海洋生物技术与海洋生物制药的研究进展.docx

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海洋生物技术与海洋生物制药的研究进展

海洋生物技术与海洋生物制药的研究进展

Marinebiotechnology and pharmaceutical research marinelife

刘鹏

吉林大学药学院08级药学专业一班28080111

【摘要】海洋生物制药是指应用海洋生物具有明确药理作用的活性物质，按制药工程进行系统的研究，研制成为海洋药物的制药工程.是新兴的制药工业的分支学科，研究海洋生物的药物来源、分布、形态、鉴别、采集加工、化学成分、药理作用、炮制、制剂、临床前研究与临床应用等多学科的综合性科学。

海水养殖、海洋生物天然产物开发和海洋环境保护生技是海洋生物技术三大热点。

人类进入20世纪80年代以来,世界各国,特别是沿海国家的科研人员在全球范围展开了对海洋生物资源的开发工作,其中海洋生物活性物质扣海洋药物的研究是开发中的热点。

随着现代生物技术的发展,包括细胞培养、生物活性物质的分离纯化、高通量筛选、基因工程以与药物的修饰等在内的各种生物技术在其中发挥着重要作用。

【关键词】海洋生物制药研究进展

【中文分类号】Q819

1海洋药物概述

　　传统海洋药物中，有些种类今天仍广泛应用，各版药典均有收载，《中华人民共和国药典》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。

其他主要还有玳瑁、海狗肾、海浮石、鱼脑石，紫贝齿与蛤壳等。

　　海洋药用资源的增养殖是扩大药物来源的重要途径。

50年来，我国海产养殖发展较快，许多种海洋药用生物养殖成功，有的已实现了大面积的人工生产和工业化生产，改变了完全依附于自然的被动、落后状态。

海马过去一向靠捕捞，用药难以保障，屡屡出现货源吃紧的情况。

经过多年研究，掌握了海马的习性和繁育技术，目前我国广东、山东、浙江等地已先后建立起海马人工饲养场，现已能提供部分产品。

鲍（石决明）的饲养不仅早已获得成功，而且生产能力也不断提高，近年已投入大规模工业化生产。

海带为药食兼用的资源，由于生产技术十分成熟，养殖非常普遍，目前产量居世界首位。

其他已实现人工养殖的海洋药用生物有牡蛎、海参、珍珠、海胆、鲎、紫菜、裙带菜、江篱、石花菜、记麒麟菜和巨藻等。

近20年来，海洋药物研究一个突出的特点是致力于新药和新产品的开发。

至1989年，我国研制开发了许多海洋新药，己投入生产的就有10多个品种，并取得了很好的经济效益和社会效益，海带资源十分丰富，开发潜力很大，用其固着器（根）生产出降压药物：

血海灵，临床应用效果很好；用海带中所含甘露醇和烟酸制成的“甘露醇烟酸片，具有降血脂和澄清血液作用；“降醣素”和“PS”也是以海带为原料生产的。

利用药用海藻类开发的产品还有褐藻淀粉酯钠、藻酸丙二酯、藻酸双酯钠（PSS）、褐藻胶、琼胶、琼胶素、卡拉胶等。

　在海洋药用动物中，用合浦珍珠贝生殖巢制成了“珍珠精母注射液”，治疗病毒性肝炎总有效率达75％，且无任何毒副反应。

海星类药用资源较多、分布亦广，开发出的“海星胶代血浆”具有良好的胶体渗透压，能有效地扩充血容量，增加机体营养，促进机体组织恢复。

用太平洋侧花海葵生产的“海葵膏”，可用于治疗痔疮，以鱼油生产的“多烯康胶九”具有降血脂、抑制血小板聚集与延缓血栓形成等作用。

有些海洋药用资源的开发已形成系列产品，如珍珠系列有“珍珠片”、“珍珠胶囊”、“珍珠膜剂”、“合珠片”、“消朦片”等；贻贝也开发出系列产品。

　　海洋生物制药科学家正在研究鲎海洋药物成为生物产业的热点过去数十年来，世界出现了不少令人闻之丧胆的病毒。

当病毒的抗药性能力越来越强的时候，人类新药研制的速度却相对减慢。

于是，药学家毅然把目光转向了海洋——这片还远不为人类所熟悉的蓝色领域。

　　众所周知，海洋占地球表面的70%，是迄今所知最大的生命栖息地，海洋中有机物的品种是陆地上的两倍，因此，大多数科学家都坚持认为，海洋药物的研究将会给不断遭受疾病灾难的人类带来更多的希望。

2海洋生物制药的发展

1951年Bergman等开展了对天然海洋产物的研究

1967年美国召开首次海洋药物国际学术会议，标志着国际范围大合作的开始。

20世纪60年代末到70年代初，第一个高潮到80年代，研究结果却不尽人意。

20世纪90年代，投入巨资发展海洋生物药物与其它海洋生物技术。

美国最早开展了海洋生物活性物质的研究，随后各国学者相继开展了海洋生物抗肿瘤、抗病毒、抗艾滋病等活性成份的研究。

美国还在1998年成立了海洋生物产品工程中心。

3海洋生物制药的研发方向

3.1.抗肿瘤药物

抗肿瘤药是一类重要的医药大品种药，是最有希望的抗癌药物。

其销售份额占世界医药市场的15％，海洋抗肿瘤活性物质一直是海洋药物研究的重点。

海洋生物提取物中至少10％具有抗肿瘤活性，海洋植物中提取的化合物3.5％有抗癌活性或细胞毒活性。

包括核苷酸类、酰胺类、聚醚类、大环内酯类等化合物，其中阿糖胞苷等已形成药物。

我国正在开发的抗肿瘤药物有6一硫酸软骨素、海洋宝胶囊、脱溴海兔毒素、海鞘素A（B，c）、刺参多糖钾注射液等药物。

目前，只有10个海洋抗肿瘤药物进入临床研究，更多的处于临床前研究。

浙江省舟山市用乌贼加工时丢弃的墨囊制成“海墨止血片”，对消化道等各种出血有效，尤其对妇女功能性子宫出血效佳，产品远销东南亚国家，但没有进一步深入研究。

现在发现乌贼墨具有抗肿瘤作用，国内对其作用机制作了大量研究，已获重大进展，并不断有新的发现，主要集中在免疫方面。

在鲨鱼软骨中发现了一种生长抑制抑制因子，能阻止肿瘤血管的生长，其抗肿瘤活性比小牛软骨提取物强10万倍，临床抑癌效率达到60％许多海洋生物毒素具有抗肿瘤活性。

3.2.心脑血管药物

已研究出多种可供预防和治疗心血管疾病的药物，如萜类、多糖类、多不饱和脂肪酸、肽类和核苷类等物质，均具有抑制血栓形成和扩张血管作用。

有50多种海洋生物毒素不仅具有强心作用，而且还有很强的降压作用，现对河豚毒素的抗心律失常作用研究较多。

此外，螺旋藻类对高血脂和动脉粥样硬化有较好的预防和辅助治疗作用。

研究的主要活性物质是多糖与其衍生物，包括海藻多糖、甲壳多糖、硫酸软骨素、海参粘多糖、刺参粘多趟、羊栖菜多糖等软体动物麝香鞘中发现的麝香鞘毒素，具有持续的降血压的作用，是迄今为止人们所知道的活性最强的降血压物质，其效应比硝酸甘油强几千倍海葵毒素具有强心作用，但是却不影响心律，有希望开发成替代洋地黄毒苷（心律不起的副反应）的生物药物。

3.3.抗病毒活性物质

抗病毒海洋生物活性物质主要存在于海棉、珊瑚、海鞘、海藻等生物中，已分离得到萜类、核苷类、生物碱类、多糖类、杂环类等具有抗病毒活性的化合物，国内市场上已有珍宁注射液、珍珠贝壳层酸性提取物等产品上市。

在深水海绵中发现的2中萜类化合物，reiswignsA和B，具有高度抗病毒活性，而且在细胞毒性比较小；从贪婪屈海绵中分离得到的抗有丝分裂和抗突变活性的倍半萜，Avarol和Avarone在体外0.1μl/ml就有可以抑制HIV病毒复制，是一种很有前途的抗艾滋病药物。

3.4.抗菌抗炎活性物质

与海洋生物共存的微生物是一座丰富的抗菌宝库，目前从海洋生物中提取的抗菌、抗炎类化合物有脂肪酸类、糖脂类、丙烯酸类、苯酚类、溴苯酚类、吲哚类、酮类、多糖类、多肽类、N-糖苷类、β－胡萝卜素类等具有抗菌活性的化合物，国内已开发了系列头孢菌素等海洋抗菌药物。

在海参中提取的海参皂苷抗真菌有效率达88.5％，这是人类历史上第一个从动物中找到的抗真菌皂苷；海星中提取的海星皂苷有抑制霉菌的作用；刺参中分离的皂苷毒素HolotoxinA，B，应经用于治疗脚癣和白癣菌感染。

；从杨叶肖槿中提取到一种含绵酚的膏状物，具有很强的消炎作用。

3.5.消化系统药物

从海洋生物中提取的海星皂苷和总皂苷对胃溃疡的愈合作用优于甲氰咪胍。

壳聚糖衍生物对胃溃疡的疗效确切、治愈率高，已进入临床试验。

国内药厂配合中药制成的海洋胃药在临床上取得较好效果。

3.6.消炎镇痛药物

从海洋天然产物中分离的最引人注目的活性成分是Manoalide．它是磷酸酯酶A2抑制剂，在二十多年前已被作为典型的抗炎剂在临床应用。

3.7.泌尿系统药物

褐藻多糖硫酸酯具有抗凝血、降血脂、防血栓、抗肿瘤与改善微循环、抑制白细胞等作用，临床上用于治疗心脏、肾血管病，特别对改善肾功能、提高肾脏对肌酐的清除率作用尤为明显。

首先用于治疗慢性肾衰与尿毒症，有明显疗效，且无毒副作用，现已按国家二类新药获准进入临床研究。

4前沿领域的最新研究进展

4.1.发育与生殖调控

应用GIH（性腺抑制激素）和GSH（性腺刺激激素）等激素调控甲壳类动物成熟和繁殖的技术，研究了甲状腺激素在金绍生长和发育中的调控作用，发现甲状腺激素受体mRNA水平在大脑中最高，在肌肉中最低，而在肝、肾和鳃中表达水平中等，表明甲状腺素受体在成体金银脑中起着重要作用，对海鞘的同源框（Homeobox）基因进行了鉴定，分离到30个同源框基因，建立了青鳉的同源框（Homeobox）基因，建立了青鳉胚胎干细胞系并通过细胞移植获得了嵌合体青鳉，建立了虹鳟原始生殖细胞培养物并分离出Vasa基因，进行斑节对虾生殖抑制激素的分离与鉴定，应用受体介导法筛选GnRH类似物，用于鱼类繁殖，建立了海绵细胞培养技术，用于进行药物筛选，建立了将海胆胚胎作为研究基因表达的模式系统，通过基因转移开展了海胆胚胎工程的研究，研究了人葡糖转移酶和大鼠已糖激酶cDNA在虹鳟胚胎中的表达，建立了通过细胞周期蛋白依赖的激酶活性测定海水鱼苗细胞增殖速率的方法，研究了几丁质酶基因在斑节对虾蜕皮过程中的表达，从海参分离出同源框基因，并进行了序列的测定。

4.2.功能基因克隆

建立了牙鲆肝脏和脾脏mRNA的表达序列标志，从深海一种耐压细菌中分离到压力调节的操纵子，从大西洋鲑分离到雌激素受体和甲状腺素受体基因，从挪威对虾中分离到性腺抑制激素基因；将DNA微阵列技术在海绵细胞培养上进行了应用，构建了班节对虾遗传连锁图谱，建立了海洋红藻EST，从海星卵母细胞中分离出成熟蛋白酶体的催化亚基，初步表明硬骨头鱼类IGF－I原E一肽具有抗肿瘤作用；构建了海洋酵母De—baryomyceshansenii的质粒载体，从鲤鱼血清中分离纯化出蛋白酶抑制剂，从兰蟹血细胞中分离到一种抗菌肽样物质，从红鲍分离到一种肌动蛋白启动子，发现依赖于细胞周期的激酶活性可用作海洋鱼类苗种细胞增殖的标记，克隆和定序了鳗鱼细胞色素P4501AcD－NA，通过基因转移方法分析了鳗细胞色素P450IAI基因的启动子区域，分离和克隆了鳗细胞色素P450IAI基因，建立了适宜于沟绍遗传作图的多态性EST标记，构建了黄盖鲽EST数据库并鉴定出了一些新基因，建立了班节对虾一些组织特异的EST标志，从经HirameRhabdovirus病毒感染的牙鲆淋巴细胞EST中分离出596个cDNA克隆；用PCR方法克隆出一种自体受精雌雄同体鱼类的ß一肌动蛋白基因，从金鲷cDNA文库中分离出多肽延伸因子EF－2CDNA克隆，在湖鳟基因组中发现了TC1样转座子元件；鉴定和克隆出的基因包括：

南美白对虾抗菌肽基因、牡蛎变应原（allergen）基因、大西洋鳗和大西洋鲑抗体基因、虹鳟Vasa基因、青鳉P53基因组基因、双鞭毛藻类真核启始因子5A基因、条纹鲈GtH（促性腺激素）受体cDNA、鲍肌动蛋白基因、蓝细菌丙酮酸激酶基因、鲤鱼视紫红质基因调节系列以与牙鲆溶菌酶基因等。

4.3.基因转移

分离克隆了大马哈鱼IGF基因与其启动子，并构建了大马哈鱼IGF（胰岛素样生长因子）基因表达载体。

通过核定位信号因子提高了外源基因转移到斑马鱼卵的整合率，建立了快速生长的转基因罗非鱼品系并进行了安全性评价；对转基因罗非鱼进行了三倍体诱导，发现三倍体转基因罗非鱼尽管生长不如转基因二倍体快，但优于未转基因的二倍体鱼，同时，转基因三倍体雌鱼是完全不育的，因而具有推广价值；研究了超声处理促进外源DNA与金鲷精子结合的技术方法，将GFP作为细胞和生物中转基因表达的指示剂；表明转基因沟鲶比对照组生长快33％，且转基因鱼逃避敌害的能力较差，因而可以释放到自然界中，而不会对生态环境造成大的危害；应用GFP作为遗传标记研究了斑马鱼转基因的条件优化和表达效率；在抗病基因工程育种方面，构建了海洋生物抗菌肽与溶菌酶基因表达载体并进行了基因转移实验；在转基因研究的种类上，目前已从经济养殖鱼类逐步扩展到养殖虾、贝类与某些观赏鱼类。

通过基因枪法将外源基因转到虹鳟肌肉中获得了稳定表达。

4.4.分子标记技术与遗传多样性

研究了将鱼类基因内含子作为遗传多样性评价指标的可行性，应用SSCP和定序的方法研究了大西洋和地中海几种海洋生物的遗传多样性。

研究了南美白对虾消化酶基因的多态性；利用寄生性原生动物和有毒甲藻基因组DNA的间隔区序列作标记检测环境水体中这些病原生物的污染程度，应用18S和5.8S核糖体RNA基因之间的第一个内部间隔区（ITC—1）序列作标记进行甲壳类生物种间和种内遗传多样性研究；研究了斑节对虾三个种群的线粒体DNA多态性，用PCR技术鉴定了夏威夷Gobioid苗的种类特异性。

通过测定内含子序列揭示了南美白对虾的种内遗传多样性，采用同功酶、微卫星DNA与RAPD标记对褐鳟不同种群的遗传变异进行了评价，在平鱼鉴定并分离出12种微卫星DNA，在美国加州鱿鱼上发现了高度可变的微卫星DNA；弄清了一种深水鱼类（Gonostomagracile）线粒体基因组的结构，并发现了硬骨鱼类tRNA基因重组的首个实例，测定了具有重要商业价值的海水轮虫的卫星DNA序列，用RAPD技术在大鲮鲆和鳎鱼筛选到微卫星重复片段，从多毛环节动物上分离出高度多态性的微卫星DNA，用RAPD技术研究了泰国东部泥蟹的遗传多样性；用AFLP方法分析了母性遗传物质在雌核发育条纹鲈基因组中的贡献。

4.5.DNA疫苗与疾病防治

构建了抗鱼类坏死病毒的DNA疫苗；开展了虹鳟IHNVDNA疫苗构建与防病的研究，表明用编码IHNV糖蛋白基因的DNA疫苗免疫虹鳟，诱导了非特异性免疫保护反应，证明DNA免疫途径在鱼类上的可行性，从虹鳟细胞系中鉴定出经干扰素可诱导的蛋白激酶；建立了养殖对虾病毒病原检测的ELISA试剂盒，用PCR等分子生物学技术鉴定了虾类的病毒性病原，将鱼类的非特异性免疫指标用于海洋环境监控，研究了抗病基因转移提高鲷科鱼类抗病力的可行性，研究了蛤类唾液酸凝集素的抗菌防御反映；研究了一种海洋生物多糖与其衍生物的抗病毒活性；建立了测定牡蛎病原的PCR—ELISA方法；研究了LatrunculinB毒素在红海绵体内的免疫定位。

4.6.生物活性物质

从海藻中分离出新的抗氧化剂，建立了大量生产生物活性化合物的海藻细胞和组织培养技术，建立了通过海绵细胞体外培养制备抗肿瘤化合物的方法；从不同生物（如对虾和细菌）中鉴定分离出抗微生物肽与其基因，从鱼类水解产物中分离出可用作微生物生长底物的活性物质，海洋生物中存在的抗附着活性物质，用血管生成抑制剂作为抗受孕剂，从蟹和虾体内提取免疫激活剂，从海洋藻类和蓝细菌中纯化光细菌致死化合物，海星抽提物在小鼠上表现出批精细胞形成的作用，从海洋植物Zosteramarina分离出一种无毒的抗附着活性化合物，从海绵和海鞘抽提物分离出抗肿瘤化合物，开发了珊瑚变态天然诱导剂，从海胆中分离出一种抗氧化的新药，在海洋双鞭毛藻类植物中鉴定出长碳链高度不饱和脂肪酸（C28），表明海洋真菌是分离抗微生物肽等生物活性化合物的理想来源；发现海洋假单胞杆菌的硫酸多糖与其衍生物具有抗病毒活性，从硬壳蛤分离出谷光甘肽一S一转移酶，从鲤血清中分离出丝氨酸蛋白酶抑制剂，从海绵中分离出氨激脯氨酸二肽酶，从一种珊瑚分离出具DNA酶样活性的物质，建立了开放式海绵养殖系统，为生物活性物质的大量制备提供了充足的海绵原料；从虾肌水解产物中分离到抗氧化肽物质；从一种海洋细菌中分离纯化出N一乙酸葡糖胺一6一磷酸脱乙酸酶。

4.7.生物修复、极端微生物与防附着

研究了转重金属硫蛋白基因藻类对海水环境中重金属的吸附能力，表明明显大于野生藻类，研究了石油降解微生物在修复被石油污染的海水环境上的可疗性与应用潜力；研究了海洋磁细菌在去除和回收海水环境中重金属上的应用潜力；用Bacillus清除养鱼场污水中的氮，用分子技术筛选作为海水养殖饵料的微藻，开发了六价铬在生物修复上的应用潜力，分离出耐冷的癸烷降解细菌，研究了海洋环境中多芳香化烃的微生物降解技术；从噬盐细菌分离出渗透压调节基因，并生产了重组Ectoine（渗透压调节因子），从2650米的深海分离到一种耐高温的细菌，这种细菌可用来分离耐高温和热稳定的酶，在耐高温的archaea发现了D型氨基酸和无氧氨酸消旋酶，测定了3种海洋火球菌的基因组DNA序列，借助于CROSS／BLAST分析进行了特定功能基因的筛选，从海底沉积物、海水和北冰洋收集了1000多种噬冷细菌，并从这些细菌中分离到多种冷适应的酶；建立了一种测定藤壶附着诱导物质的简单方法，研究了Chlorophyta和共生细菌之间附着所必需的形态上相互作用，研究了珊瑚抗附着物质（dterpene）类似物的抗附着和麻醉作用；分析了海岸环境中污着的起始过程，并对沉积物和附着物的影响进行了检测。

5展望与建议

上述研究分析表明，海洋生物技术作为一个全新的学科，已成为21世纪海洋研究开发的重要领域，并沿着三个应用方向迅速发展。

一是水产养殖，其目标十分清楚就是要提升传统产业，促使水产养殖业在优良品种培育、病害防治、规模化生产等诸多方面出现跨越式的发展；二是海洋天然产物开发，其目标是探索开发高附加值的海洋新资源，促进海洋新药、高分子材料和功能特殊的海洋生物活性物质产业化开发；三是海洋环境保护，其目标是保证海洋环境的可持续利用和产业的可持续发展。

令人可喜的是这个应用发展趋势与我国海洋产业的发展需求，特别是与我国海洋生物资源可持续开发利用的高技术需求相一致。

事实上，在过去5年中我国海洋生物技术的研究应用已经取得了长足的进步，取得了一批具世界先进水平的研究成果，在推动海洋产业发展中发挥了重要作用。

进入21世纪，加大海洋863的支持力度，进一步促进我国海洋生物技术快速发展的势头，不仅有现实的意义，也是具有战略价值的举措。

另外，面对科技全球化的挑战，多渠道地加强国际合作与交流，促进我国海洋生物技术创新和产业化向更高层面上发展也是十分重要的。

从技术应用的角度看，海洋生物技术主要是利用海洋环境特殊性和生物多样性特征，从分子和细胞水平上，即从高技术水平上多层面地开发利用海洋生物群体资源。

遗传资源和天然产物资源，那么与此相关的基础研究就显得十分重要了。

事实上，这也是一种国际研究发展趋势。

为了弥补这方面的不足，在我国海洋生物技术发展过程中需要有多方面支持和配合，不仅要与《国家重点基础研究发展规划》、《国家自然科学基金》等相关计划沟通、衔接，还需要加强基础性建设。

既需要加强中试基地和产业化基地建设，也需要加强基础设施建设，如加强开放实验室、研究基地、生物多样性资源库、种子库、信息数据库的建设。

这些措施对我国海洋生物技术向更高水平发展具有深远意义.

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