海洋天然产物

以活性单体化合物作为先导化合物进行结构修饰或结 构改造，以发现活性更强、毒性更小的新活性成分，再 进一步开发新药。 采用化学合成方法、人工养殖和生物工程（如细胞工 程、基因工程等）技术解决某些药用资源不足的问题。 应用多种生物技术进行海洋生物功能基因组学、蛋白 质组学、化学生态学、分子生物学及生物信息学等研究。
• 1986 年日本学者野口和安元又首次从微生 物发现TTX 。随后众多的微生物如弧菌属、 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 霉菌属等中发现了TTX 及其类似物,从而支 持了Mosher 的假设。
TTX的临床用途
• 临床上，河豚毒素针剂可代替吗啡、度冷 丁、阿托品和南美筒箭毒。用于治疗神经 痛，起效较吗啡慢，但镇痛时间可达12-20 小时。
抗肿瘤作用机制：
干扰肿瘤细胞有丝分裂和微管聚合 抑制蛋白质合成 调节蛋白激酶C的合成 增强机体自身免疫能力 抑制肿瘤新生血管形成 使细胞骨架肌动蛋白解聚 抗MDR（多药耐药）
2. 神经作用物质
多数海洋生物毒素具有独特的化学结构，是研究 进展最为迅速的领域，对生物神经系统或心血管系统 有高特异性作用，是发现新的神经系统或心血管系统 药物的重要导向化合物。
• 外因假说 是日本学者清水、松居最早提出的。他们 用含TTX 的饵料投喂养殖的无毒河豚及人工 采苗饲育的河豚，结果发生毒化现象，推 测毒素的起源可能是外因性的。
Baidu Nhomakorabea
• 食物链假说 食物链假说是由桥本野口发现并提出的，他 从海螺、海星及花纹爱洁蟹( A tergatisf lori dus) 检出高浓度的TTX ,为食物链起源假说 提供了证据。Noguchi 证实白法螺( B oshub ora) 体内的毒素是进食了含TTX 的海星积累 的,这是食物链假说的又一例证。但这些动 物含毒程度为何因地区个体的不同有很大 差别呢? 毒素起源于含毒饵料假说也有不少 难以自圆之处。
河豚毒素（ tetrodotoxin，TTX）
• 最知名的海洋生物毒素；
• 通常只需氰化钾五百分之一就可置人于 死地；
• 河豚毒中毒后，潜伏期短、病死率高， 吸收后迅速作用于末梢神经和中枢神经 系统，使神经传导障碍，首先感觉神经 麻痹，后运动神经麻痹，严重的脑干麻 痹导致呼吸循环衰竭。
• 1964年查明了分子结构； • 1972年成功合成了河豚毒素。
• 微生物起源假说 由石灰藻和毒蟹的内脏分离的假单胞菌属( Pseudomonas) 细菌培养液中得到2 个有毒 成分,确证分别与河豚毒素及脱水河豚毒素 一致,碱液分解也生成C9碱;高压液相,红外光 谱、质谱分析确证是TTX;分别注射小鼠腹腔 ,显示了与河豚毒素和脱水河豚毒素相对应 的致死率,从而证实TTX是细菌的代谢产物, 这是TTX起源于共生微生物的最早证据。迄 今已发现很多产TTX 的微生物类群。因此主 张微生物起源假说的学者越来越多。
卡拉胶
• 用角叉菜等红藻提取的、由1，3-β-D-吡喃 半乳糖和1，4-β-D-吡喃半乳糖相间结合而 成的直链多糖硫酸酯；
• 有抗凝血和降血脂作用； • 果冻常用的凝胶剂。
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； • 褐藻酸钠与氯化钙反应，褐藻胶酸钙凝胶 ，是细胞或酶的固定化材料。
1. 抗肿瘤药物
阿糖胞苷（cytrarabine, Ara-C）是最成功的海洋抗 肿瘤药物，是从海绵Cryptotethya crypta中分离得到的 核苷类化合物。
阿糖胞苷的结构式
美国国立肿瘤研究所每年筛选的3万个新型抗肿瘤 药物中，约有5％来自海洋生物。已证实，海洋动物提 取物中至少有10％具有抗P-388淋巴细胞、白血病细胞 和KB细胞的活性；3.5％的海洋植物提取物中有抗肿瘤 或细胞毒活性。 目前已从海绵、海鞘、海兔、海藻、珊瑚等海洋 生物中分离获得大量具有抗肿瘤活性的物质，覆盖包 括萜类、酰胺类、肽类、大环内酯、聚醚、核苷等多 种类型的化合物。
• 在有机溶剂和水中都不溶解，仅溶于醋酸 等酸性溶剂，并且在碱性和强酸性溶剂中 不稳定；
河豚毒素的毒理作用
• 选择性地阻断钠离子透过神经细胞膜，从 而阻断了神经系统的兴奋传导；
TTX分布
TTX分布于陆地和海洋的许多动物中，包括
毫不相干的脊椎动物、无脊椎动物的体内和
体表，甚至海底沉积的生物中，如热带刺鲥 鱼、蟾蜍、哥斯达黎加的箭毒蛙、蓝斑章鱼 、多棘槭海星、马蹄形蟹、花纹爱洁蟹、腹 足纲软体动物如硰罗法海螺、日本东风螺、 环节动物以及其他的软体动物和线虫。
TTX起源（四种假说）
• 内因假说 主张内因说的学者认为河豚等含有的刺胞、 毒腺中的蛋白质毒素是内源性毒素的来源。 推测河豚鱼体内有特定功能或微生物能将摄 入的食物转化为毒素。Matsumura 用人工授 精法从河豚鱼( Fugu niphobles) 卵母细胞发育 的胚胎中发现河豚毒素的毒性随胚胎发育不 断增高,提出TTX 是河豚鱼胚胎的产物但始终 没有更多证据证实这种说法,因此内因说没有 得到广泛认可。
• • 2000年，国外出版专著——《Drugs from the Sea》。 目前，中国海洋大学管华诗院士主持编纂的 《中华海洋本草》，收录一千多种海洋药用资源。
海洋药物学是一门交叉应用学科，研究内容广泛， 包括： 应用多种生物筛选技术对海洋生物进行系统的活性 筛选，如抗肿瘤、抗病毒、抗菌等活性筛选，从中发现 具有生物活性的海洋生物样品。 对具有生物活性的海洋生物样品，运用现代的提取 分离方法，结合活性追踪，从中分离活性部位和活性单 体化合物；应用现代光谱测定技术结合化学方法测定化 合物的化学结构及空间立体构型。 对活性单体化合物或活性部位进行新药临床前研究 （如药学、药理学、毒理学等）和临床试验、申报新药。
如何利用海洋天然产物
• 天然产物模拟； • 天然产物提取。
海洋天然产物的类型
研究内容
一、 海洋高分子材料和酶
二、 海洋药物
海洋高分子材料和酶
• • • • 琼脂与琼脂糖； 卡拉胶； 褐藻胶； 耐高温酶。
琼脂原料
琼脂和琼脂糖
• 琼脂:几种半乳糖交联而成的高分子化 合物；
• 琼脂糖：不同类型吡喃半乳糖聚合而 成的多糖；从琼脂中提取出来；因其 多孔凝胶性质，已广泛用做生物大分 子电泳技术的支持材料。
鲜活海参不可吃！
3. 作用于心脑血管的药物
• 多不饱和脂肪酸（PUFA）：降低血小板黏性、增加 血液流动性、防止凝血、降血脂、降胆固醇。 • 角鲨烯：阻止体内胆固醇的合成，降低胆固醇和三 酰甘油的水平。
• 褐藻多糖：藻酸双酯钠、甘糖脂、D-聚甘酯、褐藻 淀粉硫酸酯
• 酸性黏多糖、壳聚糖、虾青素
海葵毒素
海洋药物分类
• • • • • 抗肿瘤药物； 神经作用物质； 心血管作用物质； 抗AIDS海洋药物； 免疫抑制、抗结核作用物质。
1. 抗肿瘤物质
主要为大环内酯、聚醚类和海洋多肽化合物，从 海鞘、海绵、海兔、软珊瑚等海洋生物中得到。
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2. 神经作用物质
主要为海洋毒素，如河豚毒素、海兔毒素等， 作用于离子通道，对神经系统起作用。
1）聚醚化合物（岩沙海葵）： 血管收缩、血压升高，强心的作用； 肿瘤促长剂；
2）十肽（黄海葵）： 增强哺乳动物心脏收缩力、抗癌。
4. 抗菌、抗病毒海洋药物
头孢菌素C是从海洋微生物中发现的天然产物，开 发头孢菌素类抗生素。 阿糖腺苷是来源于海绵的天然产物，是第一个可以 进行静脉注射的抗病毒药物。
在蓝细菌中发现小分子蛋白质CV-N进入抗HIV的Ⅲ 期临床研究。
一、用作镇痛剂、麻醉剂，对于神经痛、肌肉和关节创伤产生的疼痛， 对晚期癌痛有显著镇痛作用，且不成臆。用于局部麻痹要比一般局部 麻经强上万倍，比普鲁卡因强16万倍，比狄布卡因(DIBUCCAINE)强1万 倍。 二、用作搔痒镇静剂，对皮肤搔痒症可以止痒而促其痊愈。 三、用于呼吸镇静剂，治气喘和百日咳。 四、用于镇痉剂，治疗松驰肌肉痉挛，胃痉挛和破伤风痉挛等病的特 效药。
大量提取河豚毒素？？
• 可以从含有TTX的细菌中直接提取TTX。到 时候，人们可以采用生物工程技术大量繁 殖这类含有TTX的细菌，从而能保证TTX提 取的原料来源。
章鱼毒素
• 蛋白质神经毒素； • 唾液腺中发现；
• 能舒张血管，使血流更畅通，效果比硝酸 甘油强1000倍； • 还能防止血栓形成。
耐高温的酶
• 海底热喷泉中的细菌可在140度的海水 中生活；
• 分离出多种耐高温酶，如蛋白水解酶、 合成酶、醛缩酶、淀粉酶等； • 高温发酵，提高反应速度、防止杂菌污 染； • Taq DNA 聚合酶。
海洋药物
我国历代本草收载的海洋药物有100多种。
《黄帝内经》：以乌贼骨为丸，饮以鲍鱼汁治疗血枯。 《神农本草经》 《本草纲目拾遗》
从海藻中发现硫酸多糖经结构修饰具有显著的抗 HIV活性，并进入临床研究； 抗菌肽，源于贝类等的小肽。
《本草纲目》记载了90多种海洋药物。
海洋药物
• 现在，《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，紫贝齿及蛤壳等。 • “瓦楞子”，毛蚶的外壳； • “石决明”，鲍鱼的外壳； • “生牡蛎”、“煅牡蛎”：牡蛎外壳。
河豚毒素和石房蛤毒素是最早研究的海洋毒素， 随后，岩沙海葵毒素、西加毒素、短裸甲藻毒素、刺 尾鱼毒素等相继被发现并确定结构。最主要的海洋生 物毒素可归纳为海洋生物碱、聚醚类和肽类毒素等。
海洋生物毒素
• • • • 河豚毒素； 章鱼毒素; 鱼肉毒素； 海参毒素。
25属，120余种
红鳍东方鲀，属鲀形目，鲀科，东方鲀属，俗称“河鲀”。红 鳍东方鲀的肉质细腻，味道鲜美，历来有“鱼中之王”的美称， 性腺、肝脏、脾脏、眼睛、皮肤、血液等，误食可致死。
3. 心血管作用物质
核苷类化合物，如岩沙海葵毒素，具有减慢心 率，舒张冠脉血管，持续降血压的作用。另外， 硫酸多糖类，如藻酸双酯钠可以降血脂、改善心 脑供血。
4. 抗AIDS海洋药物
主要为海洋萜类和硫酸多糖类化合物，具有抑制 HIV逆转录酶活性，且对病毒的装配和释放也有阻断 作用。
5. 免疫抑制、抗结核作用物质，来源于海洋微 生物。
五、由于河琢毒素具有充血作用，对阳萎和妇女阴冷也有效。
六、具有尿意镇静作用，对遗尿症有良效。 七、这种毒素还是生化试剂和皮肤防皱剂。
如何提取
• 河豚卵巢→水提取→除蛋白质→离子交换→ 脱色→活性炭吸附→浓缩→精制→结晶 。
• 每100公斤河豚卵只能提取1克粗品，而将粗 品纯化成精品，其损耗率将是50%。由于河 豚毒素得率低微，故全球每年的河豚毒素产 量很少，有不少报道说每年只产25克。
海洋天然产物
为什么利用海洋天然产物
• 海洋占地球面积的71 %，地球80 %以上的 生物繁衍生息在海洋中；
• 海洋生态环境和陆地有很大差异，海洋生 物往往生活在高盐、高压、低温和无光照 的封闭体系中，因此，其生物体中蕴藏着 大量化学结构新颖、生物活性强烈的天然 物质。
海洋生物是人类尚未充分开发的资源宝 库，它不仅蕴藏着巨大的食物资源，而且蕴 藏着丰富的海洋活性物质资源。主要有：海 洋多糖、海洋活性蛋白、活性肽、氨基酸、 海洋脂类、生物碱、海洋生物毒素等。 生物活性：抗真菌，抗病毒，止血，抗 凝血，抗肿瘤等活性。
鱼肉毒素
• 又称雪卡毒素； • 大分子聚醚化合物； • 毒性比河豚毒素大40~50倍； • 神经毒素，通过激活钙离子通道，使神经 细胞过度兴奋； • 少量可作兴奋剂；
• 源于具毒拟翼藻，通过食物链进入珊瑚礁 鱼体内。
海参毒素
海参毒素
• 居维氏器或内脏、皮肤、肌肉含毒； • 神经毒素，阻断神经传导； • 抗肿瘤和抗菌作用。