高等天然药物化学课件

2010-高等天然药物-第1次课高等天然药物化学

2010-高等天然药物-第1次课教学要求了解天然药物化学研究概况及最新动态；了解天然药物研究开发和中药现代化研究热点（如抗癌、抗疟等活性成分研究）。掌握天然药物化学的主要研究方法及其最新进展（提取、分离、结构鉴定、结构修饰，化学合成，生物合成等）；2010-高等天然药物-第1次课第一讲天然药物化学概论一、文献检索1、美国化学文摘(CA)

或scifinder或pubmed→（期刊论文、会议论文、学位论文或专利）摘要2、Elsevier,ACS,中国学术期刊、维普、万方、专利数据库等→全文3、天然产物数据库NAPRAERTSM（NaturalProductsALERT）（按生物活性顺序归类）4、HerbMed（免费搜索引擎）5、DictionaryofNaturalProducts2010-高等天然药物-第1次课3、相关参考书（纸质版或电子版）：《天然药物化学》(第5版)，吴立军主编，人民卫生出版社，2008《中药化学》，匡海学，中国中医药出版社，2003《天然药物化学研究》，方起程主编，中国协和医科大学出版社，2006《中药化学成分结构解析》，冯卫生等主编，科学出版社，2008《天然有机化合物提取分离与结构鉴定》，汪茂田等编著，化学工业出版社，20042010-高等天然药物-第1次课《制备液相色谱技术－在天然产物分离中的应用》，K.霍斯泰特曼等编，科学出版社，2000《中药成分的代谢分析》，杨秀伟等主编，中国医药科技出版社，2002《天然药物的生物转化》，卢艳花主编，化学工业出版社，2006《药物筛选--方法与实践》，司书毅等主编，化学工业出版社，20072010-高等天然药物-第1次课中药化学成分提取分离与制备，宋小妹，唐志书主编，人民卫生出版社，2004《黄酮类化合物结构鉴定技术》，K.R.马卡姆主编，科学出版社，1990Naturalproductsfromplants,LelandJ.Csekeetal.(2nded),CRCPress,2006MedicinalChemistryofBioactiveNaturalProducts,XIAO-TIANLIANG,WEI-SHUOFANG,JohnWiley&Sons,Inc.,20062010-高等天然药物-第1次课4、中文期刊:《中国天然药物》，中国药科大学和中国药学会主办《药学学报》，中国药学会主办《中国中药杂志》，中国药学会主办《中国药学杂志》，中国药学会主办《中草药》，中草药信息中心站天津药物研究院主办《天然产物研究与开发》，中国科学院成都分院主办《JournalofAsianNaturalProductResearch》，中国医学科学院药物研究所主办2010-高等天然药物-第1次课5、外文期刊：《Phytochemistry》欧洲植物化学会与北美植物化学会《JournalofNaturalProduct》美国化学会和美国药理学会联合出版《NaturalProductsReports》英国皇家化学会评述类期刊，双月刊《NaturalProductLetter》GordonandBreach

出版《PlantaMedica》德国药用植物研究学会出版《JournalofEthnopharmacology》Elsevier公司《Chemical&PharmaceuticalBulletin》日本化学会《ChemistryofNaturalCompounds》俄国期刊，被KluwerAcademic/Plenum收录2010-高等天然药物-第1次课6、相关网站资源：PhytochemicalandEthnobotanicalDatabases

北美植化学会/SocietyforMedicinalPlantResearch（支持期刊“NaturalProductsandMedicinalPlantResearch””PlantaMedica”）http:///HerbworldInternationalHerbAssociationAmericanAssociationofOrientalMedicineAmericanHerbalistsGuild2010-高等天然药物-第1次课二、天然药物化学概述1、天然药物化学的含义、研究内容、作用2、天然化合物成分类型3、药用天然化合物介绍2010-高等天然药物-第1次课1、天然药物化学的含义、研究内容、作用1）含义：运用现代科学理论与方法研究天然药物中化学成分的一门学科。是生命科学的重要组成部分，是研究生物有机体代谢产物及其变化规律的科学，是在分子水平上认识自然、揭示自然奥秘的重要学科之一。问题：天然产物化学、天然药物（中药、草药、民族药）化学、中草药成分化学、中药化学、植物化学之间的相互关系？2010-高等天然药物-第1次课2）研究内容：生物体中化学成分的提取分离、理化性质、结构鉴定、生源途径、结构修饰、构效关系、化学合成等。2010-高等天然药物-第1次课3）作用创制新药，扩大药源；（资源可持续利用、先导化合物发现）建立和完善中药材及其制剂的质控标准；促进药物剂型改进、提高临床疗效；提供中药炮制的现代科学依据（如黄芩）；探索中药/天然药物防治疾病的原理（药效物质基础）；2010-高等天然药物-第1次课2、天然化合物类型生物碱类（alkaloids）苷（甙）类（glycosides）苯丙素类（phenylpropanoids）：香豆素（coumarin）、木脂素（ligans）醌类（quinones）：苯醌（benzo-）、萘醌（naphtho-）、菲醌（phenanthra-）、蒽醌（anthra-）黄酮类（flavonoids）萜类（terpenoids）和挥发油（volatileoils）皂苷类（saponins）：三萜皂苷（triterpenoidsaponins）、甾体皂苷（steroidalsaponins）强心苷类（cardiacglycosides）2010-高等天然药物-第1次课其他类：大环内酯类（macrolides）聚醚类（polyether）环肽类（cyclopeptide）鞘脂类（sphingolipid）结构特征可参考“天然药物化学”教材和“天然药物化学研究”。2010-高等天然药物-第1次课3、药用（活性）天然化合物介绍生物碱类：吗啡morphine阿托品atropine秋水仙碱colchicine盐酸奎宁Quinine

hydrochloride长春花碱Vinblastine、长春新碱Vincristine石杉碱甲huperzineA番木鳖碱（士的宁）strychnine利血平reserpine喜树碱camptothecin等。2010-高等天然药物-第1次课3、药用（活性）天然化合物介绍萜类：青蒿素Artemisinin紫杉醇Paclitaxel(Taxol）雷公藤甲素triptolide穿心莲内酯andrographolide薯蓣皂苷元diosgenin甘草次酸glycyrrheticacid黄芪甲苷astragalosideI等。2010-高等天然药物-第1次课3、药用（活性）天然化合物介绍黄酮类：黄芩苷baicalin葛根素puerarin芦丁rutin木犀草素luteolin水飞蓟素silymarin大豆素daidzein等。2010-高等天然药物-第1次课3、药用（活性）天然化合物介绍其它类：鬼臼毒素Podophyllotoxin

白藜芦醇resveratrol

金丝桃素hypericin

辅酶Q10等。2010-高等天然药物-第1次课思考题：1、今后十年我国生物制药技术领域的研发重点是：生物技术药物（包括疫苗）及其制备技术、高通量筛选技术、天然药物原料制备。(摘自瞭望新闻周刊2005年12月12日第50期p18-19)。你对此观点的看法如何?2010-高等天然药物-第1次课2、蔓荆子黄素的结构式如下图，它可以方便地转化为化合物A和B。请思考转化的方法?并检索化合物A和B是否为新化合物?2010-高等天然药物-第1次课第二讲

天然药物研究与开发一、天然药物的研究开发程序二、天然药物中生物活性成分的研究方法三、我国中药、天然药物化学研究存在的主要问题。2010-高等天然药物-第1次课一、天然药物的研究开发程序（一）从天然药物或中药中开发新药的五种形式：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，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。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。2010-高等天然药物-第1次课3.在不明确有效成分的基础上，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，或将现有新药改变剂型。4.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。2010-高等天然药物-第1次课5.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。什么叫先导化合物呢?

有一定的生物活性，但因其活性不够显著或毒副作用较大，无法将其开发成新药的具有潜在药用价值的化合物。2010-高等天然药物-第1次课（二）天然物药品（一类新药）的开发研究过程：临床前→临床→试生产活性跟踪指导下的活性成分(结构新颖和作用机制新颖)的提取分离与结构鉴定将是天然产物化学研究的主要形式。选定研究对象→收集资料→筛选活性→有活性者跟踪分离得单体或活性部位→确认结构→动物试验（药效、毒性、药代）→申报临床研究→临床研究（1、2期）→申请新药证书及生产批文号→试生产（3期）→正式生产。（原料供应保障研究、制剂工业化研究。需10~15年时间、1.5~2.5亿美元）2010-高等天然药物-第1次课二、天然药物中生物活性成分的研究方法（一）天然药物及中药中原生生物活性成分的研究:通过调研或广泛筛选需要开发的天然药物。根据原料药中化学成分的性质将其粗分成几个部分，通过活性测试确定有效部位。在活性测试指导下，采用各种色谱方法和其它方法对活性部位进行跟踪分离，最终得到活性成分。2010-高等天然药物-第1次课根据理化性质和波谱数据确定单体的化学结构，进行活性评价。对有开发价值的化合物进行结构修饰和构效关系的研究，进而将其按国际惯例开发成创新药物。从天然药物或中药中开发创新药物的关键是能否从天然药物或中药中分离得到有药用价值或潜在药用价值的活性化合物；中药是创新药物及其先导化合物的重要来源。2010-高等天然药物-第1次课（二）天然药物及中药中前体活性成分的研究有些中药中的化学成分本身并无生物活性，但经体内代谢后所产生的代谢产物具有很强的生物活性（前体药物prodrug）；例如：秦皮素→3,4-二羟基苯丙酸（抗菌）（体内代谢）2010-高等天然药物-第1次课体内代谢法：即将天然药物或其成分给动物食用后，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品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，对有开发价值的化合物再进一步开发。2010-高等天然药物-第1次课（三）血清药化学和血清药理学

除了治疗消化道系统或某些特殊的成分，通常天然药物中成分只有吸收入血后才能发挥药效。

目前进展就较慢，原因如下：

不同化学成分在天然药物中含量相差巨大（百分之几至百万分之几）；不同化学成分与血浆蛋白结合率不同；同一成分在不同时间在血中含量不同（吸收入血成分很快被代谢、分布、排泄）；天然药物成分在动物体内难以积累到足量样品；结构测定方法有限，多数只能依靠LC-MS。2010-高等天然药物-第1次课（四）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：药效不理想；存在一定的毒副作用；含量太低，难以从天然原料中取材；因结构过于复杂，合成也十分困难；水溶性差、生物利用度差等等

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－效关系比较研究，可能发现比较理想的活性化合物，并开发成新药。2010-高等天然药物-第1次课例青蒿素的构效关系研究

2010-高等天然药物-第1次课4.数据库检索5.活性化合物的分离和结构鉴定3.联用光谱MSUV2.生物活性测试1.HPLC–分离HPLC天然药物（五）从中药或天然药物中跟踪分离活性化合物2010-高等天然药物-第1次课PlantaMed.67,411-16(2001)ActivityProfilingforCOX-2Activity0102030405060IIIIIIIVVVIVIIVIIIIXXXICOX-2InhibitioninMonoMac6cells[%]Injected:200µgForbioassay:50µg2010-高等天然药物-第1次课LC-DAD-MS

TryptanthrinIndirubin2010-高等天然药物-第1次课RadicalScavengersfromBeauveriaamorphaRCEF0083PlantaMed.68,64-5(2002)MeOHExtractofSupernatantColumnChromatographyHPLCGelChromatographyCompounds1+2RPlow-pressureLCKieselgel60F254;CHCl3-MeOH-H2O(65:35:5)1Extrakt222010-高等天然药物-第1次课StructureElucidationofRadicalScavengers1H-1H2010-高等天然药物-第1次课鹤草芽中驱绦有效成分agrimonophol的追踪分离：仙鹤草根芽是蔷薇科植物龙牙草根茎的芽。民间用其干粉内服驱绦虫，疗效显著。但谓水煎液无效、醇浸后蒸去醇去渣(沉淀)服用也无效，连渣服用有效。研究者选用体外灭囊虫试验，按下列程序进行活性追踪。2010-高等天然药物-第1次课

结果，石油醚提取物示有明显体外灭囊活性。TLC检查示含有十几种酚性成分。将石油醚提取物随用不同碱液作pH梯度萃取，由NaHCO3萃取部分分到有效单体鹤草酚，最后经一系列化学降解及光谱测试，确定结构如图所示，并经化学全合成得到确认。

鹤草酚（Agrimonophol）2010-高等天然药物-第1次课紫杉醇的发现：

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。

2010-高等天然药物-第1次课2010-高等天然药物-第1次课喜树碱的发现：2010-高等天然药物-第1次课茜草根中抗肿瘤活性成分的追踪分离：茜草根的抗肿瘤活性系采用S-180荷瘤小鼠进行体内抑瘤试验筛选过程中发现的。通过活性成分的追踪分离；最后得到了具有抗肿瘤活性的RA-5及RA-7等环肽类活性物质。2010-高等天然药物-第1次课2010-高等天然药物-第1次课

分离过程中，活性测试系在接种了p-388白血病瘤细胞的CDFl系小鼠身上进行。每个小鼠接种的瘤细胞数为1

106。抑瘤活性以给药组动物平均存活天数（T）相对于对照组动物平均存活天数（C）的百分率，即延命效果（T/C）表示。T/C>125％时始认为有活性。各个分离部分或馏分的活性筛选均按等剂量原则进行。甲醇、苯、乙酸乙酯及水提取物均按200mg/kg小鼠剂量进行投药，但从苯提取物出发分离得到的各个组分，以苯提取物数量为100时各个馏分的收率为Y，按200(Y/100)mg/kg小鼠剂量投药。故实际上各个组分（子体）的投药剂量与苯提取物（母体）投药量相当，测得的活性强弱有定量比较意义。投药方法均为腹腔注射，每日1次，从植入肿瘤细胞后次日起连续进行5天。说明：2010-高等天然药物-第1次课（六）天然药物中生物活性成分研究需要注意的几个问题: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。（1个创新药物需10～12年，耗资2～3亿美元；但年销售额可达百亿美元）创新药物与活性化合物是两码事（体内药效、毒性、临床疗效、制剂、吸收、分布、代谢、排泄、原料、成本、市场）。要注重知识产权的保护（活性部位或活性单体）。2010-高等天然药物-第1次课

选择适当的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。近来并已开始注意在基因调控水平上建立起新的筛选体系。2010-高等天然药物-第1次课（1）动物模型优点：采用整体动物进行的试验与人比较相近。缺点：实验费时费钱，现象复杂，而且动物个体差异以及病理模型难于建立。

用动物模型作为指导分离过程的活性筛选方法不太适宜。2010-高等天然药物-第1次课

（2）体外模型优点：灵敏、简便、可用于微量样品的测试。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简便易行、可定量。缺点：有时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。

体外活性测试方法在实际工作中得到越来越广泛的应用。2010-高等天然药物-第1次课3.确保供试材料具有活性

这是追踪分离活性化合物的前提。为了确保活性成分的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、体内外结合进行测试加以确认。2010-高等天然药物-第1次课美国国立癌症研究中心筛选抗肿瘤活性粗提取物的方法:优点：①活性低或含最少的化合物不至于丢失；②增加了检出新化合物的机会；③可能分离得到具有不同作用机制的化合物。2010-高等天然药物-第1次课4、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