药学医学天然药物化学课件天然药物的研究与开发.ppt

1、 第第 十十 一一 章章天然药物的研究与开发天然药物的研究与开发 本章主要内容本章主要内容一、天然药物的研究开发程序一、天然药物的研究开发程序二、天然药物中生物活性成分二、天然药物中生物活性成分 的研究方法的研究方法 天然药物的研究开发程序天然药物的研究开发程序 一、天然药物或中药的研发途径一、天然药物或中药的研发途径1.1.通过文献资料通过文献资料民间用药的调研民间用药的调研通过药理学的筛选研通过药理学的筛选研究究发现具有药效的动植物发现具有药效的动植物将其开发为新药将其开发为新药发现具有药效的矿物及微生物发现具有药效的矿物及微生物（一）从天然药物或中药中开发新的主要形式（一）从天然药物或中

2、药中开发新的主要形式 2.2.已知某种成分已知某种成分已知某类成分已知某类成分具有药用价值具有药用价值根据动植物的亲缘关系根据动植物的亲缘关系寻找含有这种成分的动植物寻找含有这种成分的动植物将其开发为新药将其开发为新药 这种形式可以解决贵重药材资源不足的问题，这种形式可以解决贵重药材资源不足的问题，从而寻找替代资源。从而寻找替代资源。如：如：黄连、黄柏黄连、黄柏均含有黄连素，具有抗菌消炎作均含有黄连素，具有抗菌消炎作用，临床疗效良好，但因用，临床疗效良好，但因黄连、黄柏黄连、黄柏资源有限，资源有限，故限制黄连素的使用。故限制黄连素的使用。根据亲缘关系发现根据亲缘关系发现三颗针三颗针中也含有黄连

3、素，中也含有黄连素，进而将三颗针开发成一个新药。进而将三颗针开发成一个新药。又如：人参又如：人参 人参茎叶人参茎叶 3.3.在不明确有效成分的基础上：在不明确有效成分的基础上：临床疗效明确的经典方临床疗效明确的经典方经验方经验方经药效学研究复方中药经药效学研究复方中药开发为新药开发为新药 4.有效部位有效部位有效成分有效成分在基本搞清基础上在基本搞清基础上将有效部位开发为新药将有效部位开发为新药 如：地奥心血康、银杏叶制剂等。如：地奥心血康、银杏叶制剂等。特点：药品的均一性较易控制，临床疗效稳特点：药品的均一性较易控制，临床疗效稳 定、质量易于得到保证等。定、质量易于得到保证等。5.5.通过天

4、然药物的研究通过天然药物的研究中药中有效成分的研究中药中有效成分的研究生物活性成分的研究生物活性成分的研究发现有药用价值的单体发现有药用价值的单体开发为新药开发为新药如：青蒿素如：青蒿素 青蒿素甲醚青蒿素甲醚（二）从天然药物或中药中开发的三阶段（二）从天然药物或中药中开发的三阶段1、临床前研究、临床前研究 选定研究对象；选定研究对象；收集原材料收集原材料 筛选活性筛选活性 分离追踪活性成分、确认结构分离追踪活性成分、确认结构 动物试验动物试验急性毒性试验急性毒性试验长期毒性试验长期毒性试验特殊毒性试验特殊毒性试验（致畸、致癌、致突变）（致畸、致癌、致突变）药代动力学试验药代动力学试验 处方及工

5、艺研究处方及工艺研究临床及生产用药品质量研究临床及生产用药品质量研究 原料及制剂稳定性研究原料及制剂稳定性研究生物利用度或溶出度试验生物利用度或溶出度试验 制剂工业化研究制剂工业化研究 资源调查研究资源调查研究栽培研究栽培研究 组织培养组织培养人工合成人工合成 原料保障原料保障 供应研究供应研究 2、临床试验研究临床试验研究 期临床试验期临床试验 期临床试验期临床试验 申请新药证书及生产批文号申请新药证书及生产批文号3、试生产阶段试生产阶段 期临床试验（安全性考察）期临床试验（安全性考察）4、正式生产正式生产 选择确定作为开发对象的目标化合物选择确定作为开发对象的目标化合物工业化探讨（大量制备

6、）工业化探讨（大量制备）临床试验用样品临床试验用样品上市销售（上市销售（GSP)现代创新药物研究开发的大致过程现代创新药物研究开发的大致过程合成合成情报情报 提取、结提取、结 构测定构测定 活性筛选活性筛选药理药理 生化生化特殊毒性特殊毒性 毒毒 性性药效药理药效药理一般药理一般药理药物动态药物动态吸收排泄吸收排泄代谢代谢作用机理作用机理急性毒性急性毒性亚急性毒性亚急性毒性慢性毒性慢性毒性致畸致畸致癌致癌 致瘾致瘾生殖毒性生殖毒性 理化学性质、理化学性质、制定质量标准制定质量标准稳定性稳定性配伍变化配伍变化试验方法试验方法试验规格试验规格工业制备方工业制备方法探讨法探讨 合成合成提取精制提取精

7、制 发酵发酵制剂化探讨制剂化探讨III期：毒性、药效（多数病人，期：毒性、药效（多数病人，多点观察）多点观察）II期：毒性、药效（少数病人）期：毒性、药效（少数病人）I期：毒性（健康人群）期：毒性（健康人群）申请临床试验申请临床试验(GCP）申请生产许可申请生产许可(GMP)创新药物源创新药物源头研究阶段头研究阶段(GLP)杂志公开发表杂志公开发表 接受公众检验接受公众检验申请专利申请专利 二、天然药物中生物活性成分的研究方法二、天然药物中生物活性成分的研究方法 从天然药物或中药中开发创新药物的从天然药物或中药中开发创新药物的关键关键是能是能否从天然药物或中药中分离得到有药用价值的否从天然药物

8、或中药中分离得到有药用价值的活性活性化合物。化合物。中药有千年用药历史中药有千年用药历史,对某些疾病有对某些疾病有独特疗效独特疗效,临临床基础雄厚床基础雄厚,其中化学成分和和其中化学成分和和种类多种类多，结构新颖结构新颖，是创新药物及其先导化合物的重要来源。是创新药物及其先导化合物的重要来源。1.确定测试模型或指标，进行体内或体外试验。确定测试模型或指标，进行体内或体外试验。2.按化学成分的性质将其粗分为不同部分，确定按化学成分的性质将其粗分为不同部分，确定 活性部位。活性部位。(一一)天然药物或中药中原生生物活性成分的研究天然药物或中药中原生生物活性成分的研究 3.3.采用色谱或其他方法对活

9、性部位分离得采用色谱或其他方法对活性部位分离得 到活性成分。到活性成分。4.4.根据理化性质或波普数据确定单体化合根据理化性质或波普数据确定单体化合 物的结构。物的结构。5.5.对有药用价值的化合物进行结构修饰或对有药用价值的化合物进行结构修饰或 构效关系的研究，进而将其开发成新药。构效关系的研究，进而将其开发成新药。(二二)天然药物或中药中前体活性成分的研究天然药物或中药中前体活性成分的研究 动植物中的化学成分本身动植物中的化学成分本身无无生物活性，但经生物活性，但经体体内代谢内代谢后的产物具有后的产物具有很强很强的生物活性，称为的生物活性，称为前体活性前体活性成分成分。对这类成分的研究常采

10、用体内代谢的方法进行。对这类成分的研究常采用体内代谢的方法进行。（三）血清药化学和血清药理学（三）血清药化学和血清药理学 天然药物中尽管含有很多化学成分，通常只有吸天然药物中尽管含有很多化学成分，通常只有吸收入血液中才能发挥药效。吸收入血的成分属于少数，收入血液中才能发挥药效。吸收入血的成分属于少数，如果只研究吸收到血液中的成分如果只研究吸收到血液中的成分（血清药化学血清药化学）及药及药理作用理作用（血清药理学血清药理学）可大大降低成本。可大大降低成本。但此法可靠性相对较差，此法不太常用但此法可靠性相对较差，此法不太常用。（四）生物活性成分研究应注意的问题（四）生物活性成分研究应注意的问题 1

11、 1关键在于选择、建立先进的生物活性测试方法关键在于选择、建立先进的生物活性测试方法 天然活性化合物的追踪分离能否取得成功，关天然活性化合物的追踪分离能否取得成功，关键在于有无好的生物活性测试体系。试验模型可以有键在于有无好的生物活性测试体系。试验模型可以有整体动物、器官、组织、细胞、酶或受体以及体内生整体动物、器官、组织、细胞、酶或受体以及体内生物活性物质物活性物质等。等。采用整体动物进行的试验与人比较相近，但是实采用整体动物进行的试验与人比较相近，但是实验费时费钱，现象复杂，加以动物个体差异及病理模验费时费钱，现象复杂，加以动物个体差异及病理模型难于建立等因素，给分离过程活性筛选带来难度。

12、型难于建立等因素，给分离过程活性筛选带来难度。目前在实际工作中多采用的是那些灵敏、简便、目前在实际工作中多采用的是那些灵敏、简便、可用于微量样品的可用于微量样品的体外活性体外活性测试方法。测试方法。其中，利用对其中，利用对酶酶、受体受体或或体内生物活性物质体内生物活性物质的抑的抑制或促进作用，以及制或促进作用，以及利用基因调控利用基因调控影响进行的活性测影响进行的活性测试方法因为简便易行又可定量，更是受到青睐，得到试方法因为简便易行又可定量，更是受到青睐，得到越来越广泛的应用。越来越广泛的应用。但是有时这种体外活性测试方法所得结果与药但是有时这种体外活性测试方法所得结果与药物实际在体内的作用并

13、不平行，故实践中也应予以物实际在体内的作用并不平行，故实践中也应予以注意。注意。2 2确保供试材料具有活性确保供试材料具有活性 这是追踪分离活性化合物的前提。这是追踪分离活性化合物的前提。为确保活性成分分离工作在可靠的基础上进行，为确保活性成分分离工作在可靠的基础上进行，对供试天然药物或中药有时须对供试天然药物或中药有时须采用多项指标、体内外采用多项指标、体内外进行测试加以确认。进行测试加以确认。本方法的优点是：本方法的优点是：活性低或含量少的化合物不至于丢失；活性低或含量少的化合物不至于丢失；增加了检出新化合物的机会；增加了检出新化合物的机会；可能分离得到不同作用机制的化合物。可能分离得到不

14、同作用机制的化合物。3.3.在众多生物活性中力求找出最本质的作用在众多生物活性中力求找出最本质的作用 天然药物或中药在临床治疗上可能作用于天然药物或中药在临床治疗上可能作用于多个靶多个靶点点，因而具有，因而具有多种疗效多种疗效，即表现出，即表现出多方面的活性多方面的活性。研究者应当力求找出其中最本质的作用，选择建研究者应当力求找出其中最本质的作用，选择建立反映临床治疗作用特点、且效果与之平行的活性测立反映临床治疗作用特点、且效果与之平行的活性测试体系，才有可能追踪分离出目的试体系，才有可能追踪分离出目的活性成分活性成分或甚至或甚至有有效成分效成分。中药或天然药物名称 生理活性活性筛选体系 目标

15、活性物质 乌头 (Aconitum spp.)强心强心、利尿兴奋、镇痛镇痛Yagi-Hartung法（离体蛙心）去甲基乌药碱去甲基乌药碱（Higenamine)乌头碱类乌头碱类大黄（Rheum coreanum及R.palmatum的杂交种）健胃、缓泻缓泻 致泻活性(小鼠)番泻苷番泻苷 (sennoside(sennoside)茵陈蒿 (Artemisia capillaris)利胆、抗炎 胆汁分泌促进作用 茵陈色原酮 (capillarisin)等 贝(日本产)(Babylonia japonica)口渴、视力减退、瞳孔散大瞳孔散大、言语障碍、便秘 atropine定量法（小鼠散瞳率试验)s

16、urugatoxin软紫草 (Arnebia euchroma)止血、抗炎抗炎、抗菌、抗病毒、抗癌抗癌前列腺素PGE2生合成抑制活性 arteriolearnibinone arnebifuranone shikonins类类 4 4注意正确比较并判断各个部位的活性注意正确比较并判断各个部位的活性 一般要与母体比较，所得几个子体活性强弱参一般要与母体比较，所得几个子体活性强弱参差不齐，则示活性分离与物质分离平行，预示可能差不齐，则示活性分离与物质分离平行，预示可能得到良好的分离效果；得到良好的分离效果；如某个子体活性显著增强，则示分离过程中可如某个子体活性显著增强，则示分离过程中可能除去了某种

17、拮抗作用物质；能除去了某种拮抗作用物质；如果所得各个子体活性均明显减弱，则提示活性如果所得各个子体活性均明显减弱，则提示活性成分可能分解、流散、或因吸附剂发生不可逆吸附所成分可能分解、流散、或因吸附剂发生不可逆吸附所致，或因该药的活性原本为多组分的综合作用致，或因该药的活性原本为多组分的综合作用(相加相加或相乘或相乘)，故分离后反而导致活性的减弱或丧失。，故分离后反而导致活性的减弱或丧失。具体问题具体分析，并采取相应对策。具体问题具体分析，并采取相应对策。（五）活性成分分离的几个实例（五）活性成分分离的几个实例 ArtemisininOOCH3OH3CHCH3OOHHThe newest cl

18、ass of potential antimalarials are peroxy-bridge containing compounds.例例 青蒿素的研发过程青蒿素的研发过程 疟疾流行病学调查：疟疾流行病学调查：分布：分布：100100多个国家为疟疾流行区，高危人群多达多个国家为疟疾流行区，高危人群多达2222亿，亿，超过世界人口的超过世界人口的1/31/3。发病发病:2005:2005年全球每年感染疟疾超过年全球每年感染疟疾超过5 5亿人，临床病例亿人，临床病例300300500500万；死亡人数万；死亡人数110110270270万。万。预测：根据大气环流模型预测：根据大气环流模型(G

19、CM)(GCM)预测，预测，21002100年全球平均气温年全球平均气温将升高将升高3-53-5摄氏度，发病人数在热带地区将增加摄氏度，发病人数在热带地区将增加2 2倍，温带倍，温带地区增加地区增加1010倍以上。倍以上。（疟疾的儿童传染率在浅色地区和深色地区分别为10%和50%。）2020世纪世纪6060年代以来，美、英、法、德等国化费大年代以来，美、英、法、德等国化费大量人力和物力，寻找抗疟有效的新结构类型化合物，量人力和物力，寻找抗疟有效的新结构类型化合物，但始终没有满意的结果。但始终没有满意的结果。我国是从我国是从19641964年重新开始了对抗疟新药研究；年重新开始了对抗疟新药研究；

20、19671967年，组织全国年，组织全国7 7大省、市全面开展这项工作。大省、市全面开展这项工作。从中草药中寻找抗疟新药一直是整个工作的主流，从中草药中寻找抗疟新药一直是整个工作的主流，但是，通过对数千种中草药的初步筛选，却没有任何但是，通过对数千种中草药的初步筛选，却没有任何重要发现。重要发现。明代明代医方类聚医方类聚中记载两个治疗疟疾的复方中记载两个治疗疟疾的复方青蒿鳖甲汤青蒿鳖甲汤和和青蒿茵陈汤青蒿茵陈汤，于是科学家推，于是科学家推想到青蒿可能是治疗疟疾的主药。想到青蒿可能是治疗疟疾的主药。1969年年2月，中国中医研究院中药研究所首席研究月，中国中医研究院中药研究所首席研究员屠呦蚴首先

21、从收集整理历代医籍、本草、地方药志员屠呦蚴首先从收集整理历代医籍、本草、地方药志的单、验方入手，整理了一个从的单、验方入手，整理了一个从2000余方药中选编的余方药中选编的640种药物为主的抗疟方药集，进行实验研究。经系种药物为主的抗疟方药集，进行实验研究。经系统查阅有关文献，改进了提取方法，终于在第统查阅有关文献，改进了提取方法，终于在第191次次实验（先后筛选方药实验（先后筛选方药200余种）中，获得青蒿抗疟发余种）中，获得青蒿抗疟发掘的成功。青蒿提取物对鼠疟原虫抑制率达掘的成功。青蒿提取物对鼠疟原虫抑制率达100%。研究与开发研究与开发 结结 构构 改改 造造 针对复发率比较高、用药剂量

22、比较大问题。屠呦针对复发率比较高、用药剂量比较大问题。屠呦呦等人还对其衍生物进行了研究。呦等人还对其衍生物进行了研究。历经历经6 6年时间，开发成功抗疟疗效比青蒿素高年时间，开发成功抗疟疗效比青蒿素高1010倍，而复发率极低、用药剂量小、使用方便的抗疟新倍，而复发率极低、用药剂量小、使用方便的抗疟新药药-还原青蒿素。还原青蒿素。19901990年年3 3月，还原青蒿素通过了技术鉴定，专家月，还原青蒿素通过了技术鉴定，专家们普遍认为该药是目前国际上比较理想的口服抗疟治们普遍认为该药是目前国际上比较理想的口服抗疟治疗药，将青蒿素结构中的羰基改为羟基，使临床疗效疗药，将青蒿素结构中的羰基改为羟基，使

23、临床疗效大幅度提高，具有理论和实际意义。大幅度提高，具有理论和实际意义。OOOOHCH3HCH3OHH3COOOOHCH3HCH3OHHH3CNaBH4OOOOHCH3HCH3OCH3HH3COOOOHCH3HCH3OCOCH2CH2COOHHH3CDihydroartemsinin with doubled activityArtemether31 timesArtemisininArtesunatewater solubleOOOHCH3HCH3OHH3CHydroartemisininHIn 1996 reported that there were 1.5-2.7 million de

24、aths annually and majority were children.500 million new incidences annually.中国中医研究院中药研究所首席研究员屠呦呦带中国中医研究院中药研究所首席研究员屠呦呦带领课题组人员发明和研制青蒿素和还原青蒿素，被评领课题组人员发明和研制青蒿素和还原青蒿素，被评为为“国家发明奖国家发明奖”1978 年出席年出席“全国科学大会全国科学大会”获全国科学大会奖获全国科学大会奖.1992 年双氢青蒿素被国家科委等评为年双氢青蒿素被国家科委等评为“全国十大全国十大科技成就奖科技成就奖”.1997 年双氢青蒿素被卫生部评为年双氢青蒿素被卫生部评为“新中国十大卫新中国十大卫生成就生成就”.1987 年由世界文化理事会授予年由世界文化理事会授予阿尔伯特阿尔伯特爱因斯坦爱因斯坦世界科学奖世界科学奖.重庆酉阳青蒿种植GAP基地广西西林青蒿种植基地