生物制藥(工藝)學(xué)課件：海洋生物活性物質(zhì)

1、海洋動(dòng)物生物活性物質(zhì)的主要種類(lèi) 最早研究的海洋抗腫瘤活性物質(zhì)蛤素 第一個(gè)進(jìn)入臨床試驗(yàn)?zāi)ずＧ仕谺 海兔毒素I是迄今最強(qiáng)的抗腫瘤劑 苔蘚蟲(chóng)素是發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)抗癌大環(huán)內(nèi)酯化合物 其他：刺參黏多糖、大田軟海綿素、珊瑚甾醇、 海膽糖脂、海星皂苷等一 抗腫瘤活性物質(zhì)Ecteinascidin 743 ( Et743)抗腫瘤活性物質(zhì)舉例 從加勒比海紅樹(shù)海鞘中提取的大環(huán)內(nèi)酯生物堿。有望成為第一個(gè)現(xiàn)代海洋抗癌藥物。膜海鞘素B (dehydrodidemnin B) 是一種環(huán)狀多肽，可直接殺死癌細(xì)胞, 殺傷力是紫杉醇的80 倍。也有被認(rèn)為是第二個(gè)最有希望進(jìn)入醫(yī)藥市場(chǎng)的海洋藥?？鼓[瘤活性物質(zhì)舉例苔蘚蟲(chóng)素 美國(guó)亞利桑那

2、州大學(xué)pettit小組研究。此大環(huán)內(nèi)酯化合物不但可殺死癌細(xì)胞，還具有促造血功能，是極有希望的抗癌候選藥?？鼓[瘤活性物質(zhì)舉例海兔毒肽 美pettit小組1981開(kāi)始研究。已有多種海兔毒素進(jìn)入II期臨床研究，其中重要的有海兔毒素1、海兔毒素10等?？鼓[瘤活性物質(zhì)舉例 目前，我國(guó)研究開(kāi)發(fā)的抗腫瘤藥物中已進(jìn)入臨床研究或批準(zhǔn)生產(chǎn)的有鯊魚(yú)軟骨制劑、刺參多糖鉀注射液、海王金樽（牡蠣）、長(zhǎng)棘海星苷、大田軟海綿酸制劑、海兔毒素10、海鞘素A、B、C ,膜海鞘素B、草苔蟲(chóng)內(nèi)酯19等近30 種。一 抗腫瘤活性物質(zhì)第一個(gè)抗病毒海洋藥物阿糖孢苷（海綿），于1955年被美國(guó)FDA批準(zhǔn)用于治療人眼單純孢疹病毒感染。海參皂苷

3、抗真菌有效率達(dá)88.5%，是從動(dòng)物中找到的第一個(gè)抗真菌皂苷。海綿是目前海洋生物抗病毒活性物質(zhì)研究最多、收獲最大的研究對(duì)象。一些抗腫瘤活性物質(zhì)如海鞘素系列，蛤提取物等同時(shí)具有抗病毒、抗菌活性。二 抗病毒活性物質(zhì) 海洋無(wú)脊椎動(dòng)物的主要抗病毒活性物質(zhì) 活性作用結(jié)構(gòu)類(lèi)型名稱(chēng)來(lái)源發(fā)現(xiàn)年份備注抗HSV碘脫氧屎苷 碘苷1960用于臨床抗HSV核苷類(lèi)阿糖腺苷柳珊瑚、海蟄用于臨床抑制病毒RNA、DNA合成含氮化合物（肽類(lèi)）Didemin A，B，C海鞘Trididemnun sp 1981抗SARS-CoV大環(huán)內(nèi)酯總合草苔蟲(chóng)內(nèi)酯總合草苔蟲(chóng)抗HIV萜類(lèi)AvarolAvarone貪婪倔海綿 Dysidea avar

4、a前景較好抗HIVHexaprenyl hydroquinone海綿 Ircinia抗HIVPrenylhydroquinoe sulfates海綿 Ircinia sp.抗病毒Toximsol海綿Toxiclonatoxius抗病毒KelletininABuccinumcorneum抗病毒蕈狀海鞘素(eudistomin)L和脫溴-L海鞘Eudistoma三 抗菌活性物質(zhì)二 抗病毒活性物質(zhì)三 抗菌抗炎活性物質(zhì)許多活性成分的結(jié)構(gòu)和種類(lèi)尚未弄清。很多毒性太大或轉(zhuǎn)入人體即失去毒性?？勺鳛橄葘?dǎo)化合物或應(yīng)用于農(nóng)業(yè)。 抗藥性是開(kāi)發(fā)抗菌藥物所面臨的最大挑戰(zhàn)，一些研究已經(jīng)表明從海洋中尋找新型抗菌素是克服該問(wèn)

5、題的有效途徑。 例：抗甲氧苯青霉素葡萄球菌(Methicillin2resistant，MRSA) 海洋生物肽毒素具有毒性強(qiáng)、藥效高等特點(diǎn)；海洋抗菌肽是近10年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一個(gè)研究熱點(diǎn)。三 抗菌抗炎活性物質(zhì)來(lái)源于海洋動(dòng)物的主要抗菌、抗炎活性物質(zhì) 活性作用結(jié)構(gòu)類(lèi)型來(lái)源發(fā)現(xiàn)年份抗菌活性含氮化合物(酰胺類(lèi))澳大利亞產(chǎn)海綿Ianthella basta1980抗菌活性含氮化合物(胍類(lèi))加勒比海綿Agelas sceptrum1981抗菌活性含氮化合物 （甾體生物堿）海綿Plakina sp.1984抗菌活性大環(huán)內(nèi)酯 （22元環(huán)內(nèi)酯）海綿Thenella swinhoei1985抗真菌海綿Ircinia

6、 sp.抗生素類(lèi)海綿 Guam sponge抗生素、抗菌海綿 Acanthella sp.抗真菌三萜海參抗生素、抗菌、抗真菌二萜海綿Acanthella sp.抗菌二倍半萜海綿Luffariella varibilis抗菌二倍半萜海綿Luffariella varibilis抗菌異腈二萜海綿 Adosia sp.1980抗菌異腈二萜海綿 Acanthella sp.1984抗菌二倍半萜海綿Luffariella varibilis抗革蘭氏陽(yáng)性菌二倍半萜海綿 Luffariella varibilis三 抗菌抗炎活性物質(zhì)國(guó)內(nèi)外應(yīng)用于臨床的部分抗菌、抗炎藥物來(lái)源化合物作用海綿Luffariella

7、 variabilismanolide抗炎海綿Halichondria okadaiOkadaic acid抗炎加勒比海鞘Pseudopterogorgia elisabethaePsudopterosins抗炎，用于治療皮膚過(guò)敏刺參皂苷毒素holotoxin A,B治療腳癬和白癬菌毛乳蟄蟲(chóng)含溴化合物商品名為乳頭平甲殼質(zhì)氨基葡萄糖硫酸酯鹽治療骨關(guān)節(jié)炎多棘海盤(pán)車(chē)海星皂苷胃可安、海洋胃藥三 抗菌抗炎活性物質(zhì) 免疫調(diào)節(jié)活性物質(zhì)以多糖為主： 如：蛤素、殼聚糖、烏賊墨蛋白多糖、鮑魚(yú)多糖、刺參酸性黏多糖、海星酸性黏多糖等。 保健品：金牡蠣；海生素（泥蚶）、刺參膠囊、蟳之寶（殼聚糖）、胃好（殼聚糖）、金藍(lán)寶

8、（扇貝）、珠貝提取物等等。 四 免疫調(diào)節(jié)物質(zhì)四 免疫調(diào)節(jié)物質(zhì)甲殼質(zhì)甲殼質(zhì)是甲殼類(lèi)動(dòng)物、昆蟲(chóng)的外骨骼主要成分，又稱(chēng)幾丁質(zhì)。分布極為廣泛，最早是在真菌中發(fā)現(xiàn)?；瘜W(xué)成分是N一乙酰一D一葡萄糖胺殘基，以1、4一糖苷鍵連接而成的多糖 ，其分子量在25萬(wàn)之間 。殼聚糖是甲殼質(zhì)經(jīng)濃堿水解脫乙?；傻乃苄援a(chǎn)物。是目前世界上唯一含陽(yáng)離子的可食性纖維，也是繼蛋白質(zhì)、糖、脂肪、維生素、礦物質(zhì)以外的第六生命要素。 四 免疫調(diào)節(jié)物質(zhì)甲殼質(zhì)及其衍生物的應(yīng)用工業(yè)：印染；紡織；膜化學(xué)工業(yè)；絮凝劑；造紙；食品；化妝品等。農(nóng)業(yè)：飼料添加劑；殺蟲(chóng)劑、植物活性促進(jìn)劑（如：植寶靈）等。醫(yī)用：手術(shù)縫合線；人造皮膚；藥物載體等。環(huán)保：

9、水處理等。醫(yī)療保?。好庖哒{(diào)節(jié)；降脂降壓；抗腫瘤；抗菌抗炎；解毒等。（916是我國(guó)正在進(jìn)行臨床II期研究的藥物）世界上獲專(zhuān)利的甲殼質(zhì)產(chǎn)品上百種有專(zhuān)家預(yù)計(jì)甲殼質(zhì)將是21世紀(jì)糖化學(xué)的主題四 免疫調(diào)節(jié)物質(zhì)五 抗心血管病活性物質(zhì)保健品：高度不飽和脂肪酸（如多烯康）、螺旋藻等海洋生物毒素多糖類(lèi)：海參多糖、海星體壁黏多糖、殼聚糖等其他：甾醇（如柳珊瑚）、喹啉酮（如：軟珊瑚）、萜類(lèi)、生物堿類(lèi)等海洋生物毒素海洋生物毒素分為肽類(lèi)、聚醚類(lèi)、胍胺類(lèi)、萜類(lèi)、大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)等，很多同時(shí)抗腫瘤特性，但價(jià)格非常昂貴。按照來(lái)源分有可分為微生物、微藻、動(dòng)物毒素等。五 抗心血管病活性物質(zhì)動(dòng)物毒素舉例聚醚類(lèi)毒素是海洋毒素中重要的一大類(lèi)型

10、。常見(jiàn)的有聚醚梯，線性聚醚，大環(huán)內(nèi)酯聚醚及聚醚三萜。短裸甲藻毒素（NSP，最早）、刺尾魚(yú)毒素、西加魚(yú)毒、巖沙?？舅?、大田軟海綿酸等均屬此類(lèi)。五 抗心血管病活性物質(zhì)動(dòng)物毒素舉例五 抗心血管病活性物質(zhì)刺尾魚(yú)毒素 日本東北大學(xué)的安元健等1993年發(fā)現(xiàn)MTX。是目前發(fā)現(xiàn)的最復(fù)雜的聚醚梯，也是非蛋白毒素中毒性最強(qiáng)的。是典型的鈣通道激動(dòng)劑。動(dòng)物毒素舉例五 抗心血管病活性物質(zhì)巖沙?？舅?PTX是目前全合成的分子量最大，手性碳最多的一個(gè)聚醚類(lèi)化合物。它目前最強(qiáng)的冠脈收縮劑。其他一些?？舅仉倪€具有強(qiáng)心、抗癌作用等。動(dòng)物毒素舉例五 抗心血管病活性物質(zhì)大田軟海綿酸 OA是DSP的主要毒性成分。有較強(qiáng)的細(xì)胞毒性

11、，有促癌或抑癌的作用。河豚毒素 TTX是胍胺類(lèi)毒素的代表。臨床上可代替嗎啡、杜冷丁用于晚期癌癥患者的緩解藥，還有抗心律失常等作用。動(dòng)物毒素舉例肽類(lèi)毒素中研究最多的是芋螺毒素。已作為鎮(zhèn)痛藥物上市，其對(duì)受體的高度特異性和親和性為生理學(xué)研究提供了豐富的分子探針。麝香蛸毒素是迄今活性最強(qiáng)的降壓藥物，其效應(yīng)比硝酸甘油強(qiáng)數(shù)千倍。沙蠶毒素：分子式為C5H11NS2的胺類(lèi)化合物。商品名為巴丹，是一種高效環(huán)保農(nóng)藥。另外還有海參、水母、珊瑚、海兔、頭足類(lèi)、海蛇等各種各樣的生物毒素。五 抗心血管病活性物質(zhì)六 抗氧化活性物質(zhì)多糖及其衍生物酶類(lèi)：如：SOD維生素類(lèi)：維生素E、維生素C等硒等微量元素海洋甾醇類(lèi)其他：PUF

12、A、甘露醇、?；撬?、黃酮及酚類(lèi)、類(lèi)胡蘿卜素等3.4 其他海洋生物活性物質(zhì)簡(jiǎn)介一 海洋微生物活性物質(zhì) 海洋動(dòng)植物的活性物質(zhì)有80%是由其共附生的微生物產(chǎn)生的。如：海兔毒素巨大鞘絲藻 大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)（如海鞘素、苔蘚蟲(chóng)素等）顫藻屬、前溝藻 大田軟海綿酸、石房蛤毒素、西加魚(yú)毒微藻 不飽和脂肪酸、河豚毒素等研究現(xiàn)狀研究重點(diǎn)為極端微生物和共附生微生物。共附生微生物主要集中在紅樹(shù)林、海綿和海洋沉積物的研究中。主要先進(jìn)技術(shù)包括： 分子標(biāo)記技術(shù)、熒光原位雜交技術(shù)（FISH）及系統(tǒng)進(jìn)化分析手段（如16SrRNA序列分析）開(kāi)展微生物種質(zhì)資源鑒定； 宏基因組技術(shù)（體系中所有微生物總基因的克隆與表達(dá)）開(kāi)展活性代謝產(chǎn)物的研究

13、。 解決微生物的不可培養(yǎng)性。 二 其他高等海洋動(dòng)物鯊魚(yú)：軟骨素；角鯊烯；硒；艾滋病首選藥物AZT: 鯡魚(yú)保健品：深海魚(yú)油；金海馬養(yǎng)生液，角燕魚(yú)（蝠鲼）等2022/7/729魚(yú)精蛋白是存在于許多魚(yú)類(lèi)的成熟精細(xì)胞中的一種堿性蛋白，分子量較小，大約為400010000，精氨酸占其氨基酸組成的三分之二以上1931年McClean首先報(bào)道了魚(yú)精蛋白具有抑菌活性魚(yú) 精 蛋 白2022/7/730 魚(yú)精蛋白的結(jié)構(gòu) 魚(yú)精蛋白的結(jié)構(gòu)因魚(yú)種不同而有差異，但是它們存在許多相似的特征，如N-端均為精氨酸或者丙氨酸，各種魚(yú)精蛋白分子肽鏈中都含有4個(gè)較長(zhǎng)的和2個(gè)較短的精氨酸簇，并且分別被特征性的殘基Ser或Thr，Pro

14、-Ile，Gly-Gly或Val-Val分隔開(kāi)。2022/7/731以鮭魚(yú)魚(yú)精蛋白為例，其氨基酸的序列如下：Pro-Arg-Arg-Arg-Arg-Ser-Ser-Ser-Arg-Pro-Val-Arg-Arg-Arg-Arg-Arg-Pro-Arg-Val-Ser-Arg-Arg-Arg-Arg-Arg-Arg-Gly-Gly-Arg-Arg-Arg-Arg2022/7/732魚(yú)精蛋白的抗菌譜及其最小抑菌濃度魚(yú)精蛋白的抗菌譜 菌 種 鯡精蛋白 鮭精蛋白 Pseudomonas fluorescensSerratiamarcesensProteus morganiiEscherichia co

15、liSalmonella enteritidisVibrio parahaemolyticusEnterobacter areogenesStaphylococcus aureusBacillus coagulans -+ + -+ + 2022/7/733魚(yú)精蛋白的抗菌譜菌 種鯡精蛋白鮭精蛋白BMegateriumBLicheniformisBSubtilisruberBSubtilis nigerB.Subtilis mesentericusLactobacillus plantarumLactobacillus caseiStreptococcus faecalis + + + + +

16、+ + + + + + + + + + + + + 2022/7/734魚(yú)精蛋白的最小抑菌濃度(x10-6)菌 種 鯡精蛋白 鮭精蛋白 Bacillus coagulansBMegateriumBLicheniformisBSubtilis ruberBSubtilis nigerB.Subtilis mesentericusLactobacillus plantarumLactobacillus caseiStreptococcus faecalisEnterobacter aerogenes 7575200200125150100150400650 75752252251751751501

17、50400700 2022/7/735 魚(yú)精蛋白的抗菌機(jī)理研究表明，魚(yú)精蛋白主要是以分子中多聚精氨酸或多聚精氨酸與其他少數(shù)幾個(gè)氨基酸以某種結(jié)構(gòu)或形式與細(xì)菌細(xì)胞壁結(jié)合，破壞細(xì)胞壁中的肽聚糖的合成，從而達(dá)到抑菌的效果。2022/7/736影響?hù)~(yú)精蛋白抗菌性的因素魚(yú)精蛋白的抗菌性會(huì)受到很多因素的影響，比如食品的pH值、金屬離子、有機(jī)成分、溫度和時(shí)間等 2022/7/737魚(yú)精蛋白的安全性 小鼠急性毒性實(shí)驗(yàn)、蓄積毒性實(shí)驗(yàn)、小鼠骨髓微核實(shí)驗(yàn)、小鼠睪丸染色體畸變實(shí)驗(yàn)等的結(jié)果表明，魚(yú)精蛋白的LD5010g/kg，蓄積系數(shù)K5，對(duì)雄性小鼠骨髓微核率沒(méi)有增加作用，對(duì)小鼠睪丸初級(jí)精母細(xì)胞染色體沒(méi)有致畸作用。采用A

18、mes法對(duì)魚(yú)精蛋白的致突變性進(jìn)行了試驗(yàn)，也未 發(fā)現(xiàn)其具有致突變作用。三 海洋生物功能材料有海藻多糖，甲殼質(zhì)，海藻糖等。主要為甲殼質(zhì)的應(yīng)用。主要研究熱點(diǎn)為甲殼質(zhì)多糖用于神經(jīng)、骨等的修復(fù)及作為人工肝的支持系統(tǒng)等前沿領(lǐng)域。2022/7/739 殼聚糖及其衍生物 殼聚糖是甲殼質(zhì)的脫乙酰產(chǎn)物，也是一種天然存在的生物多糖。它具有生物相容性、生物降解性，無(wú)毒副作用，無(wú)異味，而且其分子中的氨基和羥基性質(zhì)活潑，能與多種有機(jī)物發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)行化學(xué)改性，得到多種具有獨(dú)特功能的衍生物，因此在許多領(lǐng)域中都獲得了重要的應(yīng)用。2022/7/740 殼聚糖及其衍生物的抗菌性 研究表明，殼聚糖對(duì)G+和G-菌都具有抗菌活性，且抗菌

19、活性隨殼聚糖濃度的增加而增強(qiáng)；殼聚糖對(duì)G+菌的敏感性高于G-菌。當(dāng)殼聚糖的濃度為5 mg/ml時(shí)，對(duì)G+菌的抑菌率達(dá)到75%-100%，而對(duì)大部分的G-菌的抑菌率僅有20%-30%。2022/7/741對(duì)于大腸桿菌和金黃色葡萄球菌，殼聚糖菌顯示出快速和強(qiáng)大的殺菌作用。當(dāng)殼聚糖的濃度為8mg/ml時(shí)，2h內(nèi)就能殺死大部分的大腸桿菌，8h內(nèi)能夠殺死相同數(shù)量的金黃色葡萄球菌，24h內(nèi)可以殺滅所有的金黃色葡萄球菌。殼聚糖的最佳抑菌濃度為3-5mg/ml，完全阻止黃曲霉毒素產(chǎn)生的濃度為4-5mg/ml。2022/7/742 許多實(shí)驗(yàn)表明，殼聚糖的抑菌作用與分子量之間存在一定的關(guān)系，殼聚糖的抗菌活性隨分子

20、量的下降而增強(qiáng)。在500 x10-6的濃度下，分子量為13000的殼聚糖的抑菌效果為（+），分子量為5000的殼聚糖的抑菌效果為（+），分子量為3000的殼聚糖的抑菌效果為（+），分子量為1500的殼聚糖的抑菌效果為（+）。還有研究證明，當(dāng)聚合度為7左右時(shí)，殼聚糖具 有最佳的抗真菌活性。2022/7/743 大量的實(shí)驗(yàn)證明，殼聚糖的衍生物同樣具有很好的抗菌性，甚至強(qiáng)于殼聚糖的抗菌性。比如殼聚糖在2h內(nèi)將金黃色葡萄球菌全部殺死所需的濃度為500 x10-6，而同樣在2h內(nèi)，N，N-二丁基-N-甲基殼聚糖殺死所有細(xì)菌所需要的濃度僅為的100 x10-6。2022/7/744 在乙酸溶液中，不同的殼

21、聚糖衍生物的抗菌性由小到大的順序如下：殼聚糖 N，N-二丁基殼聚糖 N，N-二丁基-N-甲基殼聚糖 N-辛基-N,N-二甲基殼聚糖 N-十二烷基-N,N-二甲基殼聚糖。 季胺化的殼聚糖的抗菌性要強(qiáng)于殼聚糖，而且隨著烷基鏈長(zhǎng)度的增加，其抗菌活性液增強(qiáng)，這表明烷基鏈的長(zhǎng)度和正電荷取代基強(qiáng)烈地影響著殼聚糖衍生物的抗菌活性。2022/7/745 殼聚糖及其衍生物的抗菌機(jī)理 根據(jù)現(xiàn)有的研究結(jié)果，殼聚糖及其衍生物之所以能夠抑菌，主要是由于它們對(duì)細(xì)菌的細(xì)胞質(zhì)膜起了一定的作用，破壞了其正常的生理功能。盡管如此，殼聚糖與其衍生物在抗菌機(jī)理上還是存在一些差異2022/7/746 電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌受殼聚糖作用后，會(huì)發(fā)生明顯的形態(tài)變化，G+菌如金黃色葡萄球菌的細(xì)胞變薄甚至破損，復(fù)制作用受到抑制；G-菌如大腸桿菌的細(xì)胞質(zhì)發(fā)生濃縮，質(zhì)壁之間的間隙明顯擴(kuò)大。由此可見(jiàn)，殼聚糖對(duì)細(xì)菌的細(xì)胞生長(zhǎng)起了明顯的抑制或破壞作用。2022/7/747 還有人認(rèn)為殼聚糖溶解后屬多聚陽(yáng)離子，因而可以與細(xì)菌表面產(chǎn)生的酸性物質(zhì)如脂多