生物制药(工艺)学课件：海洋生物活性物质

1、海洋动物生物活性物质的主要种类 最早研究的海洋抗肿瘤活性物质蛤素 第一个进入临床试验膜海鞘素B 海兔毒素I是迄今最强的抗肿瘤剂 苔藓虫素是发现的第一个抗癌大环内酯化合物 其他：刺参黏多糖、大田软海绵素、珊瑚甾醇、 海胆糖脂、海星皂苷等一 抗肿瘤活性物质Ecteinascidin 743 ( Et743)抗肿瘤活性物质举例 从加勒比海红树海鞘中提取的大环内酯生物碱。有望成为第一个现代海洋抗癌药物。膜海鞘素B (dehydrodidemnin B) 是一种环状多肽，可直接杀死癌细胞, 杀伤力是紫杉醇的80 倍。也有被认为是第二个最有希望进入医药市场的海洋药。抗肿瘤活性物质举例苔藓虫素 美国亚利桑那

2、州大学pettit小组研究。此大环内酯化合物不但可杀死癌细胞，还具有促造血功能，是极有希望的抗癌候选药。抗肿瘤活性物质举例海兔毒肽 美pettit小组1981开始研究。已有多种海兔毒素进入II期临床研究，其中重要的有海兔毒素1、海兔毒素10等。抗肿瘤活性物质举例 目前，我国研究开发的抗肿瘤药物中已进入临床研究或批准生产的有鲨鱼软骨制剂、刺参多糖钾注射液、海王金樽（牡蛎）、长棘海星苷、大田软海绵酸制剂、海兔毒素10、海鞘素A、B、C ,膜海鞘素B、草苔虫内酯19等近30 种。一 抗肿瘤活性物质第一个抗病毒海洋药物阿糖孢苷（海绵），于1955年被美国FDA批准用于治疗人眼单纯孢疹病毒感染。海参皂苷

3、抗真菌有效率达88.5%，是从动物中找到的第一个抗真菌皂苷。海绵是目前海洋生物抗病毒活性物质研究最多、收获最大的研究对象。一些抗肿瘤活性物质如海鞘素系列，蛤提取物等同时具有抗病毒、抗菌活性。二 抗病毒活性物质 海洋无脊椎动物的主要抗病毒活性物质 活性作用结构类型名称来源发现年份备注抗HSV碘脱氧屎苷 碘苷1960用于临床抗HSV核苷类阿糖腺苷柳珊瑚、海蛰用于临床抑制病毒RNA、DNA合成含氮化合物（肽类）Didemin A，B，C海鞘Trididemnun sp 1981抗SARS-CoV大环内酯总合草苔虫内酯总合草苔虫抗HIV萜类AvarolAvarone贪婪倔海绵 Dysidea avar

4、a前景较好抗HIVHexaprenyl hydroquinone海绵 Ircinia抗HIVPrenylhydroquinoe sulfates海绵 Ircinia sp.抗病毒Toximsol海绵Toxiclonatoxius抗病毒KelletininABuccinumcorneum抗病毒蕈状海鞘素(eudistomin)L和脱溴-L海鞘Eudistoma三 抗菌活性物质二 抗病毒活性物质三 抗菌抗炎活性物质许多活性成分的结构和种类尚未弄清。很多毒性太大或转入人体即失去毒性。可作为先导化合物或应用于农业。 抗药性是开发抗菌药物所面临的最大挑战，一些研究已经表明从海洋中寻找新型抗菌素是克服该问

5、题的有效途径。 例：抗甲氧苯青霉素葡萄球菌(Methicillin2resistant，MRSA) 海洋生物肽毒素具有毒性强、药效高等特点；海洋抗菌肽是近10年来发展起来的一个研究热点。三 抗菌抗炎活性物质来源于海洋动物的主要抗菌、抗炎活性物质 活性作用结构类型来源发现年份抗菌活性含氮化合物(酰胺类)澳大利亚产海绵Ianthella basta1980抗菌活性含氮化合物(胍类)加勒比海绵Agelas sceptrum1981抗菌活性含氮化合物 （甾体生物碱）海绵Plakina sp.1984抗菌活性大环内酯 （22元环内酯）海绵Thenella swinhoei1985抗真菌海绵Ircinia

6、 sp.抗生素类海绵 Guam sponge抗生素、抗菌海绵 Acanthella sp.抗真菌三萜海参抗生素、抗菌、抗真菌二萜海绵Acanthella sp.抗菌二倍半萜海绵Luffariella varibilis抗菌二倍半萜海绵Luffariella varibilis抗菌异腈二萜海绵 Adosia sp.1980抗菌异腈二萜海绵 Acanthella sp.1984抗菌二倍半萜海绵Luffariella varibilis抗革兰氏阳性菌二倍半萜海绵 Luffariella varibilis三 抗菌抗炎活性物质国内外应用于临床的部分抗菌、抗炎药物来源化合物作用海绵Luffariella

7、 variabilismanolide抗炎海绵Halichondria okadaiOkadaic acid抗炎加勒比海鞘Pseudopterogorgia elisabethaePsudopterosins抗炎，用于治疗皮肤过敏刺参皂苷毒素holotoxin A,B治疗脚癣和白癣菌毛乳蛰虫含溴化合物商品名为乳头平甲壳质氨基葡萄糖硫酸酯盐治疗骨关节炎多棘海盘车海星皂苷胃可安、海洋胃药三 抗菌抗炎活性物质 免疫调节活性物质以多糖为主： 如：蛤素、壳聚糖、乌贼墨蛋白多糖、鲍鱼多糖、刺参酸性黏多糖、海星酸性黏多糖等。 保健品：金牡蛎；海生素（泥蚶）、刺参胶囊、蟳之宝（壳聚糖）、胃好（壳聚糖）、金蓝宝

8、（扇贝）、珠贝提取物等等。 四 免疫调节物质四 免疫调节物质甲壳质甲壳质是甲壳类动物、昆虫的外骨骼主要成分，又称几丁质。分布极为广泛，最早是在真菌中发现。化学成分是N一乙酰一D一葡萄糖胺残基，以1、4一糖苷键连接而成的多糖 ，其分子量在25万之间 。壳聚糖是甲壳质经浓碱水解脱乙酰基生成的水溶性产物。是目前世界上唯一含阳离子的可食性纤维，也是继蛋白质、糖、脂肪、维生素、矿物质以外的第六生命要素。 四 免疫调节物质甲壳质及其衍生物的应用工业：印染；纺织；膜化学工业；絮凝剂；造纸；食品；化妆品等。农业：饲料添加剂；杀虫剂、植物活性促进剂（如：植宝灵）等。医用：手术缝合线；人造皮肤；药物载体等。环保：

9、水处理等。医疗保健：免疫调节；降脂降压；抗肿瘤；抗菌抗炎；解毒等。（916是我国正在进行临床II期研究的药物）世界上获专利的甲壳质产品上百种有专家预计甲壳质将是21世纪糖化学的主题四 免疫调节物质五 抗心血管病活性物质保健品：高度不饱和脂肪酸（如多烯康）、螺旋藻等海洋生物毒素多糖类：海参多糖、海星体壁黏多糖、壳聚糖等其他：甾醇（如柳珊瑚）、喹啉酮（如：软珊瑚）、萜类、生物碱类等海洋生物毒素海洋生物毒素分为肽类、聚醚类、胍胺类、萜类、大环内酯类等，很多同时抗肿瘤特性，但价格非常昂贵。按照来源分有可分为微生物、微藻、动物毒素等。五 抗心血管病活性物质动物毒素举例聚醚类毒素是海洋毒素中重要的一大类型

10、。常见的有聚醚梯，线性聚醚，大环内酯聚醚及聚醚三萜。短裸甲藻毒素（NSP，最早）、刺尾鱼毒素、西加鱼毒、岩沙海葵毒素、大田软海绵酸等均属此类。五 抗心血管病活性物质动物毒素举例五 抗心血管病活性物质刺尾鱼毒素 日本东北大学的安元健等1993年发现MTX。是目前发现的最复杂的聚醚梯，也是非蛋白毒素中毒性最强的。是典型的钙通道激动剂。动物毒素举例五 抗心血管病活性物质岩沙海葵毒素 PTX是目前全合成的分子量最大，手性碳最多的一个聚醚类化合物。它目前最强的冠脉收缩剂。其他一些海葵毒素肽还具有强心、抗癌作用等。动物毒素举例五 抗心血管病活性物质大田软海绵酸 OA是DSP的主要毒性成分。有较强的细胞毒性

11、，有促癌或抑癌的作用。河豚毒素 TTX是胍胺类毒素的代表。临床上可代替吗啡、杜冷丁用于晚期癌症患者的缓解药，还有抗心律失常等作用。动物毒素举例肽类毒素中研究最多的是芋螺毒素。已作为镇痛药物上市，其对受体的高度特异性和亲和性为生理学研究提供了丰富的分子探针。麝香蛸毒素是迄今活性最强的降压药物，其效应比硝酸甘油强数千倍。沙蚕毒素：分子式为C5H11NS2的胺类化合物。商品名为巴丹，是一种高效环保农药。另外还有海参、水母、珊瑚、海兔、头足类、海蛇等各种各样的生物毒素。五 抗心血管病活性物质六 抗氧化活性物质多糖及其衍生物酶类：如：SOD维生素类：维生素E、维生素C等硒等微量元素海洋甾醇类其他：PUF

12、A、甘露醇、牛磺酸、黄酮及酚类、类胡萝卜素等3.4 其他海洋生物活性物质简介一 海洋微生物活性物质 海洋动植物的活性物质有80%是由其共附生的微生物产生的。如：海兔毒素巨大鞘丝藻 大环内酯类（如海鞘素、苔藓虫素等）颤藻属、前沟藻 大田软海绵酸、石房蛤毒素、西加鱼毒微藻 不饱和脂肪酸、河豚毒素等研究现状研究重点为极端微生物和共附生微生物。共附生微生物主要集中在红树林、海绵和海洋沉积物的研究中。主要先进技术包括： 分子标记技术、荧光原位杂交技术（FISH）及系统进化分析手段（如16SrRNA序列分析）开展微生物种质资源鉴定； 宏基因组技术（体系中所有微生物总基因的克隆与表达）开展活性代谢产物的研究

13、。 解决微生物的不可培养性。 二 其他高等海洋动物鲨鱼：软骨素；角鲨烯；硒；艾滋病首选药物AZT: 鲱鱼保健品：深海鱼油；金海马养生液，角燕鱼（蝠鲼）等2022/7/729鱼精蛋白是存在于许多鱼类的成熟精细胞中的一种碱性蛋白，分子量较小，大约为400010000，精氨酸占其氨基酸组成的三分之二以上1931年McClean首先报道了鱼精蛋白具有抑菌活性鱼 精 蛋 白2022/7/730 鱼精蛋白的结构 鱼精蛋白的结构因鱼种不同而有差异，但是它们存在许多相似的特征，如N-端均为精氨酸或者丙氨酸，各种鱼精蛋白分子肽链中都含有4个较长的和2个较短的精氨酸簇，并且分别被特征性的残基Ser或Thr，Pro

14、-Ile，Gly-Gly或Val-Val分隔开。2022/7/731以鲑鱼鱼精蛋白为例，其氨基酸的序列如下：Pro-Arg-Arg-Arg-Arg-Ser-Ser-Ser-Arg-Pro-Val-Arg-Arg-Arg-Arg-Arg-Pro-Arg-Val-Ser-Arg-Arg-Arg-Arg-Arg-Arg-Gly-Gly-Arg-Arg-Arg-Arg2022/7/732鱼精蛋白的抗菌谱及其最小抑菌浓度鱼精蛋白的抗菌谱 菌 种 鲱精蛋白 鲑精蛋白 Pseudomonas fluorescensSerratiamarcesensProteus morganiiEscherichia co

15、liSalmonella enteritidisVibrio parahaemolyticusEnterobacter areogenesStaphylococcus aureusBacillus coagulans -+ + -+ + 2022/7/733鱼精蛋白的抗菌谱菌 种鲱精蛋白鲑精蛋白BMegateriumBLicheniformisBSubtilisruberBSubtilis nigerB.Subtilis mesentericusLactobacillus plantarumLactobacillus caseiStreptococcus faecalis + + + + +

16、+ + + + + + + + + + + + + 2022/7/734鱼精蛋白的最小抑菌浓度(x10-6)菌 种 鲱精蛋白 鲑精蛋白 Bacillus coagulansBMegateriumBLicheniformisBSubtilis ruberBSubtilis nigerB.Subtilis mesentericusLactobacillus plantarumLactobacillus caseiStreptococcus faecalisEnterobacter aerogenes 7575200200125150100150400650 75752252251751751501

17、50400700 2022/7/735 鱼精蛋白的抗菌机理研究表明，鱼精蛋白主要是以分子中多聚精氨酸或多聚精氨酸与其他少数几个氨基酸以某种结构或形式与细菌细胞壁结合，破坏细胞壁中的肽聚糖的合成，从而达到抑菌的效果。2022/7/736影响鱼精蛋白抗菌性的因素鱼精蛋白的抗菌性会受到很多因素的影响，比如食品的pH值、金属离子、有机成分、温度和时间等 2022/7/737鱼精蛋白的安全性 小鼠急性毒性实验、蓄积毒性实验、小鼠骨髓微核实验、小鼠睾丸染色体畸变实验等的结果表明，鱼精蛋白的LD5010g/kg，蓄积系数K5，对雄性小鼠骨髓微核率没有增加作用，对小鼠睾丸初级精母细胞染色体没有致畸作用。采用A

18、mes法对鱼精蛋白的致突变性进行了试验，也未 发现其具有致突变作用。三 海洋生物功能材料有海藻多糖，甲壳质，海藻糖等。主要为甲壳质的应用。主要研究热点为甲壳质多糖用于神经、骨等的修复及作为人工肝的支持系统等前沿领域。2022/7/739 壳聚糖及其衍生物 壳聚糖是甲壳质的脱乙酰产物，也是一种天然存在的生物多糖。它具有生物相容性、生物降解性，无毒副作用，无异味，而且其分子中的氨基和羟基性质活泼，能与多种有机物发生反应，进行化学改性，得到多种具有独特功能的衍生物，因此在许多领域中都获得了重要的应用。2022/7/740 壳聚糖及其衍生物的抗菌性 研究表明，壳聚糖对G+和G-菌都具有抗菌活性，且抗菌

19、活性随壳聚糖浓度的增加而增强；壳聚糖对G+菌的敏感性高于G-菌。当壳聚糖的浓度为5 mg/ml时，对G+菌的抑菌率达到75%-100%，而对大部分的G-菌的抑菌率仅有20%-30%。2022/7/741对于大肠杆菌和金黄色葡萄球菌，壳聚糖菌显示出快速和强大的杀菌作用。当壳聚糖的浓度为8mg/ml时，2h内就能杀死大部分的大肠杆菌，8h内能够杀死相同数量的金黄色葡萄球菌，24h内可以杀灭所有的金黄色葡萄球菌。壳聚糖的最佳抑菌浓度为3-5mg/ml，完全阻止黄曲霉毒素产生的浓度为4-5mg/ml。2022/7/742 许多实验表明，壳聚糖的抑菌作用与分子量之间存在一定的关系，壳聚糖的抗菌活性随分子

20、量的下降而增强。在500 x10-6的浓度下，分子量为13000的壳聚糖的抑菌效果为（+），分子量为5000的壳聚糖的抑菌效果为（+），分子量为3000的壳聚糖的抑菌效果为（+），分子量为1500的壳聚糖的抑菌效果为（+）。还有研究证明，当聚合度为7左右时，壳聚糖具 有最佳的抗真菌活性。2022/7/743 大量的实验证明，壳聚糖的衍生物同样具有很好的抗菌性，甚至强于壳聚糖的抗菌性。比如壳聚糖在2h内将金黄色葡萄球菌全部杀死所需的浓度为500 x10-6，而同样在2h内，N，N-二丁基-N-甲基壳聚糖杀死所有细菌所需要的浓度仅为的100 x10-6。2022/7/744 在乙酸溶液中，不同的壳

21、聚糖衍生物的抗菌性由小到大的顺序如下：壳聚糖 N，N-二丁基壳聚糖 N，N-二丁基-N-甲基壳聚糖 N-辛基-N,N-二甲基壳聚糖 N-十二烷基-N,N-二甲基壳聚糖。 季胺化的壳聚糖的抗菌性要强于壳聚糖，而且随着烷基链长度的增加，其抗菌活性液增强，这表明烷基链的长度和正电荷取代基强烈地影响着壳聚糖衍生物的抗菌活性。2022/7/745 壳聚糖及其衍生物的抗菌机理 根据现有的研究结果，壳聚糖及其衍生物之所以能够抑菌，主要是由于它们对细菌的细胞质膜起了一定的作用，破坏了其正常的生理功能。尽管如此，壳聚糖与其衍生物在抗菌机理上还是存在一些差异2022/7/746 电镜观察发现，细菌受壳聚糖作用后，会发生明显的形态变化，G+菌如金黄色葡萄球菌的细胞变薄甚至破损，复制作用受到抑制；G-菌如大肠杆菌的细胞质发生浓缩，质壁之间的间隙明显扩大。由此可见，壳聚糖对细菌的细胞生长起了明显的抑制或破坏作用。2022/7/747 还有人认为壳聚糖溶解后属多聚阳离子，因而可以与细菌表面产生的酸性物质如脂多