摘要海洋是一个巨大的药源宝库。本世纪60年代以来，从海洋动物、植物及微生物中已分离获得新型化合物10000多种，其中1/2以上具有抗肿瘤、抗菌、抗病毒、抗凝血等药理活性；这些新型化合物为药物设计提供了可贵的分子模型，为海洋药物的开发提供了重要的先导化合物库。然而将这些活性化合物开发成药、用于临床的并不多。究其原因，药源是制约其海洋药物产业化的关键因素。纵观海洋药物研究现状、发展趋势，基于现有的工作基础，我们认为通过半合成手段、结合组合化学原理、利用海洋生物技术进行海洋药物开发是解决药源的关键。

MARINE DRUGS IN CHINA TOWARDS 21ST CENTURY

Guan Huashi，Geng Meiyu，Wang Changyun

(Qingdao Ocean University,Qingdao 266003)

ABSTRACTOcean is a huge drug resources.Nearly 6000 kinds of novel chemical compounds have been identified from marine living organisms,among which about 10000 compounds exert biologically activities.These bioactive substances certainly provide us of important molecular models for drug design.But unfortunately,very few has been developed into drugs clinically available.

KEY WORDS Marine drugs,Drug resources,Hemi-synthetic methods,Marine biotechnology,Combinatorial chemistry

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^［1］。

海洋作为一个巨大时空尺度的开放性复杂系统，以其广阔的空间以及对全球环境的巨大调节作用维系着地球生态系统和人类生存的大环境，是人类可持续发展的财富，是拥有极大开发潜力的新兴领域。

海洋生物的生活环境与陆地生物迥异。海洋作为一个“立体水球”，使海洋生物处于高盐、高压、低温、低营养和无光照的环境中。在海洋特殊的生态环境下，各种海洋生物依其特殊的结构和功能维持其生命活动。海洋生物具有体表吸取营养的特点；海洋生物间存在着各种共生现象，并广泛存在着生存竞争；海洋生物具有很强的再生能力、防御能力和识别能力，以防范潜在天敌的进攻及海洋共生菌的附着，并维持物种之间的信息传递，这些独特的功能与它们体内的许多成分分不开。海洋生物的多样性、复杂性和特殊性使源于其中的海洋天然产物也具有多样性、复杂性和特殊性，这正为寻找海洋生物活性物质提供了丰富的物质来源^［2，3］。

利用海洋生物资源进行药物开发的系统研究始于20世纪60年代。随着人们对化学药品毒副作用的逐渐认识，加之严重危害人民生命的常见病、疑难病症长期未能找到理想的治疗药物，传统的新药研究手段和方式又很难满足社会需求，海洋生物资源成为医药界关注的新热点。各国政府竞相投入巨资进行海洋天然产物和海洋药物的研究，据不完全统计，美国国家研究委员会和国立癌症研究所每年用于海洋药物开发研究的经费分别为5000多万美元，而NIH的海洋药物研究基金已增至11％（与合成药持平）；日本海洋生物技术研究院及日本海洋科学和技术中心每年则投入经费达1亿多美金；欧洲作为世界上较早从事海洋药物研究的区域，则制定了海洋科学与技术计划，并每年投入1亿美金用于海洋药物的研究开发上。截止目前，全世界范围内已从海洋动植物及微生物中分离得到新型化合物有10000多种，其中申请专利的化合物有200余种^［4］。已发现的海洋生物活性物质种类繁多，包括萜类、皂甙类、有机酸类、蛋白质等等，而每一类活性物质中又包含着许多结构不同的化合物。另外，与陆生生物成分相比，海洋生物中还含有大量的有机卤化物（特别是溴化物）、胍衍生物、多氧和多醚类物质等等。由于海洋生物物种之间的生态作用远比陆生生物复杂和广泛，其作用多系通过物种间化学作用物质如信息素(pheromones)、种间激素(kairomones)、拒食剂(feeding deterrents)等来实现，因此赋予海洋生物的活性远比陆生生物要强，尤为重要的是有些海洋生物活性物质的结构与陆生化合物不同，表现出独特的活性^［5～7］。

利用海洋生物活性物质开发海洋药物途径很多。然而，天然活性物质的发现，只是药物研究的开始。尽管来自海洋生物的活性化合物很多，但真正开发成药的并不多。如头孢菌素C、阿糖胞苷、海人草酸、PSS系列、鲎试剂等^［8、9］。以海洋生物活性物质为基础开发海洋药物，直接提取利用的并不多，更常用的方法则是根据构效关系研究的结果，以海洋生物活性物质为分子模型，通过化学结构改造（分子修饰或人工半合成）或人工全合成，开发高效低毒药物。人工半合成适用于可从海洋生物中大量获取的活性化合物，而人工全合成一般针对那些活性很强，结构独特，但在原生海洋生物中微量存在，或原生海洋生物资源缺乏，无法用直接提取分离的手段大量获取的化合物^［9］。

目前，由于提取分离、分析测试技术的进步，从海洋生物中发现新化合物已变得比较容易，但开发海洋药物则有许多困难。其关键在于药源难以解决。由于海洋特殊的生态环境，使得海洋生物活性物质具有许多独特的性质。除具有高活性特点外，海洋生物活性物质种类繁多，但多数结构特异而复杂，而且往往含量又很少。事实上，绝大多数海洋生物活性物质含量极微。这一特征表明，对大部分活性物质来说，直接利用海洋生物作原料进行分离提取，是很难满足需求的。此外，由于海洋生物的特殊生活环境，微量存在的生物活性物质，又因海洋生物种类、产地、季节不同，其量与质都有明显的变化，因而由原生海洋生物直接形成药物也是相当困难的。事实上，富有高活性的海洋生物往往结构也比较复杂，因此很难通过合成的手段获得目标化合物^［3、10］。

鉴于海洋药物的研究现状，寻找新的途径解决海洋药物存在的问题是摆在国内外海洋药物工作者面前的重要课题。纵观发展趋势，结合国内研究现状与工作基础，我们认为可通过以下途径来解决海洋药物的药源问题：

1.半合成技术在海洋药物研究开发中仍十分重要

早在50年代，国外就有学者拟将海藻多糖修饰为肝素的类似物，意在获得类肝素药物，80年代我国取得了成功。随着对多糖生物学功能的深入研究和揭示，随着对蛋白药物、脂类药物构效关系研究进展，当前海洋多糖及来源于海洋的蛋白质，脂类药物的研究已成为目前新药研究的一个兴奋点。此类研究的结果，给分子修饰提供更多、更有力的理论支持。特别是随着化合物结构测定方法的飞速发展及现代功能学检测方法的建立，使人们对修饰手段对活性的影响规律有了更深入的了解，从而大大降低了半合成过程中分子的盲目性。因此，利用少数可大量获得的海洋天然产物如海洋多糖、蛋白质、脂类等化合物作为基础原料，采用定向修饰（半合成）手段，进行药物的研发仍是目前解决海洋药物研究开发过程中药源问题的重要途径之一^［9］。

2.海洋生物技术是海洋药物产业化的主导技术和关键手段

由于海洋生物技术的迅速发展，运用海洋生物技术开发海洋药物的研究已引起高度重视。近年来，大量的生物学及生态学的研究结果表明，海洋生物活性物质初始来源，大部分甚至可能全部来自低等海洋生物及其共生微生物。而应用基因工程、细胞工程、发酵工程及生物反应器等生物技术生产生物活性物质，对于低等生物来说要比对高等生物易于实现得多。运用生物技术手段（基因工程、细胞工程、发酵工程或生物反应器等技术）来培植新的海洋药源生物，以获得大量海洋天然产物，这是在海洋药物的研究与开发过程中，解决药源问题的一个可行的现实途径。众多学者认为，海洋生物技术是海洋药物产业化的主导技术和关键手段。

海洋药物基因工程是利用海洋生物的药用基因生产海洋药物，或以海水养殖生物作为药物基因表达系统，以获得质优、量足廉价的药物。根据供体基因和表达系统的不同，可以分为三个方面：（1）将海洋药物基因转入陆地植物、动物或微生物中表达；（2）将来自陆地或人体的药物基因转入海水养殖生物中表达；（3）将海洋药物基因转入海水养殖生物中表达。利用海洋生物生产基因工程口服药物和疫苗，既能利用海洋生物生物量大、生产成本低的特点，又能避免表达后从海洋生物中提取、纯化的复杂性^［1］。

分离各种有价值的海洋生物活性物质基因，是一个富有旺盛生命力的新兴产业。90年代以来，开始了海洋药用基因的克隆以及在微生物中表达工作。例如，从腔肠动物海葵中分离的海葵毒素是近年来研究较多的一类海洋生物肽类毒素，具有强心作用。其基因已合成、重组、表达，产量可以达到每升培养液1毫克，且重组蛋白在氨基酸组成、氨基酸序列、二级结构及生物活性方面均与天然的相同。

对于海洋药用基因而言，可以将细菌和酵母作为首选表达系统。近年来，高等植物基因工程得到迅速发展，遗传转化技术不断完善，也可以作为海洋药物基因的表达系统。将高产、稳产的海水养殖生物作为表达生产药物的反应器，是海洋药物基因工程的另一重要内容。如海带作为表达系统，也具有广阔的应用前景^{［11～13］}。与陆地生物相比，尽管海洋生物基因组计划的实施起步稍晚，但很快便成为各海洋大国竞相开发的热点。海洋生物药<