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海洋药物的发展历程
海洋是一个巨大的天然产物宝库,占地球表面积71%。动物界28个主要动物门有26门生活在海洋水域,低等海洋生物物种更多达15～20万种,据估计约有50余万种动物和13000余种植物栖息于海洋环境之中,海洋生物物种的丰度远高于陆地生物。生长在海洋这特殊环境(高盐、高压、缺氧、缺少光照等)中的海洋生物,在其生长和代谢过程中,产生并积累了大量具有特殊化学结构并具特殊生理活性和功能的物质。21世纪人类社会面临着“人口剧增、资源匮乏、环境恶化”三大问题的严峻挑战。随着陆地资源的日益减少,开发海洋,向海洋索取资源变得日益迫切,而开发海洋药物已迫在眉睫。
一、 海洋药物的发展概况
当前世界上海洋天然产物的开发研究正方兴未艾,走在这一领域前列的是美国,日本及欧共体的成员国。在美国,国家研究委员会(National Research Council)和国立癌症研究所(National Cancer Institute)每年用于海洋药物开发研究的经费各为5000多万美元;近年来,美国国立卫生研究所的海洋药物研究资金已增加到全部研究资金的11%以上,与合成药、植物药基本持平。日本海洋生物技术研究院(Japanese Marine Biotechnology Institute)及日本海洋科学和技术中心(Japan Marine Scienceand Technology Center)每年用于海洋药物开发研究的经费约为1亿多美元。欧共体,海洋科学和技术(Marine Sciencesand Technology,简称MAST)计划每年用于海洋药物开发研究的经费约为1亿多美元。
海洋天然药物的筛选,在20世纪60年代中期开始筛选抗肿瘤物质,70年代以后扩大到抗病毒、免疫抑制、强心、抗炎等物质的筛选,80年代以抗菌、抗霉菌为多。随着新的生物技术如:基因工程、细胞工程和酶工程的研究与应用,进一步促进了海洋药物的研究与开发。至90年代,海洋生物已成为一门成熟的研究学科,为海洋药物研究奠定了良好的基础。目前,主要以抗心脑血管病、抗艾滋病等研究为主。生物活性筛选结果表明有20%左右的海洋提取物或化合物显示不同程度的活性,在已发现的这些化合物中,不仅包括了陆地生物中已存在的各种化学结构类型,并且还存在很多特殊化学结构类型,它们的特异化学结构是陆生天然活性物质所无法比拟的,成为研制开发新药的基础。
我国是最早将海洋生物用作药物的国家之一,距今已有二千多年的临床应用历史。建国以来,我国对海洋药物的研究也进入了一个新时期,自1978年全国科技大会提出“向海洋要药”的提案及后来提出的“开发海洋湖沼资源,创建中国蓝色药业”的战略设想以来,我国对海洋药用资源的研究已具有一定基础。有关资料显示,我国目前已有5种海洋药物获国家批准上市:藻酸双酯钠,甘糖酯,河豚毒素,多烯康,烟酸甘露醇;另有10种获健字号的海洋保健品。
二、 海洋药物的研究应用
1、抗菌药物
与海洋生物共存的微生物是一座丰富的抗菌宝库，目前从海洋生物中已分离得到脂肪酸类、丙烯酸类、苯酚类、吲哚类等具有抗菌活性的化合物，国内已开发了系列头孢菌素等海洋抗菌药物。
2、抗病毒药物
已分离得到萜类、核苷类、生物碱类、多糖类、杂环类等具有抗病毒活性的化合物，国内市场上已有珍宁注射液、珍珠贝壳层酸性提取物等产品上市。
3、抗肿瘤药物
最有希望的抗癌药物将来自于海洋，海洋抗肿瘤活性物质一直是海洋药物研究的重点。现已发现海洋生物提取物中至少有10%具抗肿瘤活性，包括核苷酸类、酰胺类、聚醚类、大环内酯类等化合物，其中阿糖胞苷等已形成药物。我国正在开发的抗肿瘤药物有6-硫酸软骨素、海洋宝胶囊、脱溴海兔毒素、海鞘素A(B，C)、刺参多糖钾注射液等药物。目前，只有10个海洋抗肿瘤药物进入临床研究，更多的处于临床前研究。浙江省舟山市用乌贼加工时丢弃的墨囊制成“海墨止血片”，对消化道等各种出血有效，尤其对妇女功能性子宫出血效佳，产品远销东南亚国家，但没有进一步深入研究。现在发现乌贼墨具有抗肿瘤作用，国内对其作用机制作了大量研究，已获重大进展，并不断有新的发现，主要集中在免疫方面。
4、抗心血管药物
已研究出多种可供预防和治疗心血管疾病的药物，如萜类、多糖类、多不饱和脂肪酸、肽类和核苷类等物质，均具有抑制血栓形成和扩张血管作用。有50多种海洋生物毒素不仅具有强心作用，而且还有很强的降压作用，现对河豚毒素的抗心律失常作用研究较多。此外，螺旋藻类对高血脂和动脉粥样硬化有较好的预防和辅助治疗作用。
5、消化系统药物
从海洋生物中提取的海星皂苷和总皂苷对胃溃疡的愈合作用优于甲氰咪胍。壳聚糖衍生物对胃溃疡的疗效确切、治愈率高，已进入临床试验。国内药厂配合中药制成的海洋胃药在临床上取得较好效果。
6、消炎镇痛药物
从海洋天然产物中分离的最引人注目的活性成分是Manoalide，它是磷酸酯酶A2抑制剂，在二十多年前已被作为典型的抗炎剂在临床应用。
7、泌尿系统药物
褐藻多糖硫酸酯具有抗凝血、降血脂、防血栓、抗肿瘤及改善微循环、抑制白细胞等作用，临床上用于治疗心脏、肾血管病，特别对改善肾功能、提高肾脏对肌酐的清除率作用尤为明显。首先用于治疗慢性肾衰及尿毒症，有明显疗效，且无毒副作用，现已按国家二类新药获准进入临床研究。
8、海洋非食用资源的开发利用
海洋药物的开发方向主要侧重于非食用资源，其种类多、资源丰富，据调查有软体动物10余万种、腔肠动物1.1万余种、海绵动物1万余种、棘皮动物六千余种、尾索动物两千余种。海洋非食用资源的开发利用意义重大，不仅可以从中获得特效药物，其活性成分提取后剩余部分的蛋白质与多糖等，有的可作为食品及添加剂，有的可作为饲料进行再开发，从而提高资源的利用率，避免与食用资源相抗争。
9、传统海洋中成药和中药材的开发利用
海洋生物资源的过度捕捞等原因，使天然资源不能满足日益增长的需要，必须有计划地开发海洋传统养殖业，扩大养殖品种，增加药源，制成海洋中成药系列产品，促进销售，同时带动海洋养殖业的发展。为此，开发研究重点应是海洋药用资源与中药资源的优势结合，对确有疗效的民间单方、验方、秘方进行发掘整理，配以海洋药源，加强科学组方，制成使用方便的新剂型。如将古方藿香正气水配以海洋药源制成软胶囊的产值超亿元，就是一个很好的例子。近年来配伍海洋中药材治疗肿瘤、心血管等疾病的报道倍增，其中常见配伍的海洋中药材有海藻、昆布、牡蛎、石决明、乌贼骨、瓦楞子、紫菜、海参、干贝、海龙、海马、珍珠母、鲨鱼肝油、鲨鱼软骨等，应很好规划，合理开发。
10、功能食品
利用海洋生物中的活性成分进行深加工，制成风味独特、保健功能显着的海洋功能食品是当前一大热点，从而拓宽了海洋药物的研究领域，具有重大的现实意义。这些活性物质包括甲壳素及其衍生物、鱼油保健品、海藻保健品、浓缩水解蛋白、牛磺酸、维生素、磷脂质、活性多糖、膳食纤维、矿物元素等。
三、海洋药物研究的重点领域
(一)，海洋抗癌药物研究。海洋抗癌药物研究在海洋药物研究中一直起着主导作用，科学家预言，最有前途的抗癌药物将来自海洋。现已发现海洋生物提取物中至少有10%具有抗肿瘤活性。美国每年有1500个海洋产物被分离出来，1%具有抗癌活性，目前至少已有10个以上海洋抗癌药物进入临床或临床前研究阶段。扩大海洋生物的活性筛选，继续寻找高效的抗癌化合物，直接用于临床或作为先导物进行结构改造，开发新的高效低毒的抗癌成分，将成为海洋抗癌药物研究的发展趋势。
(二)，海洋心脑血管药物研究。目前已研究出多种药物可有效预防和治疗心脑血管疾病，如高度不饱和脂肪酸，具有抑制血栓形成和扩张血管的作用，现已有多种制剂用于临床。50多种海洋生物毒素，不仅有强心作用，而且有很强的降压作用，河豚毒素的抗心率失常作用目前研究较多。此外，还有藻酸酯钠类、螺旋藻类，后者对于高血脂和动脉粥样硬化有良好的预防和辅助治疗作用。
( 三)海洋抗菌、抗病毒药物研究。与海洋动植物共生的微生物是一种丰富的抗菌资源，日本学者发现约27%的海洋微生物具有抗菌活性。
(四)，海洋消化系统药物研究。如多棘海盘车中分离的海星皂甙及罗氏海盘车中提取的总皂甙均能治疗胃溃疡，后者对胃溃疡的愈合作用强于甲氰咪胍，壳聚糖的羧甲基衍生物，商品名为“胃可安”胶囊，治疗胃溃疡疗效确切，治愈率高，已进入临床研究。大连中药厂配合中药制成“海洋胃药”应用于临床已取得较好效果。
(五)，海洋消炎镇痛药物研究。从海洋天然产物中分离的最引人注目的活性成分是manoalide，它是磷酸酯酶A2抑制剂，在上世纪80年代中期它已被作为一个典型的抗炎剂在临床试用。
(六)，海洋泌尿系统药物研究。褐藻多糖硫酸酯是一种水溶性多糖聚，具有抗凝血、降血脂、防血栓、改善微循环、解毒、抑制白细胞及抗肿瘤等作用，临床用于治疗心脏、肾血管病，特别对改善肾功能，提高肾赃对肌酐的清除率尤为明显，在国内外首先用于治疗慢性肾衰，挽救尿毒症患者有明显疗效，且无毒副作用。现已按国家二类新药获准进入临床研究，商品名为“肾海康”。
(七)，海洋免役调节作用药物研究。海洋天然产物是免疫调节剂的重要来源。具有免疫调节活性的角叉藻聚糖，是来自大型海藻的硫酸化多糖的一大类成分，被广泛用于肾移植的免疫抑制剂和细胞应答的修饰剂。
(八)，其他海洋药物研究。其他如神经系统药物、抗过敏药物等研究亦取得较大成果。海洋是新种属微生物的生存繁衍地，从众多的新种属微生物中，可以培养出一系列高效的抗菌药物，如来源于多种链霉菌的Teleocidin即为一种强抗菌药物。海洋毒素是海洋生物研究进展最为迅速的领域，多数海洋毒素具有独特的化学结构。由于许多高毒性的毒素是以针对生物神经系统或心血管系统的高特异性作用为基础，因此，这些毒素及其作用机制是发现新神经系统或心血管系统药物的重要导向化合物和线索，也可作为寻找新农药的基础。现已发现的海洋毒素其化学结构大致可分为：聚醚类化合物、含氮化合物、溶血糖脂类、记忆丧失性氨基酸贝毒、酯溶性酚类和含磷化合设物。
(九)，海洋功能食品的研究开发。如何利用海洋生物中的活性成分进行深加工，制成风味独特和保健功效显着的海洋功能食品，是当前的一个重要开发研究领域。其中包括牛磺酸、鱼油不饱和脂肪酸和磷脂、甲壳素和壳聚糖、活性多糖、维生素、膳食纤维、矿物元素等。海洋功能食品发展趋势是针对常见病、多发病和疑难病的不同人群，运用多学科的现代高新技术方法，尽可能保留海洋生物的天然特点和营养成分，研究开发高技术含量、高功能、高效益的海洋功能食品新品种。
四、国外海洋药物研究概况
海洋生态环境的特殊性导致海洋药物具有生物多样性,往往含有结构奇特、新颖的化学物质,具有药理特异性、高活性和多样性。迄今,人们已发现的浅海、近海和岛礁附近的海洋生物达22门类1822属3018种。
海洋药物研究的主要生物类型有:(1)海藻,如昆布、海人草、石花菜、螺旋藻、羊栖菜、鼠尾藻等;(2)软体动物,如牡蛎、珍珠、章鱼、石决明、蛤蜊等;(3)节肢动物,如龙虾、对虾、寄居蟹等;(4)棘皮动物,如海参、海胆、海星、海燕等;(5)脊索动物,如海马、海龙、海鳗、带鱼等;(6)腔肠动物,如珊瑚、海蜇、海浮石等;(7)微生物,海绵、海鞘、苔藓虫、微藻、细菌、真菌等。热带和温带海洋生物是研究的重点,其中以海洋无脊椎动物的研究最为充分。
随着研究范围的不断拓展,涉及的海洋生物逐渐向远海、深海、极地、高温、高寒、高压等常规设备和条件难以获得的资源和极端环境资源方面扩展。目前,已从各种海洋生物中分离获得20000余种海洋天然产物,新发现的化合物以平均每4年增加50%的速度递增。海洋天然产物结构涵盖大多数的主要结构类型,包括糖、多糖、氨基酸、蛋白质、无机盐、皂苷类、甾醇类、生物碱类、萜类、大环内酯类、核苷类等。筛选目标主要是用于治疗严重危害人类健康的癌症、心脑血管疾病、病毒感染(艾滋病等)及其他疑难病症。
近年来,国外出现大量涉及药物、食品、功能食品、化妆品、酶制剂、生物工具药方面的海洋天然产物专利产品。海洋活性物质的药理活性作用主要包括中枢神经作用、抗肿瘤作用、抗菌抗病毒作用、心脑血管系统作用、抗炎、镇痛、抗氧化、降血糖等,许多化合物具有新药开发潜力。国际上已投入应用的经典海洋药物有头孢霉素、阿糖腺苷、阿糖胞苷等,这些也是最早开发成功的现代海洋药物,现正广泛用于临床。近年来开发成功的典型药物是来源于印度-太平洋竽螺的镇痛药物Ziconotide,其前体化合物是竽螺的肽类毒素ω-contoxin,是一种可通过合成获得的药源,该药于2000年6月获得美国FDA证书,显示了广阔的应用前景。目前国际上有约20种海洋天然产物或其结构类似物正在临床研究阶段,多为抗癌药物。更多的化合物则在进行临床前研究。