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1、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

2、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Giuseppe Brotzu，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The Sir William Dunn

3、School of Pathology的Edward Abraham和Guy Newton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 19701980，头孢菌素发展 1980s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。19641969年，日本分离出河豚毒素（TTX, tetrodotoxin ）并解析了其结构，7

4、0年代初完成TTX的人工合成 广泛分布于动物、微藻、微生物中 Na离子通道拮抗剂 镇痛、抗肿瘤 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-PGA21979年，美国犹他大学的Olivera从太平洋海域的一种芋螺中发现了-Conotoxin MVIIA；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 )Ecteinascidin 743的研究 1969年，加勒比海

5、鞘Ecteinascidia turbinata被证明具有抗肿瘤活性 1990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 1996年完成全合成 Trabectedin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。 2007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Ecteinascidin 743 (商品名：Yondelis）分别被EC和FDA批准上市Hala

6、ven (Eribulin mesylate) 1986年，黑海海绵Halichondria okadai，大环内酯类化合物Halichondrin B ，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； Halaven 是海绵大环天然产物Halichondrin B的一种结构衍生物Eribulin（也称E7389）的甲基磺酸盐； 2010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 新海洋生物资源的发现(2001-2010) 23万种海

7、洋生物 海洋生物基因库的构建 小型生物 浮游藻类 微生物 小型动物 大型海洋生物 基因组 细胞 组织 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） 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

8、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 大多为不规则管状、瓶状、块状、树枝状或球状 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 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 胃层：由具鞭毛的领细胞组成，调节水流、摄取和消化食物 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 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

9、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 骨针：钙质或硅质，单轴、四轴、三轴、多轴 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 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 有性生殖 海绵为雌雄同体(mo

10、noecy)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(amphib

11、lastula)，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 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 我国海域约有海绵动物200余种 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

12、、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： 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) 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

13、称的瓶状、柱状、瓮状或漏斗状，可达1090cm，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450900m或更深的海底(5000m)，后端常以硅质丝插于软质海底。 分两个目： 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 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 Dem

14、ospongiae 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： 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)。 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

15、属本亚纲，如：淡水海绵(Spongilla)和穿贝海绵(Cliona) 。 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(Euspongia officinalis)、马海绵(Hippospongia equina)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 沐浴或脓液吸收，如：浴海绵

16、工艺品，如：偕老同穴 海水净化和污染物降解 光纤制造，如：一些生长在深海海底的海绵 药用活性成份，如：从黑色软海绵Halichondria okadai 中分离到的halichondrin B（一种非紫三醇类的微管抑制剂），其衍生物Eribulin mesylate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Agelas mauritianus 的-半乳糖基神经酰胺 抗肿瘤，B16黑色素瘤 免疫刺激 刺激自然杀伤T细胞 抗

17、肿瘤免疫治疗，肺癌I期、骨髓癌II期、慢性HCV II期Bengamide A 和Bengamide B Bengamide A 和Bengamide B是1986年分离自富士海域一种Jaspidae科海绵的杂环化合物 抗肿瘤活性 抗菌活性 抗线虫Nippostrongulus braziliensis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

18、自海绵Petrosia contignata的一种化合物 组氨酸阻断剂 抗哮喘 IPL576,092，Aventis Pharma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 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Discodermia dissoluta的大环内酯类化合物 抗肿瘤活性 免疫抑制剂活性 Novart

19、is Pharma AG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Stylotella aurantium 的生物碱类化合物 抗Alzheimer病 抗骨关节炎活性 对细胞周期G2期DNA损伤中的checkpoint enzyme具有高度的选择性抑制作用 Genzyme Tissue Repair公司，抗Alzheimer，临床I期Girolline (Girodazole) Girolline (Girodazole)是一种分离自海

20、绵Pseudaxinyssa (= Cymbastela) cantharella的咪唑类化合物 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 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Forcepia sp.的大环内酯类化合物 抗肿瘤(胰腺癌) 抗真菌活性 目前处于抗肿瘤临床前研究阶段Latrunculins Latrun

21、culins 是一种分离自红海海绵Latrunculia magnifica和 Negombata magnifica的化合物 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Cacospongia mycofijiensis、 Hyatella sp.、Fasciospongia sp.和 Dactylospongia sp.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 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Luff

22、ariella variabilis的倍半萜类化合物 抗菌活性，银屑病药物的开发 镇痛活性，具有开发成治疗风湿性关节炎药物的潜力 抗炎活性，其机理是抑制磷酸脂酶A2(PLA2)活性 爱尔兰Allergan Pharmaceuticals 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 Manzamine A Manzamine A是一种分离自海绵Haliclona sp. 的大环内酯类化合物 抗疟 抗HIV 抗结核病 目前处于临床前研究阶段Peloruside A Peloruside A是从新西兰海域一种海绵Mycale hentscheli

23、 中分离到的化合物 抗肿瘤 与微管结合，导致细胞停滞在G2-M期 Reata Pharmaceuticals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Haliclona sp. 中分离到的化合物 抗肿瘤活性，是一种Vo-ATPases抑制剂 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(Topsentia genitrix、Hexadella sp.和Spongosorites ruetzle

24、ri)的生物碱类化合物 抗炎活性 抗结肠癌 抗Alzheimers 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Halichindria okadai和Lissodendoryx n. sp. 1等海绵中分离到的一类聚醚大环内酯类化合物(如：Halichondrin B和异高软海绵素isohomohalichondrin B等)，它们具有很强的抗肿瘤活性 结构特征 1个新颖的2,6,9-三氧三环,7-葵烷体系(环CE) 1个22元内酯环(C-1C-30) 2个环外烯基团和几个吡喃糖环和呋喃糖环 研究历史 1985年，Uemura等首次从日本的太平

25、洋沿岸的大田软海绵中分离到去甲软海绵素norhalichondrin A，具抗肿瘤活性 1986年， Uemura等从大田软海绵中分离到7种软海绵素： norhalichondrin B/C，halichondrin B/C，高软海绵素homohalichondrin A/B/C 1987年，从北爱尔兰海域浅海的黑色海绵Raspalia agminata中分离到软海绵素，从深海海绵Lissodendoryx topsent中分离到软海绵素 1991年，Pettit等从西太平洋的Axinella sp.中分离到halichondrin B和homohalichondrin B 1993年， Pe

26、ttit等从东印度洋海绵Phakellia carteri中分离到halistatin 1、 halichondrin B和homohalichondrin B，并从西印度洋海绵Axinella cf. carteri中分离到halistatin 2、 halistatin 1、 halichondrin B和homohalichondrin B Halichondrins的生物活性及其作用机制 生物活性 Halichondrin B对B-16黑色素瘤细胞株具有细胞毒活性，IC50约为0.1ng/ml Halichondrin B和homohalichondrin B可提高荷瘤(B-16黑色素

27、瘤、P-388白血病和L-1210淋巴瘤)小鼠寿命 Halistatin 1 & 2对一些肿瘤细胞株也具有很强的细胞毒活性 NCI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 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 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 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 酸性重排：化合物12-14 内酯环(C-1C-30)的改造：化合物15-17 C-19和C-26位烯烃基团的修饰：化合物11

28、&18 末端部分修饰：化合物19-21 活性变化 细胞毒活性下降 化合物19-21的生物活性无变化 Halichondrins的活性可能主要由C-1C-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Halichondrin B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Halichondrin B和isohomohalichondrin B分别为300mg，它们采集自新西兰的Kaikoura海域的1吨的Lissodendoryx n. sp. Lissodendoryx n. sp.仅分布于新西兰Ka

29、ikoura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，1.11个海绵/m2，估计产量6921g/m2，故总产量为28990吨海绵天然采集 按照对新西兰的Kaikoura海域Lissodendoryx n. sp.的调查资料，即便是全部采集，也仅能获得Halichondrin B和isohomohalichondrin B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

30、-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Halichondrin B和Norhalichondrin B的全合成，反应超过100步 根据对Halichondrins构效关系研究，推测C-1C-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(True mangrove)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