海洋药物学概论

海洋药物学概论第一页，共五十七页，编辑于2023年，星期日AgeladineA多羟基甾醇海洋萜类第二页，共五十七页，编辑于2023年，星期日岩沙海葵毒素第三页，共五十七页，编辑于2023年，星期日二、海洋药物学得到发展的原因1、海洋生物种类众多海洋约占地球表面积的71.2%，达3.6亿平方千米，生物总种类达30多门50余万种，生物总量占地球总生物量的87%。与对陆生生物的研究相比，人们对海洋生物的认识还相当有限，利用率不到1%。2、海洋生物生态环境特殊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。3、重大疾病患病人数的增加癌症、艾滋病、心脑血管疾病世界海洋生物约有20万种以上，其中海洋植物约2万种，海洋动物约18万种。2007年认识水平4、生物活性作用明显生长和代谢过程中，产生并积累了大量具有特殊化学结构并具有特殊生理活性和功能的物质，是开发新型海洋药物和功能食品的重要资源。第四页，共五十七页，编辑于2023年，星期日三、海洋药物学发展的四个阶段海洋天然产物化学（海洋药物学）也是从人们对海洋生物的认识与应用开始的。人们使用海洋生物作为食物和药物已有悠久的历史。我国是世界上最早应用海洋药物的国家，早在公元一世纪的《神农本草经》中收载海洋药物约10种，到1596年李时珍的《本草纲目》则已收载90余种海洋药物的性味、功能和药用价值。海洋天然活性物质的研究已有100多年的历史。纵观其发展大致可分为四个阶段：1960年以前称为孕育期，60~70年代为形成期，80年代进入快速发展期，90年代以后为成熟期。第五页，共五十七页，编辑于2023年，星期日海洋药物学发展的4个阶段近年来海洋天然产物越来越引起科学家们的注意，人们相信在辽阔的海洋中存在着众多令人激动、超出想象、结构新颖的化合物。第六页，共五十七页，编辑于2023年，星期日1孕育期上世纪50年代以前，海洋天然产物的研究相当缓慢，最初的研究主要集中在大型海藻类生物中。巨藻属（Macrocystis）硅藻和红藻第七页，共五十七页，编辑于2023年，星期日1881年，Stanford发现了褐藻中的多糖—褐藻胶。1884年，Stenhouse发现了褐藻中的甘露醇。1909年，田原对河豚鱼卵的神经毒性进行描述并命名其毒性成分为河豚毒素（Tetrodotoxin，TTX）。1938年，横尾晃从河豚中提纯TTX，到1950年才分离到单体结晶。随后，津田恭介等于1952年、平田义正等于1955年、美国的Woodward等于1957年和后来的后藤等都得到了单体结晶，但没有解析出正确的结构。第八页，共五十七页，编辑于2023年，星期日1922年日本学者从异足索沙蚕（Lumbriconerisheteropoda）体内分离到具有杀虫作用的沙蚕毒素（Nereistoxin,1）；1934年明确了它的化学结构；1961年完成人工合成。并以沙蚕毒素为先导化合物，开发成功一系列拟沙蚕毒素杀虫剂如杀虫双（Dimehypo）、杀螟丹（Cartap）、杀虫环（Tiocyclam）和新农药巴丹（Padan）Dimehypo含硫生物碱第九页，共五十七页，编辑于2023年，星期日1945年，意大利科学家GiuseppeBrotzu从撒丁岛海洋淤泥中分离到一株海洋真菌（顶头孢霉菌，Cephalosporiumacremonium），他发现这些顶头孢分泌出的一些物质可以有效抵抗引起伤寒的伤寒杆菌。1946年他把这株真菌送到了牛津大学，牛津大学的EdwardAbraham教授从中分离获得若干头孢菌素类化合物，其代表物是头孢菌素C。此后，经水解获得的头孢烯母核成为一系列头孢菌素类抗生素的合成材料，头孢菌素钠（Cephalosporinnatrium）为从海洋微生物中发现并开发成功的第一个“海洋新抗”，开创了开发海洋新抗生素药的先例。第十页，共五十七页，编辑于2023年，星期日CephalosporinnatriumLactam内酰胺噻吩thiophene第十一页，共五十七页，编辑于2023年，星期日1953年从日本海藻（Digeneasimplex）中分离得到海人草酸（红藻氨酸，kainicacid,2）和别红藻氨酸（g-allo-kainicacid,3）（图2）；1955年用经典的化学降解反应和对降解片断的合成等方法研究了它们的结构，并最终用X-衍射确定了其立体结构.第十二页，共五十七页，编辑于2023年，星期日上世纪30年代初，W.Bergmann等开始了对海绵的研究，50年代他和他的同事从加勒比海域的一种海绵（Crypthotecacrypta）的丙酮提取物中经反复重结晶先后得到了两种罕见的特异核苷类化合物，海绵核苷（Songothymidine，4）及海绵尿苷（Spongouridine，5）（图3），这两个化合物后来成为重要的抗病毒药物Ara-A和抗癌药物Ara-C的先导化合物。第一个抗病毒海洋药物为阿糖胞苷（Cytara-bine），1955年被美国FDA批准用于治疗人眼单纯疱疹病毒感染。1956年JackJ.Fox等报道了Spongothymidine的全合成工作。第十三页，共五十七页，编辑于2023年，星期日Ara-AAra-C第十四页，共五十七页，编辑于2023年，星期日1961年，美国的Upjohn小组合成了阿糖胞苷Ara-C并报道了其在动物实验中的抗白血病活性研究。紧接着Ara-C被批准为临床抗肿瘤用药，主要用于治疗急性粒细胞白血病，对恶性淋巴瘤、肺癌、消化道癌、头颈部癌也有一定的疗效，此外Ara-C还具有抗病毒作用，对病毒性眼病、带状疱疹、单纯疱疹性结膜炎有效。这是第一个由海洋天然产物衍生而来并最终成功上市的药物。第十五页，共五十七页，编辑于2023年，星期日特点：

1960年以前对于海洋生物化学成分的研究相对较少、进展也相当缓慢，海洋天然药物的研究也一直没有引起科学界的重视。主要原因是人们普遍对海洋天然产物认识不足，而且海洋天然产物结构比较复杂，当时的测试条件尚不成熟，特别是30-50年代正值合成药物和抗生素药物的黄金年代，也挫伤了人们对海洋天然产物的研究热情。第十六页，共五十七页，编辑于2023年，星期日2形成期

上世纪60年代天然产物研究的伟大成就之一就是完成了河豚毒素Tetrodotoxin，TTX，9）的结构确定。其结构新颖，在有机溶剂和水中都不易溶解而仅溶于醋酸等酸性溶剂并且在碱性和强酸性溶剂中不稳定。笼形原酸酯类生物碱，分子不对称第十七页，共五十七页，编辑于2023年，星期日1964年（研究历经15年）于京都召开的第三届IUPAC国际天然产物化学会议上，日本的津田、平田和美国的Woodward三个小组同时报告了TTX的正确结构，震惊了与会的包括90名世界顶尖天然产物化学家在内的1500名学者。1972年日本名古屋大学的岸义人（Y.Kishi，现哈佛大学终身教授）首先报道了河豚毒素外消旋体的全合成。第十八页，共五十七页，编辑于2023年，星期日1962年日本科学家下村修（OsamuShimomura）从生活在美国西海岸近海的一种海洋生物水母Aequoreavictoria身上分离出了绿色荧光蛋白（GFP）。在这种水母的体内有一种叫水母素的物质，在与钙离子结合时会发出蓝光，而这道蓝光未经人所见就已被一种蛋白质吸收，改发绿色的荧光。这种蛋白质捕获蓝光发出绿光。这种神奇的蛋白质后来成为当代生物化学研究的最为重要的工具之一，利用绿色荧光蛋白技术可以跟踪生物器官内不可见的一些生理现象，如跟踪脑细胞的活动或者是跟踪癌细胞的活动，为人类解决医学难题提供了宝贵的信息。greenfluorescentprotein(GFP)

2008年度诺贝尔化学奖第十九页，共五十七页，编辑于2023年，星期日greenfluorescentprotein(GFP)

第二十页，共五十七页，编辑于2023年，星期日1969年美国科学家Weinheimer和Spraggins从加勒比海柳珊瑚Plexaurahomomalla中分离得到了含量高达1.4%的前列腺素15R-PGA2前列腺素具有强烈生理活性和广谱药理效应的物质，但是它们在自然中存量极微，合成也很困难，这就限制了对其深入研究。而从柳珊瑚中发现的含量丰富的前列腺素，改变了研究与应用的被动局面，也极大地刺激了化学界对来自海洋生物活性物质的兴趣。第二十一页，共五十七页，编辑于2023年，星期日上世纪60年代中期美国科学家．W．Halstead总结整理了海洋有毒生物的资料并出版了《世界海洋有毒和有毒腺的生物》一书，开创了海洋药物专著的先声。1967年在美国罗得岛大学召开了第一届海洋药物研讨会（DrugsfromtheSea），标志着海洋药物研究国际合作的开始。1969年美国科学家M.H.Baslow主编的《MarinePharmacology》和H.W.Youngken主编的《Food-DrugfromtheSea》分别出版。1973年美国科学家PaulJ.Scheuer编著的第一本海洋天然产物化学专著《ChemistryofMarineNaturalProducts》出版。第二十二页，共五十七页，编辑于2023年，星期日PaulJ.Scheuer主编的《MarineNaturalProducts-ChemicalandBiologicalPerspectives》1-4卷在70年代末出版以及日本化学会1979年编写出版的《海洋天然物化学》，标志着海洋天然产物化学已经成为一门独立的、多学科交叉的新学科，其研究内容包括海洋毒物、海洋生物药学和海洋化学生态学。特点第二十三页，共五十七页，编辑于2023年，星期日发展期到上世纪80年代，海洋药物的研究开始进入了一个崭新的历史时期各种二维核磁技术和软离子质谱技术的逐渐应用以及分离技术手段的快速发展，加快了微量成分和复杂结构化合物测定、分析的研究进程，一些结构比较复杂、生理活性独特的海洋天然产物相继被分离并完成结构鉴定。第二十四页，共五十七页，编辑于2023年，星期日1980年从海绵（Luffariellavariabilis）中分离得到的线型二倍半萜类化合物Manoalide（18，图8）是第一个具有选择性作用于磷酯酶A2（PLA2）及对磷脂酶C、鸟氨酸脱羧酶、醛糖还原酶等多种酶具有抑制作用的活性化合物，其对细胞膜上Ca2+通道也有阻滞作用，现已成为研究阻断PLA2的常规工具药。上世纪80年代中期它已被作为一个典型的抗炎剂在临床试用。第二十五页，共五十七页，编辑于2023年，星期日1981年美籍日本科学家中西香尔（K.Nakanishi，现美国哥伦比亚大学终身教授）从形成“赤潮”的涡鞭毛藻Gymnodiniumbrevis中分离出毒素成分短裸甲藻毒素B（Brevetoxin，BTX-B）是第一个聚醚化合物，随后又发现了岩沙海葵毒素（Palytoxin，PTX，19，图9）第二十六页，共五十七页，编辑于2023年，星期日超级长链聚醚化合物，分子量2677，分子式为C129H221O54N3，耗费10年时间于1981年底完成了其分子结构的测定，1982年日本的平田义正（Y.Hirata）小组和美国的Moor小组同时报道了它的立体构型，这是一个光谱技术和化学方法相结合进行结构鉴定的经典例证。PTX是目前最强的冠脉收缩剂，作用强度比血管紧张素强100倍。第二十七页，共五十七页，编辑于2023年，星期日1989年，安元健受世界卫生组织的委托去调查法国西加鱼中毒事件的原因。其从4,000千克鳗鱼中纯化出0.35mg西加毒素（Ciguatoxin，CTX）和0.45mgCTX-4B，主要依靠NMR技术搞清了CTX（20）的化学结构（图10）。这一研究成果标志着海洋天然产物化学进入了快速发展期。第二十八页，共五十七页，编辑于2023年，星期日1988年从加勒比海被囊动物Trididemnumsolidum中分离出来一组抗病毒和细胞毒活性的环状缩肽化合物膜海鞘素（Didemnins）。是第一个在美国进入临床研究的海洋天然产物，作为一种新型抗肿瘤尤其是抗乳腺癌药物即将推向市场。目前DidemninB已经完成人工全合成。第二十九页，共五十七页，编辑于2023年，星期日脱氢膜海鞘素DehydrodidemninB（21，商品名Aplidin，图11），来自地中海海鞘Aplidiumalbicans的一种抗肿瘤环肽，是DidemninB的二级代谢产物即DidemninB的一个羰基被还原的衍生物，但毒性和活性改变很大。第三十页，共五十七页，编辑于2023年，星期日1989年美国亚里桑那州立大学的GeorgeR.Pettit教授领导的研究组对印度洋海兔Dolabellaauricularia抗肿瘤活性多肽展开研究，从中分得18个含有特殊氨基酸的较短的链状肽类化合物海兔毒肽Dolastatins1~18，具有强烈抑制肿瘤细胞生长的作用，是目前已知来源的抗肿瘤剂中活性最强的一类，其中Dolastatins10和15的IC50值分别为0.059nM和2.9nM。Dolastatin10已进入治疗乳腺癌、肝癌、实体肿瘤和白血病的II期临床研究。第三十一页，共五十七页，编辑于2023年，星期日1986年西班牙Zeltia生物制药集团成立了专门研发海洋抗肿瘤药物的PharmaMar公司，该公司开发的Et-743（商品名Yondelis®）已于2007年7月被欧洲药物管理署（EMEA，EuropeanMedicinesAgency）批准用于治疗软组织恶性肉瘤，成为第一个现代海洋药物。Trabectedin(ecteinascidin743orET-743)第三十二页，共五十七页，编辑于2023年，星期日成熟期

进入上世纪90年代以来，药物的开发越来越困难，由于人类长期服用药物而产生的耐药性致使每年新药上市的速度几乎等于老药被淘汰的速度。所以人类迫切需要结构新颖、生物活性和作用机制独特的新的天然产物作为新药开发的先导化合物。于是很多国家把更多的目光投向了海洋这个“蓝色药物”的摇篮。海洋天然产物研究以前所未有的高速度发展，迎来了海洋药物及海洋天然产物研究的又一次高潮。第三十三页，共五十七页，编辑于2023年，星期日1992年，代表着现代鉴定技术NMR-MS在天然产物化学结构研究中最高应用水平的刺尾鱼毒素（Maitotoxin，MTX，24）的结构鉴定圆满完成。MTX的分子量达3422，分子式为C164H256O68S2Na2，是目前被发现的最复杂的一个聚醚梯类化合物，它的结构鉴定把现代鉴定技术推上了一个新的高度。MTX是非蛋白毒素中毒性最强的物质，其毒性比河豚毒素强约200倍，比岩沙海葵毒素强9倍。1mgMTX可以致100万只小鼠于死地。MTX属于典型的钙通道激动剂，可增加细胞膜对Ca2+的通透性，是研究钙通道药理作用的特异性工具药。第三十四页，共五十七页，编辑于2023年，星期日第三十五页，共五十七页，编辑于2023年，星期日1995年安元健又从涡鞭毛藻中分离鉴定出5个PTX的类似物、16个CTX的同系物1995年日本的中村（H.Nakamura）从涡鞭毛藻Symbiodiniumsp中分离鉴定出62元环的大环内酯类化合物Zooxanthellatoxin安元健建立了一套分离鉴定微量聚醚类海洋毒素的方法，样品有的仅5μg甚至更少就可以完成平面结构的鉴定，主要依靠2D-NMR和MS/MS。目前，毫克级以下的复杂海洋天然产物的分离、纯化、结构鉴定都已不再成为问题。第三十六页，共五十七页，编辑于2023年，星期日1994年岸义人完成了PTX的全合成，该化合物是目前完成全合成有机化合物中分子量最大、手性碳最多的一个化合物，它的合成堪称有机合成化学界的珠穆朗玛峰而被列为化学史上最优秀的成果。该小组还完成了大环内酯聚醚AltohyrtinA（SpongistatinI）、Saxitoxin、Batrachotoxin、PinatoxinA等的全合成。1996年美国的E.J.Corey完成了大环内酯生物碱Et-743的全合成；1995年美国的K.C.Nicolaou于完成了BTX-B的全合成，1998年完成了BTX-A的全合成；而后日本理化学研究所的中田忠又完成了BTX-B的全合成。2001年日本东北大学的平间正博完成了CTX的全合成。第三十七页，共五十七页，编辑于2023年，星期日这些研究成果展示了海洋天然产物的特性和应用价值以及对其它相关学科的推动作用。第三十八页，共五十七页，编辑于2023年，星期日海洋药物和海洋天然产物的特点及其发展方向海洋生物的生存环境与陆生生物迥然不同，如高压、高盐、寡营养、低温但相对恒温（火山口附近有高温、极地地区还有超低温）、有限的光照和有限的含氧量。生物环境的巨大差异决定了海洋生物在新陈代谢、生存方式、信息传递、适应机制等方面具有自身的显著特点，从而造成海洋生物次级代谢的途径和酶反应机制与陆地生物几乎完全不同。第三十九页，共五十七页，编辑于2023年，星期日海洋生物次生代谢产物结构的多样性远远超出了人们的想象，如聚醚类和大环内酯类化合物；有的海洋生物次生代谢产物含有一些特殊的取代基团，如二氯代亚胺基，异氰基和环硫醚等。结构独特的海洋生物次生代谢产物因有很强的生物活性和独特作用机制，不仅可以作为开发新药的先导化合物，还可作为生命科学和基础药物学研究的工具或分子探针。第四十页，共五十七页，编辑于2023年，星期日目前从海洋生物中发现的海洋天然产物超过19,000种，现在每年大概有600-800个新的海洋天然产物被发现，虽然结构千差万别，按照化学结构分类主要有：烃类、萜类、生物碱类、甾体类、多肽、聚醚类、大环内酯类、前列腺素类、多糖类以及一些海洋生物中特有的结构类型。第一个作为镇痛药用于治疗慢性脊骨损伤的海洋药物考诺肽Ziconotide（商品名Prialt，源于竽螺Conusmagus的肽类毒素）已成功通过III期临床，并于2004年获得了美国FDA证书。第二个海洋药物Trabectedin（商品名Yondelis/Ecteinascidin-743/ET-743，源于加拉比海海鞘Ecteinascidiaturbinata）已于2007年获得欧洲药品管理局批准用于治疗软组织肉瘤。第四十一页，共五十七页，编辑于2023年，星期日Ziconotideacetate第四十二页，共五十七页，编辑于2023年，星期日另已有超过45个海洋天然药物进入临床试验。第四十三页，共五十七页，编辑于2023年，星期日海洋是大自然赋予天然产物化学家进行药物研究的广阔领域，3.6亿平方千米的浩瀚海洋中蕴藏着众多超出我们想象的结构新颖的代谢产物，海洋天然产物已经成为发现新型药物和重要先导药物的主要源泉,相信占地球总生物量的87%的蓝色海洋必将成为人类未来的大药房。第四十四页，共五十七页，编辑于2023年，星期日四、国内外海洋药物研究取得的成绩来自海洋真菌的抗生素头孢菌素（cephalosporine）褐藻酸钠衍生物藻酸双酯钠（PPS）神经激活剂河豚毒素（TTX）抗癌、抗病毒新药阿糖腺苷（Ara-A）老年性疾病治疗药物前列腺素衍生物治疗痛疼芋螺毒素抗癌

ET-743我国目前已有６种海洋药药物获国家批准上市：藻酸双酯钠、甘糖酯、河豚毒素、角鲨烯、多烯康、烟酸甘露醇等；另有10种获健字号的海洋保健品。国内国外不完全统计，目前全国海洋药物正常生产品种接近30余个，海洋药物生产企业就有40多家，年产值约40亿元-2010第四十五页，共五十七页，编辑于2023年，星期日第四十六页，共五十七页，编辑于2023年，星期日海洋天然产物及它们的相似物进入临床情况生物化合物适用症阶段海绵动物门

AgelasmauritianusKRN7000癌症ⅠPetrosiacontiganataIPL-567炎症Ⅰ腔肠动物门Pseudopterogorgiamethopterosin炎症/创伤Ⅰ纽形动物门AmphiponuslactifloreusGST-21老年痴呆症/精神分裂症Ⅰ软体动物门Dolabellaauricularia海兔毒素10癌症ⅡDolabellaauriculariaLU-103793癌症ⅠConusmagnus芋螺肽疼痛Ⅲ苔藓动物门总合草苔虫（bugulaneritina）草苔虫内脂1癌症Ⅱ尾索动物门Trididemnumsolidum膜海鞘素B癌症ⅡAplidiumalbicans脱氢膜海鞘素B癌症ⅡEcteinascidiaturbinateecteinasidin743癌症Ⅱ脊索动物门白斑角鲨（squalusacanthias）squalamine癌症

Ⅰ第四十七页，共五十七页，编辑于2023年，星期日神经酰胺(Ceramide)KRN7000第四十八页，共五十七页，编辑于2023年，星期日第四十九页，共五十七页，编辑于2023年，星期日作业：临床药物的结构及其作用机理第五十页，共五十七页，编辑于2023年，星期日

I期临床试验：初步的临床药理学及人体安全性评价试验。观察人体对于新药的耐受程度和药代动力学，为制定给药方案提供依据。

II期临床试验：治疗作用初步评价阶段。其目的是初步评价药物对目标适应症患者的治疗作用和安全性，也包括为III期临床试验研究设计和给药剂量方案的确定提供依据。此阶段的研究设计可以根据具体的研究目的，采用多种形式，包括随机盲法对照临床试验。耐受性有效性第五十一页，共五十七页，编辑于2023年，星期日

III期临床试验：治疗作用确证阶段。其目的是进一步验证药物对目标适应症患者的治疗作用和安全性，评价利益与风险关系，最终为药物注册申请的审查提供充分的依据。试验一般应为具有足够样本量的随机盲法对照试验。

IV期临床试验：新药上市后应用研究阶段。其目的是考察在广泛使用条件下的药物的疗效和不良反应，评价在普通或者特殊人群中使用的利益与风险关系以及改进给药剂量等。

生物等效性试验：是指用生物利用度研究的方法，以药代动力学参数为指标，比较同一种药物的相同或者不同剂型的制剂，在相同的试验条件下，其活性成份吸收程度和速度有无统计学差异的人体试验。重现性风险性灵活性第五十二页，共五十七页，编辑于2023年，星期日LeadCompound通过优化目标活性作用、减少毒性和副作用可以使其转变为一种新药的化合物。①应用药物化学提高先导物对靶子的专一性；②优化化合物的药物动力性能和生物可利用率；③在动物身上进行化合物的临床前的试验。一、从天然产物活性成分中发现先导化合物。

①植物来源，如解痉药阿托品是从茄科植物颠茄、曼陀罗及莨菪等中分离提取的生物碱。②微生物来源，如青霉素③动物来源，如替普罗肽是从巴西毒蛇的毒液中分离出来的，具有降压作用。④海洋药物来源，如Eleutherobin是从海洋柳珊瑚中得到的，具有抑制细胞微管蛋白聚合作用。二、通过分子生物学途径发现先导化合物三、通过随机机遇发现先导化合物四、从代谢产物中发现先导化合物五、从临床药物的副作用或者老药新用途中发现六、从药物合成的中间体发现先导化合物第五十三页，共五十七页，编辑于2023年，星期日软件结构软件Chemdraw

解析软件MestReNova,Nuts2000,Mestrec第五十四页，共五十七页，编辑于2023年，星期日国外Marinlit(海洋天然产物文献数据库)【URL】

http://www.chem.canterbury.ac.nz/research/marinlit.htm【数据库研制者】

DepartmentofChemistry,UniversityofCanterbury第五十五页，共五十七页，编辑于2023年，星期日【数据内容】

Marinlitisadatabaseofthemarinenaturalproductsliterature.Inadditiontotheusualbibliographicdata,thedatabasecontainsanextensivecollectionofkeywords,trivialnames,compoundinformationincludingstructures,formulae,molecularmass,numbersofvariousfunctionalgroups,