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合成藥物天然藥物天然藥物定義

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

來源：植物動物微生物海洋生物內源物質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構類型天然產物醌類苯丙素生物堿萜類黃酮甾類化合物資源藥物發(fā)現DRUGDISCOVERY藥物開發(fā)DRUGDEVELOPMENT1.

臨床前研究2.臨床研究藥物候選化合物藥新1.藥物先導化合物的發(fā)現2.藥物先導化合物的結構優(yōu)化新藥研究的兩個階段選擇確定作為開發(fā)對象的目標化合物工業(yè)化探討（大量制備）臨床試驗用樣品上市銷售（GSP)現代創(chuàng)新藥物研究開發(fā)的大致過程合成情報提取、結構測定活性篩選藥理

生化特殊毒性毒性藥效藥理一般藥理藥物動態(tài)吸收排泄代謝作用機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、制定質量標準穩(wěn)定性配伍變化試驗方法試驗規(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（多數病人，多點觀察）II期：毒性、藥效（少數病人）I期：毒性（健康人群）申請臨床試驗(GCP）申請生產許可(GMP)創(chuàng)新藥物源頭研究階段(GLP)

雜志公開發(fā)表接受公眾檢驗申請專利天然藥物新藥的發(fā)現過程文獻古籍、民族、民間、臨床名方、天然產物、國外天然藥物、老藥活性篩選收集樣品提取粗提物體外方法體內方法有活性無活性有效部位有效成分活性先導化合物結構優(yōu)化構效關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)新化學藥代謝產物體內代謝研究活性篩選活性化合物活性跟蹤分離結構鑒定

篩選流程簡圖初級篩選高通量篩選二級篩選細胞、組織、器官吸收、代謝初步評價毒性初步評價三級篩選整體動物兩種篩選方法1．分離純化得到純品化合物，然后再進行活性測試。優(yōu)點：目標清楚，方法簡捷，指標明確，標準同一分得標準品后可進行多種藥理活性的測試缺點：如果如果選擇的分離方法不當，活性化合物丟失的可能性極大對于極微量活性化合物，這種方法很容易漏檢國內多采用此模式

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世紀末）形成階段（19世紀）

發(fā)展階段（20世紀——

）天然藥物識別、使用經驗——巫術、迷信色彩以化學成分的發(fā)現和分離為主結構鑒定以化學方法為主生源合成途徑、本質的揭示色譜技術用于天然化合物的分離和純化波譜技術用于天然化合物的結構鑒定研究深度、廣度、速度發(fā)生了革命性的變化生物活性測試普遍開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)學入門》，沒食子酸1590，明，李時珍，《本草綱目》，1892種中草藥1711,清，洪遵，《集驗方》，樟腦萌芽階段（——18世紀末）天然藥物研究的發(fā)展歷史特點一：以化學成分的發(fā)現和分離為主

1806，阿片——————嗎啡（morphine）

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

1885，麻黃——————麻黃堿（ephedrine）馬錢子堿、吐根堿、士的寧、小檗堿，阿托品、可卡因等形成階段（19世紀）天然藥物研究的發(fā)展歷史特點三：生源合成途徑、本質的揭示生源前體的識別：萜類———MVA、生物堿——α-Aa

生源合成本質的揭示：生物細胞內多步酶促反應、有機反應理論來解釋機制生物合成物質用于結構確定天然藥物研究的發(fā)展歷史特點一：色譜技術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60年代，高效液相色譜出現發(fā)展階段（20世紀——）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)展歷史特點二:波譜技術用于天然化合物的結構鑒定

IR：1944，Pekin-Elmer公司，第一臺紅外光譜儀

MS：20世紀，質譜儀

EI、CI，FD，FAB，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——）天然藥物研究的發(fā)展歷史特點三：研究深度、廣度、速度發(fā)生了革命性的變化

深度、廣度：機體內源活性物質微量、水溶性、不穩(wěn)定、大分子速度：嗎啡————1804-1925

利血平———1952-1956

生物堿：1952前100年，95個

1952-1962，1107個

1962-1972，3443個

發(fā)展階段（20世紀——）天然藥物研究的發(fā)展歷史特點四:生物活性測試普遍開展單純的化合物分離————活性跟蹤分離小規(guī)模測試——高通量篩選HTShighthroungputscreening發(fā)展階段（20世紀——）“藥味”越來越濃五味子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批準正式生產薯蕷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的紫杉醇制劑的國際市場總銷售額已達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)天然藥物化學的研究程序一般是：化學預試、分離純化、結構鑒定、化學合成或結構改造等存在以下問題：樣品用量大周期長，耗資大盲目性大新技術的沖擊高通量篩選技術(HighThroughputScreening，HTS)組合化學(CombinatorialChemistry)

發(fā)展階段（20世紀90年代開始冷落）高通量篩選快速—每天篩選數萬藥次微量—篩選樣品需要量為微克級靈敏—準確判斷篩選樣品的活性和選擇性經濟—篩選費用低

三、天然藥物的研究現狀天然藥物研究的現狀據統(tǒng)計美國當今120種流行藥物中，90%直接或間接來源于天然藥物，市場上47%的抗癌藥物來源于天然藥物或天然藥物類似物1981-2006年間，大約有100種抗癌藥物問世，其中非生物藥品88種，而這88種小分子藥物中有77.8%直接或間接來源于天然藥物天然產物在某些治療領域的出現率非常之高:78%的抗菌化合物和74%的抗腫瘤化合物都是天然產物，或從某個天然產物衍生而來，或自某個天然產物給予的靈感FromJ.Nat.Prod,2003,66,1022.D.J.Newmanetc天然藥物研究的現狀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去十年中新藥申報的數量逐步下降。有人提出若干原因來解釋新藥研發(fā)數量的降低增加的疾病靶目標的復雜性新藥更高的進入標準，因為他們不得不與已經提高的健康標準競爭，以及提高的法規(guī)要求但在藥物發(fā)現研究中天然產物研究的逐步衰退是另一個主要因素天然藥物研究的展望實踐表明，組合化學作為藥物發(fā)現工具還有待進一步完善，天然藥物在藥物發(fā)現中的獨特作用，近年來重新引起關注組合化學重新合成小分子候選藥物，補充藥物開發(fā)管線的愿望未能實現能解決化合物的數量問題，但解決不了化合物的結構多樣性問題。由于反應的局限而導致合成產物的結構骨架缺乏分子多樣性，而骨架多樣性正是天然藥物的特點。目前，組合化學只有一個成功的例子應用天然產物作為藥物先導化合物的實例不斷出現

天然藥物研究的展望天然藥物發(fā)現的實際困難，正在為分離技術的進步和結構測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Micro-NMR后基因組時代為藥物研究提供更多的新靶點

基因組學蛋白組學代謝組學結構生物學系統(tǒng)生物學哈佛大學的Kishi小組于1994年最終完成。這是迄今為止通過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物，堪稱有機合成歷史上最浩大的工程之一，也是天然產物合成的一個里程碑。現代有機合成化學的進步天然藥物的展望創(chuàng)新藥物研究關鍵切入點和前提是發(fā)現活性先導物，也是影響創(chuàng)新藥物周期的決定性因素從天然產物中發(fā)現生物活性先導物必須更新觀念，用創(chuàng)新思維改革傳統(tǒng)天然產物研究模式類天然產物庫的構建

組合思想多樣性導向合成（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)現新技術基于高通量活性篩選跟蹤的活性成分研究細胞、靶酶水平的高通量篩選親和色譜技術生物芯片技術中藥樣品粗提物分離部位單體化合物分子烙印技術LC-MS-DS/HPLC/HTS快速分離、結構鑒定、活性篩選技術體系Rhein-8-O-β-D-glucopyranoside

一級色譜二級色譜三級色譜高通量篩選LC-MS、LC-NMR多維色譜－高通量篩選－快速結構鑒定(LC-MS、LC-NMR)聯用技術流份2、尋找天然藥物

活性成分的新領域、新途徑

高大喬木海洋生物低等生物、植物共生菌鮮活動物的內源性物質中藥復方天然產物體內代謝物極端環(huán)境生物3、天然產物結構優(yōu)化新技術化學優(yōu)化土壤微生物轉化腸內菌轉化動植物反應器轉化化學方法結合生物方法聯合轉化4、組合生物合成定義所謂組合生物合成，一個比較直接的定義就是在解析了某些天然產物的生物合成機制基礎上，通過采取各種生物技術手段，比如基因的置換和倍增、異源途徑的表達、前體喂養(yǎng)等，對該產生宿主的某些代謝途徑進行改造以獲得預期的結果，包括化合物產量的增加和純度的提高，新型結構類似物的獲得等(圖1)5、組合生物合成天然產物的來源及結構各異，但其生物合成過程通常都是以某些結構單元(buildingblock)為基礎，在多個酶催化作用下將其組合、修飾，最終形成目的產物。由于通常具有較為復雜的結構，使用化學全合成來獲得天然產物及其類似物的方法因生產周期長、人力財力消耗巨大而難以進行；使用化學半合成對原始天然產物進行改造也由于涉及大量的保護、去保護反應而變得費時費力。在了解了某個天然產物的生物合成機制以后，直接對其產生宿主進行遺傳改造，從基因的水平上改變化合物的生物