河北医科大学药学院 海洋药物 第一节概述 81% Life om earth has its origin in the sea 二、Features of Metabolites of Marine 三、海洋天然产物的研究概况 1.Unigue Environment of Marine Living Things 降洋天格添性物质的研完巴有100多年的两之,龈观其发康 大最可分为四个阶餐: 季有有一1960年代以前 2.Feature of Secondary Metabolites from Marine Organis Marine exploration for pharmaceutical purposes <50 vears old “海洋新抗”一头孢菌素 Nucleobases and Nucleotide 核酸碱基和核苷酸 Cephalosporin C1961 a1 天然药化教研室史清文教授
河北医科大学药学院 天然药化教研室史清文教授 1 海 洋 药 物 研究海洋天然产物化学的意义 1. 概 述 海洋天然产物化学研究的历史和现状 2. 海 洋天然产物主要的结构类型 大环内酯类化合物 聚醚类化合物 肽类化合物 前列腺素类化合物 C15乙酸原类化合物 生物碱及其它类化合物 海洋天然产物化学研究的对象 萜类化合物 生物碱类化合物 甾体类化合物 3. 海 洋天然产物主要的生物活性 抗癌、海洋毒素 一、海洋知多少?How much have you learn about ocean? Northern Hemisphere Southern Hemisphere Equator 61% 81% 第一节 概 述 Life on earth has its origin in the sea 海洋占地球表面积的71.2% 人体? 细胞? 二、Features of Metabolites of Marine 1. Unique Environment of Marine Living Things 2. Feature of Secondary Metabolites from Marine Organisms Higher salt content (High salinity) Low or zero light and limited oxygen Poor nutrition High pressure Unusually high or low/constant temperatures Structural Diversity Stronger/Diversity Activity Often Contain Halide and Sulfate Unusual Metabolite Containing N Limited Content 三、海洋天然产物的研究概况 海洋天然活性物质的研究已有100多年的历史,纵观其发展 大致可分为四个阶段: 孕育期——1960年代以前 形成期———1960~70年代 快速发展期———1980年代 成熟期———1990年代以后 海绵胸苷 N N HO OH HO H O H O O- OH H OH NH - 河豚毒素 O O O O O O O O O O O CH3 O HO CH3 CH3 CH3 CH3 H3C CH3 H H H H H H H H H H H H H H H H O 短裸甲藻毒素 刺尾鱼毒素C164H256O68S2Na2 Marine exploration for pharmaceutical purposes < 50 years old 32 ether rings 头孢菌素 N NH O O O HO OH HOH2C N N O NH2 O OH OH HOH2C 阿糖胞苷 “海洋新抗”——头孢菌素 顶头孢霉菌 O H N N S O HO O HO NH2 O O O Cephalosporin C 1961 Giuseppe Brotzu (1895-1976) O H N N S O HO O O O S Cephalothin 先锋霉素 Eli Lilly and Company 1964 Edward Abraham (1913-1999) left, Guy Geoffrey Frederick Newton (1919-1969) Nucleobases and Nucleotide 核酸碱基 和 核苷酸 Albrecht Kossel (1853–1927, 1910 NP) was a German biochemist, During the period 1885 to 1901, Kossel was able to isolate and name its five constituent organic compounds: adenine (腺嘌呤), cytosine (胞嘧啶),guanine(鸟嘌呤), thymine, and uracil. 胞嘧啶 尿嘧啶 胸腺嘧啶 鸟嘌呤 腺嘌呤 Base
河北医科大学药学院 从阿糖胞苷到环胞苷 ing biocks 乐等Pro-dn四 阿铺边接n 年感等不红方发高西1不变海的现、,格用。些康主共周子各美嘉性向血病。 阿糖腺苷 Ara-A 我国海洋天然产物研究概况 保天黄中 管华诗一海洋药物研发的开拓者 老年痴呆药一甘露寡糖二酸 “科—2018年度料创新人务领关典礼 原最具取热 守光校收新活餐后风防金缝 天然药化教研室史清文教授
河北医科大学药学院 天然药化教研室史清文教授 2 Why was Bergmann's discovery of an Unusual nucleoside in a living system So Important? Oswald T. Avery 1877-1955 1944年Avery证明了遗传 物质是DNA而不是蛋白 质, 推动了DNA的研究. James D. Watson ( 1928-) 1962 NP Francis H. C. Crick (1916 -2004, 1962 NP) Nucleotides, the building blocks of the nucleic acids, sugar of the nucleoside was always either ribose 核糖or deoxyribose never arabinose阿拉伯糖. arabinose ribose 阿糖腺苷 (ara-A) 腺苷 Adenosine R. E. Franklin (1920 -1958) James D. Watson (1928-)1962 NP Stru. of DNA in 1953 阿拉伯糖 核糖 为了帮助保护您的隐私,PowerPoint 已阻止自动下载此图片。 海绵胸苷 阿糖胞苷 N NH O NH2 O HO OH HOH2C O O N N HO NH HO 从阿糖胞苷到环胞苷 体内 环胞苷不但疗效高而且不受酶的脱NH2作用。临床主要用于各类急性白血病。 环胞苷 Pro-drug 阿糖胞苷 1959年 合成 N NH O O O HO OH HOH2C N NH O NH2 O HO OH HOH2C Spongothymidine Ara-C Arabinosylcytosine 胞苷Cytidine 尿苷Uridine Ara-C Synthesized 1960 Ara-A: Antiviral 治疗单纯疱疹病毒性脑炎, 也用于治疗免疫抑制病人 的带状疱疹和水痘感染 Acyclovir 阿昔洛韦 一种治疗疱疹的药物 Acyclovir, the first antiviral compound approved for humans, is derived from a Caribbean Sea sponge 阿糖腺苷 Ara-A Natural 海绵尿苷 阿糖腺苷 Adenosine Spongosine Cryptotethya crypta Bergmann (1956) Arabinosyladenine 鸟嘌呤 Guanine 我国海洋天然产物研究概况 我国研究海洋天然药物最早是中山大学 1978年开始:龙康侯 曾陇梅 林永成 邢其毅 我国边远地区和海洋独特天然产物的研究 51万 (1991年) 曾陇梅 中国海洋生物活性成分的化学研究 80万1999年 1978 年全国科技大会上关美君教授提出了向海洋要药的提案 1982 年在青岛召开了首次全国海洋药物学术会议 1988 创办了世界第一份海洋药物杂志-中国海洋药物 林永成 石建功 顾谦群 郭跃伟 林文瀚 龙康侯 (1912-1994) 1939年从德国回国 谭仁祥 易杨华 林厚文 汤海峰 张 文 管华诗—海洋药物研发的开拓者 O COOR1 OR2 * R2O O * COOR1 OR2 R2O R1=-H, -CH2CH(OH)CH3, R2=-H, -SO3Na 1986年 开发、批准了世界上第一个海洋类肝素糖类药物藻酸双酯钠 (propylene glycol alginate sulfate sodium salt, PSS), 是以褐藻酸为原料,经分 子修饰得到的一种海洋低分子硫酸多糖化合物,临床上主要用于缺血性心脑 血管疾病和高脂血症的治疗。 藻酸双酯钠, PSS 老年痴呆药-甘露寡糖二酸 海藻中提取的治疗阿尔茨海默症新药“甘露寡糖二酸(GV-971)”,是全球首 个基于多靶点协同机制的抗阿尔茨海默症药物,日前已完成Ⅲ期临床试验. “科技盛典——2018年度科技创新人物颁奖典礼
河北医科大学药学院 四、海洋天然产物研究的意义 来自海洋的天然药物 《中章腾】2期16万:1629.16 L,发现断的活性化合领作为药物合盛的先票化合物 AAYTO 工.发现精异的生物活性物质,作为生命科学和盖鸡 药新学研究的工具或分子解针河◆量、大国使嫌博 3.开展海洋化中生态学研究 ,促进有机化学发展一有机金合成、所反应、餐或利 生命科学和基础药物学研究的工具或分子探针 “GFP一照亮了生物学研究的未来” 8 962年发 2年量 五.海洋天然产物研究的对象 海洋天然产物研究的对象 1.海gae: ted 32 Structural Types More Green Algae:谦集)Re eroisds e 1 predocts by 2001 天然药化教研室史清文教授 3
河北医科大学药学院 天然药化教研室史清文教授 3 四、海洋天然产物研究的意义 1. 发现新的活性化合物作为药物合成的先导化合物– Lead Compounds 2. 发现特异的生物活性物质,作为生命科学和基础 药物学研究的工具或分子探针 3. 开展海洋化学生态学研究——研究海洋生态环境中活性化 学物质在生物间的信息传递方式、化学防御机制、生物间的相互关系 以及食物链关系等,从生态的宏观角度探讨生物活性物质的作用机制。 4. 促进有机化学发展——有机全合成、新反应、新试剂 沙蚕毒素—巴丹、 河豚毒素、大田软海绵酸 海绵核苷—阿糖胞苷、头孢-先锋霉素 来自海洋的天然药物 O H N N S O HO O HO NH2 O O O N NH O NH2 OOH OH Ara-C FDA 1969 OOH OH Ara-A FDA 1976 N N NH2 N N Cephalosporin C FDA 1961 N NH N S O O H3C O O H3C H H OH HO CH3 O O O HO O H3C H3C CH3 H HO HO Et-743 (Trabectedin) UE 2007 Yondelis H O O O O O O O H H H H O H H H H O MeO H2N OH Eribulin FDA 2010 Halaven O N O H N O N O O O N O H N O OH HN H MAB-Val-Cit Adcetris (Brentuximab vedotin) FDA 2011 EtO O EtO O EPA:DHA:esterified fish oils = 47:38:17 FDA 2004 Lovaza CKGKGAKCSRLMYDCCTGSCRSGKC-CONH2 Ziconotide (w-conotoxin) FDA 2004 Prialt 《中草药》 2016, 47(10): 1629-1642 在遗传学和分子生物学研究过程中,一些活性天然产物常被作为 “生物探针”为研究一些疾病的发病机理、治疗机制及一些生命现象做出 了其他生物技术方法无法企及的特殊贡献,并此催生了一门新的学科—— 化学生物学。 生命科学和基础药物学研究的工具或分子探针 O O O N N COOMe OH Sarcodicytin N H N O O OH H NH HO OH HO OH H OH + 1 4 4a 8 10 11 6 河豚毒素 匍枝珊瑚醇 O O O O O O O HO O OH OH HO OH 大田软海绵酸 O O HO O 曼诺力得 HO O O O O O O O O O O O O O H H H H H HO H H H H OH H OH H H H H H H H H H H OH OH HO 西加毒素 (Ciguatoxin) 磷酯酶A2 1962年发现 1992年克隆 1994年 1980年光学探针 1994年GFP 160项专利 引用377次 3349 引用 学术报告最多 7万只水母 85万只水母 他发明的彩虹荧光探针点亮了生物学 1952-2016 具有作为生物标记的能力 五. 海洋天然产物研究的对象 腔肠动物-珊瑚、海葵 海 绵 软体动物 (海兔) 被囊类动物(海鞘) 棘皮动物海参 海 藻 浮游植物微藻 微生物 Distribution of marine natural products by phylum, 2001 海洋天然产物研究的对象 1.海藻 Algae:Reported 32 Structural Types More Than 170 Diterpenoids. Green Algae:绿藻门(Chlorophyta) Relatively few comp. Brown Algae:褐藻纲(Phaeophyceae)Diterpenoids & steroids Red Algae:红藻门(Rhodophyta) Terpenoids: Mono-, Sesqui-, di-, Triterpenoid & Steroids dominated, especially halogenated monoterpene and sesquiterpenoids. Br OH H H H OH OH D Itomanol ictyol Cl Br B Cl r Cl Halomon
河北医科大学药学院 C1s聚乙酰类代谢物 2.海绵Sponge-‘Gold mine' C亲乙能表标生新是血藻的一大夹代肃产物,广泛将在 清整门休种步加地.受有和 于凹酒廉酒的多种红集中,道常以能状或环最形又存在。 奉棒70-00万年龄5克,装华为“希化毛”, 1来源于土耳其海城缸第,具12无环酸结构。 来潭于布精海城红薰,具很碳的旅妈奴活性。 海绵化学结构类型 3.腔肠动物Coelenterates 表样失总 Q☆ 要快数 nolides 50-60 anticancer 腔肠动物一海葵 4.软体动物Molluses 除节健动物大的表,1。 G.R.Prtti 款体发轻中货教纳际杆是 天然药化教研室史清文教授
河北医科大学药学院 天然药化教研室史清文教授 4 C15聚乙酰类代谢物 C15聚乙酰类衍生物是红藻的一大类代谢产物,广泛存在 于凹顶藻属的多种红藻中,通常以链状或环氧形式存在。 1 来源于土耳其海域红藻,具12元环醚结构。 2 来源于希腊海域红藻,具很强的杀蚂蚁活性。 Phytochemistry 2002, 59, 111-116 1 2 O O Cl Br Br H H O Br Cl AcO Cl 1 2 3 4 5 7 6 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 5 7 6 8 9 10 11 12 13 14 15 海绵动物门又称多孔动物门,为原始最低等的多细胞动物。没有口, 消化道,器官系统。多孔,含一或多个内腔。 海绵 700-800万年的历史, 被称为“活化石”。 2. 海 绵 Sponge —‘Gold mine’ 海绵与微生物长期进化形成密切的共生关系,缺少某些微生物,会 使海绵无法由受精卵发育成熟,而某些微生物也无法脱离海绵而独立生 存。海绵中的微生物可占海绵本体干重的70%,因此,许多从海绵中获得 的天然产物可能是与其共生的微生物的次生代谢产物。 海绵化学结构类型 • 长链多烯,炔,醚,酰胺(多烯酮类)Polyketide • 吲哚生物碱类: Anticancer, Antivirus, Antibacterial • 大环内酯 • 甾体化合物 • 萜类化合物 • 肽化合物 O H2N OH Pachastrissamine O O OH O N H N N O NH Aplysinopsin Sponges are the rich source of novel secondary metabolites with diversities of biological activities Sesquiterpenoids Diterpenoids Sesterterpenoids Triterpenoids (few) Structural Diversity 3. 腔肠动物 Coelenterates 腔肠动物 包括:珊瑚、海葵和水母,研究最多的是珊瑚。 珊瑚Coral : 约7000种 (496 in China)-占海洋生物的22.4% 主要成分:Steroid & 西松烷型 O O O O H H Zoanthid兔海葵 Cembrane Cembranolides 50-60 anticancer Octocoral Eleutherobia sp. Eleutherobin是从海洋柳珊瑚中得 到的,具有抑制细胞微管蛋白聚 合作用 腔肠动物—海葵 岩沙海葵毒素(palytoxin,PTX) Dolastatins, a series of cytotoxic short peptides containing unique amino acids, from the sea hare Dolabella auricularia and later from marine cyanobacteria . In 2011, Adcetris®)was approved by the FDA for the treatment of Hodgkin’s lymphoma. Dolastatin 10 N O N H O N O N O NH O S N H O H H H G. R. Pettit 印度洋海兔 多拉司他汀 4.软体动物 Molluscs 软体动物 Molluscs:是动物界中仅次于节肢动物的第二大门类, 现存 75000-100000种。广泛存在于海水、淡水和陆地。其中,海洋中5200种。 是除节肢动物外最大的类群,约10万种
河北医科大学药学院 5.被囊类动物Tunicates(Ascidian) Didemnin-B 的来 7.棘皮动物Echinoderms 7.棘皮动物Echinoderms 整化4材%标 海 皮动物可分为:裤合、海食、海、捧和蛇儿五 8.细菌、真菌和微藻 微藻一双鞭毛藻和蓝细菌 最简单的生◆:乘今大的今32-38亿年前 晚中 2说 然 天然药化教研室史清文教授
河北医科大学药学院 天然药化教研室史清文教授 5 Ritterazine A P388 murine leukemia cells with IC50 values of 0.018 ng/mL. N N O O O O OH H H O H H HO HO OH H H H OH 从印度洋蠕虫Cephalodiscus gilchristi和海鞘Ritterella tokiokal 中得到30 余个甾醇二聚体生物碱,对多种肿瘤细胞株都具有很强的抑制活性, 并且作 用机制独特。其中ritterazine A (1)对P388肿瘤细胞的IC50值为0.018 ng/mL。 cephalostatin 1 是NCI筛选的抗癌活性最强的天然产物之一。 5.被囊类动物 Tunicates (Ascidian) 海鞘动物 sea squirt Didemnin-B O O NH O NH N O O O OH N H3C O O OMe NH O N N O OH O O Didemnins 的來源 膜海鞘素B 1988年从加勒比海被囊动物Trididemnum solidum中分离出来一组抗病 毒和细胞毒活性的环状缩肽化合物膜海鞘素(Didemnins)。Didemnin B 的体内筛选结果表明它具有强烈的抗P388白血病和B16黑色素瘤活性。 Didemnin B是第一个在美国进入临床研究的海洋天然产物,作为一种 新型抗肿瘤尤其是抗乳腺癌药物即将推向市场。 7. 棘皮动物 Echinoderms 棘皮动物可分为: 海百合、海参、海胆、海星和蛇尾五纲. 7. 棘皮动物 Echinoderms • 海参 sea cucumbers 500 余种,100 Triterpene Saponins • 海星 sea stars 1500 种, 400 Steroid Saponins (Asterosaponins) • 海胆(Sea urchin) 900 余种 O O OH OH HO OH OH OH HO OH H H 棘皮动物是海洋所特有的底栖生物,具有特殊的水管系统,身体 表面长有长短不一的棘状突起, 已知的约7000种。主要有: 棘皮动物会产生甾体皂苷作为他们体 内的常见毒素,甾体皂苷主要有4类: 1. 硫酸化皂苷 (Asterosaponins) 2. 环甾体皂苷 3. 多羟基化甾体皂元和皂苷 4. 新型皂苷 8. 细菌、真菌和微藻 极端微生物(extreme microorganism) , 也叫做极限环境微生物, 是指那 些一般生物不能生存的极端环境中 (如极酸、极碱、极热、极冷、高盐、高 压、寡营养等) 能够生存的微生物。这些微生物还未受到人类大规模污染, 较好保留了原始状态。很可能具有一些不相同的代谢途径和遗传背景。极 端微生物是这个大自然留给人类独特的生物资源和极其珍贵的科研对象。 最简单的生命: 距今大约今32-38亿年前 微藻 —双鞭毛藻和蓝细菌 Okadaic acid 软海绵酸 1976年日本紫贻贝中毒 微藻microalgae是一类古老的低等植物,全球已知的微藻种类达几十 万种。双鞭毛藻是一种主要生活在海洋环境中的单细胞微藻。因其体内 有横向和纵向两条鞭毛, 故称为双鞭毛藻。又因其大多数细胞的细胞 壁由许多小甲板组成, 所以也常简称甲藻。约有19,000-25,000种。 双鞭毛藻的代谢产物主要有:聚醚、大环内酯和生物碱类化合物。 这些化合物常常有很强的毒性。 N N H N N H NH2 H2N O H OH OH H H + + 1 6 8 H H2N O 11 Saxitoxin石房蛤毒素 1957年美国阿拉斯加大石 房蛤Saxidomus giganteus 肌肉麻痹剂