海洋天然藥物化學(xué)

第十章海洋天然藥物

MARINENATURALMEDICINE掌握：海洋天然藥物主要類型及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；了解：海洋天然藥物的開(kāi)展態(tài)勢(shì)。重點(diǎn)內(nèi)容第一節(jié)概述一、海洋知多少？

海洋占地球外表積的70.8%.海洋生物量占地球總生物量的87%；海洋生物種類達(dá)40多萬(wàn)種，占地球生物種類的近80%.生命起源于海洋。二、海洋生物的特點(diǎn)

生活環(huán)境與陸生生物迥然不同：有一定的水壓、高鹽度、小溫差、有限的溶解氧、有限的光照及化學(xué)緩沖海水體系；

次生代謝產(chǎn)物較陸生生物獨(dú)特新穎：新陳代謝、生存繁殖方式、適應(yīng)機(jī)制具有顯著特性；化合物結(jié)構(gòu)獨(dú)特、生物活性多樣。

海洋天然產(chǎn)物的特點(diǎn)1、存在大量含鹵有機(jī)物海水中的鹵素不僅能進(jìn)入各種結(jié)構(gòu)的化合物中，而且在各類化合物的生物合成過(guò)程中起著非常重要的作用，特別是溴離子誘導(dǎo)作用產(chǎn)生的分子環(huán)化或重排。2、結(jié)構(gòu)獨(dú)特復(fù)雜多變且生物活性超強(qiáng)海洋毒素：河豚毒素〔生物堿〕

刺尾魚(yú)毒素〔聚醚梯類〕

二倍半萜：在陸生生物中比較罕見(jiàn)，但在海洋 微生物和海綿中卻較多，1996~2006 年間僅從海綿中別離出的呋喃二倍 半萜就達(dá)260多個(gè)。3、結(jié)構(gòu)中含有罕見(jiàn)或特殊基團(tuán)氯代碳酰亞胺基、異氰基、胍基、環(huán)多硫醚、過(guò)氧基以及自然界罕見(jiàn)的丙二烯或乙炔鍵等.

海洋生物的利用率缺乏1%，海洋特殊生態(tài)環(huán)境中的生物資源已成為拓展天然藥用資源的新空間，也是目前資源最豐富、保存最完整、最具有新藥開(kāi)發(fā)潛力的新領(lǐng)域，海洋將成為21世紀(jì)的大藥庫(kù)。三、海洋藥物的研究概況1、開(kāi)展歷程始于1960年代

1964年：河豚毒素(tetrodotoxin,TTX)結(jié)構(gòu)解析生物堿

鈉通道阻滯劑，毒性是氰化物的1000倍；局麻作用是普魯卡因的4000倍，價(jià)格：1.8億美元/Kg。1969年：從加勒比海柳珊瑚Plexaurahomomalla中別離得到含量高達(dá)1.4%的前列腺素類似物。R1=R2=HR1=CH3，R2=Ac極大地激發(fā)了科學(xué)家對(duì)來(lái)自海洋生物活性物質(zhì)的興趣。Drugsfromthesea鹵代的萜類化合物以及鹵代的C15乙酸原類化合物1970年代隨著各種二維核磁技術(shù)以及軟離子質(zhì)譜技術(shù)〔如FAB-MS/MS和FD-MS/MS〕、單晶X衍射的逐漸應(yīng)用和成熟，大大加快了對(duì)海洋天然產(chǎn)物研究的進(jìn)程，使得一些結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的海洋天然產(chǎn)物的鑒定成為可能。1980年代海洋天然產(chǎn)物的研究在興旺國(guó)家開(kāi)始進(jìn)入黃金時(shí)代一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的海洋天然產(chǎn)物〔如大環(huán)內(nèi)酯類、聚醚類、肽類、C15乙酸原類、前列腺素類似物、甾體類等〕完成了結(jié)構(gòu)鑒定和生物活性研究其中不乏分子量超過(guò)2000甚至3000的超級(jí)碳鏈〔Super-carbonchain〕化合物。1990年代對(duì)海洋藥物的研究與開(kāi)發(fā)獲得不少具有突破性的成果，已從?？?、海綿、腔腸動(dòng)物、被囊動(dòng)物、棘皮動(dòng)物和微生物體內(nèi)別離得到具有抗菌、抗病毒、止血、鎮(zhèn)痛、抗炎、抗腫瘤和心血管等生物活性的多種新型化合物。

NCI每年投入到海洋藥物研究的科研經(jīng)費(fèi)占全部天然藥物研究經(jīng)費(fèi)的一半以上，每年研究、檢測(cè)的上萬(wàn)個(gè)天然產(chǎn)物中，1/4來(lái)自海洋生物。2000年之后2、目前海洋藥物研究的主要領(lǐng)域和成果新結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)活性化合物的研究與開(kāi)發(fā)海洋生物工程在2007年由新西蘭科學(xué)家JohnW.Blunt和MurrayH.G.Munro編著的?海洋天然產(chǎn)物詞典?〔DictionaryofMarineNaturalProducts〕一書(shū)中記載了截止到2006年中期共發(fā)現(xiàn)的30000余種海洋天然產(chǎn)物。僅2006年和2007年就分別發(fā)現(xiàn)新的海洋天然產(chǎn)物779個(gè)和961個(gè)。研究成果頭孢菌素鈉(cephalosporinnatrium)為海洋微生物中發(fā)現(xiàn)并開(kāi)發(fā)成功的第一個(gè)“海洋新抗〞，開(kāi)創(chuàng)了開(kāi)發(fā)海洋新抗生素的先例。海綿中獲得海綿尿嘧啶核苷(spongouridine)，后研究成功合成方法，獲得有效抗癌藥物阿糖胞苷(arabinosidecytosine,Ara-C)，目前在市場(chǎng)上獲得廣泛應(yīng)用。幾個(gè)成功開(kāi)發(fā)實(shí)例從海蛤提取的蛤素

(mercenene)有很好的抗癌作用；存在于海鞘中的膜海鞘素

(didemnin)為強(qiáng)的抗腫瘤、免疫抑制劑；鯨鯊軟骨中提取的6-硫酸軟骨素(chondroitinsulfateA)具有降血脂、抗動(dòng)脈硬化的作用。從黃海葵提取的新型強(qiáng)心藥物海葵毒素(anthoplearin)A和B等。具有抗癌活性的海洋生物

NCI正在進(jìn)行臨床試驗(yàn)的局部海洋藥物藥物名稱生物來(lái)源Ectrinascidin743

紅樹(shù)海蛸(ecteinascidiaturbinate)Dolastatin-10

截尾海兔(dolabellaauricularia)Bryostatin-1Bryostatin-4

多室草苔蟲(chóng)(bugulaneritina)Halichondria-B黑色軟海綿(Halichondriaokadai)Manoealide

海綿3、開(kāi)展趨勢(shì)半合成技術(shù)和合成技術(shù)在海洋藥物研究開(kāi)發(fā)中十分重要。海洋生物技術(shù)是海洋藥物產(chǎn)業(yè)化的主導(dǎo)技術(shù)和關(guān)鍵手段?，F(xiàn)有技術(shù)集成組裝是現(xiàn)實(shí)可行的新途徑。以研究海洋生物活性物質(zhì)為中心任務(wù)的海洋天然藥物化學(xué)已經(jīng)成為天然藥物研究中最為活潑的分支之一。第二節(jié)大環(huán)內(nèi)酯類總體特點(diǎn)是海洋生物中最常見(jiàn)的一類化合物；結(jié)構(gòu)中均含有內(nèi)酯環(huán)；環(huán)的大小差異較大，從十到六十元都有?？煞譃楹?jiǎn)單大環(huán)內(nèi)酯類化合物、含有氧環(huán)的大環(huán)內(nèi)酯類、多聚內(nèi)酯類、其它類等結(jié)構(gòu)類型。一、簡(jiǎn)單大環(huán)內(nèi)酯類化合物

特點(diǎn)：僅有一個(gè)內(nèi)酯環(huán)、環(huán)上僅有OH或烷基取代、為長(zhǎng)鏈脂肪酸形成的內(nèi)酯。如海洋軟體動(dòng)物Aplysiadepilans中得到的aplyolideA、B、C

為海洋動(dòng)物的化學(xué)防御物質(zhì)，有強(qiáng)的毒魚(yú)活性。P390：1,2,3

又如從海洋微生物中得到的(-)-macrolactinA、(+)-macrolactinE.具有抗病毒活性。P390：4,5二、內(nèi)酯環(huán)含有氧環(huán)的大環(huán)內(nèi)酯類特點(diǎn)：大環(huán)內(nèi)酯環(huán)上含有氧環(huán)，氧環(huán)可為三元、五元、六元不等。氧環(huán)的生物合成可能為大環(huán)內(nèi)酯環(huán)上雙鍵、羥基在代謝過(guò)程中氧化、脫水所致。如從海綿中得到的sphinxolideE.具有細(xì)胞毒活性。P390：6又如從紅海海綿Latrunculiamagnifolia中別離得到的latrunculinA.具有很強(qiáng)的毒魚(yú)活性。P391：12三、多聚內(nèi)酯類

特點(diǎn)：大環(huán)內(nèi)酯環(huán)上具有一個(gè)以上的酯鍵。如來(lái)源于紅藻Varicosporinaramulosa的colletodiol.P391：14又如從海洋微生物Hypoxylonoceanicum中別離得到的15G256δ具有抗真菌活性。P392：18四、其他大環(huán)內(nèi)酯類大環(huán)內(nèi)酯環(huán)含有氫化吡喃螺環(huán)的化合物。如從海綿Hyrtiosaltum中別離得到的altohyrtinA等?？沽鲎V特殊、活性高，是目前細(xì)胞毒活性最高的一類。P392：19又如從海鞘中得到的ecteinascidin743(ET743).

為一特殊烷化劑，作用于DNA雙螺旋間的溝槽，表現(xiàn)出特殊的抗腫瘤作用機(jī)理，且不易產(chǎn)生多藥耐藥性。2007年歐盟已批準(zhǔn)該藥〔商品名Yondelis〕用于晚期軟組織腫瘤的治療。

聚醚類化合物是赤潮產(chǎn)生的重要毒性成分。第三節(jié)聚醚類化合物是海洋生物中的一類毒性成分；常見(jiàn)的有聚醚梯、線性聚醚、大環(huán)內(nèi)酯聚醚和聚醚三萜等四大類，其中以聚醚梯和線性聚醚因結(jié)構(gòu)巨大、毒性強(qiáng)而著名。

特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)中含有多個(gè)以六元環(huán)為主的醚環(huán)；醚環(huán)間反式駢合、形成駢和后聚醚的同側(cè)為順式結(jié)構(gòu)、氧原子相間排列成一個(gè)梯子樣結(jié)構(gòu)，故有“聚醚梯〞之稱。聚醚梯上有無(wú)規(guī)那么取代的甲基；極性低，為脂溶性毒素。1、聚醚梯類如maitotoxin,是目前別離得到的結(jié)構(gòu)最大的聚醚類化合物，被認(rèn)為是毒性最大的非蛋白質(zhì)類化合物。MW=3482P394：33線性聚醚特點(diǎn)：有高度氧化的碳鏈、僅局部羥基成醚環(huán)、多數(shù)羥基游離、多為線型，極性較大、為水溶解性聚醚。如從巖沙?？袆e離得到的palytoxinP394：34大環(huán)內(nèi)酯類聚醚如扇貝毒素〔pectenotoxin2，PTX2〕P396：36聚醚三萜類特點(diǎn)：高氧化度，由角鯊烯衍生而來(lái)。如紅藻中別離得到的Auriol.P396：39是海洋生物中另一大類生物活性物質(zhì)。組成海洋多肽化合物的氨基酸除常見(jiàn)的外，尚有大量特殊氨基酸，如β-氨基異丁酸、L－baikiain、海人酸、軟骨藻酸等。

軟骨藻酸第四節(jié)肽類化合物β-氨基異丁酸L－baikiain〔蓓豆氨酸〕海人酸常見(jiàn)的海洋肽類化合物有直鏈肽、環(huán)肽等。如dolastatin10〔2000年II期臨床研究后被否決，對(duì)P388白血病細(xì)胞的IC50為0.4ng/ml?！砅398：55又如軟體動(dòng)物海兔中得到的環(huán)肽kahalalideF對(duì)結(jié)核桿菌具有極高的抑制活性。P399：66由乙酸乙酯或乙酰輔酶A生物合成。從十六碳－4，7，10，13－四烯酸衍生而來(lái)的十五個(gè)碳原子的非萜類化合物。結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，往往含有O或其他鹵素元素。有直鏈型和環(huán)狀之分。第五節(jié)C15乙酸原化合物直鏈型P400：66,70如laurencenyne等。環(huán)氧化合物不同位置的雙鍵被氧化后，可形成不同大小的氧環(huán)〔3～12C〕。P400：72,75碳環(huán)化合物及其他類似乙酸原化合物P400：87前列腺素是一類生理活性很強(qiáng)的、含20個(gè)碳的不飽和脂肪酸衍生物。從海洋生物柳珊瑚中發(fā)現(xiàn)前列腺素類化合物是海洋天然產(chǎn)物研究最重大成果之一。第六節(jié)前列腺素類似物PGE11969年Weiheimer從佛羅里達(dá)柳珊瑚(Plexaurahomommalla)中首次別離得到前列腺類似物15R-PGA2，這一發(fā)現(xiàn)在世界上引起廣泛的注意。P403：91,92從海洋生物中別離得到的前列腺素類化合物，除具有前列腺素樣的活性外，往往還具有一些特殊的生物活性，如抗腫瘤作用等。如從八放珊瑚中別離得到的punaglandin具有抗腫瘤作用。P404：103第七節(jié)甾體化合物甾體化合物是海洋生物含有的一類重要生物活性成分。與陸生植物所含甾體結(jié)構(gòu)相比，具有更為豐富的骨架和支鏈，或者分子高度氧化、碳鍵斷裂成開(kāi)環(huán)甾體等。簡(jiǎn)單甾體化合物

如從海綿中別離得到的dehydroaxinyserol對(duì)多種癌細(xì)胞具有很強(qiáng)的生長(zhǎng)抑制活性。P405：105

從軟珊瑚中別離得到的litosterol具有很強(qiáng)的抗結(jié)核活性。P405：106

從軟珊瑚中別離得到的具有罕見(jiàn)hippurin結(jié)構(gòu)的化合物。P405：107開(kāi)環(huán)甾體化合物按照開(kāi)環(huán)的位置可以分為六類：5,6-、9,10-、8,9-、8,14-、9,11-和13,17-開(kāi)環(huán)甾體化合物，其中9,11-為主要結(jié)構(gòu)類型。如從太平洋海綿中別離得到的jereisterolA.P406：129總結(jié)主要結(jié)構(gòu)類型：

1、大環(huán)內(nèi)酯類

2、聚醚類

3、肽類

4、C15乙酸原類

5、前列腺素類似物

6、甾體一．海洋天然產(chǎn)物的主要生物活性1.抗腫瘤物質(zhì)主要為大環(huán)內(nèi)酯、聚醚類和海洋多肽化合物，如Et-743，從海鞘、海綿、海兔、軟珊瑚等海洋生物中得到。

2.神經(jīng)作用物質(zhì)主要為海洋毒素，如河豚毒素、海兔毒素等，作用于離子通道，對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)起作用。第八節(jié)海洋天然產(chǎn)物研究實(shí)例3.心血管作用物質(zhì)核苷類化合物，如巖沙?？舅?，具有減慢心率，舒張冠脈血管，持續(xù)降血壓的作用。另外，硫酸多糖類，如藻酸雙酯鈉可以降血脂、改善心腦供血。4.抗AIDS海洋藥物

主要為海洋萜類和硫酸多糖類化合物，具有抑制HIV逆轉(zhuǎn)錄酶活性，且對(duì)病毒的裝配和釋放也有阻斷作用。

5.免疫抑制、抗結(jié)核作用物質(zhì)主要來(lái)源于海洋微生物。別離方法：海洋天然產(chǎn)物化學(xué)成分微量、較難別離和理化性質(zhì)差異較大。柱層析別離雖然傳統(tǒng)的硅膠柱層析也在使用，但更多的使用凝膠層析、離子交換、液液逆流色譜和制備高效液相色譜。

結(jié)構(gòu)鑒定方法：海洋天然產(chǎn)物結(jié)構(gòu)復(fù)雜，雜原子較多，而且有多個(gè)手性中心，所的化學(xué)單體量少〔多為幾毫克〕結(jié)構(gòu)鑒定比從植物中的天然產(chǎn)物要困難。除了常規(guī)的有機(jī)波譜法之外，在核磁共振波譜測(cè)定中，多用高分辨NMR測(cè)定〔500MHz)，而且使用多維核磁共振測(cè)定技術(shù)?！?D,3DNMR)

另外，對(duì)于結(jié)構(gòu)中的手性中心，一般采用帶有不同手性中心的手性試劑進(jìn)行化學(xué)反響(MTPA)，X-射線單晶衍射和園二色譜法〔CD〕等。Et-743：來(lái)源于紅樹(shù)海鞘(Ecteinascidiaturbinata)的 一種抗腫瘤活性成分。二．研究實(shí)例

1972～1996(fromcrudeextractstototalsynthesis,UniversityofIllinois).2000～2007〔fromclinicaltrialtogainapproval,西班牙Pharmamar公司〕Et-743的研究?jī)?nèi)容1、提取與別離2、結(jié)構(gòu)確定3、藥理活性研究4、構(gòu)效關(guān)系研究5、制備工藝研究〔化學(xué)全合成或半合成〕1、提取與別離2、結(jié)構(gòu)鑒定方法：FABMS/MS+1D-&2D-NMR3、藥理活性研究體外活性研究體內(nèi)活性研究臨床研究

I期臨床試驗(yàn)主要確定了最高耐受劑量、最正確劑量及藥代動(dòng)力學(xué)。

Ⅱ期臨床研究開(kāi)展了對(duì)乳腺癌、子宮內(nèi)膜癌、卵巢癌及多種肉瘤的療效及毒性的研究。4、構(gòu)效關(guān)系研究5、制備工藝研究1996年，E.J.corey等首先報(bào)道了Et-743的全合成工藝，經(jīng)過(guò)40多步反響以總收率