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海洋青霉菌新天然产物的研究概述
【摘要】：正随着陆源天然产物研究的不断深入,科研人员从陆生生物天然产物中发现新颖活性化合物及新药的难度逐年加大[1]。因此,自上个世纪60年代以来,人们开始将目光转向海洋,研究海洋生物的天然产物。其中海洋微生物分布广、数量大、种类多,其生存环境迥异于陆生环境,如高盐、高压、低温、寡营养或局部高温和无光照等,这使得海洋环境中数量巨大的海洋微生物往往具有独特的代谢途径和机体防御机制,其产生的天然产物的化学结构具有结构复杂性和活性多样性
【作者单位】：
【基金】：
【分类号】：R915【正文快照】：
随着陆源天然产物研究的不断深入,科研人员从陆生生物天然产物中发现新颖活性化合物及新药的难度逐年加大[1]。因此,自上个世纪60年代以来,人们开始将目光转向海洋,研究海洋生物的天然产物。其中海洋微生物分布广、数量大、种类多,其生存环境迥异于陆生环境,如高盐、高压、低
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京公网安备75号海洋生物的药学研究思考
> 海洋生物的药学研究思考
海洋生物的药学研究思考
    来源:毕业论文网
　　【摘　要】海洋生物中富含大量结构新颖、生物活性多样的化合物，是药物研究中先导化合物的重要来源。本文结合海洋药物的发展现状，探讨以海洋生物为资源进行药物开发的思路。
　　【关键词】海洋生物;天然产物;先导化合物
　　代人类疾病谱的进化和改变给药物学家和药物化学家提出新的难题。随着中国进入WTO ，中国医药界也面临着国际药业的激烈竞争和严峻挑战。在合成药，天然药和生物药的三大支柱药业中，最具有发展潜力并最可能形成中国自主知识产权的新药应首推天然药物。组合化学与高通量药物筛选技术的结合为快速发现有新药开发潜力的先导化合物开辟了新的研究途径。但是从天然资源中寻找具有显着生物活性的天然产物仍然是发现新药先导化合物的主要途径。因此加强从天然药用资源中发现对治疗人类重大疾病高效低毒的创新药物研究，具有其特殊的重要性和迫切性。
　　在天然药物资源中，海洋生物资源是保留最完整，来源最丰富，最具新药开发潜力的领域。由于海洋生态环境的特殊性(高盐度，高压，缺氧，避光) ，使得海洋生物产生的次生代谢产物的生物合成途径和酶反应系统与陆地生物相比有着巨大的差异，导致海洋生物往往能够产生一些化学结构新颖、生物活性多样、显着的海洋药物先导化合物，为新药研究与开发提供了大量的模式结构和药物前体。海洋生物资源是一个巨大的、潜在的、未来新药来源的宝库已成为一种共识。
　　海洋生物活性物质的研究是海洋药物研究的核心和基础。近30 年来，科学家已从海洋植物、无脊椎动物等不同海洋生物中发现近万种海洋天然产物，其中结构新颖、具有显着生物活性和重要应用前景的化合物有数百种，如从海绵Luffariella variabilis 中得到的manolide 具有选择性抑制与很多炎症疾病有关的磷酸酯酶A2 的活性;而由海绵Halichondria okadai 中分得的okadaic acid 则对蛋白磷酸酯酶具有高度的选择性抑制作用，可用于探测细胞磷酸化过程，进而阐明炎症性疾病的发病机理。这两个海洋生物分子现已商品化正式生产。美国国立卫生研究院(NIH) 癌症研究所(NCI) 每年投于海洋药物研究的科研经费占全部天然药物研究经费的一半以上，他们的巨大投入已获得丰厚的回报。仅目前正在NCI 进行临床疗效评价的海洋抗癌药物就至少有6 个， 例如Ecteinascidin 743 ，Dolastatin 10 ，Halichondrin B 等。此外还有一些很有前景的海洋药物候选物正在进行临床前研究。海洋生物活性物质不仅是对治疗癌症，而且在治疗其他多种疾病方面亦具有巨大的潜力和美好的应用前景。例如加勒比海鞘Pseudopterogorgiaelisabethae 中发现的活性成分Pseudopterosins 具有很强抗炎活性而被用于皮肤过敏性疾病的治疗。
　　我国海域辽阔，海洋生物资源丰富。据初步统计，我国海洋生物经分类鉴定的有2 万多种，其中，仅我国近海发现的具有药用价值的海洋生物就有700 多种。许多具有免疫、抗炎、抗肿瘤、抗病毒以及作用于心血管系统和神经系统的生物活性物质先后被分离、提纯，其中部分先导化合物已进入临床前研究，一些海洋新药已进入临床研究。
　　但与先进国家相比，我国目前能形成自主知识产权的海洋新药仍寥寥无几。主要原因是我国海洋先导化合物的应用基础研究力量薄弱，未能提供足够的结构新颖化合物供生物活性筛选，导致新药先导化合物发现的几率低。
　　故从海洋生物中发现大量结构新颖的先导化合物，建立与重大疾病相关的生物筛选模型，并以生物筛选为导向，是发现可供临床前及临床研究的海洋先导化合物，进而开发具有中国自主知识产权海洋新药的关键。
　　本文根据作者几年来从事海洋天然产物研究的体会，认为我国海洋动植物作为药物开发需要考虑如下几点：
　　1、海洋生物资源的选择
　　我国海洋生物资源丰富，但可供新药开发的药用资源却十分有限。因此，在选择药用资源时应考虑资源的群落分布和滋养采集的可持续性，包括资源的可培养和可种植。此外，海洋生物的传统药学用途和民间药用的调查是开发海洋药物的重要捷径。其中，海洋中药在我国传统中药中占有一定的地位，根据中药理论对其药性、药味及其物质基础进行研究，可快速开发出海洋中药的新药产品。
　　此外，我国民间海洋用药如红树林植物具有多种疾病治疗作用，我国红树植物有12 科15 属27 种，广布于我国东南沿海海岸线。据对民间红树植物的药用考证，我国民间具有长期药用红树植物的历史，如正红树为治疗肾结核，尿路结石等的特效药;红茄冬用于治疗血尿病;木榄果治疗糖尿病;老鼠勒根具有抗白血病和抗乙肝活性，海莲树皮提取物具有抑制肉瘤S180 和Lewis 肺癌活性。在&全国中草药汇编&(1978) 中记载3 种红树植物(老鼠勒，海芒果和黄槿) 及其药用功效。据统计，我国近一半的红树植物对多种疾病具有治疗用途。然而，对红树药用植物的活性成分及其作用机理研究在国内少见报道。而国际上，特别是东南亚国家近年在国际杂志相继发表与红树植物的化学成分和生物活性的论文，表明国际上对红树植物的化学成分多样性及其生物活性已引起高度重视。该类药用资源具有可种植再生的优点，一方面可作为陆地保护植物，另一方面可作为药用资源，并可充分利用我国盐碱地和滩涂资源。近年研究结果表明，我国丰富的藻类资源具有各种药学功效包括抗糖尿病和抗病毒，由于藻类资源可作为大规模仿生养殖培养，对资源的可持续性应用存在巨大潜力。
　　2、海洋药用天然产物的快速分离和鉴定系统的建立
　　现代色谱和波谱技术及其联机技术如HPLC2MS/MS ，HPLC2NMR 技术的推广和应用，改变了传统植物化学技术研究海洋天然产物的方法，加快了结构新颖天然化合物的发现速度。因此，建立快速分离和鉴定系统是开发海洋药物和快速发现药物先导化合物的关键瓶颈。
　　3、靶向药物筛选体系的建立
　　引进新的筛选技术， 如高内涵筛选( High ContentScreening ， HCS) 是指在保持细胞结构和功能完整性的前提下，同时检测被筛样品对细胞形态、生长、分化、迁移、凋亡、代谢途径及信号转导各个环节的影响，在单一实验中获取大量相关信息，确定其生物活性和潜在毒性。经典的高通量筛选(High Throughput Screening ，HTS) 对创新药物的研究起到了不可替代的作用，虽然其结果较为准确，易于评价，但其检测模型均建立在单个药物作用靶分子的基础上，无法全面反映被筛样品的生物活性特征，只得到有限的数据，初筛得到的阳性结果需要进一步确认。而HCS 是基于个体细胞对细胞表型的多次测量，有更多的生物学信息和多个终点的定量资料，可用于筛选和确认先导化合物。通过同步应用报告基因、荧光标记、酶学反应和细胞可视化等高内涵筛选常规检测技术，研究人员可以在新药研究的早期阶段获得活性化合物对细胞产生的多重效应的详细数据，包括细胞毒性、代谢调节和对其他靶点的非特异性作用等，从而显着提高发现先导化合物的速率，减少开发后期的失败率。因此，HCS 将成为HTS 的发展方向。显微荧光标记、数码影像分析以及图象数据处理技术的快速发展，使以高通量方式对细胞的多个生理环节进行检测成为可能，有力推动了药物筛选技术由高通量筛选向高内涵筛选方向的革命化转变。
　　4、针对重大疾病的创新海洋药物研究
　　4.1.1 　海洋抗肿瘤活性物质从海洋生物中寻找海洋抗肿瘤活性化合物一直是海洋天然产物研究的重点之一。从海洋动物中获得的次生代谢产物10 %具有抗种瘤活性，从海洋植物中获得的化合物315 %具有抗肿瘤或细胞毒活性。目前已从海绵，海鞘，珊瑚，海洋软体动物，海洋红树植物等海洋生物中获得数百种具有明显抗肿瘤活性的化合物，结构类型包括核苷类、酰胺类、聚醚类、萜类、大环内酯类、多肽类等。目前至少已有15 个海洋抗癌药物进入临床或临床前研究阶段。
　　已进入Ⅱ期临床研究的抗肿瘤海洋活性化合物如从加勒比海鞘中分离的didemnin B ，ecteinascidin 743 ，用于治疗肺癌和皮肤癌，具有显着的疗效;从总合草苔虫中分离的草苔虫素bryostatins 和从海兔中分离的海兔毒素dolastatin 对白血病、乳腺癌等多种肿瘤有很好的疗效;膜海鞘素didemnin B是第一个进入临床试验的抗癌海洋药物;从被囊动物Tri2didemnum 中分离出来的环肽化合物aplidine ，dehydrodidemninB ，curacin A ，discoclermolide ，eleutherobin ，halichondrin B ，具有强烈的抗白血病和黑色素瘤活性。目前应用最广的抗癌药氟尿嘧啶，是隐南瓜海绵中的海绵核苷的结构修饰产物。最近，科学家从海绵Aplysia sp1 中发现了一种新的抗癌活性物质aplyronine A ，体外实验结果对P338 白血病细胞，肺癌细胞在低浓度下具有显着的抑制活性，T/ C 为544 %，显示出显着的延长生命的效果，是具临床应用前景的药物先导化合物。从海绵获得的callystatin A 对KB 细胞显示出极强的活性( IC50 = 0101 ng&kg- 1 ) 。大田软海绵酸(okadaicacid) 为聚醚衍生物，能抑制致癌基因，使它逆转为正常表现型，现已成为研究生命科学的重要工具药。
　　此外，已在临床应用的鲨鱼软骨制剂(Scatp) 可克服放化疗引起的副作用，增强患者机体免疫力;昆布多糖、海带多糖等8 种多糖制成的复方海藻多糖是抗癌中药制剂;从海洋昆布和麒麟菜中提取的多糖类药物海力特，临床上用于治疗慢性乙肝和各种肿瘤有一定的疗效。
　　目前我国研究开发的抗肿瘤海洋药物，已进入临床研究或批准生产应用于临床的有62硫酸软骨素、脱溴海兔毒素、海鞘素A、B、C ，膜海鞘素B、扭曲肉芝酯、刺参多糖钾 注射液、海王金牡蛎、909 胶囊、海洋宝胶囊、长棘海星苷、三环半萜C2Ⅱ，大田软海绵酸制剂、Hs272 片、海兔毒素10、海力特、羊栖菜多糖制剂、海福康之侣等近30 种。
　　4.1.2 　抗病毒活性物质病毒感染性疾病近年无论是在发病率上、还是在病种上均呈现快速上升趋势。然而，长期以来病毒性疾病的相关治疗药物却发展缓慢，迄今为止，仅有为数不多的几种药物如泛昔洛韦、齐多夫定、阿糖腺苷、六环鸟苷、干扰素等限制性地应用于临床。迄今已从海绵，海鞘，海藻等海洋生物中获得核苷类、生物碱类、萜类、多糖类、杂环类，多肽和蛋白类等抗病毒活性化合物。其中阿糖胞苷是从加勒比海生活的隐瓜海绵中获得第一个海洋抗病毒药物。
　　从同种海绵中还分离到对病毒L2G多聚酶活性有抑制作用的阿糖胸腺嘧啶。NCI 发现了抗HIV 蛋白化合物cyanovirin2N ，并已成功完成了基因表达。我国近期开发的&PV2911&、珍珠贝壳酸性提取物等具有抗病毒感染功效。
　　另外，从地中海贪婪倔海绵中分离到的倍半萜类化合物对NO + 逆转录酶的活性有强抑制作用，无细胞毒性，是一种十分理想的抗病毒先导化合物。从山海绵中分离的对单纯疱疹病毒、疱疹性口炎病毒在低浓度下即有显着抑制效果。这些海绵产生的活性物质主要是生物碱类、萜类、大环内酯类、核苷类、甾醇类、肽类和脂肪酸类化合物。
　　从藻类中发现的抗病毒活性物质主要是多糖类，多糖类物质能强烈干扰病毒的初始侵染过程，并最终与病毒颗粒形成无感染力的多糖病毒复合物，对病毒在宿主细胞中的复制和包装也有一定的抑制作用。藻类多糖能够激活机体的免疫系统或改善机体的生物应答功能，从而与保护正常细胞，提高整体免疫力有关。从加勒比海被囊动物三膜海鞘中分离到的一组环缩醛酸多肽，在抗肿瘤、抗病毒、抗感染等方面都表现出很强的药理活性，并在体外实验中发现该化合物对骨髓细胞病毒的逆转录酶有很强的抑制作用。
　　通过分离编码抗病毒活性物质的基因，将该基因转入高效表达体系，是大规模生产海洋肽类药物的一新的研究方向。通过克隆基因在载体上的表达，还可以产生系列酶合成的同系物，为新药筛选提供新的候选化合物。这方面工作目前正在我国开展，如利用自建的海带遗传转化模型，在海带中稳定表达了乙肝病毒表面抗原的转基因海带， 其蛋白的平均表达量高，且表达产物具有天然表位。
　　另外，发展海洋生物技术，对药源生物进行人工培养是保护自然资源、解决样品短缺和采样重复性差的重要途径。
　　4.1.3 　海洋抗心血管疾病活性化合物对具有抗心血管疾病活性化合物的研究是海洋天然产物研究的另一重点。目前已对数千种海洋生物的代谢产物进行了活性筛选，发现一批具有显着活性的化合物，其化学结构类型包括萜类、多糖类、高不饱和脂肪酸类、喹啉酮类、生物碱类、肽类和核苷类等。但目前进入临床应用的抗心血管海洋药物仍然较少，我国拥有自主知识产权的药物有藻酸双酯钠(PSS) ，甘糖酯等。
　　在软体动物麝香蛸中分离出麝香蛸毒素，具有持续的降压作用，是迄今所知活性最强的降压物质，其效应比强数千倍。另有50 多种海洋生物毒素在心血管系统具有相当的活性，如海葵素thalassin 和congestin ，海葵毒素具有强心作用，对心率却无影响，可望开发成一种取代洋地黄毒苷的生化药物。海兔毒素不仅有强心作用而且有很强的降压作用。河豚毒素(TTX) 的抗心律失常作用目前研究较多。海星酸性粘多糖有明显降低胆固醇及温和的抗凝血作用。从中国南海棘皮动物多棘海盘车分离获得海星甾醇(3&2羟基雄甾252烯2172酮) 具有增强记忆及抗氧化作用，海星甾醇经结构修饰得化合物CO1 ，具有抗心律失常作用。从中国南海短指多型软珊瑚分离出的一种喹啉酮具有明显的心血管活性，作为抗心律失常药物开发是很有前途的。从中国南海小棒短指软珊瑚中分离到的柳珊瑚甾醇(gorgosterol) 具有明显的抗心律失常和抗心肌缺血作用，能舒张血管、降低血压、减慢心率及减少心肌耗氧量作用，有望开发成心血管疾病药物。以牡蛎为主要原料的&东海三豪&等保健品具有降血脂、软化血管和改善微循环作用。利用海藻加工成的&脉怡康&、&必索&及螺旋藻制剂等对高脂血、动脉粥样硬化具有良好的预防和治疗作用。以合浦珠母贝提取物制成的珍珠精母注射液，治疗子宫出血疗效显着，已被国家计生委推荐为计划生育用药。
　　以上实例使人们看到海洋药物产业化的希望。
　　4.1.4 　海洋生物抗菌、抗炎活性化合物从海洋生物中提取分离的抗菌、抗炎化合物有脂肪酸类、糖酯类、丙烯酸类、苯酚类、溴苯酚类、吲哚类、酮类、多糖类、多肽类、N2糖苷类和&2胡萝卜素类等。最早一批海洋药物是抗菌药物，如 头孢菌素类抗生素早已用于临床。
　　我国在开发海洋抗菌抗炎药物方面取得较显着成就，已开发了系列头孢菌素、玉足海参素渗透剂等海洋抗菌药物，海参中提取的海参皂苷抗真菌有效率达8815 % ，是人类历史上从动物界找到的第一种抗真菌皂苷。从刺参中分离得皂苷毒素holotoxin A ，B 已用于治疗脚癣和白癣菌感染。
　　从环节动物毛乳蛰虫中分离到的含溴化合物结构与灰黄霉素相似，已用于临床，商品名为乳头平。国外临床使用氨基葡萄糖硫酸酯盐(glucosaminesulfate) 治疗骨关节炎，能显着减轻患者的炎症和疼痛，毒副作用少。另外作为传统的民间药用植物&半红树药用植物杨叶肖槿中的man2sonones 类化合物是高度氧化的倍半萜醌类化合物，和其树皮中提取到一种含棉酚(gossypol) 具有很强的消炎作用，证实其在伤口治疗上有效。
　　从多棘海盘车中分离的海星皂苷能治疗胃溃疡，商品名为&胃可安&，及其配合中药制成的&海洋胃药&已应用于临床。褐藻多糖硫酸酯(FPS) 在国内首先用于治疗慢性肾衰，尿毒症患者，现已按国家二类新药获准进入临床，商品名为&肾海康&。海螵蛸具有止血、涩经止带、制酸吞酸、剑 疮等功效。
　　壳聚糖对格兰氏阳性菌的敏感性高于格兰氏阴性菌。
　　对于大肠杆菌和金黄色葡萄球菌，壳聚糖均显示出快速而显着的杀菌作用。壳聚糖的抗菌活性随分子量的下降而增强，并随脱乙酰度的增加而增大。且抗细菌活性比抗真菌活性更强，而水溶性壳聚糖的抗真菌活性要强于其抗细菌活性。从泥鳅中分离到一个21 肽Misgurin ，具有较强的体外广谱抗菌活性，且没有明显的溶血作用，其抗菌活性是蛙皮素的2～6 倍。鲶( Parasilurus asotus) 受伤后上皮粘膜细胞层分泌一种分子量为2 00014 Da的抗菌肽parasinI ，具有广谱抗菌性，其抗菌活性是蛙皮22 的12～100 倍。从虹鳟鱼皮中分离得到一种具有抗菌作用的核蛋白肽，在抵御胞内或胞外病毒方面起着关键作用。该肽对B1subtilis ，P1citreus 及E1coli 等细菌的抑制作用非常强，远远超过昆虫抗菌肽的抑菌作用。研究表明，海绵中存在的环肽Diso2dermin A 具有抑菌活性，在浓度为3～116&g&mL - 1时可分别抑制枯草杆菌和奇异型杆菌; 加勒比海棉Discodermiasp1 中分离得到的环肽Polydiscamide A 也具有显着的抑菌活性，它对枯草杆菌的MIC 为3&g&mL - 1 。海藻类中存在许多有抗菌活性的物质，如琼脂低聚糖、海藻糖等。
　　5、海洋生物大分子的药学用途&
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