1、第十一章第十一章 天然药物的研究开发天然药物的研究开发 10.1 10.1 概概 述述 2l2l世纪已经到来世纪已经到来,在新的世纪在新的世纪,具有我国传统文化具有我国传统文化特色和独特优势的中药与天然药物，正面临着前所未特色和独特优势的中药与天然药物，正面临着前所未有的发展机遇和挑战。有的发展机遇和挑战。近年来，随着疾病谱的改变、药源性疾病的增多、健康近年来，随着疾病谱的改变、药源性疾病的增多、健康观念的转变，在世界范围内，回归自然、重视天然药物已经观念的转变，在世界范围内，回归自然、重视天然药物已经成为潮流。欧共体对草药进行了统一立法，加拿大和澳大利成为潮流。欧共体对草药进行了统一立法，加
2、拿大和澳大利亚等国草药地位已经合法化，美国起草了植物药管理办法，亚等国草药地位已经合法化，美国起草了植物药管理办法，开始接受天然药物的复方制剂作为治疗药，这些为中药作为开始接受天然药物的复方制剂作为治疗药，这些为中药作为治疗药进入国际医药市场提供了良好的国际环境。作为世界治疗药进入国际医药市场提供了良好的国际环境。作为世界优秀传统医药文化，中医药以其系统的理论体系，独特的诊优秀传统医药文化，中医药以其系统的理论体系，独特的诊疗方法，显著的临床疗效，正被越来越多的国家和地区所认疗方法，显著的临床疗效，正被越来越多的国家和地区所认识和接受。识和接受。10.1.1 10.1.1 发展机遇发展机遇 随
3、着全球经济一体化进程的加快，特别是我国已经正式随着全球经济一体化进程的加快，特别是我国已经正式加入加入WTO，我国传统中药市场将我国生产的众多传统中药产，我国传统中药市场将我国生产的众多传统中药产品由于尚不能符合国际医药市场的标准和要求，目前仅品由于尚不能符合国际医药市场的标准和要求，目前仅3%的的国际市场销售份额还有可能进一步萎缩。在继承和发扬中医国际市场销售份额还有可能进一步萎缩。在继承和发扬中医药优势和特色的基础上，充分利用现代科学技术的方法和手药优势和特色的基础上，充分利用现代科学技术的方法和手段，借鉴国际通行的医药标准与规范，研究开发能够正式进段，借鉴国际通行的医药标准与规范，研究开
4、发能够正式进入国际医药市场的中药与天然药物产品，并初步建立我国中入国际医药市场的中药与天然药物产品，并初步建立我国中药研究开发和生产的规范体系，己成为人们的共识。药研究开发和生产的规范体系，己成为人们的共识。10.1.2 10.1.2 挑战挑战10.1.3 10.1.3 资源优势资源优势 我国是世界上植物资源最为我国是世界上植物资源最为丰富的国家，约有丰富的国家，约有30000余种高余种高等植物。我国有从热带、亚热带、等植物。我国有从热带、亚热带、温带到寒带的多种植物资源，其温带到寒带的多种植物资源，其中特有种占中特有种占50以上，其丰富的以上，其丰富的生物多样性是世界上其他国家所生物多样性是
5、世界上其他国家所不能及的，蕴藏着巨大的开发潜不能及的，蕴藏着巨大的开发潜力。力。中药、天然药物注册分类中药、天然药物注册分类o1、未在国内上市销售的从植物、动物、矿物等物质中提取的未在国内上市销售的从植物、动物、矿物等物质中提取的有效成份及其制剂。有效成份及其制剂。o2、新发现的药材及其制剂。新发现的药材及其制剂。o3、新的中药材代用品。新的中药材代用品。o4、药材新的药用部位及其制剂。药材新的药用部位及其制剂。o5、未在国内上市销售的从植物、动物、矿物等物质中提取的未在国内上市销售的从植物、动物、矿物等物质中提取的有效部位及其制剂。有效部位及其制剂。o6、未在国内上市销售的中药、天然药物复方
6、制剂。未在国内上市销售的中药、天然药物复方制剂。o7、改变国内已上市销售中药、天然药物给药途径的制剂。改变国内已上市销售中药、天然药物给药途径的制剂。o8、改变国内已上市销售中药、天然药物剂型的制剂。改变国内已上市销售中药、天然药物剂型的制剂。o9、仿制药。仿制药。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）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 生化特殊毒性 毒 性药效药理一般药理药
7、物动态吸收排泄代谢作用机理急性毒性亚急性毒性慢性毒性致畸致癌 致瘾生殖毒性 理化学性质、制定质量标准稳定性配伍变化试验方法试验规格工业制备方法探讨 合成提取精制 发酵制剂化探讨III期：毒性、药效（多数病人，多点观察）II期：毒性、药效（少数病人）I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)创新药物源头研究阶段(GLP)杂志公开发表 接受公众检验申请专利o中药的研究离不开祖国医学长期实践所积累的经验，是寻找新药中药的研究离不开祖国医学长期实践所积累的经验，是寻找新药的极为重要的源泉和基础。的极为重要的源泉和基础。o古代，人类在寻找新药的漫长历史中，
8、在亲身古代，人类在寻找新药的漫长历史中，在亲身“尝试尝试”中不断积中不断积累各种药物知识，即神农尝百草的方法。累各种药物知识，即神农尝百草的方法。o在天然药物的研究过程中，要注重经典文献的调研，如根据中医在天然药物的研究过程中，要注重经典文献的调研，如根据中医经验和历代医书上记载中药青蒿对经验和历代医书上记载中药青蒿对“截疟截疟”有效。东晋葛洪著有效。东晋葛洪著肘后备急方肘后备急方中记载，中记载，“青蒿一握，水二升渍，绞取汁尽服青蒿一握，水二升渍，绞取汁尽服之之”，说明青蒿中含有抗疟有效成分，且加热易破坏，故将青蒿，说明青蒿中含有抗疟有效成分，且加热易破坏，故将青蒿低温提取获得抗疟有效成分青蒿
9、素，用于抗疟具有显著的特点，低温提取获得抗疟有效成分青蒿素，用于抗疟具有显著的特点，又通过构效关系研究合成了新的衍生物，疗效显著提高，且水溶又通过构效关系研究合成了新的衍生物，疗效显著提高，且水溶解性更强。解性更强。o文献是前人积累的宝贵经验，通过查阅文献了解近缘植物的研究文献是前人积累的宝贵经验，通过查阅文献了解近缘植物的研究概况。只有了解前人成功的经验方法，才能最大限度的借鉴和利概况。只有了解前人成功的经验方法，才能最大限度的借鉴和利用前人的经验开展新的研究，少走弯路，节省人力、物力和时间。用前人的经验开展新的研究，少走弯路，节省人力、物力和时间。10.2 10.2 天然药物中开发新药途径
10、天然药物中开发新药途径 10.2.1 10.2.1 经验积累经验积累 10.2.2 10.2.2 偶然发现偶然发现 偶然发现在新药研究和发现偶然发现在新药研究和发现中是较常见的，最典型的例子是青中是较常见的，最典型的例子是青霉素的发现，霉素的发现，19281928年，英国细菌学年，英国细菌学家弗莱明一次在研究葡萄球菌的实家弗莱明一次在研究葡萄球菌的实验中偶然发现那次培养的细菌有些验中偶然发现那次培养的细菌有些菌落没有生长，仔细观察发现，在菌落没有生长，仔细观察发现，在这次实验中，培养基被霉菌污染所这次实验中，培养基被霉菌污染所致，后来从这种霉菌中发现了能杀致，后来从这种霉菌中发现了能杀灭细菌的
11、物质青霉素。灭细菌的物质青霉素。本世纪初，特别是本世纪初，特别是30年代以来，世界各国开展了年代以来，世界各国开展了在特定药理模型的基础上筛选药物的工作，对天然药物在特定药理模型的基础上筛选药物的工作，对天然药物的筛选，导致了许多新药的发现。的筛选，导致了许多新药的发现。药物的筛选有如下两种方法：药物的筛选有如下两种方法：10.2.3 10.2.3 药物普筛药物普筛 1 1分离纯化得到纯品化合物，然后再进行活性测试。分离纯化得到纯品化合物，然后再进行活性测试。优点：优点：(1)目标清楚，方法简捷，指标明确，标准同一。目标清楚，方法简捷，指标明确，标准同一。(2)分得标准品后可进行多种药理活性的
12、测试。分得标准品后可进行多种药理活性的测试。缺点：缺点：(1)如果选择的分离方法不当，活性化合物丢失的可能性极大如果选择的分离方法不当，活性化合物丢失的可能性极大。(2)对于极微量活性化合物，这种方法很容易漏检。对于极微量活性化合物，这种方法很容易漏检。2 2在活性筛选方法的指导下进行化合物的分离提取在活性筛选方法的指导下进行化合物的分离提取(Bioassay Directed Separation)。在供试样品的活性确定以后，选用简易、灵敏、可靠的在供试样品的活性确定以后，选用简易、灵敏、可靠的活性测试方法作指导；在分离的每一阶段对分离所得的各个活性测试方法作指导；在分离的每一阶段对分离所得
13、的各个组分进行活性定量研究和评价，跟踪其中活性的部分。组分进行活性定量研究和评价，跟踪其中活性的部分。优点：优点：(1)由于分离过程中，没有化合物类型的框框限制，只以由于分离过程中，没有化合物类型的框框限制，只以活性为指标进行追踪，故发现新化合物的可能性很大。活性为指标进行追踪，故发现新化合物的可能性很大。(2)如果分离过程的某一阶段，如因分离方法或材料选择如果分离过程的某一阶段，如因分离方法或材料选择不当，导致活性化合物的分解变化或流散时，还能迅速不当，导致活性化合物的分解变化或流散时，还能迅速查明原因，并可采取相应的措施进行补救。对天然活性查明原因，并可采取相应的措施进行补救。对天然活性化
14、合物的分离来说，这是一种较好的方法化合物的分离来说，这是一种较好的方法缺点：缺点：(1)活性测试的样品及工作量均大大增加；活性测试的样品及工作量均大大增加；(2)要求分离工作者与活性测试人员的配合。要求分离工作者与活性测试人员的配合。追踪分离天然活性化合物时的注意事项追踪分离天然活性化合物时的注意事项1)1)选择、建立先进的生物活性测试方法选择、建立先进的生物活性测试方法 试验模型：试验模型：整体动物、器官、组织、细胞、酶或受体以及整体动物、器官、组织、细胞、酶或受体以及体内生物活性物质等，现在多采用简单、灵敏的体内生物活性物质等，现在多采用简单、灵敏的酶、受体酶、受体及体内活性物质及体内活性
15、物质等。等。注意点：注意点：有时这种体外活性测试方法所得结果与药物实际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不平行。在体内的作用并不平行。例抑制前列腺素合成酶的药物筛选例抑制前列腺素合成酶的药物筛选 2)2)确保供试材料具有活性确保供试材料具有活性 例 美国国立癌症研究中心筛选抗肿瘤活性植物或动物粗提取物方法植物粗提取物体外多项指标筛选抗肿瘤活性示有抗肿瘤活性有抗肿瘤活性无抗肿瘤活性体内筛选抗肿瘤活性确定抗肿瘤活性或作用机理有新颖性溶剂分配色谱分离示有新颖性浓缩物跟踪分离活性成分示有抗肿瘤活性体内复筛抗肿瘤活性有活性无活性(弃去)本方法的优点是：本方法的优点是：活性低或含量少
16、的化合活性低或含量少的化合物不至于丢失；物不至于丢失；增加了检出新化合物的增加了检出新化合物的机会；机会；可能分离得到不同作用可能分离得到不同作用机制的化合物。机制的化合物。3.3.在众多生物活性中找出最本质的作用在众多生物活性中找出最本质的作用 天然药物或中药在临床治疗天然药物或中药在临床治疗上可能作用于多个靶点，因而上可能作用于多个靶点，因而具有多种疗效，即表现出多方具有多种疗效，即表现出多方面的活性。研究者应当力求找面的活性。研究者应当力求找出其中最本质的作用，选择建出其中最本质的作用，选择建立反映临床治疗作用特点、且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，效果与之平行的活
17、性测试体系，才有可能追踪分离出目的活性才有可能追踪分离出目的活性成分或甚至有效成分。成分或甚至有效成分。中药或天然药物名称 生理活性活性筛选体系 目标活性物质 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 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)(
18、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)surugatoxin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馏分的活性注意正确比较并判断各个馏分的活性 （1 1）分离过程中总是按）分离过程中总是按“等剂量不等强度原则等剂量不等强度原则”对每一阶对每一阶段得到的馏分进行活性定量评估，并与母体作比较，追段得到的馏分进行活性定量
19、评估，并与母体作比较，追踪活性最强馏分。踪活性最强馏分。（2 2）分离过程中常配合采用各种分离手段以求获得良好的）分离过程中常配合采用各种分离手段以求获得良好的分离效果，并应尽量避免采用可能导致活性成分分解或分离效果，并应尽量避免采用可能导致活性成分分解或不可逆吸附的方法或试剂。不可逆吸附的方法或试剂。10.2.4 10.2.4 代谢研究代谢研究(1)(1)药物的代谢研究结果又往往给新药研究提供信息。药物的代谢研究结果又往往给新药研究提供信息。由于药物的体内过程不同，有些药物转化后，活性更由于药物的体内过程不同，有些药物转化后，活性更高，有些转化后则失活，从而可以帮助我们提供新药设高，有些转化
20、后则失活，从而可以帮助我们提供新药设计的重要知识。计的重要知识。(2)(2)植物成分的生物转化，可为一些化合物的结构修饰提植物成分的生物转化，可为一些化合物的结构修饰提供思路，提供新颖的先导化合物。供思路，提供新颖的先导化合物。10.2.5 10.2.5 天然药物的化学修饰或结构改造天然药物的化学修饰或结构改造 不少天然活性化合物因为存在某不少天然活性化合物因为存在某些缺陷而难以直接开发利用：些缺陷而难以直接开发利用：(1)(1)存在一定的毒副作用；存在一定的毒副作用；(2)(2)含量太低，难以从天然原料含量太低，难以从天然原料中取材；中取材；(3)(3)水溶性差、生物利用度差水溶性差、生物利
21、用度差 等等等等 因此，只能以它们为先导化合物因此，只能以它们为先导化合物,进行一系列的化学修饰或结构改造后进行一系列的化学修饰或结构改造后开发成新药。开发成新药。例例 青蒿素的构效关系研究青蒿素的构效关系研究 10.2.6 10.2.6 其他领域的研究其他领域的研究 (1)(1)在新药的研究中，深人开展药物作用机制的研究，也能在新药的研究中，深人开展药物作用机制的研究，也能为新药的发现提供重要的线索。为新药的发现提供重要的线索。(2)(2)利用药物的毒副作用发现新药。利用药物的毒副作用发现新药。实例一实例一 紫杉醇的发现紫杉醇的发现 1971年：提取分离，结构确定，活性确认1975-76年：
22、在多种瘤株上实验有效；1977年：临床前研究；1979年：作用机理探明；1982年：期临床实验；1985-86年：期临床实验(卵巢癌)；1986年：紫杉醇侧链的全合成；1988年：紫杉醇半合成；1990-93年：侧链合成方法的改进；1992年：FDA批准；1994年：首次全合成。红豆杉茎12kg浓缩物95%乙醇提取氯仿-甲醇萃取水层(弃去)氯仿30管液滴逆流层析8-18管(14g,T/C=30%,23mg/kg)400管液滴逆流层析170-189管(2.4g,T/C=16%,15mg/kg)析出Taxol(0.5g,T/C=24%,5mg/kg)加苯研磨10974321HOCOCH3OOCOC C C OOHH HNHCOOCH3COOOHOHOHH研究实例二研究实例二 喜树碱的发现喜树碱的发现 喜树原料12kg热正己烷提取正己烷提取物植物残渣(无活性,弃去)乙醇提取用4倍体积的氯仿+1/4体积的5%含水乙醇处理氯仿层(222g)(高活性)水层氯仿处理氯仿层(32g)水层(高活性)(低活性)NNOOOOHABCDF12310987654141211181920211716
