级硕士生海洋药用资源研究进展课程复习资料.docx

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级硕士生海洋药用资源研究进展课程复习资料

2011级硕士生课程“海洋药用资源研究进展”复习资料

一、海洋药物研究回顾

☐1、我国海洋药物研究历史

⏹公元前3世纪，《黄帝内经》，“以乌贼骨为丸，饮以鲍鱼汁”治疗血枯

⏹公元200年，《神农本草经》，10/365

☐牡砺、海藻、乌贼、海蛤、文蛤、贝子、卤碱、青琅轩、马刀、蟹

⏹1593年，李时珍《本草纲目》，100/1892

⏹1765年，赵学敏《本草纲目拾遗》，110

⏹1989年，《中华本草》，620/8980

⏹2009年，《中华海洋本草》，613种，其中植物药204种、动物药397种、矿物药12种；收录海洋生物物种1479种，其中植物269种、动物1210种、矿物15种；此外，还收录海洋古菌9种、真细菌48种、粘细菌8种、放线菌17种、原核藻类14种、真菌110种、酵母菌29种、极端微生物77种

2、国际海洋药物研究概况

公元前1600，地中海居民从海螺中分离到天然染料泰尔红紫（Tyrian）

20世纪初开始，随着分离纯化技术和结构鉴定技术的发展，海洋天然产物的研究取得了令人瞩目的成就：

1945年，Brotzu等从意大利撒丁岛海底淤泥分离到顶头孢霉菌，其分泌的头孢菌素C被研制成抗菌药物——头孢类抗生素

☐1945年，意大利GiuseppeBrotzu，顶头孢菌，培养液具有抑制葡萄球菌、链球菌、伤寒杆菌、布鲁氏杆菌的作用

☐1955年，牛津大学TheSirWilliamDunnSchoolofPathology的EdwardAbraham和GuyNewton从培养液中分离并鉴定到头孢菌素C

☐1962年，半合成头孢菌素诞生

☐1970－1980，头孢菌素发展

☐1980’s后，含酶抑制剂复合制剂及第三、第四代头孢的发展

1951-1957，Bergmann发现一些来自于佛罗里达海域的海绵可分泌arabino-和ribo-戊糖型核苷酸；以这些特殊类型核苷酸合成的衍生物Ara-A（vidarabine）和Ara-C（cytarabine）已被分别开发成抗DNA病毒和抗肿瘤药物。

1964～1969年，日本分离出河豚毒素（TTX,tetrodotoxin）并解析了其结构，70年代初完成TTX的人工合成

Ø广泛分布于动物、微藻、微生物中

ØNa离子通道拮抗剂

Ø镇痛、抗肿瘤

Ø弧菌属、假单胞菌属、发光菌属、气单胞菌属、邻单胞菌属、芽胞杆菌属、不动杆菌属、链霉菌属

1969年，Spraggins等从加勒比海的柳珊瑚中分离到15R-PGA2、15S-PGA2

1979年，美国犹他大学的Olivera从太平洋海域的一种芋螺中发现了ω-ConotoxinMVIIA；这种15肽在1987年完成人工全合成

2004年12月，由Elan公司将其开发成治疗脊髓损伤后的慢性疼痛药物，商品名：

Ziconotide（Prialt®）

Ecteinascidin743的研究

Ø1969年，加勒比海鞘Ecteinascidiaturbinata被证明具有抗肿瘤活性

Ø1990年，Rinehart和Wright首次分离到Ecteinascidins这类生物碱，并证明其具有抗肿瘤活性

Ø1996年完成全合成

ØTrabectedin直接作用于肿瘤细胞中DNA，影响并抑制蛋白质的合成，从而抑制肿瘤细胞的分裂和成长，达到抑制恶性肿瘤的作用，也认为是一种全新的细胞毒性药物，主要用于治疗进展型软组织肉瘤的二线治疗。

Ø2007年10月和2008年1月，西班牙PharmaMar公司开发的抗顽固性软组织肉瘤药物Ecteinascidin743（商品名：

Yondelis）分别被EC和FDA批准上市

Halaven（Eribulinmesylate）

Ø1986年，黑海海绵Halichondriaokadai，大环内酯类化合物HalichondrinB，一种细胞有丝分裂抑制剂，通过抑制微管聚合导致肿瘤细胞凋亡；

ØHalaven®是海绵大环天然产物HalichondrinB的一种结构衍生物Eribulin（也称E7389）的甲基磺酸盐；

Ø2010年11月15日，由Eisai药业开发上市，用于治疗乳腺癌。

二、当今海洋药物研究热点

☐极端微生物资源的研究

☐共附生海洋微生物的研究

☐宏基因组研究

☐海洋化学生态学

☐海洋生物技术

三、海洋药物发展趋势

Ø新海洋生物资源的发现（2001-2010）

⏹23万种海洋生物

Ø海洋生物基因库的构建

⏹小型生物

Ø浮游藻类

Ø微生物

Ø小型动物

⏹大型海洋生物

Ø基因组

Ø细胞

Ø组织

Ø海洋天然产物的发现

⏹药物及先导物

⏹化工原料

⏹分子探针（离子通道、酶及微管组装等）

Ø海洋化学生态学

⏹活性天然产物产生的根源——捕食&拒捕

⏹海洋生物与其环境的相互作用

海绵及其活性代谢产物研究进展

一、海绵动物概述

◆海绵（Sponges）隶属于多孔动物门（Porifera，也称海绵动物门Spongia），是一类体表多孔、体呈不对称或辐射对称、具双胚层和水沟系、无消化腔和神经系统的最原始的低等多细胞动物，主要营水中固着生活。

◆海绵动物中的领鞭毛细胞与原生动物领鞭毛虫相似，但在后生动物中不存在，可能是多细胞后生动物进化上的一个侧枝，因此也叫侧生动物（Parazoa）。

◆现有海绵10000种左右，绝大多数生活于海洋

1、海绵动物的主要特征

●体型多不对称

Ø大多为不规则管状、瓶状、块状、树枝状或球状

Ø少数为辐射对称

●有细胞分化，无器官和组织

体壁由皮层、胃层以及两者间的中胶层组成

Ø皮层：

由扁细胞或其分化的肌细胞和孔细胞组成，具保护作用

Ø胃层：

由具鞭毛的领细胞组成，调节水流、摄取和消化食物

Ø中胶层：

为胶状物质，由变形细胞、芒状细胞和原细胞等组成，分泌钙质、形成海绵纤维、消化食物、生殖或神经传导

●3种水沟系

Ø海绵动物特有的结构，具有摄食、呼吸、排泄和有性生殖等功能，是适应水中固着生活的结果。

●不同类型的骨骼

海绵动物中胶层内特有的骨骼，是分类的重要依据，具有支持和保护作用

Ø骨针：

钙质或硅质，单轴、四轴、三轴、多轴

Ø海绵丝：

由硬蛋白组成，单独或与硅质骨针存在于体壁，网状

●海绵动物的生殖具有无性生殖和有性生殖两种方式

Ø无性生殖

◆出芽：

由海绵体壁的一部分向外突出形成芽体，与母体脱离后长成新个体，或者不脱离母体形成群体

◆芽球：

为海绵动物度过恶劣气候等不良环境的形式。

环境不良时，海绵动物中胶层一些储存了丰富营养的变形细胞聚集成堆，外面分泌一层角质膜，同时部分骨针细胞在角质膜上分泌出许多盘头或短柱形骨针，形成芽球；当成体死亡后，无数的芽球可以生存下来，当条件适合时，芽球发育成新个体

Ø有性生殖

◆海绵为雌雄同体（monoecy）或雌雄异体（dioecy）。

精子和卵分别由原细胞或领细胞发育而来。

◆受精：

卵位于中胶层，精子不直接进入卵，而是由领细胞吞食精子后，失去鞭毛和领成为变形虫状，将精子带入卵。

◆逆转（inversion）：

就钙质海绵（毛壶属Grantia、樽海绵属Sycon、白枝海绵属Leucosolenia及寻常海绵纲的糊海绵属Oscurella等）来说，受精卵进行卵裂，形成囊胚，动物极的小细胞向囊胚腔内生出鞭毛；另一端的大细胞中间形成一个开口，后来囊胚的小细胞由开口倒翻出来，里面小细胞具鞭毛的一侧翻到囊胚的表面。

动物极的一端为具鞭毛的小细胞，植物极的一端为不具鞭毛的大细胞，称为两囊幼虫（amphiblastula），幼虫从母体出水孔随水流逸出，然后具鞭毛的小细胞内陷，形成内层，而另一端大细胞留在外边形成外层细胞，这与其他多细胞动物原肠胚形成正相反（其他多细胞动物的植物极大细胞内陷成为内胚层，动物极小细胞形成外胚层）。

●海绵具有很强的再生能力

◆海绵的再生能力很强

2、海绵动物的种类

Ø已知的海绵约有10000种，其中绝大多数生活在海水中，仅有1科约150种生活于淡水

Ø我国海域约有海绵动物200余种

Ø根据骨骼特点可分为3个纲

◆钙质海绵纲（Calcarea）

◆六放海绵纲（Hexactinellida）

◆寻常海绵纲（Demospongiae）

2.1钙质海绵纲Calcarea

•碳酸钙质骨针，单轴型、三轴型和四轴型，大小不一，形状多样。

骨针顶端常突出体外，使海绵呈刺状；典型的钙质海绵为辐射对称的瓶状，顶端是出水口。

•三种沟系均存在，体型一般很小，常呈暗灰色或灰色，一般在10cm之下。

•全部海产，大多生活在浅海。

•分两个目：

Ø同腔目（Homocoela）：

单沟型，体壁薄，无褶叠，领细胞连续分布于中央腔，如：

白枝海绵（Leucosolenia）

Ø异腔目（Heterocoela）：

双沟型或复沟型，体壁较厚、褶叠，领细胞分布于放射管或鞭毛室内，如：

毛壶（Grantia）

2.2六放海绵纲Hexactinellida

•硅质骨针，呈六放型，或呈长的硅质丝联合成网格状骨骼。

体型较大，单体，常呈辐射对称的瓶状、柱状、瓮状或漏斗状，可达10～90cm，一般灰白色，中央腔发达，鞭毛室呈放射状排列，双沟型。

•体表面为薄膜状的合胞体，无扁平细胞。

合胞体膜上有许多进水孔，薄膜状表皮内接膜垂，有原始生殖细胞及其衍生物，如：

贮藏细胞和生殖细胞等。

•大多数生活在450～900m或更深的海底（5000m），后端常以硅质丝插于软质海底。

•分两个目：

Ø六放星目（Hexasterophora）：

小骨针为六放型，如：

偕老同穴（Euplectella），体呈花瓶形或柱形，后端有硅质丝插于深海软泥底

Ø双盘目（Amphidiscophora）：

小骨针双盘形，两端具钩，如：

佛子介（Hyalonema）

2.3寻常海绵纲Demospongiae

•海绵动物门最大纲，约80％的海绵动物属于本纲。

•硅质骨针或海绵丝，或两者联合。

硅质骨针为单轴骨针和/或四射骨针，非六放型，骨针多埋在海绵丝中形成网状。

•体大、不规则，复沟型。

因色素在变形细胞中沉积使身体呈明亮的颜色，不同的种具有固定的色彩。

•分布于浅海到深海，极少数生活于淡水中，如：

针海绵（Spongilla）。

•分3个亚纲：

Ø四射海绵亚纲（Tetractinellida）：

骨针四放型，无海绵丝，个体常呈圆形或扁平形，浅海生活，如：

四射海绵（Thenea）。

Ø单轴海绵亚纲（Monaxonida）：

骨针为单轴型，具或不具海绵丝，体型多样，主要生活在浅海，少数深海。

大多数普通海绵属本亚纲，如：

淡水海绵（Spongilla）和穿贝海绵（Cliona）。

Ø角质海绵亚纲（Keratosa）：

由海绵丝构成网状骨骼，无骨针，群体体积较大，多呈圆形，表面皮革状，色暗，如：

沐浴海绵（Euspongiaofficinalis）、马海绵（Hippospongiaequina）等

3、海绵动物的分布

•大多生活于海水中，少数生活在淡水

•固着生活（海底、岩石、贝类、寄居蟹）

•大多栖息在有海流流动的海底或河口地带

•从潮间带到9000m深海、从热带海洋到南极均有分布

•共生，如：

海绵和海葵、海藻

•附生，如：

皮海绵与寄居蟹

•寄生，如：

剑水蚤与海绵

二、海绵动物的应用

Ø沐浴或脓液吸收，如：

浴海绵

Ø工艺品，如：

偕老同穴

Ø海水净化和污染物降解

Ø光纤制造，如：

一些生长在深海海底的海绵

Ø药用活性成份，如：

从黑色软海绵Halichondriaokadai中分离到的halichondrinB（一种非紫三醇类的微管抑制剂），其衍生物Eribulinmesylate已于2010年10月被日本卫材公司开发成治疗晚期乳腺癌的药物Halaven

三、海绵活性代谢产物研究进展

◆结构多样性

◆活性多样性

脑苷脂Agelasphins及其衍生物KRN7000

◆Agelasphins是一种分离自海绵Agelasmauritianus的α-半乳糖基神经酰胺

Ø抗肿瘤，B16黑色素瘤

Ø免疫刺激

◆刺激自然杀伤T细胞

◆抗肿瘤免疫治疗，肺癌I期、骨髓癌II期、慢性HCVII期

BengamideA和BengamideB

◆BengamideA和BengamideB是1986年分离自富士海域一种Jaspidae科海绵的杂环化合物

Ø抗肿瘤活性

Ø抗菌活性

Ø抗线虫Nippostrongulusbraziliensis活性

◆是一种甲硫氨酸氨基肽酶抑制剂

◆衍生物LAF389，Novartis和Ciba-Geigy公司，抗肿瘤I期临床，已撤出

Contignasterol（IZP-94005,IPL576,092）

◆Contignasterol（IZP-94005,IPL576,092）是1990年分离自海绵Petrosiacontignata的一种化合物

Ø组氨酸阻断剂

Ø抗哮喘

◆IPL576,092，AventisPharma公司，抗哮喘药物临床II期；作为治疗眼睛和皮肤炎症的药物也已进入临床II期

Dictyostatin

◆Dictyostatin是1994年分离自一种未鉴定Spongia属海绵的大环内酯类化合物

Ø抗肿瘤活性，尤其是对一些抗紫杉醇肿瘤具有良好的效果

◆目前处于抗肿瘤临床前研究阶段

Discodermolide

◆Discodermolide是一种1987年分离自巴哈马深海海绵Discodermiadissoluta的大环内酯类化合物

Ø抗肿瘤活性

Ø免疫抑制剂活性

◆NovartisPharmaAG公司，胰腺癌和其它一些耐药肿瘤，与紫杉醇联合用药对肺癌有更好的效果

Debromohymenialdisine（DBH）

◆Debromohymenialdisine（DBH）是一种分离自浅海海域海绵Stylotellaaurantium的生物碱类化合物

Ø抗Alzheimer病

Ø抗骨关节炎活性

◆对细胞周期G2期DNA损伤中的checkpointenzyme具有高度的选择性抑制作用

◆GenzymeTissueRepair公司，抗Alzheimer，临床I期

Girolline（Girodazole）

◆Girolline（Girodazole）是一种分离自海绵Pseudaxinyssa（=Cymbastela）cantharella的咪唑类化合物

Ø抑制蛋白质合成

◆抗肿瘤I期临床，终止，副作用：

高血压和精神紧张

Hemiasterlins（H-286）

◆Hemiasterlins（H-286）是一类分离自海绵Auletta,Siphonochalin的寡肽类化合物

Ø细胞毒活性

◆抑制微管聚合和组装

◆抗肿瘤药物临床前研究阶段

Lasonolides

◆Lasonolides是1994年分离自墨西哥湾深海海绵Forcepiasp.的大环内酯类化合物

Ø抗肿瘤（胰腺癌）

Ø抗真菌活性

◆目前处于抗肿瘤临床前研究阶段

Latrunculins

◆Latrunculins是一种分离自红海海绵Latrunculiamagnifica和Negombatamagnifica的化合物

Ø细胞毒活性

◆干扰细胞有丝分裂的极化和微丝的组装

◆抗肿瘤临床前研究阶段

Laulimalide及其衍生物

◆Laulimalide是从太平洋海绵Cacospongiamycofijiensis、Hyatellasp.、Fasciospongiasp.和Dactylospongiasp.中分离到的化合物，其结构不稳定，根据其结构合成了稳定的衍生物

Ø抗肿瘤

◆微管抑制剂

◆抗肿瘤临床前研究阶段

Manoalide

◆Manoalide是一种分离自印度洋-太平洋海绵Luffariellavariabilis的倍半萜类化合物

Ø抗菌活性，银屑病药物的开发

Ø镇痛活性，具有开发成治疗风湿性关节炎药物的潜力

Ø抗炎活性，其机理是抑制磷酸脂酶A2（PLA2）活性

◆爱尔兰AllerganPharmaceuticals公司，银屑病治疗的临床II，难以透过皮肤而终止；目前该公司正在将其开发成PLA2抑制剂探针的研究

ManzamineA

◆ManzamineA是一种分离自海绵Haliclonasp.的大环内酯类化合物

Ø抗疟

Ø抗HIV

Ø抗结核病

◆目前处于临床前研究阶段

PelorusideA

◆PelorusideA是从新西兰海域一种海绵Mycalehentscheli中分离到的化合物

Ø抗肿瘤

◆与微管结合，导致细胞停滞在G2-M期

◆ReataPharmaceuticals公司，抗肿瘤临床前研究

Salicylihalamides

◆Salicylihalamides是从西澳大利亚海域一种海绵Haliclonasp.中分离到的化合物

Ø抗肿瘤活性，是一种Vo-ATPases抑制剂

Ø由于Vo-ATPases介导了骨质的再吸收过程，因此在骨质疏松及相关疾病的治疗中具有良好的前景

◆临床前研究阶段

Topsentins

◆Topsentins是一类分离自多种海绵（Topsentiagenitrix、Hexadellasp.和Spongosoritesruetzleri）的生物碱类化合物

Ø抗炎活性

Ø抗结肠癌

Ø抗Alzheimer‘s

◆临床前研究阶段

四、实例——软海绵素的研究

●软海绵素（Halichondrins）是从大田软海绵Halichindriaokadai和Lissodendoryxn.sp.1等海绵中分离到的一类聚醚大环内酯类化合物（如：

HalichondrinB和异高软海绵素isohomohalichondrinB等），它们具有很强的抗肿瘤活性

●结构特征

Ø1个新颖的2,6,9-三氧三环[,7]-葵烷体系（环C~E）

Ø1个22元内酯环（C-1~C-30）

Ø2个环外烯基团和几个吡喃糖环和呋喃糖环

●研究历史

Ø1985年，Uemura等首次从日本的太平洋沿岸的大田软海绵中分离到去甲软海绵素norhalichondrinA，具抗肿瘤活性

Ø1986年，Uemura等从大田软海绵中分离到7种软海绵素：

norhalichondrinB/C，halichondrinB/C，高软海绵素homohalichondrinA/B/C

Ø1987年，从北爱尔兰海域浅海的黑色海绵Raspaliaagminata中分离到软海绵素，从深海海绵Lissodendoryxtopsent中分离到软海绵素

Ø1991年，Pettit等从西太平洋的Axinellasp.中分离到halichondrinB和homohalichondrinB

Ø1993年，Pettit等从东印度洋海绵Phakelliacarteri中分离到halistatin1、halichondrinB和homohalichondrinB，并从西印度洋海绵Axinellacf.carteri中分离到halistatin2、halistatin1、halichondrinB和homohalichondrinB

●Halichondrins的生物活性及其作用机制

•生物活性

ØHalichondrinB对B-16黑色素瘤细胞株具有细胞毒活性，IC50约为0.1ng/ml

ØHalichondrinB和homohalichondrinB可提高荷瘤（B-16黑色素瘤、P-388白血病和L-1210淋巴瘤）小鼠寿命

ØHalistatin1&2对一些肿瘤细胞株也具有很强的细胞毒活性

ØNCI的研究显示Halichondrins对肿瘤细胞的体内外增值均具有明显的抑制活性

•作用机制

Ø微管蛋白聚合抑制剂：

抑制微管蛋白的聚合及依赖微管蛋白的微管装配

Ø长春新碱的非竞争抑制剂：

不干扰秋水仙碱与微管蛋白的结合，不抑制微管蛋白上网状GTP的水解和核苷的交换

Ø抑制细胞有丝分裂，诱发细胞调亡

●Halichondrins的构效关系及结构修饰

•结构改造

Ø酸性重排：

化合物12-14

Ø内酯环（C-1~C-30）的改造：

化合物15-17

ØC-19和C-26位烯烃基团的修饰：

化合物11&18

Ø末端部分修饰：

化合物19-21

•活性变化

Ø细胞毒活性下降

Ø化合物19-21的生物活性无变化

ØHalichondrins的活性可能主要由C-1~C-38部分决定，其它部分对活性影响较小

●Halichondrins的药源问题

•根据对HalichondrinB动物体内活性测算，完成临床前和临床试验所需药物约10g，预计上市后每年需药物1-5kg

•目前全球已有的HalichondrinB和isohomohalichondrinB分别为300mg，它们采集自新西兰的Kaikoura海域的1吨的Lissodendoryxn.sp.

•Lissodendoryxn.sp.仅分布于新西兰Kaikoura海域80-100m海底，属于稀有海绵品种。

对该海域的资源调查显示：

该海域生长范围仅为5km，1.1±1个海绵/m2，估计产量69±21g/m2，故总产量为289±90吨海绵

天然采集

•按照对新西兰的Kaikoura海域Lissodendoryxn.sp.的调查资料，即便是全部采集，也仅能获得HalichondrinB和isohomohalichondrinB大约各100g左右

水产养殖

•新西兰国家水文大气研究所、坎特伯雷大学和NCI合作进行的水产养殖试验：

–冬季移植易获得成功

–水温高于18度时，该海绵难以成活

–人工养殖品种的产量仅为野生种的30-60%

•按照含量测算，年需海绵1000-1500吨

组织培养

•目前正在尝试获得该海绵的细胞株系

•已完成的工作显示，已获得的海绵细胞株是一种外来体，不分泌Halichondrins

人工合成

•1992年，Kishi等首次报道了HalichondrinB和NorhalichondrinB的全合成，反应超过100步

•根据对Halichondrins构效关系研究，推测C-1~C-38是其活性部分。

•人工合成了E7389（Eribulin）

五、海绵活性代谢产物研究发展趋势

•细胞毒活性产物

•抗菌活性产物

•海绵活性代谢产物的来源？

•药源问题的解决

红树植物天然活性成分研究概况

一、红树植物的种类和分布

1、红树植物的概念

–热带、亚热带地区潮间带上分布的一类木本植物

–真红树（Truemangrove）和半红树（Semi-mangrove）

2、红树植物的典型特征

–胎萌：

种子在母体上萌发后定植

–根系：

支柱根、气生根、板状根

3、红树植物的种类

–全球共有红树植物20科26属约69种，其中主