第十一章 天然药物的研究开发

1、第十一章 天然药物的研究开发 总观中药、天然药物的用药情况，大体有三种形式。 1、原生药， 2、精提取物，3、有效成份或活性成份单体。 第一种形式： 主要以中药饮片煎煮服用。其优点是可以根据具体病情，适当增减某味药，针对性强，灵活机动，效果好，但用量大，使用保存都不方便。 第二种形式：在搞清有效成份的基础上，将中药、天然药物经过一定程度的加工提取，去粗取精，去伪存真，将中药加工成用量小，毒副作用小，高效速效，生产、运输、使用、携带方便的药物剂型，作为医药商品进入市场，这样，可使药品质量有一定的保证，且生产工艺也不复杂，成本也低。 第三种形式： 就是在搞清有效成份的基础上，采用现代科学方法，从中

2、药或天然药中直接提取有效成份单体，含量低的或可进行化学合成，再作成适当剂型入药，这种形式，因成份结构清楚，其疗效确切，质量易控制，并可通过构效关系，对其进行一系列化学修饰，以降低毒性，提高效疗效，应该是最好的一种形式，但生产复杂，成本也高。一、产物天然的研究开发程序 第一种形式： 经过文献资料或民间用药的调研或通过现代药理学的筛选研究（含体内、体外等研究），发现某种动物、植物、矿物或微生物具有药用价值，然后将其开发成新药。 第二种形式：已知某种成分或某类成分具有药用价值或已成为新药，根据动植物的亲缘关系，寻找含有这种或这类成分的动植物，进而将其开发成新药。 第三种形式： 在不明确有效成分的基础

3、上，将临床疗效明确的经典方、经验方或经药效学研究具有开发价值的复方中药开发成新药，或将现有的新药改变剂型如由口服液改为片剂、注射剂等（现临床上使用的大部分中药即属于这种形式的新药）。 第四种形式：在基本上搞清了有效成分和有效部位的基础上，将有效部位开发成新药，如目前在临床上广泛使用的地奥心血康、银杏叶制剂等。因有效成分已明确或基本明确，故采用这种方法开发的新药具有药品的均一性较易控制、临床疗效稳定、质量易于得到保证等特点。 第五种形式： 通过天然药物或中药中的有效成分或生物活性成分的研究，从中发现有药用价值的活性单体或潜在药用价值的活性单体即先导化合物（有一定的生物活性，但因其活性不够显著或毒

4、副作用较大，无法将其开发成新药的具有潜在药用价值的化合物称先导化合物）。通过对先导化合物构效关系的研究，进而发现有药用价值的化合物，然后按照国际惯例经过一系列的研究将其开发成新药。 开发新药都要大体经过以下三个阶段，即： 临床前研究； 临床研究； 试生产（期临床实验，主要是考察其安全性）。表111是国际上开发新药的大致过程和各个阶段所需的时间和经费，可供参考。 表11-1 天然物药品(一类新药)的开发研究过程二、天然产物中生物活性成份的研究方法（一）活性成份的分离研究法：天然活性成份研究也是多学科协同研究的问题，应有从事生药、化学、药理和临床等几方面的配合研究，才能使活性成份的研究得以顺利进行

5、，寻找中药有效成份的途径是多种多样的，对每一具体情况，要作具本分析，不可能作一个固定的模式。 两种不同方法的思路两种不同方法的思路 1、早期方法： 分离与活性测试分两个阶段进行，即首先分离单体，然后对单体进行活性测试，这种方法盲目性较大，费工、费时，且对含量小的成份还可能漏掉。 2、现代方法： 在选定供试样品后（具有活性），在分离活性成份时，利用化学指标和药理活性指标两只眼睛，对分离过程中的每一个部分都进行跟踪检查，对无活性的部位随时弃掉，而只对有效部位继续分离。优点：1、节省经费开支，2、节省了一些不必要的分离时间，3、另一优点如：分离过程中某一过程不当，导致活性成份流失，还可以迅速查明原因

6、，及时补救，4、当有些成份只是在与其它成份混合时，协同作用才有效，而分离成纯品时效果就低了或无效。这种情况在中药分析中也是常见的，这些因素能及时得到分析。 具体程序如下： 1、调查：（1）疗效调查，收集民间验方。（2）植物鉴别，学名、来源、产地等。（3）文南献收集，主要放在疗效上和化学成份上。 要注意几个方面的问题： 只有疗效报道，无化学报道（药理，临床医学等杂志）。 有化学报道，无疗效报道的（有关化学方面文献）。 各方面都不全的。（4）预试（化学成份预试）有单项预试和系统预试。 单项预试： 根据需要，有重点地检查某类成份，如寻找生物碱类，可在中药中进行生物碱的定性反应。 系统预试（又称系统分

7、析法）： 对中药中各类成份进行全面检查，方法较多，如：用梯度溶剂极性法。 用石油可能含油脂，挥发油，植物甾醇等。 药渣再用乙醚提取（内酯、黄酮、醌、弱碱性生物碱等）。 再用乙醇提取（甙类、生物碱、氨基酸、有机酸、鞣质等）。 水提取（蛋白质、多糖、氨基酸）。 然后，各提取部分依照可能含有的成份，选择各类成份的特有显色反应，沉淀反应等，作一般预试。2、化学成份的分离 一般途径，首先要选择一种简便、快速的、能反应中药治疗作用的药理指标，作为分离指导，将各部分分开，按照药理指标取舍，直到最后分到活性成份和有效部分 。样品渣液（）渣液（）液（）渣注意以下几点：（1）当中药的疗效往往不是某种成份产生，而是

8、由多种成份相互协同表现的，这就要求工作细致，不要满足于获得一种有效成份而忽略其它有效成份。（2）中药的疗效可能是由于多种成份按其原有比例构成的混合成份的总疗效，若仅以一种成份的药理指标，势必无法代表中药疗效的有效部位和成份。所以，常常发现某单一成份的疗效不如混合成份的疗效的事例，亦说明此点。 追踪天然活性成份时注意事项追踪天然活性成份时注意事项1、选择建立先进的生物活性测试方法，是天然活性成成份追踪分离成功与否的关键所在。 体外试验：方法简单，快速。 体内试验：用动物模型试验，与人本较相近，准确性高，但费用高。还要考虑实验动物的个体差异等因素。 一般多采用体外试验，灵敏、简单、快速等优点，但体

9、外实验有效，并不说明一定体内有效。2、确保试验材料具有活性。3、在众多的生物活性中，力求找出最本质的作用。4、注意正确判断各馏分的活性。 （二） 天然药物及中药中原生生物活性成分的研究1通过调研或广泛筛选需要开发的天然药物，然后采用体内的方法对该药进行药效学评价，以便再次确认该药的开发价值并在有效部位或活性部位寻找所使用的活性测试模型或指标。2根据原料药中化学成分的性质将其粗分成几个部分，按等剂量不等强度的原则对每部分均进行活性测试，确定有效部位。3采用各种色谱方法和其它方法对活性部位进行分离，每次分离所得组分均需经过活性测试（由于所得量均较少，常采用体外的方法进行活性测试），对于无效的组分常

10、弃去不再研究，只研究那些有效或有活性的组分，直到追踪到活性成分。4根据理化性质和波谱数据确定单体的化学结构，对已明确化学结构的单体进行活性评价5对有开发价值的化合物进行结构修饰和构效关系的研究，进而将其开发成创新药物。（图111） （三）天然药物及中药中前体活性成分的研究 天然药物中这类生物活性成分的研究常采用体内代谢的方法进行。即将天然药物给动物食用后，分别收集动物的粪便、尿、胆汁，然后采用各种提取分离方法分离它们中的代谢产物，并采用谱学和与标准晶对照的方法确定它们的化学结构，在化学结构已知的情况下进行生物活性评价，对于有开发价值的化合物可采用上述法进行进一步开发。(图11-2) （四）血清

11、药化学和血清药理学 通常天然药物中化学成分只有吸收人血后才能发挥药效。由于一个天然药物中含有数十个甚至数百个化学成分，但能吸收入血的成分毕竟有限，且天然药物中化学成分的含量相差巨大，化学成分与血浆蛋白的结合率随成分不同而异；化学成分吸收人血后会很快被代谢、分布、排泄，不同时间检测同一种成分含量会有很大差异；动物所用剂量毕竟有限，难于积累到足量样品；所用的结构测定方法绝大多数只能依靠质谱如LC-MS等，而用质谱测定化学结构不但需要对该天然药物中的化学成分要有透彻的了解，而且有时还需要对照晶，可靠性也差，所以目前采用血清药物化学方法研究天然药物中生物活性成分的进展并不大，从中研究出的一些成分多数是

12、含量较高的已知成分或其代谢产物。（五）天然药物中生物活性成分研究需要注意的几个问题1创新药物的开发是一个高技术、高风险、高投入、高回报、知识密集型的系统工程，涉及化学、药理、制剂、临床医学、毒理等多学科领域。据统计，开发成功一个创新药物需要筛选1万甚至数万个化合物，故成功率极低，难度极大，所用时间约10-12年，所需经费约2亿-3亿美元，但回报率也很高。2活性测试方法选择的正确与否是活性追踪分离能否取得成功的关键。 3确保供试材料具有活性是能够追踪到活性化合物的前提。采用体内、体外多种方法，多个指标对实验材料进行活性测试， 目的：1、再次确证实验材料的活性，确定有无进一步研究的价值；2、选择活

13、性追踪分离所用的活性测试方法提供依据。 通过该方案确认的实验材料至少有以下三个优点： 不至于丢失活性低或含量少的化合物； 增加了分离出新化合物的机会； 有可能分离到具有不同作用机理或新的作用机理的化合物。4天然药物及中药在临床上往往具有多方面的治疗作用在动物实验上具有多方面的活性，在体外实验中具有多个作用靶点。研究者应当从这些杂乱的实验现象中找出其中最本质的作用，选择建立能反映临床治疗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有开发价值的活性成分及先导化合物，表11-2是这方面工作的一些典型实例。（见P434） 5在分离过程中要按“等剂量不等强度原则”对每一阶段所得组分进行活性定量评估

14、并与母体进行比较，追踪分离活性最强的馏分。通常如：（1）与母体比较所得几个组分活性强弱参差不齐，则说明活性分离与物质分离平行，预示可能获得良好的分离效果；（2）如果某个组分活性显著增强，则说明在分离过程中可能除去了某种具有拮抗作用的物质；（3）如果所得各组分活性均明显减弱，即使将其合并，其活性与母体相比也大大减弱，则提示活性成分可能发生分解、破坏或产生了不可逆吸附；（4）如果所得各组分分别测试其活性虽然明显降低，但将其合并后其活性与母体相当，则提示是活性成分被分散或该药中的成分存在明显的协同作用(相加或相乘)，故分离后反而导致活性的减弱或消失。（5）如附子的水煎剂对蛙心呈现明显的强心作用，当除

15、去水煎剂中的钙离子后则对蛙心的强心作用明显降低，但单纯的钙离子的作用并没有附子水煎剂强。6传统天然药物及中药多为汤剂，从某种意义上来讲，只有溶于汤剂中的成分即水溶性成分才是有效成分，但脂溶性成分是否就一定不是有效成分? 实际上未必，其原因有三，（1）在煎煮过程中有些本不溶于水的脂溶性成 分会因互溶而溶于汤剂中；（2）古人会用增大剂量的方法提高脂溶性成分 的用量，从而达到防病治病的目的；（3）受科技发展的限制，古人没有意识到的并 不是不存在的，所以脂溶性成分也可能是 天然药物及中药的有效成分。（六）活性追踪分离的几个实例 1大黄泻下活性成分的研究： 生大黄粉碎后依次用正己烷、氯仿、丙酮、乙醇、水

16、提取，各提取物以大白鼠口服后观察其致泻作用作为活性追踪指标。 生大黄粉 正已烷回流提取3次，每次5000ml 正已烷提取物 残渣（9g） 氯仿回流提取3次，每次5000ml 氯仿提取物 残渣（12g） 丙酮回流提取3次，每次5000ml 丙酮提取物 残渣 （68g） 乙醇回流提取3次，每次5000ml 乙醇提取物 残渣 （144g） 用温水浸3次，每次5000ml 水提取物 残渣 （79g） 取水提取物70g，加水1000ml，研磨均匀：1、通过阳离子交换树脂除去离子成分，2、流出液用正丁醇提取，3、正丁醇提取物加入乙醇溶解，4、乙醇不溶物用丙酮重结晶，得番泻苷A24g，5、各部分分别进行活性

17、测试，结果见表11-4。 2鹤草芽中驱绦虫活性成份的跟踪分离，其水煎液无效，粉末有效，说明有效成份不溶于水，因此设计下列方法： 仙鹤草根芽 增 石油醚提取 递 性 残渣 石油醚提取物（+） 极 氯仿提取 剂 溶 残渣 氯仿提取物（-） 乙醇提取 残渣 乙醇提取物（-） 石油醚提取物经化学预试，薄层检查，含十余种成份，进行PH梯度萃取，最后得到鹤草酚 。三、天然化合物的化学修饰或结构改造 从天然药物中筛选追踪到活性成份只是新药开发研究的前期阶段，但有些天然活性成份含量低或毒性大，或疗效不满意，需要进一步进行结构改造，修饰。如从吗啡到度冷丁，结构简化，可进行化学合成。 结构修饰、改造的目的是： 1、提高疗效，2、克服毒副反应，3、扩大药源。 一般说，包括结构改造、简化等。即探索高效、低毒的植物成份的衍生物，改变或简化其结构式（包括衍生物的制备），制备出一系列化合物，通过药理试验，探讨有效成份结构、理化指标与生物活性之间的关