海洋生物活性物质.ppt

,第二章海洋生物活性物质,什么是海洋生物制药？,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,一、什么是海洋生物活性物质？,海洋生物活性物质是指海洋生物体内含有的对生命现象具有影响的微量或少量物质，主要包括海洋药用物质、生物信息物质、海洋生物毒素产生物、功能材料等,二、海洋生物的多样性,从生物多样性的观点来看，很少人了解海洋生物多样性其实远比陆地生物来的更为丰富珍贵。如目前所发现的34个动物门中，海洋其实就占了33个门，而且其中有15个门的动物只能生活在海洋的环境。这个悬殊的比例显示海洋是保存地球上绝大部份生物多样性的地方。,三、海洋生物活性物质的多样性,1.多糖类2.聚醚类3.大环内酯4.萜类5.生物碱6.环肽7.甾醇8.苷类9.不饱和脂肪酸10.其他化合物,四、海洋生物活性物质的研究与发展方向,1国外海洋药物发展现状走在这一领域前列的是美国、日本及欧共体，最近发展很快的是韩国。在过去的几十年间，6000多种海洋天然产物被发现，其中有重要生物活性并已申请专利的新化合物有200多种，而在70年代只有少数几个有关前列腺素的专利申请，80年代至今则数量大增,我国的海洋药物的研究工作始于上个世纪90年代，发展也很迅猛。,美国：国家研究委员会(NationalResearchCouncil)和国立癌症研究所(NationalCancerInstitute)每年用于海洋药物开发研究的经费各为5000多万美元;近年来,美国国立卫生研究所的海洋药物研究资金已增加到全部研究资金的11%以上,与合成药、植物药基本持平。日本：日本海洋生物技术研究院(JapaneseMarineBiotechnologyInstitute)及日本海洋科学和技术中心(JapanMarineScienceandTechnologyCenter)每年用于海洋药物开发研究的经费约为1亿多美元。欧盟:海洋科学和技术(MarineSciencesandTechnology,简称MAST)计划每年用于海洋药物开发研究的经费也有1亿多美元。,2海洋药物研究前沿丰富的海洋生物资源无疑是天然药物的重要来源。海洋药物研究的物质基础是海洋天然产物，20世纪60年代初日本学者对河豚毒素的研究是人类对海洋天然活性成分研究的开端。,2.1海洋抗肿瘤活性物质抗癌药物是一重要的医药大类品种。陆地资源正在枯竭，科学家预言，最有前途的抗癌药物将来自海洋。海洋抗癌药物研究在海洋药物研究中一直起着主导作用，现已发现海洋生物提取物中至少有10具有抗肿瘤活性；从海洋植物获得的化合物3.5具有抗癌或细胞毒活性。美国每年有1500个海洋天然产物被分离出来，其中1具有抗肿瘤活性。2.2海洋抗病毒活性物质抗病毒海洋生物活性物质主要存在于海绵、珊瑚、海鞘、海藻等海洋生物中，其活性成分主要有硝类、核苷类、生物碱和其它含氮多糖杂环类化合物。虽然从海洋生物次生代谢产物中已筛选出一批抗病毒活性成分，但能进入临床或临床前研究的先导化合物仍为数不多。,2.3海洋脑血管活性物质抗心血管疾病的海洋生物活性物质真正用于临床和投放医药市场的尚不多，但我国在这方面取得了可喜的成绩。从中国南海小棒短指软珊瑚Sinulariamicrolavata中分离到的柳珊瑚自醇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Pinctadamartensii（Dunker）提取物制成的珍珠精母注射液，治疗子宫出血疗效显著，已被国家计生委推荐为计生用药。2.4海洋抗菌抗炎活性物质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、N糖昔类和-胡萝卜素类等。最早一批海洋药物即是抗菌药物，如头抱菌素类抗生素早已用于临床。,1.海洋动物的多糖及糖苷类化合物,1.1壳多糖和甲壳胺壳多糖(chitin)又称几丁质。几丁质是广泛存在于自然界的一种含氮多糖类生物性高分子，主要的来源为虾、蟹、昆虫等甲壳类动物的外壳与软件动物的器官（例如乌贼的软骨），以及真菌类的细胞壁等。甲壳胺，是甲壳类动物（如虾、蟹）、昆虫和其他无脊椎动物外壳中的甲壳中的甲壳质，经脱乙酰化（提取）制得的一种天然高分子多糖体，是动物性的食物纤维。,优势：（1）唯一性：自然介唯一的带正电荷活性基团的纤维素。（2）人体必需的：人体健康和存必需的第六无素，改善人体进入健康状态。（3）安全无毒副作用：100%的纯天然海洋生物制品。（4）营养加保健：有食物的营养，又具有辅助治疗的双重作用。（5）独特的双向调节：具双向免疫调节作用免疫激活作用和免疫抑制作用。（6）易吸收利用：具生物适应性，易与机体亲和，被人体利用。（7）高纯度、高品质：现代高科技的奉献，指标国际领先，脱乙酰度高达90%以上。效能：（1）免疫机能活性化作用（2）防止癌细胞转移的作用（3）抑制癌症的作用（4）改善酸性体质效果（5）除菌作用（6）改善糖尿病作用（7）增加肠内有益菌作用（8）镇痛止血效果（9）抑制高血压的效果（10）强化肝机能作用,1.2海参多糖海参里有“海参粘多糖”物质，糖尿病病人可以吃嘛？此“糖”和彼“糖”有什么区别呢？,“海参粘多糖”是”多糖”的一种，”多糖”不是”糖”，他们是有区别的糖尿病患者可以吃海参粘多糖是海刺参中的精华，海参属于氨基多糖重要来源之一的棘皮类动物，其多糖含量和硫酸化程度远高于其它传统补品。粘多糖的生物合成起始于核心蛋白，是蛋白多糖的糖链部分。海参粘多糖具有提高机体免疫力、对抗心血管形成、抑制栓塞形成、对抗某些组织培养细胞的特异性病变、抗炎等多种作用。所以，它是糖尿病患者的优良补品。,1.3鲨鱼软骨多糖鲨鱼软骨骨胶质中的一种特殊物质硫酸软骨素。鲨鱼软骨素是从海洋之王鲨鱼的软骨中提出的硫酸软骨素。硫酸软骨素作为一种蛋白多糖,是人类关节物质中重要成份。主要保健功效有:鲨鱼软骨中的软骨素可以活化人体的结缔组织,活化细胞,延缓衰老,提高机体免疫力;鲨鱼软骨中的ATT(抗新生血管生长因子)具有阻断肿瘤生长的作用,使癌细胞无法得到养分而萎缩消失,使肿瘤自然坏死;对风湿性关节炎、骨刺、干癣、红斑性狼疮有改善作用。,1.4褐藻胶从海带、马尾藻等褐藻中提取的褐藻酸的钠盐、钾盐、钙盐、镁盐等制品的统称。在速冻食品中褐藻胶为亲水性的分子，具有较强的水合性、粘结性，使馅心水分难以生成冰结晶。,1.5褐藻糖胶也叫褐藻多糖硫酸酯，对治疗心脑血管疾病和早中期慢性肾衰的效果良好，无毒副作用，特别对改善肾功能、提高肾脏对肌酐清除率效果尤为显著。,1.6琼胶是在红藻中提取的多糖。琼胶是琼脂的学名。用途：琼脂广泛用于制造粒粒饮料、米酒饮料、果汁饮料、水晶软糖、羊羹、午餐肉、火腿肠、果冻布丁、冰淇淋、裱花蛋糕、八宝粥、凉拌菜等等。琼脂在日化工业中用于牙膏、洗发露、洗面乳、化妆品、固体清香剂等。琼脂在化学工业、医学科研，可作培养基、药膏基及其他用途。,微藻是一类在陆地、海洋分布广泛，营养丰富、光合利用度高的自养植物，细胞代谢产生的多糖、蛋白质、色素等，使其在食品、医药、基因工程、液体燃料等领域具有很好的开发前景。,微藻种类繁多，微藻细胞中含有：蛋白质、脂类、藻多糖、-胡萝卜素、多种无机元素（如Cu,Fe,Se,Mn,Zn等）等高价值的营养成分和化工原料。微藻的蛋白质含量很高，是单细胞蛋白(SCP)的一个重要来源。藻中类胡萝卜素含量较高，具有着色和营养的作用，可用来防治癌症、抗辐射、延缓衰老,增强机体免疫力等生理作用。-胡萝卜素，对人体有致癌、致畸的作用,而顺式异构体在抗癌、抗心血管疾病功能比全反式异构体高，藻粉中-胡萝卜素含量高达14%。藻细胞中甘油含量较高，是优质的化妆品原料,也是化工、轻工和医药工业中用途极广的有机中间体。藻多糖复合物可作为免疫佐剂增强抗原性和机体免疫功能，起到抗肿瘤的作用。,螺旋藻是一类低等植物，属于蓝藻门，颤藻科。它们与细菌一样，细胞内没有真正的细胞核，所以又称蓝细菌。蓝藻的细胞结构原始，且非常简单，是地球上最早出现的光合生物，在这个星球上已生存了35亿年。它生长于水体中，在显微镜下可见其形态为螺旋丝状，故而得名。,1、抗辐射损伤作用螺旋藻对免疫器官和造血组织有保护作用，这可能是螺旋藻抗辐射损伤作用的机制之一。2、抗菌作用钝顶螺旋藻对革兰阳性菌有抑菌作用，钝顶螺旋藻对革兰阴性菌无抑制作用。3、抗癌作用螺旋藻多糖对体内腹水型肝癌细胞有显着的抑制率，对癌细胞DNA、RNA和蛋白质的抑制作用均随作用时间延长而加强。4、光敏作用是一种理想的光敏剂。5、对免疫系统的强化作用6、降低胆固醇7、提高铁的生物有效性和调理贫血症8、帮助建造健康的乳酸杆菌群食用螺旋藻能使体内的乳酸杆菌增多，并使机体从饮食中吸收维生素B1和其他维生素的效率提高。9、对胃的保护作用10、减轻汞及药物对肾的毒性,2.海洋动物的脂类及脂肪酸类化合物,2.1鱼油和n-3系列多不饱和脂肪酸1978年，杜日贝格在流行病调查中发现，爱斯基摩人不仅冠心病、心肌梗塞的发病率很低，而且类风湿性关节炎、红斑狼疮等自身免疫性疾病也明显低于白种人。分析认为，这与爱斯基摩人大量食用北冰洋的海鱼、海兽(海狗、海豹)有重要关系。海鱼尤其是鱼油中富含二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA)，同属n-3系列多不饱和脂肪酸，是维持人体发育、生长和正常生理功能的必需脂肪酸。近10余年来，科学家们发现它们具有促进前列腺素及抑制血栓素形成的作用，从而可能起到保护血管内皮细胞，抑制血小板聚集，防止动脉粥样斑块及血管内血栓形成的作用。,2.2海狗油海狗油以DHA-EPA、DPA、角鲨稀，经现代高科技工艺加工而成的营养食品。海狗油是人体血管的清道夫，还能预防动脉硬化、中风和心脏病。海狗油是高血压、冠心病、脑中风、糖尿病、风湿性关节炎、癌症等疾病患者的首选保健品。还具有滋阴补阳、补血益气、美颜美肤、强身壮骨的功效。其功效分别是：(1)EPA：俗称“血管清道夫”，具有防止血管硬化、心脑血管栓塞，降低高血压、高血脂、及胆固醇，抑制血小板凝聚等作用。适用于冠状动脉硬化和血栓，脑中风、脑溢血、脑血管障碍，高胆固醇、高血脂、高血压，手脚麻痹，心悸等各种心脑血管疾病。(2)DHA：俗称“脑黄金”，是脑组织和视神经发育及功能发挥所必须的营养物质。可用于增强记忆力，促进婴幼儿智力开发及提高智商，预防和治疗老年痴呆症。(3)DPA：在人乳和海豹油中含量最高，是鱼油及其他食品所缺乏的。它可促进和提高人体的免疫力。对糖尿病、类风湿性关节炎、牛皮癣、气喘病，溃疡性大小肠炎等均有治疗作用。(4)角鲨烯：天然抗氧化剂。有助于防癌和抗癌及滋润皮肤使其光滑而富弹性。(5)脂溶性活性物质：对于提高人体自身免疫力和调节胰岛素分泌有特殊效果。可预防和治疗类风湿性关节炎、红斑狼疮等。对糖尿病的形成有抑制作用。,3.海洋动物的皂苷类化合物,3.1海参皂苷海参由于环境温度低，生长期长，海参素含量丰富，海参素又名海参皂苷。海参皂苷大都具有强烈的生理活性，这些生理活性包括：抗肿瘤作用、抗真菌作用、抗放射作用、细胞毒性作用及抗胆碱作用等。,3.2海星皂苷海星在世界分布广泛，其中的药理活性物质是创新药物的重要来源。近年来，海星皂苷类化合物的研究已成为国际药学界关注的重要领域和前沿课题。为弥补我国在这一领域的空白，汤海峰选择了在我国南海蕴藏量丰富的大型海星面包海星为研究样本，采用先进的层析技术、波谱解析等手段，进行提取、分离、结构鉴定及药理活性筛选等系统的研究，在国际上首次从该海星中提取分离出8个新海星皂苷CN-5、CN-6、CN-7、CN-8、CN-9、CN-10、CN-11、CN-12。经药理活性筛选，这8个海星皂苷均对稻瘟霉模型显示不同程度的诱导菌丝变形或抑制孢子生长及显著的肿瘤细胞毒性。同时在微管蛋白体外筛选模型测试中，还发现这些新化合物具有促微管聚合活性，这与紫杉醇的抗癌作用机制相似。此外，他们在动物实验中也发现，8个新海星皂苷在荷癌小鼠体内均表现出显著的抑制肿瘤生长作用。,4.海洋动物的甾醇类化合物,4.1海绵的多羟基甾醇从海绵中提取甾醇，海绵来源丰富，采集方便，提取的甾醇有较强的细胞毒性，对宫颈癌细胞、胃癌细胞、肝癌细胞等肿瘤细胞均有较强的生长抑制作用。,4.2珊瑚的多羟基甾醇珊瑚多羟基甾醇对肺癌细胞、鼻咽癌细胞、宫颈癌细胞、胃癌细胞和肝癌细胞的生长都有一定的抑制作用，另外这种化合物还能有效地抗海洋污损生物幼虫附着，因此在制备抗癌药物和抗污剂方面都有良好的应用前景。,甾醇是生物膜的重要组成部分，也是某些激素的前体从海洋生物中分离出不同支链和多羟基甾醇，有些具有明显的抗肿瘤、降血脂、抗菌和抗病毒作用,5.海洋动物的生物碱类化合物,生物碱是生物体内一类含氮有机化合物的总称，它们有类似碱的性质从海绵中分离出的mycalamide-A在体内对RNA病毒有抑制作用，是一种有希望的抗病毒和抗肿瘤的有机化合物,例：河豚毒素河豚毒素是一种能麻痹神经的剧毒，通常只需氰化钾五百分之一就可置人于死地的剧毒，中毒的人会因神经麻痹而窒息而死，其中，毒素直接进入血液中毒死亡速度最快。最近，加拿大科学家却利用河豚毒素研制出一种能止痛的新型药物。这种新型特效止痛药能够有效地缓解癌症病人的疼痛。目前这个课题已经做完一期和二期的临床实验。在临床实验中医生每天给病人注射两次这种药剂，一次几微克，连续注射4天。当用药进入第3天后，患者的疼痛开始减轻。结果，有将近70的病人的病痛得到缓解。研究人员还发现，最后一次注射停止后，止痛效果仍可延续。在一些病例中，止痛效果甚至可以延续15天。加拿大多伦多大学药理学教授爱德华赛勒斯说，这种药物可以阻断发向大脑的有关疼痛的神经信号，其止痛效果比吗啡强3000倍。,6.海洋动物的萜类活性化合物,海藻和海绵中海洋萜类最为丰富倍半萜、二萜、二倍半萜居多从海绵中分离出来的倍半萜avarol，有抗HIV的活性，虽然有些细胞毒性，但是对正常的人外周淋巴细胞无抑制作用,例：角鲨烯由6个异戊二烯组成的三萜，为淡黄色不溶于水的油状液体。具有抗肿瘤、抑制心血管疾病和增强免疫力的功能。自然界分布很广，鲨鱼肝含量较高。作用：1、保肝作用，促进肝细胞再生并保护肝细胞，从而改善肝脏功能。2、抗疲劳和增强机体的抗病能力，提高人体免疫功能。3、保护肾上腺皮之功能，提高几天的应激能力。4、抗肿瘤，尤其在癌切除外科手术后或采用放化疗时使用，效果显著，其最大的特点是防止癌症向肺部转移。5、升高白细胞的作用。,7.海洋动物的聚醚类化合物,来自海洋的聚醚类化合物多数是毒素，并且有强烈的生物活性，最具代表的是沙群海葵毒素，这是非蛋白中最毒的毒素，有显著的抗肿瘤作用，并促使血管强烈收缩和管状动脉痉挛。,海洋毒素,1.河豚毒素20世纪50年代初从红鳍东方豚的卵巢中分离得到结晶，1964年确定其结构，1971年完成全合成。河豚毒素是一种剧毒的弱碱性剧毒物质，半致死剂量是10g/kg，但具有抗癌作用，对肝癌的抑制率在37以上，还有局部的麻醉作用,2.石房蛤毒素石房蛤(Saxidomusgiganteus)因大量摄取有毒膝沟藻(Gonyaulaxcatenella)而在体内积累的聚醚神经毒素，有很强的麻醉作用。它是海洋生物中毒性最强烈的麻痹性毒素之一，作为潜在的化学生物战剂，长期以来为国外军事研究单位所高度重视，是主要的研究对象之一。,海洋毒素,3.西加毒素20世纪60年代首次从中毒的鱼中分离出，是一种剧毒的聚醚类化合物致死剂量为0.45g/kg，自然界中分布最广的一种毒素,4.沙群海葵毒素海葵毒素-环外含氮类如沙群海葵毒素（palytoxin,PTX），最早是从腔肠动物皮沙海葵科沙群海葵属毒沙群海葵Palythoatoxica中分离出来的毒性极强的化合物，分子式C129H223N3O54，LD500.15g/kg(小鼠，ip)，其卵的毒性最大，1g卵所含毒素足以杀死10万只20g体重的小白鼠，所以它是迄今为止在非蛋白毒素中毒性最强的化合物，具有抗癌、溶血等多种生物活性。大海中优美的闺秀鱼在海葵有毒的触须中从容出没，姹紫嫣红，万态千姿。,海洋毒素,5.涡鞭毛藻、硅藻和蓝藻等海洋生物季节性大量繁殖时，能使海水变红，称为赤潮。有些赤潮生物分泌赤潮毒素，当鱼、贝类处于有毒赤潮区域内，摄食这些有毒生物，虽不能被毒死，但生物毒素可在体内积累，其含量大大超过食用时人体可接受的水平。这些鱼虾、贝类如果不慎被人食用，就引起人体中毒，严重时可导致死亡。由赤潮引发的赤潮毒素统称贝毒，目前确定有10余种贝毒其毒素比眼镜蛇毒素高80倍，比一般的麻醉剂，如普鲁卡因、可卡因还强10万多倍。贝毒中毒症状为：初期唇舌麻木，发展到四肢麻木，并伴有头晕、恶心、胸闷、站立不稳、腹痛、呕吐等，严重者出现昏迷，呼吸困难。赤潮毒素引起人体中毒事件在世界沿海地区时有发生。据统计，全世界因赤潮毒素的贝类中毒事件约300多起，死亡300多人。,已经开发的海洋药物,国际上海洋药物开发的主要方向有：(1)增强机体免疫功能的药物；(2)抗心脑血管疾病的药物；(3)抗风湿、类风湿方面的药物；(4)抗肿瘤药物；(5)抗过敏药物；(6)抗病毒类药(包括艾滋病药物)；(7)防治肥胖和有益健美药物；(8)抗衰老和妇幼保健药物；(9)功能紊乱调节药物(包括抗抑郁，内分泌失调，性功能障碍等)；(10)补益类营养保健药。,已经开发的海洋药物,1.海人草酸1955年日本人村上等从红藻海人草中分离出海人草酸谷氨酸的衍生物，具有驱虫作用对脊椎动物中枢神经有兴奋作用，并能破毁某些区域的神经细胞,2.阿糖胞苷C其先导物是1957年从海绵中发现的经过结构修饰，1980年开始正式应用具有抗病毒、抗肿瘤活性,3.噻孢菌素1952年，Crawford等从意大利撒丁岛附近的海洋泥污中分离得到一种真菌经培养后可以产生头孢菌素C，用它的分解物7氨基头孢霉烷酸制取半合成的噻孢菌素,已经开发的海洋药物,4.巴丹1934年日本人从异足索沙蚕和马陆中分离具有杀虫作用的沙蚕毒素结构改造开发出巴丹，目前作为农药广泛地在应用,5.前列腺素1969年，Weiheimer等从加勒比海柳珊瑚中发现了前列腺素的前体15R-PGA2结构进行改造，制备出了有强烈生理活性的前列腺素15S-PGA2前列腺素是人体中一类重要激素，与机体的生长、发育和繁殖等密切相关珊瑚仍然是目前人们获得大量前列腺素的唯一动物源,有机化学课程组,