第四讲天然药物的现状与发展922

主要内容

一、天然药物的现状二、天然药物的研究开发三、天然药物的发展现在是1页\一共有71页\编辑于星期一一、天然药物的现状

现在是2页\一共有71页\编辑于星期一据统计，1981-2002年成功上市小分子新药中，基于天然产物（N）、其衍生物（ND）、其模拟物（半合成：S*/NM；全合成：S/NM）和药效团组合物（S*）共占61%。可见从天然产物中挖掘相关的结构与活性信息是新药发现的最关键基础工作之一。

现在是3页\一共有71页\编辑于星期一目前市售药物中，约有1／4或更多来源于天然药物。但是各国情况不同，西欧和美国植物来源药物占25％，俄罗斯和东欧各国占32％，我国占42％～45％。各国对天然药物的管理也不尽相同，美国仅允许用纯天然药物有效化学成分；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疗体系共存。日本和我国及台湾地区则大量使用中药复方制剂。现在是4页\一共有71页\编辑于星期一使用植物药方面各国又有不同政策，对一些有毒植物药有不同的限制，有些国家限用乌头、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限制甚严，对新闻媒体宣传药物功效非常严格，像我国这样宣传药物的功效的现象是少见的。

植物药的研究开发中，欧美国家重视开发肿瘤、心血管疾病、神经精神疾病和艾滋病等重大疾病的治疗药物。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也非常重视。“保健药”近年在亚洲很风行，但问题尚多。

现在是5页\一共有71页\编辑于星期一新药研究出现回归自然趋向的主要原因是对于药物安全性的重视，使开发高教低毒的新药的难度越来越大，研究成本急剧上升。而回归自然，从天然产物中研制新药可以增加出药的机会，显著降低成本。天然药物研究的最大兴趣在于发现先导化合物。但先导化合物又不会十全十美，有些有毒副作用，有些药效不强，药物学家总是进行结构修饰或简化，以期得到副作用小而疗效高的药物。现在是6页\一共有71页\编辑于星期一五味子抗肝炎一类新药双环醇木脂素联本双酯从具有肯定药理作用的天然产物出发，将其作为一个先导化合物，进行结构修饰，合成一系列化合物，从中寻找高效、低毒、结构新颖的药物，是寻找新药、进行药物设计的主要途径之一现在是7页\一共有71页\编辑于星期一

目前国际热点的天然药物有：抗癌方面有紫杉醇(Taxol)及其衍生物，喜树碱新衍生物，鬼臼毒素(Podophyllotoxin)新衍生物。抗疟药方面有青蒿素（Artemisnin)

心脑血管药物方面有银杏内酯(Ginkgolides)现在是8页\一共有71页\编辑于星期一天然药物及其衍生物青蒿素Artemisinin黄花蒿Artemisiaannula蒿甲醚Artemether生物利用度较低复发率高现在是9页\一共有71页\编辑于星期一天然药物及其衍生物羟基喜树碱Hydroxycamptothecin喜树Camptothecaacuminata拓扑替康Topotecan水溶性较差，毒性大现在是10页\一共有71页\编辑于星期一天然药物及其衍生物紫杉醇Taxol红豆杉Taxus紫杉特尔Taxotere现在是11页\一共有71页\编辑于星期一二、天然药物的研究开发现在是12页\一共有71页\编辑于星期一1、天然药物研究开发的三个阶段

1）、临床前研究①选定研究对象；②收集原料③筛选活性④分离追踪活性成分、确认结构现在是13页\一共有71页\编辑于星期一⑤动物试验急性毒性试验长期毒性试验特殊毒性试验（致畸、致癌、致突变）药代动力学试验现在是14页\一共有71页\编辑于星期一处方及工艺研究临床及生产用药品质量研究原料及制剂稳定性研究生物利用度或溶出度试验⑥制剂工业化研究现在是15页\一共有71页\编辑于星期一资源调查研究栽培研究组织培养人工合成⑦原料保障供应研究现在是16页\一共有71页\编辑于星期一2、临床试验研究

①Ⅰ期临床试验（毒性（健康人群）

）；②Ⅱ期临床试验（毒性、药效（少数病人）

）；③申请新药证书及生产批文号。3、试生产阶段

Ⅲ期临床试验（毒性、药效（多数病人，多点观察））4、正式生产现在是17页\一共有71页\编辑于星期一2、天然药物中开发新药途径

1）、经验积累

中药的研究离不开祖国医学长期实践所积累的经验，是寻找新药的极为重要的源泉和基础。古代，人类在寻找新药的漫长历史中，在亲身“尝试”中不断积累各种药物知识，即神农尝百草的方法。在天然药物的研究过程中，要注重经典文献的调研，如根据中医经验和历代医书上记载中药青蒿对“截疟”有效。东晋葛洪著《肘后备急方》中记载，“青蒿一握，水二升渍，绞取汁尽服之”，说明青蒿中含有抗疟有效成分，且加热易破坏，故将青蒿低温提取获得抗疟有效成分青蒿素，用于抗疟具有显著的特点，又通过构效关系研究合成了新的衍生物，疗效显著提高，且水溶解性更强。文献是前人积累的宝贵经验，通过查阅文献了解近缘植物的研究概况。只有了解前人成功的经验和方法，才能最大限度的借鉴和利用前人的经验开展新的研究十少走弯路，节省人力、物力和时间。现在是18页\一共有71页\编辑于星期一2)、偶然发现

偶然发现在新药研究和发现中是较常见的，最典型的例子是青霉素的发现，1928年，英国细菌学家弗莱明一次在研究葡萄球菌的实验中偶然发现那次培养的细菌有些菌落没有生长，仔细观察发现，在这次实验中，培养基被霉菌污染所致，后来从这种霉菌中发现了能杀灭细菌的物质青霉素，开辟了抗生素治疗疾病的新领域。现在是19页\一共有71页\编辑于星期一3)、药物普筛

20世纪初，特别是30年代以来，世界各国开展了在特定药理模型的基础上筛选药物的工作，对天然药物的筛选，导致了许多新药的发现。药物的筛选有两种方法：

A、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。

现在是20页\一共有71页\编辑于星期一B、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。现在是21页\一共有71页\编辑于星期一优点：(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。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。现在是22页\一共有71页\编辑于星期一追踪分离天然活性化合物时的注意事项

1．关键在于选择、建立先进的生物活性测试方法

天然活性化合物的追踪分离能否取得成功，关键在于有无好的生物活性测试体系．试验模型可以有整体动物、器官、组织、细胞、酶或受体以及体内生物活性物质等。利用对酶、受体或体内生物活性物质的抑制或促进作用，以及利用基因调控影响进行的活性测试方法因为简便易行又可定量，更是受到青睐，得到越来越广泛的应用。但是有时这种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。现在是23页\一共有71页\编辑于星期一2．确保供试材料具有活性

这是追踪分离活性化合物的前提。为了确保活性成分分离工作在可靠的基础上进行，对供试天然药物或中药有时须采用多项指标、体内外进行测试加以确认。

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

现在是24页\一共有71页\编辑于星期一3.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。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)骏河毒素(surugatoxin)软紫草(Arnebiaeuchroma)止血、抗炎、抗菌、抗病毒、抗癌前列腺素PGE2生合成抑制活性紫草素类

现在是25页\一共有71页\编辑于星期一4．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。

现在是26页\一共有71页\编辑于星期一4）、代谢研究

(1)药物的代谢研究结果又往往给新药研究提供信息。

由于药物的体内过程不同，有些药物转化后，活性更高，有些转化后则失活，从而可以帮助我们提供新药设计的重要知识。(2)植物成分的生物转化，可为一些化合物的结构修饰提供思路，提供新颖的先导化合物。现在是27页\一共有71页\编辑于星期一5）、天然药物的化学修饰或结构改造

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)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。现在是28页\一共有71页\编辑于星期一例青蒿素的构效关系研究

现在是29页\一共有71页\编辑于星期一6）、其他领域的研究

(1)在新药的研究中，深入开展药物作用机制的研究，也能为新药的发现提供重要的线索。(2)利用药物的毒副作用发现新药。现在是30页\一共有71页\编辑于星期一实例一紫杉醇的发现

1971年：提取分离，结构确定，活性确认1975-76年：在多种瘤株上实验有效；1977年：临床前研究；1979年：作用机理探明；1982年：Ⅰ期临床实验；1985-86年：Ⅱ期临床实验(卵巢癌)；1986年：紫杉醇侧链的全合成；1988年：紫杉醇半合成；1990-93年：侧链合成方法的改进；1992年：FDA批准；1994年：首次全合成。

现在是31页\一共有71页\编辑于星期一现在是32页\一共有71页\编辑于星期一研究实例二喜树碱的发现

现在是33页\一共有71页\编辑于星期一3、

天然药物化学研究方法

1）、在开展某一天然药物的研究中，研究开始前，必须进行充分的调查研究。这其中包括实地调查，资源调研和文献调研三个方面。现在是34页\一共有71页\编辑于星期一实地调查包括临床疗效的考察和实际应用效果(民间使用情况)：(1)由于影响植物药功效的因素较多，在确定其功效的基础上第一步就是确定品种类别，由于植物或中药同名异物和同物异名现象较多；植物的科、属不同，成分各异，药效作用也有很大差别，品种的鉴别、鉴定显得尤为重要，如果品种没有鉴别准确，实验结果很难会有好的重现性。(2)考察其生长环境，采收季节，加工与炮制方法等，这些因素都会影响药物的疗效。同时，这些因素的考察，还会为研究有效成分的提取、分离方法提供参考。现在是35页\一共有71页\编辑于星期一资源调查植物的生长环境、资源分布、品种的多少都是研究天然药物要考虑的因素。对于资源少的植物药材，在研究的开始阶段，就要考虑到如何解决资源缺乏的问题。现在是36页\一共有71页\编辑于星期一文献调研当确定了要研究的对象后，有关该植物本身的研究；相关近缘植物的研究等都可以通过文献的调研得到解决，通过文献的调研，可以了解该植物中或其近缘植物中所含有的化合物类别，研究方法，为接下来的研究提供研究思路和启示。现在是37页\一共有71页\编辑于星期一2）、植物化学成分预试

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。预试验的结果可以帮助我们选择和建立合理的检查方法，作为提取过程中对特定成分的追踪和向导。现在是38页\一共有71页\编辑于星期一单项预试法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。现在是39页\一共有71页\编辑于星期一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。现在是40页\一共有71页\编辑于星期一3）、化学成分的分离

A、部位分离即利用极性由小到大的各种有机溶剂连续提取，将化学成分分为极性不同的各个部位。

部位分离法有许多种，如Dragendoff提出的石油醚、乙醚、氯仿、乙醇、水、酸性水、碱性水七部位法。提出的石油醚、苯、醋酸乙酯、乙醇四部位法，Stahl提出的石油醚、氯仿、乙醚、丙酮、甲醇的五部位法。这些方法各有特点，但基本原理都是利用极性不同的有机溶剂依次提取药材并分成不同极性的部位。由于使用的溶剂系统不同，分离的部位也有多有少。近年来，部位分离更多地采用石油醚(或苯)-氯仿(或乙醚)-醋酸乙酯-正丁醇-水的五部位法。在需要重点研究某一极性部位时，可以略去某些提取阶段，以减少分离的部位。现在是41页\一共有71页\编辑于星期一B．组分的分离和单体分离

组分分离是在部位分离的基础上，根据组分的化学性质和物理性质的不同，再细分为性质相近的组分，以减少组分间的相互干扰，为组分的单体分离创造条件。组分分离的方法很灵活，而且常与组分的分离紧密结合。利用色谱方法结合溶剂结晶法进行组分的分离仍然是基本的和普遍使用的手段。随着各种新型吸附试剂、凝胶、树脂等材料的不断出现，不同类型化合物的分离变得越来越容易。

现在是42页\一共有71页\编辑于星期一(1)极性小的部位的分组和单体分离：极性小的组分包括强亲脂性和亲脂性两个部位，一般有几种分离方法，如将此部位分为酸性、酚性和中性三个部位；将此部位用碱进行皂化处理，分成皂化组分(极性小的脂肪酸酯等)和不皂化组分后再进行分离；直接利用柱色谱进行分离(最常用正相吸附色谱)，且常需要进行反复柱色谱。现在是43页\一共有71页\编辑于星期一(2)极性大的部位的分组和分离：在水溶液中不能为正丁醇提取的部位为极性大的部位。主要是单糖、氨基酸、多肽、无机盐和极性很大的苷类，分离这些组分可利用活性炭柱色谱法。先用水洗出活性炭柱上的无机盐和单糖，用5％乙醇洗脱双糖，用10％以上的乙醇洗脱苷类和多糖也可用离子交换树脂法来分离含有阳离子、阴离子和非离子型组分。凝胶滤过、大孔吸附树脂色谱在大极性化合则常常采用。现在是44页\一共有71页\编辑于星期一三、天然药物的发展

现在是45页\一共有71页\编辑于星期一（1）我国有6000种左右的中药为新药的研究提供了丰富的资源，又有利用中草药的悠久历史和丰富经验，这些经验且有文字记载。

1、天然药物的来源不断扩大现在是46页\一共有71页\编辑于星期一（3）自然界中微生物的多样性及其代谢产物的多样性，提供了发现新药(以及先导化合物)的不竭动力。全世界公开发表的微生物来源的生物活性物质超过15,000种，其中得到临床应用的约1％。特殊环境微生物开发潜力巨大！现在是47页\一共有71页\编辑于星期一A、植物内生菌微生物

细菌（放线菌）真菌生活在宿主内部

细胞间细胞内无明显感染症状

互惠共生和平共处潜在致病Tanetal.Nat.Prod.Rep.2001,18,448现在是48页\一共有71页\编辑于星期一分布

广泛:

几乎所有植物宿主特异性:

大部分内生菌无特异性有些具有科属特异性与生态环境相关:

非特异菌尤其如此现在是49页\一共有71页\编辑于星期一体外生物学特征可培养（关键是选择适当培养基）生物合成能力宿主次生物质

生长调节剂

结构新颖和/或生物活性显著的代谢物

某些重要的生物大分子现在是50页\一共有71页\编辑于星期一B、海洋微生物（2）海洋生物处于高盐、低温、高压、缺氧、黑暗的特殊环境，其遗传代谢有特异的变化，可产生结构新颖的恬性物质。现在是51页\一共有71页\编辑于星期一海洋微生物

生境特殊

高盐、高压、低温、寡光照丰富的生物多样性研究薄弱，成功机会多不破坏海洋生态平衡无样品采集顾虑现在是52页\一共有71页\编辑于星期一2、生物工程在天然药物中的应用

药用植物次生代谢酶基因克隆：找出形成特定产物的关键酶成为利用基因工程技术生产传统中药有效成分的关键步骤。

主要集中于生物碱、黄酮类、萜类等生物合成和一些多酚氧化酶上，现已有50多个此类基因被克隆。

现在是53页\一共有71页\编辑于星期一3、高新提取技术在天然药物研发中的应用超声提取技术超临界萃取技术大孔树脂吸附技术冷冻干燥技术现在是54页\一共有71页\编辑于星期一1）超声提取技术

超声提取是利用超声波(频率>20KHz)具有的机械效应、空化效应及热效应，通过增大介质分子的运动速度，增大介质的穿透力以提取天然药物的技术。现在是55页\一共有71页\编辑于星期一组织细胞变形植物蛋白变性生物分子解聚超声提取技术——原理(机械效应)超声波在介质中的传播可以使介质质点在其传播空间内产生振动，从而强化介质的扩散、传质，即超声波的机械效应。超声波

传播辐射压强分子摩擦第一部分中药药效物质提取、分离与纯化的新技术、新工艺现在是56页\一共有71页\编辑于星期一微激波超声提取技术——原理(空化效应)介质内部溶解的微气泡在超声波的作用下增大，形成共振腔，然后瞬间闭合，即超声波的空化效应。微气泡超声波增大共振腔形成植物细胞破裂瞬间闭合第一部分中药药效物质提取、分离与纯化的新技术、新工艺现在是57页\一共有71页\编辑于星期一成分

溶出介质及药材组织导

致超声提取技术——原理(热效应)超声波在传播过程中，声能不断被介质所吸收，并全部或大部分转化成热能，导致介质本身和药材组织温度升高，促使有效成分的溶解，这就是超声波的热效应。超声波

传播声能热能介质

吸收促

使温度升高第一部分中药药效物质提取、分离与纯化的新技术、新工艺现在是58页\一共有71页\编辑于星期一超声提取技术——优点第一部分中药药效物质提取、分离与纯化的新技术、新工艺提取过程不需要加热提取过程为物理过程溶剂用量少提取物有效成分含量高适用于热敏物质节省能源不影响有效成分的生理活性有效成分的提取率高利于精制现在是59页\一共有71页\编辑于星期一2、超临界流体萃取技术——相关概念第一部分中药药效物质提取、分离与纯化的新技术、新工艺超临界流体(Supercriticalfluid,SCF,SF)物质处于其临界温度(TC)和临界压力(TP)以上的单一相态，即超过气、液两相临界温度和临界压力时的非气、非液流体超临界流体萃取技术在一定温度条件下，应用超临界流体作为萃取溶剂，利用程序升压对不同成分进行分步萃取的技术。现在是60页\一共有71页\编辑于星期一超临界流体萃取技术——原理A-Tp线气固平衡升华曲线B-Tp线液固平衡熔融曲线Tp-Cp线气液平衡蒸气压曲线Tp三相点Cp临界点第一部分中药药效物质提取、分离与纯化的新技术、新工艺现在是61页\一共有71页\编辑于星期一超临界流体萃取技术——原理采用CO2超临界流体的原因CO2的临界温度(Tc)为31.06℃，接近室温CO2的临界压力(Pc)为7.39MPa，比较适中CO2的临界密度为0.448g/cm3，在超临界溶剂中属较高的CO2性质稳定、无毒、不易燃易爆、价廉第一部分中药药效物质提取、分离与纯化的新技术、新工艺现在是6