海洋药物研究的一般方法.zip

前药的制剂特性： 改善口服吸收、增加水溶性、提高脂溶性、载体介导的 吸收，改善注射给药，改善局部给药，作用部位选择性给 药，延长药物作用时间。
二氢吡啶作为药物载体，易于透过血脑屏 障，从而将药物携至脑内
软药 Soft drug
目标：药物起效后经简单代谢转化成无活性，无毒性化合物，减少毒副作 用
第二章 海洋药物研究的一般方法
一、海洋药物研究的一般方法
1. 海洋生物样品的采集 2. 活性筛选与活性先导化合物的发现
3. 化合物的结构优化及构效关系研究
4. 临床前药理和毒理研究
5. 临床试验
二、海洋药物研究的一般方法
第一节 样品采集
一、文献调研
种属特性、外观 形态、分部海域、 生长环境、注意 事项
三、构效关系 药物的化学结构与生物活性间的关系即构效关系 （SAR）—药物化学的核心议题、分子药理学的重要内 容。 药物与机体的作用部位发生相互作用，引发出生物 活性，是药物分子与受体大分子的物化性质和化学结构 间相互适配和作用的结果。
药物产生作用的主要因素
结构非特 异性药物
溶解度和分配系数对药效的影响 酸碱度和解离度对药效的影响
(4) 海洋微藻样品的采集
对水体中的微藻可直接采集海水，通过滤膜过滤(孔径0.6μm)可富集微 藻；对于较大的浮游微藻可用浮游生物网(孔径10μm)采集和浓缩；水表 漂浮的微藻可用无菌的平板将表层海水转入无菌容器中获得；对于生活 在生物或非生物结构表面的微藻，可用无菌小刀将微生物的表面膜刮下， 也可将琼脂平板压在微生物定居的表面；微藻寄生的较小的植物和动物 可潜水获得；浮游动物可用网收集；底栖型微藻可用载玻片收集，将载 玻片放于水体底积物中一段时间，让附对沉积物申的微藻也可采用将沉 积物铺于琼脂平板表面的方法，或将沉积物悬液涂布于分离平板；着型 微藻定居在上面；对空气中的微藻可用敞开的液体培养基或平板收集。 样品采集后必须在最短时间内迸行观察、鉴定和分离，因为有些重要的 藻体在几小时后就开始解体，导致样品中藻类多样性下降，存活种类减 少。
采集样品的
化学成分 活性特征
文献调研
采集样品的
数据库 生物学 维普、知网 PubMed 生态学 Science Director
35门、13个特有门、80%动物 温带、亚热带、热带
二、采集方式
原则：采集样品时尽量保持生物个体不受损伤。数量要足够多 (1) 贝类样品的采集
应挑选体长大致相似的个体，用现场海水冲洗干净后，放入双层聚乙烯袋中 冷冻保存。
第三节 天然化合物的结构优化和 构效关系研究
一、先导化合物的结构优化的目标
①对靶标分子的选择性或特异性；②用细胞或功能 性试验评价活性或强度；③提高化合物的代谢稳定 性；④整体动物药代动力学实验；使ADME达到设定 标准；⑤改善溶解性和稳定性，消除化学不稳定原 子或基团；⑥根据药物的作用部位调节化合物的脂 分配性；⑦提高安全性。
4.高内涵药物筛选( high content screening，HCS)
HCS是指在保持细胞结构和功能完整性的前提下，同时检 测被筛样品对细胞形态、生长、分化、迁移、凋亡、代谢途 径及信号转导各个环节的影响, 在单一实验中获取大量与基 因、蛋白及其他细胞成分相关的信息, 确定其生物活性和潜 在毒性的过程。 以多指标多靶点共同作用为主要特点,涉及的靶点包括胞 内成分、细胞的膜受体、细胞器等。
(2) 藻类样品的采集
采集大型藻类样品后用现场海水冲洗干净，放入双层聚乙烯袋中冷冻保存或 现场摊晾、晒干后包装。
(3) 海洋真菌样品的采集
样品采集的范围包括海水和海底沉积物、浸泡于海水中的木头及其他纤维物 质、浮木、诱饵木片、植物根部、红树植物、藻类、海草、含有孢子的海水泡 沫、海洋动物等。对于海水和海泥，可用采样器采集。采集的样品最好立即或 尽快进行目的菌的分离，如无条件，则要将样品暂存于4~8℃的低温环境中。
(5) 海洋活体样品的采集
有些海洋生物仅需研究其分泌物或毒液，如海蛇毒液、
芋螺毒液等。采集时应尽量保证能捕捉到活的生物个体，并
采用与其栖息环境相似的条件饲养。也可在现场即刻采取毒
液等样品，如在研究毒芋螺的过程中，有人用Eppendorf试
管挖去盖子，放人鱼鳍，再在鱼鳍上覆一层薄膜，吸引芋螺
吮吸试管使其将毒液排人试管中。
二、活性筛选
1. 整体动物水平模型与传统筛选程序 用整体动物进行药物筛选，是长期以来备受重视的方法，单纯从新药筛选的角 度看，此模型的最大优点是可以从整体水平直观地反映药物的治疗作用、不良反 应以及毒性作用。 2. 组织器官水平模型和体外药物筛选方法 通过观察药物对特定组织或器官的作用，可以分析药物作用原理和可能具有的 药理作用。应用组织器官模型筛选药物，是药物筛选技术的一大进步。其缺点主 要是规模小、效率低、反映药物作用有限、对样品的需求量仍然较大、不易实现 一药多筛等，此外，人工操作技术要求高等也是影响这种方法在药物筛选中应用 的主要原因之一。 3. 细胞、分子水平模型和高通量药物筛选
三、常用活性筛选方法 生物活性的筛选方法各式各样，筛选效率直接与实验的设 计有关，靶标越明确，越有可能获得特定活性的产物，因此 如果对病理和药理方面有越深入越具体的了解，就越有利于 筛选。
四、活性化合物的分离纯化 1. 溶剂分离法 水浸膏或乙醇浸膏常常为胶状物，难以均匀分散在低 极性溶剂中，故不能提取完全，可拌人适量惰性填充剂， 如硅藻土或纤维粉等，然后低温或自然干燥，粉碎后，再 以选用溶剂依次提取，使总提取物中各组成成分，依其在 不同极性溶剂中溶解度的差异而得到分离。 选用三、四种不同极性的溶剂，由低极性到高极性分步 进行提取分离。
水浓缩液选择几种与水不相混溶的有机溶剂，分成 若干部位，或者析出某杂质，从而达到分离纯化的目 的。
常用有机溶剂的极性从大到小：甲醇、乙醇、丙酮、 正丁醇、乙酸乙酯、乙醚、氯仿、苯、环己烷、石油 醚
2. 沉淀法
3. 透析法
4. 重结晶法
5. 色谱法
6. 结构鉴定
质谱（MS）、核磁共振波谱（NMR）、红外吸收光谱（IR）和紫外吸 收光谱（UV）等有机波谱是鉴定活性化合物结构的主要波谱。在分析有 机化合物结构时若能综合利用上述四种有机波谱，互为补充印证，可使 我们在分析有机化合物时得到较准确的结论。
三、处置和保存 海洋生物样品采集后要进行品种鉴定、处理并运输至 实验室，在研究前还要经历一段贮藏期。 1．生物种类鉴定 生物材料采集后，必须确定种属。因此，有必要请海 洋生物分类学专家帮助鉴定。如无专家同行，应制作并保 存好完整标本以待鉴定。
2．处理 生物样品采集后，在使用前应尽可能保持原料的新鲜状态， 避免晒干或风干。在海上采集到的样品运输到实验室通常要 花费较长时间，这给原料保存带来了难度。因此，采集后最 好立即用液氮或干冰冻结，或保存在其他冷冻设施中，以冷 冻状态带回实验室；也可以用乙醇等合适的有机溶剂浸渍保 存。为了保持生物材料中的活性成分免遭破坏，最好避免长 时间存放不用。 冷冻保存、有机溶剂浸渍保存、晒干或晾干保存、活体饲 养
2．拖网采集 进行拖网采集时，渔网在捕捞鱼群的同时，亦可网罗到 多种多样的其他海洋生物，包括一些在海底生存的低等生 物。 3. 机械采集 蛟龙号下潜深度为7000米，能覆盖99.8%的海域。对深海 样品的采集有巨大的应用价值。
4. 其他采集方法 还有一些其他的采集方式，根据所要研究的生物样品不同 ，采用的采集方式也会有所区别：对于一些生存于滩涂或潮 汐地区的生物样品，可以在落潮时直接去捡拾、挖掘，而不 必动用船只；有些生物喜附生于水产养殖的缆绳或鱼箱上， 可请渔民协助收集；在某些特殊气候条件下，如台风过后， 海底的生物常会被大量卷集到岸边，可趁机去捡拾。
海洋天然产物一般是多环化合物，与环的改造相关 的方法是把环状分子开环或把链状化合物变成环状物。
吗啡 morphine
吗啡喃 Morphinan
苯吗喃 Benzomorphane
4-苯基哌啶
美沙酮
Байду номын сангаас
2. 生物电子等排
生物电子等排体(Bioisosterism)是由化学电子等排体衍
化而来的。 化学电子等排体概念是由Langmuir于1919午首先提出的， 他认为：原子、官能团和分子由于类似的电子结构，其 物理化学性质也相似。这些类似性往往发生在元素周期 表中同族原子中，即外层电子相同或近似，其大小和质 量相差不大的那些原子。而横排相近的那些原子则很少 有相同趋向。例如，Cl和Br的化学性质比C和Cl更相似。 虽然Cl和I在同一主族，最外电子层也相同，但其大小如 范德华半径和原子量则有较大差异
生物电子等排体的特点 ①往往具有相似的药理活性和作用靶点 ②可能产生拮抗作用 ③毒性低 ④改善药代动力学性质
经典的生物电子等排体在结构优化中的应用
3. 前药原理 药物经过化学结构改造后在体内无活性或活性很低的 化合物，在体内经酶促或非酶促作用又释放出原药发挥 药理作用。 用化学方法把具有生物活性的原药转变成为体外无活 性的衍生物，后者在体内经酶解或非酶性水解释放出原 药而发挥药效。利用这种在体内逐渐转变为有效药物而 把有生物活性的原药潜伏化的道理称之为前药原理。

软药是指一类本身有治疗效用或生物活性的化学实体，当在体内起作用
后，经预料的和可控的、通常为一步反应的代谢作用，转变成无活性和 无毒性的化合物。(前药：无活性的化合物被代谢活化）

硬药的软性类似物（硬药：较难被机体代谢） 以无活性代谢物为线索设计软药
• 与已知硬药的结构很相似 • 在非必须结构部位有易变结构 • 主要或唯一的代谢途径是可预知的 • 通过结构修饰可以调控代谢速率 • 代谢产物的毒性和活性极低 • 只需简单的代谢反应，不需P450参与的酶促过程
①药物的理化性质
结构特异 性药物
②药物和受体间相互作用对药效的影响
药物与受体的相互键合作用对药效的影响 药物的各功能基团对药效的影响 药物电荷分布对药效的影响 三维结构与受体的互补性
二、采集方法 1．潜水采集 潜水采集必须由经过科研潜水培训且有生物学知识的潜水 员或者具有丰富实践经验的渔民来完成，常受以下因素的限 制：潜水深度、每天下水次数、连续采集的天数以及潜水的 危险性。海洋生物的采集危险性比陆地生物样品大得多，故 而需要周密计划，并对人员进行专业培训。 过去，由于技术原因，样品采集只能在浅水海域(＜30m) 。
ADME”即“药物动力学”，指机体对外源化学物的吸收 （absorption）、分布(distribution)、代谢(metabolism)及排泄 (excretion)过程
二、先导化合物的结构优化的方法
烷基链或环的结构改造、生物电子等排、前药原理、 软药原理、硬药、孪药 1.烷基链或环的结构优化
使用前药的目的： 为了改变药物的理化性质，以改善药物在体内的吸 收、分布、转运、代谢等药代动力学过程，提高生物利 用度，提高对靶部位的作用选择性，去除或降低毒副作 用，改善药物的不良气味等。 前药保持或增强原药的药效，同时又克服了原药的 缺点。
前药的药效特性：
主要有改善药物的体内动力学特性、降低药物的毒副 作用、改善药物在特定部位的释放、靶向药物的设计、利 用载体的分子内化学反应释放原药、高分子作为药物载体、 结构拼合、抗体导向酶催化前药等等。
第二节 活性先导化合物的发现
一、 样品处理 海洋生物进行活性筛选常采用提取部位进行，而非 通常的总提取物。这是因为，海洋生物中含有大量的无 机盐(海水中含有3.5%)，这些无机盐会干扰某些分析结 果，此外，由无机盐引起的皂化也是一个问题。
(1)水相提取体系
水相提取体系
有机相和水相提取体系
柱层析体系
综合运用上述四种波谱进行有机化合物结构鉴定时 并无固定的步骤，但一般可依照下面的思路进行：先 从化合物的质谱图（或质谱数据表）上得到的分子离 子峰（M峰）和M+1、M+2峰的强度比初步确定该化合 物可能的分子式；从核磁共振波谱数据初步确定该化 合物的C、H等原子的种类和数目；从红外光谱及紫外 光谱来初步确定该化合物可能存在的官能团；再与质 谱碎片峰相印证，确定存在的官能团及其相互之间的 连接关系，得出可能的化合物结构式；最后复查各波 谱数据是否与该化合物相吻合，从而得到正确的结论。