在天然藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中增加海洋天然產(chǎn)物實(shí)驗(yàn)的探索

史大華，馬衛(wèi)興，司鑫鑫

（江蘇海洋大學(xué)藥學(xué)院，江蘇 連云港 222005）

天然藥物化學(xué)是藥學(xué)專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程[1]。該課程對于訓(xùn)練學(xué)生從事天然產(chǎn)物生產(chǎn)或研發(fā)具有重要的作用。由于海洋生物的生存環(huán)境與陸生生物不同可以產(chǎn)生豐富多樣次生代謝產(chǎn)物[2]，海洋天然藥物的研究與開發(fā)日益成為新藥開發(fā)的熱點(diǎn)。海洋天然產(chǎn)物是新型藥物先導(dǎo)化合物的重要來源，多種海洋來源的新藥已經(jīng)上市或進(jìn)入臨床[3]。因此，天然藥物化學(xué)的研究范圍也從陸地拓展到海洋。為了適應(yīng)海洋天然產(chǎn)物研究的發(fā)展及對人才的需要，《天然藥物化學(xué)》（第五版，人民衛(wèi)生出版社）教材新增了“海洋天然產(chǎn)物”章節(jié)。天然藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程在天然藥物化學(xué)教學(xué)中占有重要的地位，是理論知識和實(shí)際操作的紐帶。通過實(shí)驗(yàn)不僅能夠使學(xué)生掌握天然藥物有效成分提取、分離和結(jié)構(gòu)鑒定的基本操作技能，而且能夠更好地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維以及創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力。然而，目前國內(nèi)高校天然藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)的主要研究對象幾乎全部為大黃、槐米等陸生植物。因此，學(xué)生缺乏對海洋天然產(chǎn)物研究方法的直觀認(rèn)識，不利于對天然藥物化學(xué)課程相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí)[4]。

1 在天然藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)中增加海洋天然產(chǎn)物實(shí)驗(yàn)的必要性

陸地有70%以上的面積為海水所覆蓋。海洋是一個(gè)高鹽、高壓、寡光照的生存環(huán)境。在這種環(huán)境中生存的生物與陸生生物有著很大的區(qū)別。海洋生物可以產(chǎn)生一些結(jié)構(gòu)獨(dú)特而藥理作用顯著的海洋次生代謝產(chǎn)物。這些代謝產(chǎn)物對具有很好的抗病毒、抗腫瘤、抗老年癡呆癥等生物學(xué)活性。隨著天然藥物研究的發(fā)展，人們從陸生生物中分離提取結(jié)構(gòu)新穎的先導(dǎo)化合物的難度越來越大。在這種情況下，各國都把藥物研發(fā)的目光瞄準(zhǔn)海洋。向廣袤的海洋要藥物已經(jīng)成為各個(gè)國家的共識。我國在1978 年全國科學(xué)大會上提出“向海洋要藥”的倡議之后，海洋天然藥物獲得了快速地發(fā)展。我國海域遼闊，生物種類繁多，已經(jīng)記載的生物共2 萬多種，隸屬于44 個(gè)門，其中12 個(gè)門是我國特有的。這些生物是我國海洋天然藥物研究開發(fā)的巨大寶庫。但是，我國海洋藥物研究方興未艾，一些海洋藥物開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)尚未得到解決。目前上市的海洋藥物還較少[5]。因此，我國目前需要大力發(fā)展海洋藥物，對從事海洋天然藥物的研發(fā)的人才需求大大增加。

海洋天然產(chǎn)物的研究與開發(fā)與陸生的天然研究與開發(fā)具有相似之處，也是經(jīng)過原料的采集、預(yù)處理、提取、分離、結(jié)構(gòu)鑒定與生物學(xué)活性研究等階段。海洋天然產(chǎn)物與陸生天然產(chǎn)物研究在分離純化與結(jié)構(gòu)鑒定方面都利用相似的方法與技術(shù)。但是，在前期的原料采集、預(yù)處理與提取方面，天然產(chǎn)物與陸生生物差別較大。因此，在藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)中增加海洋天然藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生熟悉海洋生物材料的采集、預(yù)處理、分離純化等方面的內(nèi)容對天然藥物化學(xué)的學(xué)習(xí)非常重要。

2 在天然藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)中增加海洋天然產(chǎn)物實(shí)驗(yàn)的可行性

海洋天然產(chǎn)物實(shí)驗(yàn)要涉及海洋生物的采集、預(yù)處理、提取分離、結(jié)構(gòu)鑒定及生物學(xué)活性研究等過程。受地理?xiàng)l件的限制，不是所有的高校都具有到海洋中采集海洋生物的條件。筆者所在的高校-淮海工學(xué)院是位于海濱城市連云港的一所高校，具有采集海洋生物的便利條件，隨時(shí)都可以組織學(xué)生到海洋中采集海藻、貝類及海洋微生物等海洋生物開設(shè)海洋天然產(chǎn)物實(shí)驗(yàn)。有些內(nèi)陸高?？赡懿痪邆洳杉Ｑ笊锏臈l件。這些高?？梢岳煤Ｑ笪⑸镒鳛楹Ｑ筇烊划a(chǎn)物研究的目標(biāo)。海洋微生物具有生長周期短，容易培養(yǎng)等特點(diǎn)，易于進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。因此，海洋微生物作為巨大的潛在藥物和化學(xué)資源成為新藥研發(fā)的熱點(diǎn)。這些高?？梢詮男值茉盒＋@得海洋微生物的菌種，在天然藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)中設(shè)計(jì)海洋微生物的發(fā)酵提取及分離純化等內(nèi)容。例如，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)的李春遠(yuǎn)等利用一株海洋細(xì)菌為實(shí)驗(yàn)對象設(shè)計(jì)了一個(gè)海洋生物天然藥物化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)。該綜合實(shí)驗(yàn)包含了菌株發(fā)酵條件優(yōu)化、提取分離純化，結(jié)構(gòu)鑒定等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，很好地訓(xùn)練了學(xué)生開展海洋微生物次生代謝產(chǎn)物研究的能力[4]。海洋微生物發(fā)酵產(chǎn)物的海洋天然產(chǎn)物的研究雖然與陸生天然產(chǎn)物的研究具有很大不同，除了在樣品采集過程中需要船只，采樣器等特殊的儀器設(shè)備之外，其他的科研儀器設(shè)備與陸生天然產(chǎn)物研究所需科研儀器基本相同。因此，一般高校都具開設(shè)海洋天然藥物研究的條件，在天然藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中增加海洋天然產(chǎn)物實(shí)驗(yàn)切實(shí)可行。

3 海洋天然產(chǎn)物實(shí)驗(yàn)的選題

一個(gè)好的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，選題非常重要。海洋天然藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)選題不但要能夠培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和實(shí)踐能力、提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，也要考慮到學(xué)生的學(xué)術(shù)水平課時(shí)安排、實(shí)驗(yàn)的難度控制等問題[6]。在海洋天然藥物實(shí)驗(yàn)的選題上，要結(jié)合地區(qū)的海洋生物資源特點(diǎn)、教學(xué)安排等進(jìn)行選題。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不一定全面覆蓋海洋天然藥物研發(fā)的全過程。由于海洋天然產(chǎn)物與陸生的天然產(chǎn)物后期的研究過程如分離純化與結(jié)構(gòu)鑒定基本相似?？紤]到課時(shí)量的限制，海洋天然藥物的設(shè)計(jì)可以只涉及海洋生物的采集或發(fā)酵、海洋生物的預(yù)處理及提取分離等與陸生天然產(chǎn)物研究具有較大區(qū)別的部分，而省略或簡化后續(xù)的分離純化與結(jié)構(gòu)鑒定的相關(guān)內(nèi)容。海洋天然產(chǎn)物實(shí)驗(yàn)的選題可以來源與教師自己的科研實(shí)踐，也可以根據(jù)文獻(xiàn)調(diào)研進(jìn)行課題設(shè)計(jì)。結(jié)合我們的教學(xué)科研實(shí)踐，設(shè)計(jì)了幾個(gè)海洋天然產(chǎn)物實(shí)驗(yàn)，在天然藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中進(jìn)行了嘗試。課程改革增強(qiáng)了學(xué)生對海洋天然藥物相關(guān)知識的理解，增強(qiáng)了學(xué)生的動手能力，提高了學(xué)生研究海洋天然產(chǎn)物的興趣。

4 海洋天然產(chǎn)物實(shí)驗(yàn)選題實(shí)例

實(shí)例1 滸苔多糖的提取分離與含量測定

海藻多糖具有抗氧化、抗腫瘤、抗炎、提高免疫力等多種生物學(xué)活性，是海洋天然藥物的重要來源。結(jié)合我們前期的科研實(shí)踐及連云港海域具有較多野生滸苔的資源條件我們設(shè)計(jì)了滸苔多糖的提取分離與含量測定的實(shí)驗(yàn)[7]。實(shí)驗(yàn)過程包括滸苔的采集、滸苔的預(yù)處理、滸苔多糖的提取及滸苔多糖的含量測定等過程（如圖1 所示）。通過實(shí)驗(yàn)，學(xué)生認(rèn)識了海洋生物滸苔，了解了滸苔的生長環(huán)境，掌握了滸苔的采集方法、預(yù)處理方法及其滸苔多糖的提取方法和多糖含量測定方法。對于內(nèi)陸地區(qū)不方便進(jìn)行海藻采集的高?？梢允÷院Ｔ宀杉沫h(huán)節(jié)，直接利用干燥的海藻如海帶或紫菜進(jìn)行多糖提取研究。

圖1 滸苔多糖的提取分離與含量測定實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)框架

實(shí)例2 海洋微生物的分離純化及發(fā)酵產(chǎn)物的提取。

海洋微生物海生長周期短，容易培養(yǎng)，可以用發(fā)酵罐進(jìn)行大規(guī)模發(fā)酵，比較適合作為海洋天然藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)材料。海洋微生物采集之后可以進(jìn)行菌種保存，內(nèi)陸地區(qū)的高校也很容易獲得海洋微生物菌種，從事海洋微生物天然產(chǎn)物的研究。結(jié)合科研實(shí)踐，設(shè)計(jì)了一個(gè)海洋微生物次生代謝產(chǎn)物研究實(shí)驗(yàn)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)[8]。分離純化了一株發(fā)酵產(chǎn)物具有較強(qiáng)的乙酰膽堿酯酶抑制活性的海洋真菌SH0701,利用這株微生物設(shè)計(jì)了一則海洋天然藥物產(chǎn)物實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)框架如圖2 所示。該實(shí)驗(yàn)利用搖瓶發(fā)酵海洋微生物SH0701，發(fā)酵結(jié)束后固液分離，利用乙酸乙酯進(jìn)行萃取。然后利用Ellman 法檢測提取物的乙酰膽堿酯酶抑制活性。利用石油醚、氯仿、乙酸乙酯和正丁醇把提取物分為5 段，再檢測不同極性段的乙酰膽堿酯酶抑制活性，進(jìn)一步深入了解活性追蹤分離海洋天然產(chǎn)物的方法。通過該實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生熟悉了海洋微生物天然產(chǎn)物的發(fā)酵、提取及活性追蹤分離天然產(chǎn)物的方法。

圖2 海洋微生物的分離純化及發(fā)酵產(chǎn)物的提取實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)框架

5 教學(xué)效果

根據(jù)地區(qū)近海的特點(diǎn)及科研實(shí)踐，我們設(shè)計(jì)了兩個(gè)海洋天然產(chǎn)物實(shí)驗(yàn)用于天然藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。學(xué)生參與海洋天然產(chǎn)物實(shí)驗(yàn)的積極性較高，能夠很好地完成實(shí)驗(yàn)。通過這兩個(gè)海洋天然產(chǎn)物的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，讓學(xué)生掌握了海洋生物的采集、海洋微生物的培養(yǎng)、海洋生物的預(yù)處理、海洋活性物質(zhì)的提取及活性追蹤分離等方法。取得了預(yù)期的教學(xué)效果，提高了學(xué)生的海洋天然產(chǎn)物的研發(fā)能力。

6 結(jié)語

海洋天然藥物的研究日新月異，海洋天然藥物研發(fā)需要越來越多的專業(yè)人員。在天然藥物化學(xué)教學(xué)中增加海洋天然產(chǎn)物內(nèi)容是時(shí)代的需求。本文分析了在天然藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中增加海洋天然產(chǎn)物實(shí)驗(yàn)的必要性和可行性及選題的思路與方法。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，結(jié)合高校實(shí)驗(yàn)條件與科研實(shí)踐，設(shè)計(jì)了滸苔多糖提取和海洋微生物發(fā)酵產(chǎn)物提取與活性測試兩個(gè)海洋天然產(chǎn)物實(shí)驗(yàn)。這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的加入，加深了學(xué)生對海洋天然產(chǎn)物研究的認(rèn)識，讓學(xué)生掌握了海洋生物采集、海洋微生物發(fā)酵、提取及生物活性測試等海洋天然產(chǎn)物研究的方法，對學(xué)生將來從事海洋天然產(chǎn)物研究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。