药物的制药工程二、海洋生物的多样性从生物多样性的观点来看，很少人了解海洋生物多样性其实远比陆地生物来的更为丰富珍贵。如目前所发现的34个动物门中，海洋其实就占了33个门，而且其中有15个门的动物只能生活在海洋的环境。这个悬殊的比例显示海洋是保存地球上绝大部份生物多样性的地方。三、海洋生物活性物质的多样性1.多糖类2.聚醚类3.大环内酯4.萜类5.生物碱6.环肽7.甾醇8.苷类9.不饱和脂肪酸10.其他化合物四、海洋生物活性物质的研究与发展方向1国外海洋药物发展现状●走在这一领域前列的是美国、日本及欧共体，最近发展很快的是韩国。●在过去的几十年间，6000多种海洋天然产物被发现，其中有重要生物活性并已申请专利的新化合物有200多种，而在70年代只有少数几个有关前列腺素的专利申请，80年代至今则数量大增,我国的海洋药物的研究工作始于上个世纪90年代，发展也很迅猛。?美国：国家研究委员会(NationalResearchCouncil)和国立癌症研究所(NationalCancerInstitute)每年用于海洋药物开发研究的经费各为5000多万美元;近年来,美国国立卫生研究所的海洋药物研究资金已增加到全部研究资金的11%以上,与合成药、植物药基本持平。?日本：日本海洋生物技术研究院(JapaneseMarineBiotechnologyInstitute)及日本海洋科学和技术中心(JapanMarineScienceandTechnologyCenter)每年用于海洋药物开发研究的经费约为1亿多美元。?欧盟:海洋科学和技术(MarineSciencesandTechnology,简称MAST)计划每年用于海洋药物开发研究的经费也有1亿多美元。2海洋药物研究前沿丰富的海洋生物资源无疑是天然药物的重要来源。海洋药物研究的物质基础是海洋天然产物，20世纪60年代初日本学者对河豚毒素的研究是人类对海洋天然活性成分研究的开端。2.1海洋抗肿瘤活性物质抗癌药物是一重要的医药大类品种。陆地资源正在枯竭，科学家预言，最有前途的抗癌药物将来自海洋。海洋抗癌药物研究在海洋药物研究中一直起着主导作用，现已发现海洋生物提取物中至少有10％具有抗肿瘤活性；从海洋植物获得的化合物3.5％具有抗癌或细胞毒活性。美国每年有1500个海洋天然产物被分离出来，其中1％具有抗肿瘤活性。2.2海洋抗病毒活性物质抗病毒海洋生物活性物质主要存在于海绵、珊瑚、海鞘、海藻等海洋生物中，其活性成分主要有硝类、核苷类、生物碱和其它含氮多糖杂环类化合物。虽然从海洋生物次生代谢产物中已筛选出一批抗病毒活性成分，但能进入临床或临床前研究的先导化合物仍为数不多。2.3海洋脑血管活性物质抗心血管疾病的海洋生物活性物质真正用于临床和投放医药市场的尚不多，但我国在这方面取得了可喜的成绩。从中国南海小棒短指软珊瑚Sinulariamicrolavata中分离到的柳珊瑚自醇Gorgosterol具有明显的抗心律失常和抗心肌缺血作用，能舒张血管、降低血压、减慢心率及减少心肌耗氧量作用，有望开发成心血管疾病药物。以牡蛎为主要原料的“东海三豪”等保健品具有降血脂、软化血管和改善微循环作用。利用海藻加工成的“脉怡康”、“必索”及螺旋藻制剂等对高脂血、动脉粥样硬化具有良好的预防和治疗作用，以合浦珠母贝Pinctadamartensii（Dunker）提取物制成的珍珠精母注射液，治疗子宫出血疗效显著，已被国家计生委推荐为计生用药。2.4海洋抗菌抗炎活性物质从海洋生物中提取分离的抗菌、抗炎化合物有脂肪酸类、糖酯类、丙烯酸类、苯酚类、溴苯酚类、吲哚类、酮类、多糖类、多肽类、N－糖昔类和β-胡萝卜素类等。最早一批海洋药物即是抗菌药物，如头抱菌素类抗生素早已用于临床。1.海洋动物的多糖及糖苷类化合物1.1壳多糖和甲壳胺壳多糖(chitin)又称几丁质。几丁质是广泛存在于自然界的一种含氮多糖类生物性高分子，主要的来源为虾、蟹、昆虫等甲壳类动物的外壳与软件动物的器官（例如乌贼的软骨），以及真菌类的细胞壁等。甲壳胺，是甲壳类动物（如虾、蟹）、昆虫和其他无脊椎动物外壳中的甲壳中的甲壳质，经脱乙酰化（提取）制得的一种天然高分子多糖体，是动物性的食物纤维。优势：（1）唯一性：自然介唯一的带正电荷活性基团的纤维素。（2）人体必需的：人体健康和存必需的第六无素，改善人体进入健康状态。（3）安全无毒副作用：100%的纯天然海洋生物制品。（4）营养加保健：有食物的营养，又具有辅助治疗的双重作用。（5）独特的双向调节：具双向免疫调节作用——免疫激活作用和免疫抑制作用。（6）易吸收利用：具生物适应性，易与机体亲和，被人体利用。（7）高纯度、高品质：现代高科技的奉献，指标国际领先，脱乙酰度高达90%以上。效能：（1）免疫机能活性化作用（2）防止癌细胞转移的作用（3）抑制癌症的作用（4）改善酸性体质效果（5）除菌作用（6）改善糖尿病作用（7）增加肠内有益菌作用（8）镇痛止血效果（9）抑制高血压的效果（10）强化肝机能作用1.2海参多糖海参里有“海参粘多糖”物质，糖尿病病人可以吃嘛？此“糖”和彼“糖”有什么区别呢？“海参粘多糖”是“多糖”的一种，“多糖”不是“糖”，他们是有区别的。糖尿病患者可以吃。海参粘多糖是海刺参中的精华，海参属于氨基多糖重要来源之一的棘皮类动物，其多糖含量和硫酸化程度远高于其它传统补品。粘多糖的生物合成起始于核心蛋白，是蛋白多糖的糖链部分。海参粘多糖具有提高机体免疫力、对抗心血管形成、抑制栓塞形成、对抗某些组织培养细胞的特异性病变、抗炎等多种作用。所以，它是糖尿病患者的优良补品。1.3鲨鱼软骨多糖鲨鱼软骨骨胶质中的一种特殊物质——硫酸软骨素。鲨鱼软骨素是从海洋之王鲨鱼的软骨中提出的硫酸软骨素。硫酸软骨素作为一种蛋白多糖,是人类关节物质中重要成份。主要保健功效有:鲨鱼软骨中的软骨素可以活化人体的结缔组织,活化细胞,延缓衰老,提高机体免疫力;鲨鱼软骨中的ATT(抗新生血管生长因子)具有阻断肿瘤生长的作用,使癌细胞无法得到养分而萎缩消失,使肿瘤自然坏死;对风湿性关节炎、骨刺、干癣、红斑性狼疮有改善作用。1.4褐藻胶从海带、马尾藻等褐藻中提取的褐藻酸的钠盐、钾盐、钙盐、镁盐等制品的统称。在速冻食品中－－－－－褐藻胶为亲水性的分子，具有较强的水合性、粘结性，使馅心水分难以生成冰结晶。1.5褐藻糖胶也叫褐藻多糖硫酸酯，对治疗心脑血管疾病和早中期慢性肾衰的效果良好，无毒副作用，特别对改善肾功能、提高肾脏对肌酐清除率效果尤为显著。1.6琼胶是在红藻中提取的多糖。琼胶是琼脂的学名。用途：琼脂广泛用于制造粒粒饮料、米酒饮料、果汁饮料、水晶软糖、羊羹、午餐肉、火腿肠、果冻布丁、冰淇淋、裱花蛋糕、八宝粥、凉拌菜等等。琼脂在日化工业中用于牙膏、洗发露、洗面乳、化妆品、固体清香剂等。琼脂在化学工业、医学科研，可作培养基、药膏基及其他用途。微藻是一类在陆地、海洋分布广泛，营养丰富、光合利用度高的自养植物，细胞代谢产生的多糖、蛋白质、色素等，使其在食品、医药、基因工程、液体燃料等领域具有很好的开发前景。微藻种类繁多，微藻细胞中含有：蛋白质、脂类、藻多糖、β-胡萝卜素、多种无机元素（如Cu,Fe,Se,Mn,Zn等）等高价值的营养成分和化工原料。微藻的蛋白质含量很高，是单细胞蛋白(SCP)的一个重要来源。藻中类胡萝卜素含量较高，具有着色和营养的作用，可用来防治癌症、抗辐射、延缓衰老,增强机体免疫力等生理作用。β-胡萝卜素，对人体有致癌、致畸的作用,而顺式异构体在抗癌、抗心血管疾病功能比全反式异构体高，藻粉中β-胡萝卜素含量高达14%。藻细胞中甘油含量较高，是优质的化妆品原料,也是化工、轻工和医药工业中用途极广的有机中间体。藻多糖复合物可作为免疫佐剂增强抗原性和机体免疫功能，起到抗肿瘤的作用。螺旋藻是一类低等植物，属于蓝藻门，颤藻科。它们与细菌一样，细胞内没有真正的细胞核，所以又称蓝细菌。蓝藻的细胞结构原始，且非常简单，是地球上最早出现的光合生物，在这个星球上已生存了35亿年。它生长于水体中，在显微镜下可见其形态为螺旋丝状，故而得名。1、抗辐射损伤作用螺旋藻对免疫器官和造血组织有保护作用，这可能是螺旋藻抗辐射损伤作用的机制之一。2、抗菌作用钝顶螺旋藻对革兰阳性菌有抑菌作用，钝顶螺旋藻对革兰阴性菌无抑制作用。3、抗癌作用螺旋藻多糖对体内腹水型肝癌细胞有显着的抑制率，对癌细胞DNA、RNA和蛋白质的抑制作用均随作用时间延长而加强。4、光敏作用是一种理想的光敏剂。5、对免疫系统的强化作用6、降低胆固醇7、提高铁的生物有效性和调理贫血症8、帮助建造健康的乳酸杆菌群食用螺旋藻能使体内的乳酸杆菌增多，并使机体从饮食中吸收维生素B1和其他维生素的效率提高。9、对胃的保护作用10、减轻汞及药物对肾的毒性2.海洋动物的脂类及脂肪酸类化合物2.1鱼油和n-3系列多不饱和脂肪酸1978年，杜日贝格在流行病调查中发现，爱斯基摩人不仅冠心病、心肌梗塞的发病率很低，而且类风湿性关节炎、红斑狼疮等自身免疫性疾病也明显低于白种人。分析认为，这与爱斯基摩人大量食用北冰洋的海鱼、海兽(海狗、海豹)有重要关系。海鱼尤其是鱼油中富含二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA)，同属n-3系列多不饱和脂肪酸，是维持人体发育、生长和正常生理功能的必需脂肪酸。近10余年来，科学家们发现它们具有促进前列腺素及抑制血栓素形成的作用，从而可能起到保护血管内皮细胞，抑制血小板聚集，防止动脉粥样斑块及血管内血栓形成的作用。2.2海狗油海狗油以DHA-EPA、DPA、角鲨稀，经现代高科技工艺加工而成的营养食品。海狗油是人体血管的清道夫，还能预防动脉硬化、中风和心脏病。海狗油是高血压、冠心病、脑中风、糖尿病、风湿性关节炎、癌症等疾病患者的首选保健品。还具有滋阴补阳、补血益气、美颜美肤、强身壮骨的功效。其功效分别是：(1)EPA：俗称“血管清道夫”，具有防止血管硬化、心脑血管栓塞，降低高血压、高血脂、及胆固醇，抑制血小板凝聚等作用。适用于冠状动脉硬化和血栓，脑中风、脑溢血、脑血管障碍，高胆固醇、高血脂、高血压，手脚麻痹，心悸等各种心脑血管疾病。(2)DHA：俗称“脑黄金”，是脑组织和视神经发育及功能发挥所必须的营养物质。可用于增强记忆力，促进婴幼儿智力开发及提高智商，预防和治疗老年痴呆症。(3)DPA：在人乳和海豹油中含量最高，是鱼油及其他食品所缺乏的。它可促进和提高人体的免疫力。对糖尿病、类风湿性关节炎、牛皮癣、气喘病，溃疡性大小肠炎等均有治疗作用。(4)角鲨烯：天然抗氧化剂。有助于防癌和抗癌及滋润皮肤使其光滑而富弹性。(5)脂溶性活性物质：对于提高人体自身免疫力和调节胰岛素分泌有特殊效果。可预防和治疗类风湿性关节炎、红斑狼疮等。对糖尿病的形成有抑制作用。3.海洋动物的皂苷类化合物3.1海参皂苷海参由于环境温度低，生长期长，海参素含量丰富，海参素又名海参皂苷。海参皂苷大都具有强烈的生理活性，这些生理活性包括：抗肿瘤作用、抗真菌作用、抗放射作用、细胞毒性作用及抗胆碱作用等。3.2海星皂苷海星在世界分布广泛，其中的药理活性物质是创新药物的重要来源。近年来，海星皂苷类化合物的研究已成为国际药学界关注的重要领域和前沿课题。为弥补我国在这一领域的空白，汤海峰选择了在我国南海蕴藏量丰富的大型海星面包海星为研究样本，采用先进的层析技术、波谱解析等手段，进行提取、分离、结构鉴定及药理活性筛选等系统的研究，在国际上首次从该海星中提取分离出8个新海星皂苷——CN-5、CN-6、CN-7、CN-8、CN-9、CN-10、CN-11、CN-12。经药理活性筛选，这8个海星皂苷均对稻瘟霉模型显示不同程度的诱导菌丝变形或抑制孢子生长及显著的肿瘤细胞毒性。同时在微管蛋白体外筛选模型测试中，还发现这些新化合物具有促微管聚合活性，这与紫杉醇的抗癌作用机制相似。此外，他们在动物实验中也发现，8个新海星皂苷在荷癌小鼠体内均表现出显著的抑制肿瘤生长作用。4.海洋动物的甾醇类化合物甾醇是生物膜的重要组成部分，也是某些激素的前体。从海洋生物中分离出不同支链和多羟基甾醇，有些具有明显的抗肿瘤、降血脂、抗菌和抗病毒作用4.1海绵的多羟基甾醇从海绵中提取甾醇，海绵来源丰富，采集方便，提取的甾醇有较强的细胞毒性，对宫颈癌细胞、胃癌细胞、肝癌细胞等肿瘤细胞均有较强的生长抑制作用。4.2珊瑚的多羟基甾醇珊瑚多羟基甾醇对肺癌细胞、鼻咽癌细胞、宫颈癌细胞、胃癌细胞和肝癌细胞的生长都有一定的抑制作用，另外这种化合物还能有效地抗海洋污损生物幼虫附着，因此在制备抗癌药物和抗污剂方面都有良好的应用前景。5.海洋动物的生物碱类化合物生物碱是生物体内一类含氮有机化合物的总称，它们有类似碱的性质从海绵中分离出的mycalamide-A在体内对RNA病毒有抑制作用，是一种有希望的抗病毒和抗肿瘤的有机化合物例：河豚毒素河豚毒素是一种能麻痹神经的剧毒，通常只需氰化钾五百分之一就可置人于死地的剧毒，中毒的人会因神经麻痹而窒息而死，其中，毒素直接进入血液中毒死亡速度最快。最近，加拿大科学家却利用河豚毒素研制出一种能止痛的新型药物。这种新型特效止痛药能够有效地缓解癌症病人的疼痛。目前这个课题已经做完一期和二期的临床实验。在临床实验中医生每天给病人注射两次这种药剂，一次几微克，连续注射4天。当用药进入第3天后，患者的疼痛开始减轻。结果，有将近70％的病人的病痛得到缓解。研究人员还发现，最后一次注射停止后，止痛效果仍可延续。在一些病例中，止痛效果甚至可以延续15天。加拿大多伦多大学药理学教授爱德华·赛勒斯说，这种药物可以阻断发向大脑的有关疼痛的神经信号，其止痛效果比吗啡强3000倍。6.海洋动物的萜类活性化合物海藻和海绵中海洋萜类最为丰富倍半萜、二萜、二倍半萜居多。从海绵中分离出来的倍半萜avarol，有抗HIV的活性，虽然有些细胞毒性，但是对正常的人外周淋巴细胞无抑制作用。例：角鲨烯由6个异戊二烯组成的三萜，为淡黄色不溶于水的油状液体。具有抗肿瘤、抑制心血管疾病和增强免疫力的功能。自然界分布很广，鲨鱼肝含量较高。作用：1、保肝作用，促进肝细胞再生并保护肝细胞，从而改善肝脏功能。2、抗疲劳和增强机体的抗病能力，提高人体免疫功能。3、保护肾上腺皮之功能，提高几天的应激能力。4、抗肿瘤，尤其在癌切除外科手术后或采用放化疗时使用，效果显著，其最大的特点是防止癌症向肺部转移。5、升高白细胞的作用。7.海洋动物的聚醚类化合物来自海洋的聚醚类化合物多数是毒素，并且有强烈的生物活性，最具代表的是沙群海葵毒素，这是非蛋白中最毒的毒素，有显著的抗肿瘤作用，并促使血管强烈收缩和管状动脉痉挛。海洋毒素1.河豚毒素20世纪50年代初从红鳍东方豚的卵巢中分离得到结晶，1964年确定其结构，1971年完成全合成。河豚毒素是一种剧毒的弱碱性剧毒物质，半致死剂量是10μg/kg，但具有抗癌作用，对肝癌的抑制率在37％以上，还有局部的麻醉作用2.石房蛤毒素石房蛤(Saxidomusgiganteus)因大量摄取有毒膝沟藻(Gonyaulaxcatenella)而在体内积累的聚醚神经毒素，有很强的麻醉作用。它是海洋生物中毒性最强烈的麻痹性毒素之一，作为潜在的化学生物战剂，长期以来为国外军事研究单位所高度重视，是主要的研究对象之一。海洋毒素3.西加毒素20世纪60年代首次从中毒的鱼中分离出，是一种剧毒的聚醚类化合物致死剂量为0.45μg/kg，自然界中分布最广的一种毒素4.沙群海葵毒素海葵毒素---环外含氮类如沙群海葵毒素（palytoxin,PTX），最早是从腔肠动物皮沙海葵科沙群海葵属毒沙群海葵Palythoatoxica中分离出来的毒性极强的化合物，分子式C129H223N3O54，LD500.15μg/kg(小鼠，ip)，其卵的毒性最大，1g卵所含毒素足以杀死10万只20g体重的小白鼠，所以它是迄今为止在非蛋白毒素中毒性最强的化合物，具有抗癌、溶血等多种生物活性。大海中优美的闺秀鱼在海葵有毒的触须中从容出没，姹紫嫣红，万态千姿。海洋毒素5.涡鞭毛藻、硅藻和蓝藻等海洋生物季节性大量繁殖时，能使海水变红，称为赤潮。有些赤潮生物分泌赤潮毒素，当鱼、贝类处于有毒赤潮区域内，摄食这些有毒生物，虽不能被毒死，但生物毒素可在体内积累，其含量大大超过食用时人体可接受的水平。这些鱼虾、贝类如果不慎被人食用，就引起人体中毒，严重时可导致死亡。由赤潮引发的赤潮毒素统称贝毒，目前确定有10余种贝毒其毒素比眼镜蛇毒素高80倍，比一般的麻醉剂，如普鲁卡因、可卡因还强10万多倍。贝毒中毒症状为：初期唇舌麻木，发展到四肢麻木，并伴有头晕、恶心、胸闷、站立不稳、腹痛、呕吐等，严重者出现昏迷，呼吸困难。赤潮毒素引起人体中毒事件在世界沿海地区时有发生。据统计，全世界因赤潮毒素的贝类中毒事件约300多起，死亡300多人。已经开发的海洋药物国际上海洋药物开发的主要方向有：(1)增强机体免疫功能的药物；(2)抗心脑血管疾病的药物；(3)抗风湿、类风湿方面的药物；(4)抗肿瘤药物；(5)抗过敏药物；(6)抗病毒类药(包括艾滋病药物)；(7)防治肥胖和有益健美药物；(8)抗衰老和妇幼保健药物；(9)功能紊乱调节药物(包括抗抑郁，内分泌失调，性功能障碍等)；(10)补益类营养保健药。已经开发的海洋药物1.海人草酸1955年日本人村上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，幵能破毁某些区域的神经细胞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已经开发的海洋药物4.巴丹1934年日本人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结构迚行改造，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第三章海洋药物研究的一般方法一、海洋药物研究的一般方法1.海洋生物样品的采集2.活性筛选与活性先导化合物的发现3.化合物的结构优化及构效关系研究4.临床前药理和毒理研究5.临床试验二、海洋药物研究的一般方法第一节样品采集一、文献调研文献调研采集样品的化学成分活性特征数据库维普、知网PubMedScienceDirector种属特性、外观形态、分部海域、生长环境、注意事项采集样品的生物学生态学35门、13个特有门、80%动物温带、亚热带、热带二、采集方式原则：采集样品时尽量保持生物个体不受损伤。数量要足够多(1)贝类样品的采集应挑选体长大致相似的个体，用现场海水冲洗干净后，放入双层聚乙烯袋中冷冻保存。(2)藻类样品的采集采集大型藻类样品后用现场海水冲洗干净，放入双层聚乙烯袋中冷冻保存或现场摊晾、晒干后包装。(3)海洋真菌样品的采集样品采集的范围包括海水和海底沉积物、浸泡于海水中的木头及其他纤维物质、浮木、诱饵木片、植物根部、红树植物、藻类、海草、含有孢子的海水泡沫、海洋动物等。对于海水和海泥，可用采样器采集。采集的样品最好立即或尽快进行目的菌的分离，如无条件，则要将样品暂存于4~8℃的低温环境中。(4)海洋微藻样品的采集对水体中的微藻可直接采集海水，通过滤膜过滤(孔径0.6μm)可富集微藻；对于较大的浮游微藻可用浮游生物网(孔径10μm)采集和浓缩；水表漂浮的微藻可用无菌的平板将表层海水转入无菌容器中获得；对于生活在生物或非生物结构表面的微藻，可用无菌小刀将微生物的表面膜刮下，也可将琼脂平板压在微生物定居的表面；微藻寄生的较小的植物和动物可潜水获得；浮游动物可用网收集；底栖型微藻可用载玻片收集，将载玻片放于水体底积物中一段时间，让附对沉积物申的微藻也可采用将沉积物铺于琼脂平板表面的方法，或将沉积物悬液涂布于分离平板；着型微藻定居在上面；对空气中的微藻可用敞开的液体培养基或平板收集。样品采集后必须在最短时间内迸行观察、鉴定和分离，因为有些重要的藻体在几小时后就开始解体，导致样品中藻类多样性下降，存活种类减少。(5)海洋活体样品的采集有些海洋生物仅需研究其分泌物或毒液，如海蛇毒液、芋螺毒液等。采集时应尽量保证能捕捉到活的生物个体，并采用与其栖息环境相似的条件饲养。也可在现场即刻采取毒液等样品，如在研究毒芋螺的过程中，有人用Eppendorf试管挖去盖子，放人鱼鳍，再在鱼鳍上覆一层薄膜，吸引芋螺吮吸试管使其将毒液排人试管中。二、采集方法1．潜水采集潜水采集必须由经过科研潜水培训且有生物学知识的潜水员或者具有丰富实践经验的渔民来完成，常受以下因素的限制：潜水深度、每天下水次数、连续采集的天数以及潜水的危险性。海洋生物的采集危险性比陆地生物样品大得多，故而需要周密计划，并对人员进行专业培训。过去，由于技术原因，样品采集只能在浅水海域(＜30m)。2．拖网采集进行拖网采集时，渔网在捕捞鱼群的同时，亦可网罗到多种多样的其他海洋生物，包括一些在海底生存的低等生物。3.机械采集蛟龙号下潜深度为7000米，能覆盖99.8%的海域。对深海样品的采集有巨大的应用价值。4.其他采集方法还有一些其他的采集方式，根据所要研究的生物样品不同，采用的采集方式也会有所区别：对于一些生存于滩涂或潮汐地区的生物样品，可以在落潮时直接去捡拾、挖掘，而不必动用船只；有些生物喜附生于水产养殖的缆绳或鱼箱上，可请渔民协助收集；在某些特殊气候条件下，如台风过后，海底的生物常会被大量卷集到岸边，可趁机去捡拾。三、处置和保存海洋生物样品采集后要进行品种鉴定、处理并运输至实验室，在研究前还要经历一段贮藏期。1．生物种类鉴定生物材料采集后，必须确定种属。因此，有必要请海洋生物分类学专家帮助鉴定。如无专家同行，应制作并保存好完整标本以待鉴定。2．处理生物样品采集后，在使用前应尽可能保持原料的新鲜状态，避免晒干或风干。在海上采集到的样品运输到实验室通常要花费较长时间，这给原料保存带来了难度。因此，采集后最好立即用液氮或干冰冻结，或保存在其他冷冻设施中，以冷冻状态带回实验室；也可以用乙醇等合适的有机溶剂浸渍保存。为了保持生物材料中的活性成分免遭破坏，最好避免长时间存放不用。冷冻保存、有机溶剂浸渍保存、晒干或晾干保存、活体饲养第二节活性先导化合物的发现一、样品处理海洋生物进行活性筛选常采用提取部位进行，而非通常的总提取物。这是因为，海洋生物中含有大量的无机盐(海水中含有3.5%)，这些无机盐会干扰某些分析结果，此外，由无机盐引起的皂化也是一个问题。(1)水相提取体系水相提取体系有机相和水相提取体系柱层析体系二、活性筛选1.整体动物水平模型与传统筛选程序用整体动物进行药物筛选，是长期以来备受重视的方法，单纯从新药筛选的角度看，此模型的最大优点是可以从整体水平直观地反映药物的治疗作用、不良反应以及毒性作用。2.组织器官水平模型和体外药物筛选方法通过观察药物对特定组织或器官的作用，可以分析药物作用原理和可能具有的药理作用。应用组织器官模型筛选药物，是药物筛选技术的一大进步。其缺点主要是规模小、效率低、反映药物作用有限、对样品的需求量仍然较大、不易实现一药多筛等，此外，人工操作技术要求高等也是影响这种方法在药物筛选中应用的主要原因之一。3.细胞、分子水平模型和高通量药物筛选4.高内涵药物筛选(highcontentscreening，HCS)HCS是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与基因、蛋白及其他细胞成分相关的信息,确定其生物活性和潜在毒性的过程。以多指标多靶点共同作用为主要特点,涉及的靶点包括胞内成分、细胞的膜受体、细胞器等。三、常用活性筛选方法生物活性的筛选方法各式各样，筛选效率直接与实验的设计有关，靶标越明确，越有可能获得特定活性的产物，因此如果对病理和药理方面有越深入越具体的了解，就越有利于筛选。四、活性化合物的分离纯化1.溶剂分离法水浸膏或乙醇浸膏常常为胶状物，难以均匀分散在低极性溶剂中，故不能提取完全，可拌人适量惰性填充剂，如硅藻土或纤维粉等，然后低温或自然干燥，粉碎后，再以选用溶剂依次提取，使总提取物中各组成成分，依其在不同极性溶剂中溶解度的差异而得到分离。选用三、四种不同极性的溶剂，由低极性到高极性分步进行提取分离。水浓缩液选择几种与水不相混溶的有机溶剂，分成若干部位，或者析出某杂质，从而达到分离纯化的目的。常用有机溶剂的极性从大到小：甲醇、乙醇、丙酮、正丁醇、乙酸乙酯、乙醚、氯仿、苯、环己烷、石油醚2.沉淀法3.透析法4.重结晶法5.色谱法6.结构鉴定质谱（MS）、核磁共振波谱（NMR）、红外吸收光谱（IR）和紫外吸收光谱（UV）等有机波谱是鉴定活性化合物结构的主要波谱。在分析有机化合物结构时若能综合利用上述四种有机波谱，互为补充印证，可使我们在分析有机化合物时得到较准确的结论。综合运用上述四种波谱进行有机化合物结构鉴定时并无固定的步骤，但一般可依照下面的思路进行：先从化合物的质谱图（或质谱数据表）上得到的分子离子峰（M峰）和M+1、M+2峰的强度比初步确定该化合物可能的分子式；从核磁共振波谱数据初步确定该化合物的C、H等原子的种类和数目；从红外光谱及紫外光谱来初步确定该化合物可能存在的官能团；再与质谱碎片峰相印证，确定存在的官能团及其相互之间的连接关系，得出可能的化合物结构式；最后复查各波谱数据是否与该化合物相吻合，从而得到正确的结论。第三节天然化合物的结构优化和构效关系研究一、先导化合物的结构优化的目标①对靶标分子的选择性或特异性；②用细胞或功能性试验评价活性或强度；③提高化合物的代谢稳定性；④整体动物药代动力学实验；使ADME达到设定标准；⑤改善溶解性和稳定性，消除化学不稳定原子或基团；⑥根据药物的作用部位调节化合物的脂分配性；⑦提高安全性。ADME”即“药物动力学”，指机体对外源化学物的吸收（absorption）、分布(distribution)、代谢(metabolism)及排泄(excretion)过程二、先导化合物的结构优化的方法烷基链或环的结构改造、生物电子等排、前药原理、软药原理、硬药、孪药1.烷基链或环的结构优化海洋天然产物一般是多环化合物，与环的改造相关的方法是把环状分子开环或把链状化合物变成环状物。吗啡morphine吗啡喃Morphinan苯吗喃Benzomorphane4-苯基哌啶美沙酮2.生物电子等排?生物电子等排体(Bioisosterism)是由化学电子等排体衍化而来的。?化学电子等排体概念是由Langmuir于1919午首先提出的，他认为：原子、官能团和分子由于类似的电子结构，其物理化学性质也相似。这些类似性往往发生在元素周期表中同族原子中，即外层电子相同或近似，其大小和质量相差不大的那些原子。而横排相近的那些原子则很少有相同趋向。例如，Cl和Br的化学性质比C和Cl更相似。虽然Cl和I在同一主族，最外电子层也相同，但其大小如范德华半径和原子量则有较大差异生物电子等排体的特点①往往具有相似的药理活性和作用靶点②可能产生拮抗作用③毒性低④改善药代动力学性质经典的生物电子等排体在结构优化中的应用3.前药原理药物经过化学结构改造后在体内无活性或活性很低的化合物，在体内经酶促或非酶促作用又释放出原药发挥药理作用。用化学方法把具有生物活性的原药转变成为体外无活性的衍生物，后者在体内经酶解或非酶性水解释放出原药而发挥药效。利用这种在体内逐渐转变为有效药物而把有生物活性的原药潜伏化的道理称之为前药原理。使用前药的目的：为了改变药物的理化性质，以改善药物在体内的吸收、分布、转运、代谢等药代动力学过程，提高生物利用度，提高对靶部位的作用选择性，去除或降低毒副作用，改善药物的不良气味等。前药保持或增强原药的药效，同时又克服了原药的缺点。前药的药效特性：主要有改善药物的体内动力学特性、降低药物的毒副作用、改善药物在特定部位的释放、靶向药物的设计、利用载体的分子内化学反应释放原药、高分子作为药物载体、结构拼合、抗体导向酶催化前药等等。前药的制剂特性：改善口服吸收、增加水溶性、提高脂溶性、载体介导的吸收，改善注射给药，改善局部给药，作用部位选择性给药，延长药物作用时间。二氢吡啶作为药物载体，易于透过血脑屏障，从而将药物携至脑内软药Softdrug目标：药物起效后经简单代谢转化成无活性，无毒性化合物，减少毒副作用?软药是指一类本身有治疗效用或生物活性的化学实体，当在体内起作用后，经预料的和可控的、通常为一步反应的代谢作用，转变成无活性和无毒性的化合物。(前药：无活性的化合物被代谢活化）??硬药的软性类似物（硬药：较难被机体代谢）以无活性代谢物为线索设计软药?与已知硬药的结构很相似?在非必须结构部位有易变结构?主要或唯一的代谢途径是可预知的?通过结构修饰可以调控代谢速率?代谢产物的毒性和活性极低?只需简单的代谢反应，不需P450参与的酶促过程三、构效关系药物的化学结构与生物活性间的关系即构效关系（SAR）—药物化学的核心议题、分子药理学的重要内容。药物与机体的作用部位发生相互作用，引发出生物活性，是药物分子与受体大分子的物化性质和化学结构间相互适配和作用的结果。药物产生作用的主要因素结构非特异性药物溶解度和分配系数对药效的影响①药物的理化性质酸碱度和解离度对药效的影响结构特异性药物②药物和受体间相互作用对药效的影响?药效团是不连续的散在性的基团或片断,分子骨架具有连续的结构特征，没有适合的骨架支撑，药效团无法准确具现。药物与受体的相互键合作用对药效的影响药物的各功能基团对药效的影响药物电荷分布对药效的影响三维结构与受体的互补性药效团(pharmacophore)：与特定的生物靶标产生适宜的相互作用，从而引发或阻断生物效应所必需的立体和电性特征的集合,即：产生特定药理活性所必需的物理化学特征及其在空间的分布。是一抽象的概念,不是具体的分子。?药效团的物化特征：具体原子或基团都可构成药效团成份，它们在空间的相互位置反映了与受体结合的结构单位。?药效团特征的种类：6种(氢键受体、氢键给体、正电荷中心、负正电荷中心、疏水中心和芳环质心)。常见的药效团含3或4个特征,含3个特征的药效团特征值有3个距离，有4个特征的药效团空间距离有6个。药效团与优势结构?优势结构(privilegedstructure):反复出现在作用于多种受体的配体结构中的片断或骨架。?优势结构与药效团的恰当配置，是研制创新药物特别是模拟创新药物(follow-ondrug)的策略基础。药效团的标准?至少有3个特征，只有2个特征的药效团不具类药性?????;没有环的药效团不具类药性;多于6个特征的药效团无类药性；多于2个羧基的药效团无类药性;常见的药效团特征(化学基团):胺基、酰胺基、羟基、酮基、砜基、磺酰胺基、羧基、胺甲酰基、脒基、胍、脲、和酯等；含氮杂环如吡咯、吲哚、噻唑等视作一个特征。药物类别1.拟胆碱能药物药效团/基本结构OH2N举例NON(CH3)3Cl2.拟肾上腺能药物HORNHR'OHHOHOHNCH(CH3)2OH3.β－肾上腺素能拮抗剂YOOHNHROCH2CHCH2NHCH(CH3)2OH4.局部麻醉药OO(CH2)nNRR'n=2,3OH2NO(CH2)2N(C2H5)25.阿片类镇痛药NNCOOC2H5药物类别药效团/基本结构ORR'OR''NONHCl举例OC2H5ONONHH6.巴比妥类催眠药7.H1受体阻断剂的抗组胺药ZArArXNR'RNNOCOOH8.芳烷酸类抗炎药9.肾上腺皮质激素类抗炎药HArCCOOHRORR'R''R'''XOCH3CHCOOHH3COOHOCH2OCOCH3OHCH3FO10.吩噻嗪类安定药SNRNRR'SNClN(CH3)2药物类别11.苯二氮卓类安定药药效团和基本结构R'NR''RNCl举例H3CNOON12.磺胺类抗菌药13.磺酰脲类降血糖药14.H2受体阻断剂H2NOSNHROH2NOHSNOCH3NNCH3ROSNHCONHR'OYWXSNHNHR'H3COSNHCONH(CH2)3CH3ONNHSNHNNCNNHCH3R15.二氢吡啶类钙拮抗剂R''OOCH3CNHRCOOR'CH3(H3C)2HCOOCH3CNHONCOOCH3CH3药物类别药效团和基本结构OFR'R''NXNRCOOH举例OFNHNNNC2H5COOH16.喹诺酮类抗菌药17.β－内酰胺类抗生素CHCONHSNCOOHOONO18.HMG－CoA还原酶抑制剂NH2OHOHOOOH3CC2H5HCOCOCH319.血管紧张素转化酶抑制剂RROR'XHCNCOOHH3CH2CH3OHSCCNHCOOH药物类别20.环氧合酶－2抑制剂药效团和基本结构RO2S顺式或平面结构环或非环举例H3CO2SOO21.芳构酶抑制剂NNArXAr共扼键羧基立体性NCNNNCN22.维甲受体激动剂疏水性COOH23.雌激素受体调节剂NCH2CH2O(CH3)2NCH2CH2O芳环(C=O)环芳芳环R''C2H5第四节新药临床前研究及临床试验一、临床前药理研究(一)主要药效学1.研究目的及意义通过临床前毒理学试验，对毒性反应进行定性和(或)定量暴露，判断受试物的安全性剂量及安全范围。最终目的是向临床过渡；为临床研究和应用安全性提供参考，减少临床研究和应用的风险性。在申报临床研究时，一方面根据毒理学研究的结果，预测临床用药时可能出现的人体毒性，以制定监测、防治措施。另一方面，根据毒理学研究的结果，推算临床研究的安全参考剂量和安全范围，考虑拟用的适应证、适应人群等特点，进行综合评价和利弊权衡。临床前毒理学试验的主要内容包括单次给药毒性、重复给药毒性、遗传毒性、生殖毒性、致癌性、依赖性、局部刺激性、过敏性、溶血性等毒性。2.分类按照《新药药效学研究技术指导原则》可将药效学研究主要分为17个系统类别表2-1新药药效学分类表系统神经药效促智、抗震颤麻痹、镇静催眠、抗癫痫、镇痛中枢性肌松、外周性肌松、解热、吸入性麻醉和局部麻醉抗焦虑和抗抑郁抗心肌缺血、抗心律失常、降压、心功能不全、调血脂、抗动脉粥样硬化、抗血小板聚集、溶血栓、抗凝血、抗心肌炎、防治脑血管病和脑缺血精神心血管呼吸消化抗肝炎祛痰、镇咳、呼吸兴奋、支气管扩张胃肠解痉、催吐和止吐、抗溃疡、泻药和止泻保肝、退黄疽、利胆利尿、抗利尿、抗肾炎、抗肾病、抗急性肾衰、抗慢性肾衰、抗结石、抗前列腺增生等白细胞减少、血小板减少、防治贫血、止血药性激素及同化激素、肾上腺皮质激素、H1受体激动及阻断、甲状腺及抗甲状腺、胰岛素类及降血糖泌尿血液病内分泌2.分类抗风湿抗风湿性关节炎、抗痛风性关节炎抗炎、抗过敏、免疫调节细胞毒类、生物反应调节剂抗菌、抗真菌、抗结核、抗麻风、抗钩端螺旋体、抗血吸虫、抗丝虫、抗钩虫、抗梅毒螺旋体、抗疟抗单纯疱疹病毒、抗巨细胞病毒、抗流感病毒、抗呼吸道合胞病毒、抗出血热病毒、抗艾滋病毒、抗乙型肝炎病毒、抗乙脑病毒、抗狂犬病毒、抗登革热病毒、抗病毒性心肌炎病毒抗炎免疫抗肿瘤抗菌寄生虫抗病毒计划生育及妇产终止中期妊娠、避孕(男/女)、子宫收缩、终止早孕、阴道杀精、科治疗性功能不全抗辐射及解毒其他类抗辐射、抗砷、抗有机磷农药中毒、抗金属中毒、抗氰中毒减肥、胆结石溶石3.技术要求(1)研究方法选用合适的动物模型是客观评价新药药理作用的关键。病理模型应能反映临床疾病的病理、生理过程，如移植性肿瘤动物模型(Lewis肺癌，S180肉瘤，L1210小鼠淋巴细胞白血病等)，大鼠高血压模型（SHR自发性高血压、肾动脉结扎等)，化学性(四氯化碳，半乳糖胺等)、药物性(扑热息痛)、免疫性肝损伤模型，小鼠镇痛模型(热板和扭体法)，动