第十章海洋天然药物ppt课件.ppt

第 十 章 海洋天然产物（Natural Products from Ocean）,主讲：尹田鹏遵义医学院珠海校区药学教研室,学习要求,（一）熟悉：大环内酯类、聚醚类、肽类、C15乙酸原化合物、前列腺素类似物、甾类化合物等海洋天然药物。（二）了解：海洋天然产物的研究方法和生物活性。,第一节 概 述 一、海洋,海洋占地球表面积的70.8%。,海洋生物量占地球总生物量的87%。 海洋生物数量丰富，种类繁多，达40多万种。 我国海岸线长1.8万多公里，海域面积500万平方公里。 海洋药用资源蕴藏十分丰富，涉及海洋生物5个生物界、44个生物门、20278种。,海洋微生物,细菌放线菌真菌原生动物微型藻类,海藻,大型海藻微型海藻,海洋高等植物,红树林盐沼群落海草群落,海洋腔肠动物,珊瑚水螅水母海葵,海洋软体动物,海兔裸鳃软体动物海蛤蝓章鱼,海鞘,海星,海参,苔藓动物,研究对象,珊瑚：刺胞动物门(Cnidaria)珊瑚虫纲(Anthozoa)海生无脊椎动物。特点为具有石灰质、角质或革质的内骨骼或外骨骼。海洋腔肠类动物中次生代谢产物研究最活跃的一类。前列腺素类和不同骨架的二萜类是其最具代表性的成分。,海藻,海洋中的藻类约3万多种，包括大型海藻和微型海藻，分属于蓝藻、红藻、绿藻、黄藻等十大类。生源学表明海洋生物活性物质的初始来源可能全部来源于藻类其及共生菌类。海藻为对付海洋草食动物的大量吞食以维护自身生存繁衍，往往会产生一些特色的次生代谢产物：一是使海洋食草动物拒食或毒害的物质；二是促进自身快速繁殖和生长的激素类物质；三是控制性物质。海藻中的代谢产物包括酯类、肽类、萜类、酚类、多糖类、生物碱及有机酸等，具有抗病毒、抗肿瘤、抗虫等活性。,绿藻门(Chlorophyta)约6700种，多见淡水，也有生活于土壤或海水。海产扁藻、小球藻等单细胞绿藻繁生快，产量高，含有一定量的蛋白质、糖类、氨基酸和多种维生素，可作食品、饲料或提取蛋白质、脂肪、叶绿素和核黄素等多种产品。有的绿藻可作为药用，如小球藻、孔石莼等。,红藻门(Rhodophyta)约3000种，绝大部分生于海洋。紫菜味道鲜美。石花菜、海萝等可食用。鹧鸪菜和海人草是常用小儿驱虫药。从石花菜属、江篱属、麒麟菜属中提取的琼胶被应用在医药和纺织工业，并广泛作为培养基。,海绵：松散的细胞聚合体，代表的是自然界中最简单的生物结构之一。,海葵：构造简单的捕食性动物，触手上有特殊的刺细胞释放毒素。,生活环境迥然不同：有一定水压、高盐度、小温差、有限的溶解氧、有限光照及化学缓冲海水体系。 次生代谢产物独特新颖：新陈代谢、生存繁殖方式、适应机制具有显著特性。 生物活性多样。,二、海洋生物的特点,开展海洋药物研究具有重要的理论意义与实际应用价值！,存在大量含卤有机物海洋天然产物最重要特点是元素组成。由于海水富含卤素, 导致海洋生物含很多共价结合的含卤有机物, 卤原子的量可达分子元素总数70%以上。最常见的是含溴、其次是含氯和碘。含有多卤素是海洋天然产物所特有的, 而有机溴化物和碘化物迄今尚未在陆源生物的代谢产物中发现。结构独特复杂多变且生物活性超强海洋毒素：河豚毒素（生物碱） 刺尾鱼毒素（聚醚梯类）二倍半萜：在陆生生物中比较罕见，在海洋微生物和海绵中较多，19962006年间仅从海绵中分离出的呋喃二倍半萜就达260多个。,三、海洋天然产物的特点,结构中含有罕见或特殊基团 氯代碳酰亚胺基、异氰基、胍基、环多硫醚、过氧基以及自然界罕见的丙二烯或乙炔键等。,三、海洋药物的研究概况,国外概况 1964年日本研究河豚毒素(tetrodotoxin, TTX)为开端。,1971年完成人工合成、生理活性研究，高效神经活性剂，致死量0.008 g/g。钠通道阻滞剂，毒性是氰化物的1000倍；局麻作用是普鲁卡因的4000倍，价格：1.8亿美元/Kg。,1969年从加勒比海柳珊瑚Plexaura homomalla中分离得到含量高达1.4%的前列腺素类似物，极大地激发了科学家对来自海洋生物活性物质的兴趣。,R1=R2=HR1=CH3，R2=Ac,1980年代NMR及质谱、单晶X衍射技术的成熟应用加快进程，实现结构复杂海洋产物鉴定。1990年代在发达国家进入黄金时代。大环内酯、聚醚、肽、C15乙酸原、前列腺素类似物、甾体等完成鉴定和活性研究，其中有分子量超过2000的超级碳链化合物。2000年后获得突破性成果，从海葵、海绵、腔肠、被囊、棘皮动物和微生物分得具抗菌、抗病毒、止血、镇痛、抗炎、抗肿瘤和心血管等化合物。NCI每年投入到海洋药物研究的经费占全部天然药物经费的一半多，每年研究检测上万个天然产物中1/4 来自海洋生物。,2007年由新西兰科学家J. W. Blunt和M. H. G. Munro编著海洋天然产物词典（Dictionary of Marine Natural Products）中记载了截止2006年中期发现30000余种海洋天然产物。 2006年和2007年分别发现新的海洋天然产物779个和961个。,研究成果,头孢菌素钠(cephalosporin natrium)为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药的先例。 海绵中获得海绵尿嘧啶核苷(spongouridine)，后研究成功合成方法，获得有效抗癌药物阿糖胞苷 (arabinoside cytosine)，目前在临床上获得广泛应用。,几个成功开发实例,从海蛤提取的蛤素(mercenene)有很好的抗癌作用；存在于海鞘中的膜海鞘素(didemnin) 为强的抗肿瘤、免疫抑制剂； 鲸鲨软骨中提取的6-硫酸软骨素(chondroitin sulfate A)具有降血脂、抗动脉硬化的作用。 从黄海葵提取的新型强心药物海葵毒 (anthoplearin) A和B等。,3、发展趋势,半合成和合成技术在海洋药物研究开发中十分重要。 海洋生物技术是海洋药物产业化主导技术和关键手段 。 现有技术集成组装是现实可行的新途径。 以研究海洋生物活性物质为中心任务的海洋天然药物化学已经成为天然药物研究中最为活跃的分支之一。,我国是世界上最早应用海洋药物的国家。 公元一世纪神农本草经收载海洋药物约为10种。 1596年李时珍本草纲目中海洋药物90余种。 1765年本草纲目拾遗中海洋药物总数发展到100余种。 目前，可作药用的海洋生物达1000余种。2005年版中国药典收载了海藻、瓦楞子、石决明、牡蛎、昆布、海马、海龙、海螵蛸等10余个品种。,国内概况,我国现代海洋药物的发展是在1978年全国科学大会上提出“向海洋要药” 、“开发海洋湖沼资源，创建中国蓝色药业”的战略设想之后，结束了缓慢发展的历史，进入高速发展的新时期。相继成立了中科院海洋所、植物所，及农业部黄海所，青岛海洋大学，中山大学，北京大学等一批海洋生物研究及药物开发基地。 随着生物工程技术和分子生物学的飞速发展，也给我国的海洋生物研究注入了新的活力。 我国同世界先进水平的差距正逐步缩短。,龙涎香：抹香鲸肠内异物如乌贼口器和食物残渣等刺激肠道成分泌物。化痰平喘；行气散结；利水通淋。,玳瑁：海龟科动物玳瑁的背甲。平肝定惊；清热解毒。,昆布：海带科植物海带或翅藻科植物昆布的干燥叶状体。消痰，利水。,瓦楞子：蚶科动物毛蚶、泥蚶或魁蚶的贝壳。消痰化瘀，软坚散结，制酸止痛。,目前海洋生物研究的主要领域,生物活性化合物的研究与开发：包括发现、 结构修饰、合成。 发现新结构。 海洋生物工程。,预防、治疗心脑血管疾病的海洋药物,青岛海洋大学利用海带中的褐藻酸钠加工成抗血栓、降血脂新药藻酸双脂钠(PSS)，具有良好的临床效果 。,具有抗癌活性的海洋药物,NCI（National Cancer Institute）正在进行临床试验的海洋药物,50年前第一个海洋生物抗生素头孢菌素，开创了开发海洋新抗生素的先河； 广谱低毒抗生素伊他霉素； 海参中提取的海参皂苷抗真菌的有效率达88.5%，是人类历史上从动物界找到的第一种抗真菌皂苷。,抗微生物感染海洋药物,海洋天然产物的化合物类型,目前人们对海洋生物的认识相当有限，利用率仅为1%左右。 已有的研究表明：海洋天然产物的结构千差万别，新的骨架结构不断被发现。 就目前的研究积累，海洋天然产物常见的化合物有：萜类、甾体、多糖、蛋白质、脂肪烃,目前发现的海洋天然产物中结构特殊、生物活性明显的化合物类型有：大环内酯、聚醚、肽类、C15乙酸原化合物、前列腺素类似物等。,海洋天然产物的化合物类型,第二节 大环内酯类 一、特点 是海洋生物中最常见的一类化合物； 结构中均含有内酯环； 环的大小差别较大，从十到六十元都有； 多具有明显的抗肿瘤活性。,二、简单大环内酯类化合物 特点：仅有一个内酯环、环上仅有OH或烷基取代、为长链脂肪酸形成的内酯。 如海洋软体动物Aplysia depilans中aplyolide A、B、C为海洋动物的化学防御物质，有强的毒鱼活性。,从海洋微生物中(-)-macrolactin A、(+)-macrolactin E具有抗病毒活性。,23,1,三、内酯环含有氧环的大环内酯类 特点：大环内酯环上含有氧环，氧环可为三元、五元、六元不等。 氧环的生物合成可能为大环内酯环上双键、羟基在代谢过程中氧化、脱水所致。,95年FDA批准进入其临床，97年期临床，治疗肿瘤，一系列具有抗癌前景的药物。,bryostatin-1（草苔虫）,海绵中得到的sphinxolide E具有细胞毒活性。,红海海绵Latrunculia magnifolia中分离得到的latrunculin A具有很强毒鱼活性。,swinholide A、B、C（来源海绵），具有抗肿瘤和抗真菌活性。,四、多聚内酯类 特点：大环内酯环上具有一个以上的酯键。 如15G256和15G256 （海洋微生物）具有抗真菌活性。,来源于红藻Varicosporina ramulosa的colletodiol。,五、其他大环内酯类 大环内酯环含有氢化吡喃螺环的化合物。 如altohyrtin A、B、C和cinactryolide A等（海绵），抗瘤谱特殊、活性高，是目前细胞毒活性最高的一类,大环内酯环含有N原子 如ecteinascidin 743(ET743)（海鞘）为一特殊烷化剂，作用于DNA双螺旋间的沟槽，表现出特殊的抗肿瘤作用机理。对晚期软组织癌症具有较好的疗效。,第三节 聚醚类化合物 海洋生物中的一类毒性成分。 一、脂溶性聚醚,结构中含有多个以六元环为主的醚环 ； 醚环间反式骈合、形成骈和后聚醚的同侧为顺式结构、氧原子相间排列成一个梯子样结构，故有 “聚醚梯”之称。 聚醚梯上有无规则取代的甲基； 极性低，为脂溶性毒素。,1、聚醚梯类,聚醚类化合物是赤潮产生的重要毒性成分。,刺尾鱼毒素（maitotoxin）, 是目前分离得到的结构最大的聚醚类化合物，被认为是毒性最大的非蛋白质类化合物。小鼠腹腔注射LD50为50 ng/kg。,2. 大环内酯类聚醚 如扇贝毒素（pectenotoxin 2，PTX2）,二、水溶性聚醚 特点：有高度氧化的碳链、仅部分羟基成醚环、多数羟基游离、多为线型，极性较大、为水溶解性聚醚。 如palytoxin毒素 （岩沙海葵）,三、聚醚三萜 特点：高氧化度，由角鲨烯衍生而来。 如sipholenone B、sipholenol、sipholenone A（海绵）,sipholenone B,Sipholenol R1=H, R2=OH sipholenone A R1=R2=O,抗结核作用,是海洋生物中另一大类生物活性物质。 组成海洋多肽化合物的氨基酸除常见的外，尚有大量特殊氨基酸，如-氨基异丁酸、L-baikiain、海人酸、软骨藻酸等。,软骨藻酸,第四节 肽类化合物,-氨基异丁酸,Lbaikiain（蓓豆氨酸）,海人酸,常见的海洋肽类化合物有直链肽、环肽等。dolastatin 10（2000年II期临床研究后被否决，对P388白血病细胞的IC50为0.4ng/ml）,P398：55,环肽kahalalide F，对结核杆菌有极高的抑制活性。,第五节 C15乙酸原化合物 由乙酸乙酯或乙酰辅酶A生物合成。 截至目前海洋生物中发现的该类化合物主要为非萜类C15乙酸原化合物。 结构比较简单，往往含有O或其他卤素元素。 有直链型和环状之分。,直链型,bisezakyne B,环氧化合物,第六节 前列腺素类似物 前列腺素是一类生理活性很强的、含20个碳的不饱和脂肪酸衍生物。获得较大量的前列腺素十分困难。从海洋生物柳珊瑚中发现前列腺素类化合物是海洋天然产物研究最重大成果之一。1969年Weiheimer从佛罗里达柳珊瑚(Plexaura homommalla)中首次分离得到前列腺类似物15R-PGA2，这一发现在世界上引起广泛的注意。 从海洋生物中分离得到的前列腺素类化合物，除具有前列腺素样的活性外，往往还具有一些特殊的生物活性，如抗肿瘤作用等。,1969年Weiheimer从佛罗里达柳珊瑚(Plexaura homommalla)中首次分离得到前列腺类似物15R-PGA2，这一发现在世界上引起广泛的注意。,从海洋生物中分离得到的前列腺素类化合物，除具有前列腺素样的活性外，往往还具有一些特殊的生物活性，如抗肿瘤作用等。如从八放珊瑚中分离得到的punaglandin具有抗肿瘤作用。,第七节 甾体化合物,甾体化合物是海洋生物含有的一类重要生物活性成分。与陆生植物所含甾体结构相比，具有更为丰富的骨架和支链，或者分子高度氧化、碳键断裂成开环甾体等。,简单甾体化合物,如从海绵中分离得到的dehydroaxinyserol对多种癌细胞具有很强的生长抑制活性。,从软珊瑚中分离得到的litosterol具有很强的抗结核活性。,P405：106,从软珊瑚中分离得到的具有罕见hippurin结构的化合物。,P405：107,开环甾体化合物,按照开环的位置可以分为六类：5,6-、9,10-、8,9-、8,14-、9,11- 和 13,17-开环甾体化合物，其中9,11- 为主要结构类型。如从太平洋海绵中分离得到的jereisterol A。,P406：129,总结,主要结构类型： 1、大环内酯类 2、聚醚类 3、肽类 4、C15乙酸原类 5、前列腺素类似物 6、甾体,一已知海洋天然产物的主要生物活性,1. 抗肿瘤物质 主要为大环内酯、聚醚类和海洋多肽化合物，如Et-743，从海鞘、海绵、海兔、软珊瑚等海洋生物中得到。,2. 神经作用物质 主要为海洋毒素，如河豚毒素、海兔毒素等，作用于离子通道，对神经系统起作用。,第八节 海洋天然产物研究实例,3. 心血管作用物质 核苷类化合物，如岩沙海葵毒素，具有减慢心率，舒张冠脉血管，持续降血压的作用。另外，硫酸多糖类，如藻酸双酯钠可以降血脂、改善心脑供血。,4. 抗AIDS海洋药物 主要为海洋萜类和硫酸多糖类化合物，具有抑制HIV逆转录酶活性，且对病毒的装配和释放也有阻断作用。 5. 免疫抑制、抗结核作用物质 主要来源于海洋微生物。,分离方法： 海洋天然产物化学成分微量、较难分离和理化性质差异较大。 柱层析分离虽然传统的硅胶柱层析也在使用，但更多的使用凝胶层析、离子交换、液液逆流色谱和制备高效液相色谱。,结构鉴定方法： 海洋天然产物结构复杂，杂原子较多，而且有多个手性中心，所的化学单体量少（多为几毫克）结构鉴定比从植物中的天然产物要困难。 除了常规的有机波谱法之外，在核磁共振波谱测定中，多用高分辨NMR测定（800 MHz)，而且使用多维核磁共振测定技术。（2D, 3D NMR) 另外，对于结构中的手性中心，一般采用带有不同手性中心的手性试剂进行化学反应(MTPA)，X-射线单晶衍射和园二色谱法（CD）等。,Et-743：来源于红树海鞘(Ecteinascidia turbinata)的一种抗肿瘤活性成分。,二研究实例,19721996(from crude extracts to total synthesis, University of Illinois).20002007（from clinical trial to gain approval, 西班牙Pharmamar公司）,Et-743的研究内容,1、提取与分离2、结构确定3、药理活性研究4、构效关系研究5、制备工艺研究（化学全合成或半合成）,1、提取与分离,2、结构鉴定,方法：FAB MS/MS + 1D-& 2D-NMR,3、药理活性研究,体外活性研究体内活性研究临床研究I期临床试验主要确定了最高耐受剂量、最佳剂量及药代动力学。 期临床研究开展了对乳腺癌、子宫内膜癌、卵巢癌及多种肉瘤的疗效及毒性的研究。,4、构效关系研究,5、制备工艺研究,1996年，E.J.corey等首先报道了Et-743的全合成工艺，经过40多步反应以总收率为0.53%（每步收率？）得到Et-743。2002年，Fukuyama等利用多组分反应完成了Et-743的全合成。整个路线也经历了40多步反应，总收率达到0.78%。目前至少已报道了4条不同的全合成路线。,全合成研究：,2000年，euevas等由天然产物eyanosafracin B为起始原料进行了半合成研究，共经过21步反应以1.0%的总收率得到ET-743。,半合成研究：,