有海参(sea cucumbers)约500种、海星(sea stars)约1500种、海胆(sea urchin)约 900余种、海百合(crinoid)约700种。棘皮动物产生的甾体皂苷是它们体内的常见 毒素。7)苔藓虫类(bryozoans):海洋苔藓动物俗称苔藓虫，约4000多种。从总合 草苔虫中分得的bryostanis类大环内酯类化合物有抗癌活性。8)海洋微生物(marine microorganisms):包括病毒、细菌、真菌、放线菌、微藻等等，也包括极端微生 物(extra--microorganisms)、真细菌(eubacteria)和大细菌(archaea)。陆地微生物约有 10万种，而海洋微生物有数百万种，但大多数都是在常规的实验室条件下无法培 养，因此极大地限制了从海洋微生物中发现有生物活性的代谢产物的研究。目前 采用分子生物学的方法，如宏基因组学(metagenomics)的方法获取海洋不可培养微 生物的基因资源己成为一大研究领域。海洋微生物产生结构特殊的大环内酯类、 肽类、聚醚类和生物碱类等。海洋中独特丰富的微生物近年来被认为是人类最可 能开发利用海洋药物资源的一大明星，是海洋生物活性物质的研究热点之一。从 海洋生物中发现的海洋天然产物超过40000种，每年大概还有700-1100个新的海 洋天然产物被发现，结构千差万别，按照化学结构分类主要有：烃类、萜类（包括 含卤素的非挥发性单萜、倍半萜、二萜、二倍半萜、三萜和四萜)、C5乙酸原类、 生物碱类、留体类、肽类、聚醚类、大环内酯类、前列腺素类、多糖类等。目前 已有9个海洋天然产物进入临床应用（图10-1）和超过45个海洋天然产物进入临床 试验（图10-2），如源于竿螺Conus magus的肽类毒素镇痛药Ziconotide(Prialt分 别于2004年和2005年获得了美国FDA和European Medicines Agency(EMEA)i证 书，从被囊动物红树海鞘Ecteinascidia turbinata中得到的大环内酯生物碱 Yondelis(trabectedin)首次于2007年获得欧盟批准用于治疗软组织肉瘤，目前有 80个国家在销售该药物。Ar阳-C至今还广泛用于急性髓细胞样白血病和复发侵袭 性淋巴癌的治疗。葛兰素史克药厂研发，目前被FDA唯一批准为饮食辅助药物以 降低成年患者的甘油三酸脂水平的lovaza制剂。进入Ⅱ期临床研究的海洋来源的 天然产物及其衍生物包括soblidotin(auristatin PE;,TZT-1027),PM00104(亿alypsis) DMXBA (GTS-21),elisidepsin (irvalec,PM02734),plitidepsin (aplidin),plinabulin (NPI-2358)和LX-651(tasidotin or synthadotin)等。另有一些海洋天然产物因具有独 特的生物活性和作用机制而成为探索生命科学的工具药，如河豚毒素成为研究钠 通道的工具药，大田软海绵酸(okadaic acid)是一种肿瘤促进剂，能抑制由钙激活
有海参(sea cucumbers）约 500 种、海星(sea stars) 约 1500 种、海胆(sea urchin) 约 900 余种、海百合(crinoid) 约 700 种。棘皮动物产生的甾体皂苷是它们体内的常见 毒素。7)苔藓虫类(bryozoans)：海洋苔藓动物俗称苔藓虫，约 4000 多种。从总合 草苔虫中分得的 bryostanis 类大环内酯类化合物有抗癌活性。8)海洋微生物(marine microorganisms)：包括病毒、细菌、真菌、放线菌、微藻等等，也包括极端微生 物(extra-microorganisms)、真细菌(eubacteria)和大细菌(archaea)。陆地微生物约有 10 万种，而海洋微生物有数百万种，但大多数都是在常规的实验室条件下无法培 养，因此极大地限制了从海洋微生物中发现有生物活性的代谢产物的研究。目前 采用分子生物学的方法，如宏基因组学(metagenomics)的方法获取海洋不可培养微 生物的基因资源已成为一大研究领域。海洋微生物产生结构特殊的大环内酯类、 肽类、聚醚类和生物碱类等。海洋中独特丰富的微生物近年来被认为是人类最可 能开发利用海洋药物资源的一大明星，是海洋生物活性物质的研究热点之一。从 海洋生物中发现的海洋天然产物超过 40000 种，每年大概还有 700-1100 个新的海 洋天然产物被发现，结构千差万别，按照化学结构分类主要有：烃类、萜类(包括 含卤素的非挥发性单萜、倍半萜、二萜、二倍半萜、三萜和四萜)、C15 乙酸原类、 生物碱类、甾体类、肽类、聚醚类、大环内酯类、前列腺素类、多糖类等。目前 已有 9 个海洋天然产物进入临床应用(图 10-1)和超过 45 个海洋天然产物进入临床 试验(图 10-2)，如源于竽螺 Conus magus 的肽类毒素镇痛药 Ziconotide (Prialt®)分 别于 2004 年和 2005 年获得了美国 FDA 和 European Medicines Agency (EMEA)证 书，从被囊动物红树海鞘 Ecteinascidia turbinata 中得到的大环内酯生物碱 Yondelis® (trabectedin)首次于 2007 年获得欧盟批准用于治疗软组织肉瘤，目前有 80 个国家在销售该药物。Ara-C 至今还广泛用于急性髓细胞样白血病和复发侵袭 性淋巴瘤的治疗。葛兰素史克药厂研发，目前被 FDA 唯一批准为饮食辅助药物以 降低成年患者的甘油三酸脂水平的 lovaza®制剂。进入 II 期临床研究的海洋来源的 天然产物及其衍生物包括 soblidotin (auristatin PE; TZT-1027)，PM00104 (Zalypsis®), DMXBA (GTS-21), elisidepsin (irvalec, PM02734), plitidepsin (aplidin®), plinabulin (NPI-2358)和 ILX-651 (tasidotin or synthadotin)等。另有一些海洋天然产物因具有独 特的生物活性和作用机制而成为探索生命科学的工具药，如河豚毒素成为研究钠 通道的工具药，大田软海绵酸(okadaic acid) 是一种肿瘤促进剂，能抑制由钙激活
的磷脂依赖的蛋白激酶，是一种特殊的蛋白质磷酸酯酶1、2A和2B的抑制剂， 还可作为研究细胞调控的工具药，1980年从海绵(Luffariella variabilis)中分离得到 的线型二倍半萜类化合物manoalide是第一个具有选择性作用于磷酯酶A2 (PLA2),现已成为研究阻断PLA2的常规工具药。西加毒索(ciguatoxin,CTX是电 压依赖性N通道激动剂，己作为研究兴奋细胞膜结构与功能以及局麻药作用机 理的分子探针。刺尾鱼毒索(maitotoxin,MTX)属于典型的钙通道激动剂，可增加细 胞膜对C2+的通透性，是研究钙通道药理作用特异性工具药。绿色荧光蛋白己经 成为现代生物科学研究领域最重要的工具之一，在它的帮助下，研究人员能够看 到前所未有的新的微观世界，如：大脑神经细胞的发育过程，癌细胞的扩散方式 等，促进了生命科学的发展。开展海洋天然产物的研究不仅具有重要的理论意义 和实际应用价值，同时还可以也极大地促进了有机合成化学的发展，如聚醚梯类 海洋毒索(BTXA,B和CTX)和线状聚醚岩沙海葵毒素的全合成、保罗碱 (~-palau'amine)和河豚毒素的全合成、前列腺素类化合物的全合成、Et-743的全 合成以及大田软海绵素B的全合成等。通过研究海洋生物的次生代谢产物，了解 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， 为海洋化学生态学研究奠定基础。图10-3和图10-4.大致概括了海洋天然产物的 分布和海洋天然产物的生物活性情况。 海洋生物由于其自身的特点，在样品采集、前处理、提取与分离等方面都有 别于陆生植物，一般用甲醇或乙醇提取，然后用有机溶剂萃取分成水溶性和水不 溶性部位，在活性跟踪下进行分离。由于海洋次生代谢产物结构差异非常大，故 分离和纯化方法各异。对于脂溶性成分可用一般分离方法分离，对于一些极性较 大的水溶性化学成分需要脱盐处理，然后用不同的凝胶色谱、离子交换色谱、反 相硅胶柱色谱以及特殊填料的RP-HPLC和MPLC等进行分离。在结构鉴定方面， 由于海洋天然产物结构复杂，往往涉及各种二维甚至三维NMR技术、 FAB/MSMS、制备衍生物、化学降解甚至部分合成和全合成等手段完成立体结构 的确定。本章对结构独特、生物活性显著的几大类海洋天然产物加以介绍，有关 提取、分离和结构研究由于其共性不强或超出了本教材的范围，读者可参考相关 (Alterative and efficient extraction methods for marine-derived compounds.Mar.Drugs
的磷脂依赖的蛋白激酶，是一种特殊的蛋白质磷酸酯酶 1、2A 和 2B 的抑制剂， 还可作为研究细胞调控的工具药，1980 年从海绵(Luffariella variabilis)中分离得到 的线型二倍半萜类化合物 manoalide 是第一个具有选择性作用于磷酯酶 A2 (PLA2)，现已成为研究阻断 PLA2 的常规工具药。西加毒素(ciguatoxin, CTX)是电 压依赖性 Na+ 通道激动剂，已作为研究兴奋细胞膜结构与功能以及局麻药作用机 理的分子探针。刺尾鱼毒素(maitotoxin, MTX)属于典型的钙通道激动剂，可增加细 胞膜对 Ca2+的通透性，是研究钙通道药理作用特异性工具药。绿色荧光蛋白已经 成为现代生物科学研究领域最重要的工具之一，在它的帮助下，研究人员能够看 到前所未有的新的微观世界，如：大脑神经细胞的发育过程，癌细胞的扩散方式 等，促进了生命科学的发展。开展海洋天然产物的研究不仅具有重要的理论意义 和实际应用价值，同时还可以也极大地促进了有机合成化学的发展，如聚醚梯类 海洋毒素(BTX-A, B 和 CTX)和线状聚醚岩沙海葵毒素的全合成、保罗碱 ((-)-palau’amine)和河豚毒素的全合成、前列腺素类化合物的全合成、Et-743 的全 合成以及大田软海绵素 B 的全合成等。通过研究海洋生物的次生代谢产物，了解 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， 为海洋化学生态学研究奠定基础。图 10-3 和图 10-4. 大致概括了海洋天然产物的 分布和海洋天然产物的生物活性情况。 海洋生物由于其自身的特点，在样品采集、前处理、提取与分离等方面都有 别于陆生植物，一般用甲醇或乙醇提取，然后用有机溶剂萃取分成水溶性和水不 溶性部位，在活性跟踪下进行分离。由于海洋次生代谢产物结构差异非常大，故 分离和纯化方法各异。对于脂溶性成分可用一般分离方法分离，对于一些极性较 大的水溶性化学成分需要脱盐处理，然后用不同的凝胶色谱、离子交换色谱、反 相硅胶柱色谱以及特殊填料的 RP-HPLC 和 MPLC 等进行分离。在结构鉴定方面， 由于海洋天然产物结构复杂，往往涉及各种二维甚至三维 NMR 技术、 FAB/MS/MS、制备衍生物、化学降解甚至部分合成和全合成等手段完成立体结构 的确定。本章对结构独特、生物活性显著的几大类海洋天然产物加以介绍，有关 提取、分离和结构研究由于其共性不强或超出了本教材的范围，读者可参考相关 文献(Alternative and efficient extraction methods for marine-derived compounds. Mar. Drugs
2015,13,3182-3230)详细介绍。 weo28P otin)FDA 2011 Cance 0m S6aBso8cie V-V--V DA20 a068 òe0. 图1O-L.FDA或EMEA批准的米源于海洋的药物及应用 Pltdepsin(Aplidin 0104(ayps olid(Aurstatin PE) ILX-651 (tasidotin or synthadotin) 图10-2.进入期临床研究的海洋天然产物
2015, 13, 3182~3230)详细介绍。 O H N N S O HO O HO NH2 O O O N NH O NH2 Ara-C Cancer FDA 1969 Ara-A Antiviral FDA 1976 N N NH2 N N Cephalosporin C FDA 1961 Antibiotics N NH N S O O H3C O O H3C H H OH HO CH3 O O O HO O H3C H3C CH3 H Et-743 (Trabectedin) UE 2007 Yondelis, Cancer H O O O O O O O H H H H O H H H H O MeO H2N OH Halaven (Eribulin) FDA 2010 Cancer O N O H N O N O O O N O H N O OH N H H MAB-Val-Cit Adcetris (Brentuximab vedotin) FDA 2011 Cancer EtO O EtO O EPA:DHA:esterified fish oils = 47:38:17 FDA 2004 Lovaza, Hypertriglyceridemia CKGKGAKCSRLMYDCCTGSCRSGKC-CONH2 Ziconotide (w-conotoxin) FDA 2004 Prialt, Pain O OH HO OH H H H H O OH HO OH H H H H O O O O OH OH OSO3 - OSO3 - - O3SO O Carragelose OTC Antiviral 图 10-1. FDA 或 EMEA 批准的来源于海洋的药物及应用 N H N N O O O N O O O H N H Soblidotin (Auristatin PE) N N O O DMBX (GTS-21) N H H N O O N NH Plinabulin (NPI-2358) H O N O N H HO H N O N H O N O HN O H2N H N O HN O O NH N H O O HN HN O NH O OO Elisidepsin (Irvalec) N O N H N N O O O N O HN ILX-651 (tasidotin or synthadotin) O O NH O NH N O O O OH N CH3 O O O NH O N N O O O O Plitidepsin (Aplidin) N N HN O O O H H OH HO O O O CH3 H F3C PM00104 (Zalypsis) 图 10-2. 进入 II 期临床研究的海洋天然产物
图103.海洋二级代谢天然产物的分布 Meantee Antimfaunmatory 图10-4.海洋天然代谢产物的生物活性
图 10-3. 海洋二级代谢天然产物的分布 图 10-4. 海洋天然代谢产物的生物活性
第二节大环内酯类化合物 视窗George Robert(Bob)Pettit1929年生于美国新泽西州，曾任亚利桑那州立大学癌症研究 所所长，一生致力于天然来源特别是海洋生物来源抗癌药物的发现，对16000多种动植物和 微生物进行了筛选，发现了许多有抗癌活性的海洋天然产物，如大环内酯类bryostatins1-20 和20多个肽类化合物dolastatins(其中三个衍生物TZT-1027、LU-103793、LX651进入临床 研究)，以及现在临床研究的cephalostatin1和spongiastatin。Pettit已发表专著14本、论文7O 多篇，拥有58个专利。 rge Robert (Bob)Pettt 案例10-3从总合草苔虫(Bugula neritina)提取的抗癌活性成分草台虫素(bryostatins)类大环 内酯是从海洋生物中开发抗癌药物最典型的例子，代表若海洋药物研究的发展 趋势。斯坦福大学的科学家合成了一系列草台虫素的衍生物，有的结构比草台 虫素简单但活性增加2~3倍。加利福尼亚大学的San Diego和她的同事已经克 隆出了与草台虫素合成相关的基因，迈出了利用生物技术生产草台虫素的关键 一步。大环内酯类化合物作为最具开发前景的海洋天然产物之一，现正在开发 治疗C型尼曼匹克症的药物(Nicmann-Pick disease type C),它们的主要生物活性是什么？ 大环内酯类化合物(macrolides)是海洋生物特别是海洋微生物中常见的一大 类化合物，它们是由长链脂肪酸形成的含有一个或多个内酯环的化合物，从八元 环至六十二元环，大小差别较大。自第一代大环内酯类抗生素红霉素上市以米，由 于它的抗菌活性高，而毒副作用比氨基糖苷类、四环素类等抗生素低，因此在临 床上得到广泛的应用。海洋来源的大环内酯类化合物通常有抗肿瘤活性。根据结 构类型不同通常可分为以下几类： 一、简单大环内酯类化合物 这类化合物尽管环的大小不同，但环上只有羟基或烷基取代，且多数只有一 个内酯环，为长链脂肪酸形成的内酯。如从海绵Spongia sp.中分得的简单大环内 酯dictyostatin(dictyostatin-l,1)为含有22元环的多不饱和脂肪酸内酯，对大鼠淋巴 白血病P388细胞EDso为0.7nM。Dictyostatin具有与紫杉醇相同的作用机制，对耐
第二节 大环内酯类化合物 视 窗 George Robert (Bob) Pettit:1929 年生于美国新泽西州，曾任亚利桑那州立大学癌症研究 所所长，一生致力于天然来源特别是海洋生物来源抗癌药物的发现，对 16000 多种动植物和 微生物进行了筛选，发现了许多有抗癌活性的海洋天然产物，如大环内酯类 bryostatins 1-20 和 20 多个肽类化合物 dolastatins (其中三个衍生物 TZT-1027、LU-103793、ILX651 进入临床 研究)，以及现在临床研究的 cephalostatin 1 和 spongiastatin。Pettit 已发表专著 14 本、论文 700 多篇，拥有 58 个专利。 O O O O O H3CO O OH H OH HO O O OCH3 O OH O O H H H H George Robert (Bob) Pettit 案 例 10-3 从总合草苔虫(Bugula neritina)提取的抗癌活性成分草台虫素(bryostatins)类大环 内酯是从海洋生物中开发抗癌药物最典型的例子，代表着海洋药物研究的发展 趋势。斯坦福大学的科学家合成了一系列草台虫素的衍生物，有的结构比草台 虫素简单但活性增加 2～3 倍。加利福尼亚大学的 San Diego 和她的同事已经克 隆出了与草台虫素合成相关的基因，迈出了利用生物技术生产草台虫素的关键 一步。大环内酯类化合物作为最具开发前景的海洋天然产物之一，现正在开发 治疗 C 型尼曼匹克症的药物(Niemann-Pick disease type C)，它们的主要生物活性是什么？ 大环内酯类化合物 (macrolides)是海洋生物特别是海洋微生物中常见的一大 类化合物，它们是由长链脂肪酸形成的含有一个或多个内酯环的化合物，从八元 环至六十二元环，大小差别较大。自第一代大环内酯类抗生素红霉素上市以来,由 于它的抗菌活性高，而毒副作用比氨基糖苷类、四环素类等抗生素低, 因此在临 床上得到广泛的应用。海洋来源的大环内酯类化合物通常有抗肿瘤活性。根据结 构类型不同通常可分为以下几类： 一、简单大环内酯类化合物 这类化合物尽管环的大小不同，但环上只有羟基或烷基取代，且多数只有一 个内酯环，为长链脂肪酸形成的内酯。如从海绵Spongia sp. 中分得的简单大环内 酯dictyostatin (dictyostatin-1, 1) 为含有22元环的多不饱和脂肪酸内酯，对大鼠淋巴 白血病P388细胞ED50为0.7 nM。Dictyostatin具有与紫杉醇相同的作用机制，对耐