7-海洋生物活性物质

海洋生物活性物质一、概述海洋生物活性物质的微量存在形式，限制了实际的应用开发。低等海洋生物活性物质可能大部分或全部来源于低等海洋生物现代生物工程技术为海洋生物活性物质的提取实现了可行性。微藻中提取ω3多不饱和脂肪酸，藻胆蛋白，维生素C，水华束丝藻制取石房蛤毒素。海洋细菌生产河豚毒素。二、海洋生物活性物质的特点1、种类繁多，结构特异；众多的海洋生物，特殊的海洋环境，使海洋生物中存在着大量的不同于陆地的化合物，许多具有很有意义的化学性质和显著的生理活性。2、活性强产生：海洋生物物种间的生态作用复杂而广泛，且多通过物种间化学物质起作用，如信息素、种间激素、拒食剂等来实现。半致死量都在每公斤几十微克，甚至1微克以下。氰化钾LD50为5毫克/公斤，3、含量少一般含量都比较少，西加毒素在鱼体内的含量只到1-10ppb。有一些物质可能含量也很高，如海洋鱼油、ω3多不饱和脂肪酸，牡蛎中的牛磺酸，海藻中的多糖和碘等。生活在大洋深处，活性物质易变质，海洋生物成分复杂，含量少，都使直接提取海洋生物成为难点三、研究开发的意义1、主要集中在开发药物上当癌症、AIDS、各种免疫性疾病和流行性疾病威胁加重，陆生天然产物及化学合成效果不理想或副作用过多时。2、作为保健品、化妆品和功能食品四、研究概况1965年，可食的软体动物SurugaBabyloniajaponica。B.japonica并不吞食有毒的浮游生物，这种软体动物只在6月到9月当海水温度达到25℃时才会有毒。所以很多人认为毒性可能是由微生物产生有毒物质并在B.japonica体内积累而引起的。分离于B.japonica消化腺中的一种革兰氏阳性棒杆菌Corynerormbacterium可产生和是Neosurugatoxin和trosurugatoxin两种化合物。它们是很强的交感神经阻制剂，活性高于现有药物meconylaminehexamethonium近5000倍，而且专一地阻制烟咸性受体，是研究脑神经系统很好的工具（一）海洋生物毒素1、毒素种类河豚毒素（TTX）：存在于河豚科鱼类的卵巢和肝脏中。其他动物中也可分离到。64年确定结构，72年人工合成。发酵工程生产TTX。产生菌：单细胞海洋细菌产生，如假单胞菌、弧菌和别单胞菌，这可能是与在海洋环境中发生质粒转移。毒理；阻断神经细胞膜的钠通道。应用：治疗气喘病、神经紊乱、可放松肌肉，缓或减轻各种疼痛。石房蛤毒素（STX）来源：赤潮的有毒藻类及其一些共生菌。毒理：麻痹性水生有壳动物毒素，可阻断乙酰胆碱的产生而阻断神经传导。产生：在一种海洋甲藻Protogonyanlastamarensis中发现的，实际是由与STXP.tamarensis共附生的海洋Moraxellasp.产生的。应用：最毒的非蛋白毒素———石房蛤毒素，经改造成为良好的镇痛药,它比普鲁卡因和可卡因强10万倍。沙蚕毒素：34年分离，66年制成农药，可消灭稻茎蛀虫和其他昆虫，而对温血动物无害。西加毒素（西加鱼毒）：化学成分为耐热的脂溶性化合物。底栖的双鞭甲藻产生，可增加细胞膜对钠的通透性，可使人头晕、恶心、痉挛、麻痹，甚至死亡。海洋生物毒素具有特殊的作用机制。它的强毒性取决于它的高选择性的特殊作用机制,海洋毒素常作用于控制生物生命过程的关键靶位,如神经受体、离子通道、生物膜等。2、分类：根据化学结构划分弧胺类毒素：代表是TTX，每千克近2亿美元,服用微量可使精神病患者在一瞬间恢复“正常意识”,对脑伤、脑神经疾病、心血管疾病治愈率也很高聚醚类毒素：脂链聚醚毒素、大环内脂聚醚毒素和梯形聚醚毒素。岩沙海葵毒素(PTX)、西加毒素(CTX)、刺尾鱼毒素(MTX)等,其中刺尾鱼毒素的毒性比河豚毒素高200倍,与已知毒性最大的天然毒素———肉毒毒素比，仅低25倍。肉毒毒素的分子量为150000,而刺尾鱼毒素分子量仅3424。肽类毒素：海葵肽类激素、芋螺肽类激素、海蛇肽类毒素和细胞毒素等。（二）抗肿瘤活性物质50年代初，Bergmann等人从海绵中分离到抗癌先导化合物——尿嘧啶阿拉伯糖苷，其人工合成类似物——胞嘧啶阿拉伯糖苷成功被运用到抗白血病等肿瘤药物。美国国家肿瘤研究所（NCI）报告，海洋动物提取物中，有10%有抗P-338淋巴细胞，白血病或KB细胞的活性，3.5%的海洋植物提取物中有抗肿瘤或细胞毒性。有活性且毒性不大，临床应用是少数。不仅要直接提取药物，而且要利用其先导化合物，以便人工合成新的抗肿瘤药物。体外肿瘤细胞毒活性：对体外培养肿瘤细胞具有杀伤、抑制等能力。P388和L1210白血病肿瘤细胞对95%以上的化合物敏感，具有简单、快速、灵敏等特点。在抗肿瘤活性化合物的跟踪分离中，以上两种肿瘤细胞应用比较普遍。1、海洋活性物质的种类海藻中的抗肿瘤活性物质海绵中的抗肿瘤活性物质海洋微生物中的抗肿瘤活性物质海兔中抗肿瘤活性物质珊瑚的抗肿瘤活性物质海参中抗肿瘤活性物质海鞘中抗肿瘤活性物质鲨鱼中抗肿瘤活性物质小单孢菌属的海洋放射菌株L-13-ACM2-092的菌丝体块中分离出多肽thiocoraline.对P-388，A-549和MEL—28有很强的细胞毒活性。可与卷曲的DNA结合，并能抑制RNA的合成，同时对革兰氏阳性菌也有很强的毒性。新细菌Pelagiobactervariabilis中的吩嗪抗生素pelagiomicinsA,B,C,虽然在水和乙醇中易分解，但在体内外有较强的抗肿瘤和革兰氏阳性菌和阴性菌的抗生素活性。小球腔菌属Leptosphaeria的菌丝体中分离的毛壳菌素的同系物LeptosinsA，B，C，D，E和F，在体外对P388有抗肿瘤活性，结构已经被分析，其中A和C偶显著的抗S180活性。2、海洋抗肿瘤药物的研究过程（1）生物样品材料采集：冷冻保存法和有机溶媒-低温保存法。（2）生物样品中活性成分提取用适宜的溶剂和适当的方法进行提取，往往根据目的物的极性进行分离，极性低的用氯仿、丙酮、异丙醇、乙醇、甲醇苯酚或不同比例的混合有机溶剂进行提取；极性大的用水、甲醇、乙醇或不同浓度的水性醇进行提取。一般不宜使用加热的方法（3）海洋生物提取物抗肿瘤活性初步筛选要求：灵敏、快速和可靠的活性测试筛选方法。A肿瘤细胞毒水平的筛选：利用体外培养的肿瘤细胞来观察待测物质对培养肿瘤细胞的直接杀伤或生长抑制等现象的筛选方法。简单、经济，技术要求低，但肿瘤细胞培养困难。B机理水平的筛选：利用已发现的与肿瘤发生、发展相关性的生物酶、受体和基因为靶点，观察待测物质对它们的抑制、激活、分解等现象。灵敏度高，但酶、受体或基因等生物材料难获得，细胞外有作用的化合物在细胞内不一定有作用。由计算机控制的机械操作高通量筛选（highthroughputscreening,HTS）.(4)海洋生物提取物中活性成分分离A溶剂法：不同化合物在同一溶剂中的溶解度不同，多数情况下很难将结构相似的组分分开。萃取、沉淀和结晶是常用的方法。B色谱法：混合物中各组分的物理和化学性质差异，使各成分不同程度地分布在固相和液相中，柱色谱（量大）、薄层色谱（量少）、离子色谱（量少）和凝胶电泳色谱（核酸和蛋白质）原理：吸附色谱、分配色谱、排阻色谱和离子交换色谱。正向色谱和反向色谱。固定相：硅胶、氧化铝、聚酰胺、活性炭、硅藻土、纤维素、阳离子和阴离子交换树脂、大孔吸附树脂、凝胶以及C-8和C-18反相硅胶等跟踪抗肿瘤活性，只对目标产物进行研究。（5）海洋生物抗肿瘤活性化合物的结构测定目的：全合成、半合成、结构改造和构效关系等进一步相关性研究。A经典的化学降解法：缺点：量大费时、样品不能回收加热分解、锌粉蒸馏、酸碱裂解、霍夫曼降解氧化、还原、水解。按降解规律和原理合理推导出活性化合物结构。B现代光谱分析法：测定活性化合物的各种光谱数据，紫外、红外、质谱、和一维、二维和三维核磁共振光谱，根据不同化合物各自的特征光谱，综合分析来推断活性化合物的结构。优点：快速、灵敏准确、用样量少、样品可回收。色谱与其它技术联用：色质联用、色谱-核磁共振连用、色谱与红外联用。（6）后续研究抗肿瘤药物设计：剂量和剂型，在动物体内进行，研究剂量、剂型、毒性和疗效间的关系。抗肿瘤药物动物安全实验：急性毒性实验（较大剂量下观察对动物各组织、器官生理和病理变化）和慢性毒性实验。（长期有效剂量使用后观察药物的致畸、致癌、致突变等不良性质及各组织、器官生理和病理变化）1期临床实验：对人体的毒性情况，在不同剂量下对人体不同组织、器官的病理和生理影响及剂量-毒性-疗效间的关系，确定最大耐受剂量和最佳治疗剂量。1-2个癌症中心进行后综合分析评价。2期临床实验：药物对不同肿瘤的临床治疗效果和用药方案，确定药物应用范围和治疗方法。10-20个，10-20种。3期临床实验：对适应范围进行扩大研究，以发挥最大、最有效的作用。近百个中心，对近百种肿瘤患者进行。商品化（7）存在的问题无海洋抗肿瘤药物进入3期临床实验。只有一个与海洋生物代谢产物相关的合成化合物阿拉伯糖苷开发成为抗肿瘤药品。20年。从紫杉中细胞毒活性成分的发现到紫杉醇作为治疗子宫癌药物，时间是30年。抗肿瘤药物的资源问题。生物工程技术培养微生物和化学合成。复杂而投资巨大的多学科系统研究。(三)、抗生素海洋生物提取物，尤其是海藻提取物或其细胞外产物都抗微生物的活性，但结构和种类未清楚。种类较多，但毒性太大或在体内失去毒性，但可能作为先导化合物来合成新药。海洋微生物中14.1%的细菌、44.0%放线菌、11.5%的真菌都具有不同程度的拮抗性。海洋真菌枝顶孢霉(Actmoniumchrysogenum)产生的头孢霉素C,现已经用于医疗。蓝细菌中分离出抗水稻胚胞和小麦锈斑病的活性物质。（四）酶Cathestatins是海洋细菌产生的一种热稳定性的组织蛋白酶抑制剂,在治疗骨病等方面具有一定的应用前景。Dioctatin是一种分离自放线菌的新型物质,对二肤酰氨基肤酶有抑制作用,可望用于治疗关节炎等疾病（五）抗心血管病活性物质海洋多不饱和脂肪酸(Polyunsaturatedfattyacid,PUFA)的代表是二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA)。海洋细菌中的EPA是磷脂型的，优于鱼类的中性脂质EPA，提取成本低，没有特殊的鱼腥味，因此从海洋细菌中获取EPA和DHA具有广阔的应用前景。EPA具有抗凝血功能，可有效预防和治疗血栓的形成、动脉硬化及其引起的血液循环性疾病。Yazawa分离到的一株海洋细菌中，EPA含量占总脂的24%～40%，占细胞干重的2%。DHA能促进脑细胞的发育，改善大脑机能，用于中枢神经系统疾病的预防和治疗。（六）抗病毒活性物质先后从海绵、珊瑚、海鞘、凹顶藻等海洋生物中分离到抗病毒的活性物质。抗爱滋病AZT的重要原料胸腺嘧啶脱氧核苷是从海洋鲱鱼的精液中提取的。Lar，1993年筛选了900多种蓝细菌的提取物，发现20%具有活性，青岛海洋大学从海藻中分离的两种硫酸多糖，PV-911和PS-870对正常细胞无毒副作用，可分别在动物体内（25毫克/公斤）和体外（1-10微克/毫升）抑制HIV的复制。五、存在问题和展望1、存在的问题(l)活性物质筛选等基础性工作薄弱,有必要建立系统化、规模化、高通量的活性物质筛选方法。(2)利用现代生物技术手段进行海洋生物活性物质开发刚刚起步,大部分项目还是处于研究的初期。(3)产业化水平低。2、展望(1)继续寻找能产生新颖或高活性的生物活性物质的海洋细菌。(2)海洋细菌发酵条件的研究。(3)海洋细菌中特定功能基因的研究。(4)海洋细菌活性物质的人工合成研究。