天然藥物研究的回顧與展望課件

天然藥物研究的

回顧與展望2010/6/05天然藥物研究的回顧與展望天然藥物研究概述1天然藥物研究的發(fā)展歷史回顧2天然藥物的研究現(xiàn)狀3天然藥物研究的展望4

一、天然藥物研究概述天然藥物定義藥物分類(lèi)合成藥物天然藥物天然藥物定義

主要是指來(lái)源于動(dòng)植物及其他生物、具有明確治療作用的單一成分或多組分藥物,包括來(lái)源于植物(包括中草藥)、微生物、海洋生物、內(nèi)源性生物活性物質(zhì)等的藥物

來(lái)源：植物動(dòng)物微生物海洋生物內(nèi)源物質(zhì)植物代謝途徑主要的生物合成途徑MVA途徑莽草酸途徑醋酸-丙二酸(AA-MA)途徑氨基酸途徑天然藥物結(jié)構(gòu)類(lèi)型天然產(chǎn)物醌類(lèi)苯丙素生物堿萜類(lèi)黃酮甾類(lèi)化合物資源藥物發(fā)現(xiàn)DRUGDISCOVERY藥物開(kāi)發(fā)DRUGDEVELOPMENT1.

臨床前研究2.臨床研究藥物候選化合物藥新1.藥物先導(dǎo)化合物的發(fā)現(xiàn)2.藥物先導(dǎo)化合物的結(jié)構(gòu)優(yōu)化新藥研究的兩個(gè)階段選擇確定作為開(kāi)發(fā)對(duì)象的目標(biāo)化合物工業(yè)化探討（大量制備）臨床試驗(yàn)用樣品上市銷(xiāo)售（GSP)現(xiàn)代創(chuàng)新藥物研究開(kāi)發(fā)的大致過(guò)程合成情報(bào)提取、結(jié)構(gòu)測(cè)定活性篩選藥理

生化特殊毒性毒性藥效藥理一般藥理藥物動(dòng)態(tài)吸收排泄代謝作用機(jī)理急性毒性亞急性毒性慢性毒性致畸致癌

致癮生殖毒性

理化性質(zhì)、制定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定性配伍變化試驗(yàn)方法試驗(yàn)規(guī)格工業(yè)制備方法探討

合成提取精制發(fā)酵制劑化探討III期：毒性、藥效（多數(shù)病人，多點(diǎn)觀察）II期：毒性、藥效（少數(shù)病人）I期：毒性（健康人群）申請(qǐng)臨床試驗(yàn)(GCP）申請(qǐng)生產(chǎn)許可(GMP)創(chuàng)新藥物源頭研究階段(GLP)

雜志公開(kāi)發(fā)表接受公眾檢驗(yàn)申請(qǐng)專(zhuān)利天然藥物新藥的發(fā)現(xiàn)過(guò)程文獻(xiàn)古籍、民族、民間、臨床名方、天然產(chǎn)物、國(guó)外天然藥物、老藥活性篩選收集樣品提取粗提物體外方法體內(nèi)方法有活性無(wú)活性有效部位有效成分活性先導(dǎo)化合物結(jié)構(gòu)優(yōu)化構(gòu)效關(guān)系研究活性化合物新藥研發(fā)新藥研發(fā)有效部位新藥有效成分新藥新藥研發(fā)新化學(xué)藥代謝產(chǎn)物體內(nèi)代謝研究活性篩選活性化合物活性跟蹤分離結(jié)構(gòu)鑒定

篩選流程簡(jiǎn)圖初級(jí)篩選高通量篩選二級(jí)篩選細(xì)胞、組織、器官吸收、代謝初步評(píng)價(jià)毒性初步評(píng)價(jià)三級(jí)篩選整體動(dòng)物兩種篩選方法1．分離純化得到純品化合物，然后再進(jìn)行活性測(cè)試。優(yōu)點(diǎn)：目標(biāo)清楚，方法簡(jiǎn)捷，指標(biāo)明確，標(biāo)準(zhǔn)同一分得標(biāo)準(zhǔn)品后可進(jìn)行多種藥理活性的測(cè)試缺點(diǎn)：如果如果選擇的分離方法不當(dāng)，活性化合物丟失的可能性極大對(duì)于極微量活性化合物，這種方法很容易漏檢國(guó)內(nèi)多采用此模式

二、天然藥物研究的發(fā)展歷史回顧天然藥物研究的發(fā)展歷史萌芽階段（——18世紀(jì)末）形成階段（19世紀(jì)）

發(fā)展階段（20世紀(jì)——

）天然藥物識(shí)別、使用經(jīng)驗(yàn)——巫術(shù)、迷信色彩以化學(xué)成分的發(fā)現(xiàn)和分離為主結(jié)構(gòu)鑒定以化學(xué)方法為主生源合成途徑、本質(zhì)的揭示色譜技術(shù)用于天然化合物的分離和純化波譜技術(shù)用于天然化合物的結(jié)構(gòu)鑒定研究深度、廣度、速度發(fā)生了革命性的變化生物活性測(cè)試普遍開(kāi)展天然藥物研究的發(fā)展歷史231—341，晉，葛洪，《抱卜子》1575，明，李挺，《醫(yī)學(xué)入門(mén)》，沒(méi)食子酸1590，明，李時(shí)珍，《本草綱目》，1892種中草藥1711,清，洪遵，《集驗(yàn)方》，樟腦萌芽階段（——18世紀(jì)末）天然藥物研究的發(fā)展歷史特點(diǎn)一：以化學(xué)成分的發(fā)現(xiàn)和分離為主

1806，阿片——————嗎啡（morphine）

1820，金雞納樹(shù)皮———奎寧(quinine)1828,煙草——————煙堿（nicotine）

1885，麻黃——————麻黃堿（ephedrine）馬錢(qián)子堿、吐根堿、士的寧、小檗堿，阿托品、可卡因等形成階段（19世紀(jì)）天然藥物研究的發(fā)展歷史特點(diǎn)三：生源合成途徑、本質(zhì)的揭示生源前體的識(shí)別：萜類(lèi)———MVA、生物堿——α-Aa

生源合成本質(zhì)的揭示：生物細(xì)胞內(nèi)多步酶促反應(yīng)、有機(jī)反應(yīng)理論來(lái)解釋機(jī)制生物合成物質(zhì)用于結(jié)構(gòu)確定天然藥物研究的發(fā)展歷史特點(diǎn)一：色譜技術(shù)用于天然化合物的分離和純化

1906，俄，Tsweet，碳酸鈣為吸附劑，石油醚為洗脫劑，

1931，德，KuhnandLederer，氧化鋁、碳酸鈣為吸附劑，

1940，提出了液液色譜法，如逆流分配

1952，JamesandMartin，提出氣液色譜理論

20世紀(jì)60年代，高效液相色譜出現(xiàn)發(fā)展階段（20世紀(jì)——）天然化合物的分離向高效、快速、微量發(fā)展天然藥物研究的發(fā)展歷史特點(diǎn)二:波譜技術(shù)用于天然化合物的結(jié)構(gòu)鑒定

IR：1944，Pekin-Elmer公司，第一臺(tái)紅外光譜儀

MS：20世紀(jì)，質(zhì)譜儀

EI、CI，F(xiàn)D，F(xiàn)AB，ESI，MALDIESI-TOF，MALDI-TOFNMR：1953，30MHZ的連續(xù)波核磁共振儀

70年代，脈沖傅立葉變換核磁共振儀

1DNMR——2DNMR30—60—100—300MHz400—500—600—800—900MHzUV，X-ray，ORD，CD等發(fā)展階段（20世紀(jì)——）天然藥物研究的發(fā)展歷史特點(diǎn)三：研究深度、廣度、速度發(fā)生了革命性的變化

深度、廣度：機(jī)體內(nèi)源活性物質(zhì)微量、水溶性、不穩(wěn)定、大分子速度：?jiǎn)岱取?804-1925

利血平———1952-1956

生物堿：1952前100年，95個(gè)

1952-1962，1107個(gè)

1962-1972，3443個(gè)

發(fā)展階段（20世紀(jì)——）天然藥物研究的發(fā)展歷史特點(diǎn)四:生物活性測(cè)試普遍開(kāi)展單純的化合物分離————活性跟蹤分離小規(guī)模測(cè)試——高通量篩選HTShighthroungputscreening發(fā)展階段（20世紀(jì)——）“藥味”越來(lái)越濃五味子Schisandrachinesis

雙環(huán)醇片(商品名：百賽諾)抗肝炎創(chuàng)新藥物2001年上市2004年SFDA批準(zhǔn)正式生產(chǎn)薯蕷Dioscoreaopposita

地奧心血康膠囊冠心病心絞痛眩暈、氣短、心悸、胸悶

紫杉醇（Taxol）：今日抗癌之星主要適用于卵巢癌和乳腺癌，對(duì)肺癌、大腸癌、黑色素瘤、頭頸部癌、淋巴瘤、腦瘤也都有一定療效。

紫杉醇注射劑（商品名：Paclitaxel）

Bristol-MyersSquibb

2006年，包括天然原料加工的紫杉醇注射劑和半合成紫杉醇注射劑在內(nèi)的紫杉醇制劑的國(guó)際市場(chǎng)總銷(xiāo)售額已達(dá)37億美元，高居世界抗癌藥物之首。

天然藥物研究的發(fā)展歷史發(fā)展模式受到挑戰(zhàn)傳統(tǒng)天然藥物化學(xué)的研究程序一般是：化學(xué)預(yù)試、分離純化、結(jié)構(gòu)鑒定、化學(xué)合成或結(jié)構(gòu)改造等存在以下問(wèn)題：樣品用量大周期長(zhǎng)，耗資大盲目性大新技術(shù)的沖擊高通量篩選技術(shù)(HighThroughputScreening，HTS)組合化學(xué)(CombinatorialChemistry)

發(fā)展階段（20世紀(jì)90年代開(kāi)始冷落）高通量篩選快速—每天篩選數(shù)萬(wàn)藥次微量—篩選樣品需要量為微克級(jí)靈敏—準(zhǔn)確判斷篩選樣品的活性和選擇性經(jīng)濟(jì)—篩選費(fèi)用低

三、天然藥物的研究現(xiàn)狀天然藥物研究的現(xiàn)狀據(jù)統(tǒng)計(jì)美國(guó)當(dāng)今120種流行藥物中，90%直接或間接來(lái)源于天然藥物，市場(chǎng)上47%的抗癌藥物來(lái)源于天然藥物或天然藥物類(lèi)似物1981-2006年間，大約有100種抗癌藥物問(wèn)世，其中非生物藥品88種，而這88種小分子藥物中有77.8%直接或間接來(lái)源于天然藥物天然產(chǎn)物在某些治療領(lǐng)域的出現(xiàn)率非常之高:78%的抗菌化合物和74%的抗腫瘤化合物都是天然產(chǎn)物，或從某個(gè)天然產(chǎn)物衍生而來(lái)，或自某個(gè)天然產(chǎn)物給予的靈感FromJ.Nat.Prod,2003,66,1022.D.J.Newmanetc天然藥物研究的現(xiàn)狀Chart1.SmallMoleculeNewChemicalEntities01/1981-10/2008,BySource(N)1024)FromChem.Rev.,2009,109(7),pp3012–3043.DavidJ.

Newmanetc

四、天然藥物研究的展望天然藥物研究的展望在過(guò)去十年中新藥申報(bào)的數(shù)量逐步下降。有人提出若干原因來(lái)解釋新藥研發(fā)數(shù)量的降低增加的疾病靶目標(biāo)的復(fù)雜性新藥更高的進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)樗麄儾坏貌慌c已經(jīng)提高的健康標(biāo)準(zhǔn)競(jìng)爭(zhēng)，以及提高的法規(guī)要求但在藥物發(fā)現(xiàn)研究中天然產(chǎn)物研究的逐步衰退是另一個(gè)主要因素天然藥物研究的展望實(shí)踐表明，組合化學(xué)作為藥物發(fā)現(xiàn)工具還有待進(jìn)一步完善，天然藥物在藥物發(fā)現(xiàn)中的獨(dú)特作用，近年來(lái)重新引起關(guān)注組合化學(xué)重新合成小分子候選藥物，補(bǔ)充藥物開(kāi)發(fā)管線的愿望未能實(shí)現(xiàn)能解決化合物的數(shù)量問(wèn)題，但解決不了化合物的結(jié)構(gòu)多樣性問(wèn)題。由于反應(yīng)的局限而導(dǎo)致合成產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)骨架缺乏分子多樣性，而骨架多樣性正是天然藥物的特點(diǎn)。目前，組合化學(xué)只有一個(gè)成功的例子應(yīng)用天然產(chǎn)物作為藥物先導(dǎo)化合物的實(shí)例不斷出現(xiàn)

天然藥物研究的展望天然藥物發(fā)現(xiàn)的實(shí)際困難，正在為分離技術(shù)的進(jìn)步和結(jié)構(gòu)測(cè)定速度與靈敏度的提高所克服高通量平行多通道制備技術(shù)Micro-NMR后基因組時(shí)代為藥物研究提供更多的新靶點(diǎn)

基因組學(xué)蛋白組學(xué)代謝組學(xué)結(jié)構(gòu)生物學(xué)系統(tǒng)生物學(xué)哈佛大學(xué)的Kishi小組于1994年最終完成。這是迄今為止通過(guò)全合成獲得的具有最大分子量、最多手性中心的次生代謝產(chǎn)物，堪稱(chēng)有機(jī)合成歷史上最浩大的工程之一，也是天然產(chǎn)物合成的一個(gè)里程碑?，F(xiàn)代有機(jī)合成化學(xué)的進(jìn)步天然藥物的展望創(chuàng)新藥物研究關(guān)鍵切入點(diǎn)和前提是發(fā)現(xiàn)活性先導(dǎo)物，也是影響創(chuàng)新藥物周期的決定性因素從天然產(chǎn)物中發(fā)現(xiàn)生物活性先導(dǎo)物必須更新觀念，用創(chuàng)新思維改革傳統(tǒng)天然產(chǎn)物研究模式類(lèi)天然產(chǎn)物庫(kù)的構(gòu)建

組合思想多樣性導(dǎo)向合成（Diversity

OrientedSynthesis,DOS）多組分合成藥物研究的再思考1、天然藥物活性成分發(fā)現(xiàn)新技術(shù)基于高通量活性篩選跟蹤的活性成分研究細(xì)胞、靶酶水平的高通量篩選親和色譜技術(shù)生物芯片技術(shù)中藥樣品粗提物分離部位單體化合物分子烙印技術(shù)LC-MS-DS/HPLC/HTS快速分離、結(jié)構(gòu)鑒定、活性篩選技術(shù)體系Rhein-8-O-β-D-glucopyranoside

一級(jí)色譜二級(jí)色譜三級(jí)色譜高通量篩選LC-MS、LC-NMR多維色譜－高通量篩選－快速結(jié)構(gòu)鑒定(LC-MS、LC-NMR)聯(lián)用技術(shù)流份2、尋找天然藥物

活性成分的新領(lǐng)域、新途徑

高大喬木海洋生物低等生物、植物共生菌鮮活動(dòng)物的內(nèi)源性物質(zhì)中藥復(fù)方天然產(chǎn)物體內(nèi)代謝物極端環(huán)境生物3、天然產(chǎn)物結(jié)構(gòu)優(yōu)化新技術(shù)化學(xué)優(yōu)化土壤微生物轉(zhuǎn)化腸內(nèi)菌轉(zhuǎn)化動(dòng)植物反應(yīng)器轉(zhuǎn)化化學(xué)方法結(jié)合生物方法聯(lián)合轉(zhuǎn)化4、組合生物合成定義所謂組合生物合成，一個(gè)比較直接的定義就是在解析了某些天然產(chǎn)物的生物合成機(jī)制基礎(chǔ)上，通過(guò)采取各種生物技術(shù)手段，比如基因的置換和倍增、異源途徑的表達(dá)、前體喂養(yǎng)等，對(duì)該產(chǎn)生宿主的某些代謝途徑進(jìn)行改造以獲得預(yù)期的結(jié)果，包括化合物產(chǎn)量的增加和純度的提高，新型結(jié)構(gòu)類(lèi)似物的獲得等(圖1)5、組合生物合成天然產(chǎn)物的來(lái)源及結(jié)構(gòu)各異，但其生物合成過(guò)程通常都是以某些結(jié)構(gòu)單元(buildingblock)為基礎(chǔ)，在多個(gè)酶催化作用下將其組合、修飾，最終形成目的產(chǎn)物。由于通常具有較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，使用化學(xué)全合成來(lái)獲得天然產(chǎn)物及其類(lèi)似物的方法因生產(chǎn)周期長(zhǎng)、人力財(cái)力消耗巨大而難以進(jìn)行；使用化學(xué)半合成對(duì)原始天然產(chǎn)物進(jìn)行改造也由于涉及大量的保護(hù)、去保護(hù)反應(yīng)而變得費(fèi)時(shí)費(fèi)力。在了解了某個(gè)天然產(chǎn)物的生物合成機(jī)制以后，直接對(duì)其產(chǎn)生宿主進(jìn)行遺傳改造，從基因的水平上改變化合物的生物