在天然藥物化學實驗教學中增加海洋天然產物實驗的探索

史大華，馬衛興，司鑫鑫

（江蘇海洋大學藥學院，江蘇 連云港 222005）

天然藥物化學是藥學專業一門重要的專業基礎課程[1]。該課程對于訓練學生從事天然產物生產或研發具有重要的作用。由于海洋生物的生存環境與陸生生物不同可以產生豐富多樣次生代謝產物[2]，海洋天然藥物的研究與開發日益成為新藥開發的熱點。海洋天然產物是新型藥物先導化合物的重要來源，多種海洋來源的新藥已經上市或進入臨床[3]。因此，天然藥物化學的研究范圍也從陸地拓展到海洋。為了適應海洋天然產物研究的發展及對人才的需要，《天然藥物化學》（第五版，人民衛生出版社）教材新增了“海洋天然產物”章節。天然藥物化學實驗課程在天然藥物化學教學中占有重要的地位，是理論知識和實際操作的紐帶。通過實驗不僅能夠使學生掌握天然藥物有效成分提取、分離和結構鑒定的基本操作技能，而且能夠更好地培養學生的科學思維以及創新意識與創新能力。然而，目前國內高校天然藥物化學實驗的主要研究對象幾乎全部為大黃、槐米等陸生植物。因此，學生缺乏對海洋天然產物研究方法的直觀認識，不利于對天然藥物化學課程相關內容的學習[4]。

1 在天然藥物化學實驗中增加海洋天然產物實驗的必要性

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

海洋天然產物的研究與開發與陸生的天然研究與開發具有相似之處，也是經過原料的采集、預處理、提取、分離、結構鑒定與生物學活性研究等階段。海洋天然產物與陸生天然產物研究在分離純化與結構鑒定方面都利用相似的方法與技術。但是，在前期的原料采集、預處理與提取方面，天然產物與陸生生物差別較大。因此，在藥物化學實驗中增加海洋天然藥物化學實驗，讓學生熟悉海洋生物材料的采集、預處理、分離純化等方面的內容對天然藥物化學的學習非常重要。

2 在天然藥物化學實驗中增加海洋天然產物實驗的可行性

海洋天然產物實驗要涉及海洋生物的采集、預處理、提取分離、結構鑒定及生物學活性研究等過程。受地理條件的限制，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，隨時都可以組織學生到海洋中采集海藻、貝類及海洋微生物等海洋生物開設海洋天然產物實驗。有些內陸高校可能不具備采集海洋生物的條件。這些高校可以利用海洋微生物作為海洋天然產物研究的目標。海洋微生物具有生長周期短，容易培養等特點，易于進行產業化生產。因此，海洋微生物作為巨大的潛在藥物和化學資源成為新藥研發的熱點。這些高校可以從兄弟院校獲得海洋微生物的菌種，在天然藥物化學實驗中設計海洋微生物的發酵提取及分離純化等內容。例如，華南農業大學的李春遠等利用一株海洋細菌為實驗對象設計了一個海洋生物天然藥物化學綜合實驗。該綜合實驗包含了菌株發酵條件優化、提取分離純化，結構鑒定等實驗內容，很好地訓練了學生開展海洋微生物次生代謝產物研究的能力[4]。海洋微生物發酵產物的海洋天然產物的研究雖然與陸生天然產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備之外，其他的科研儀器設備與陸生天然產物研究所需科研儀器基本相同。因此，一般高校都具開設海洋天然藥物研究的條件，在天然藥物化學實驗教學中增加海洋天然產物實驗切實可行。

3 海洋天然產物實驗的選題

一個好的實驗項目，選題非常重要。海洋天然藥物化學實驗選題不但要能夠培養學生創新意識和實踐能力、提高學生的綜合素質，也要考慮到學生的學術水平課時安排、實驗的難度控制等問題[6]。在海洋天然藥物實驗的選題上，要結合地區的海洋生物資源特點、教學安排等進行選題。實驗內容不一定全面覆蓋海洋天然藥物研發的全過程。由于海洋天然產物與陸生的天然產物后期的研究過程如分離純化與結構鑒定基本相似。考慮到課時量的限制，海洋天然藥物的設計可以只涉及海洋生物的采集或發酵、海洋生物的預處理及提取分離等與陸生天然產物研究具有較大區別的部分，而省略或簡化后續的分離純化與結構鑒定的相關內容。海洋天然產物實驗的選題可以來源與教師自己的科研實踐，也可以根據文獻調研進行課題設計。結合我們的教學科研實踐，設計了幾個海洋天然產物實驗，在天然藥物化學實驗教學中進行了嘗試。課程改革增強了學生對海洋天然藥物相關知識的理解，增強了學生的動手能力，提高了學生研究海洋天然產物的興趣。

4 海洋天然產物實驗選題實例

實例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活性，是海洋天然藥物的重要來源。結合我們前期的科研實踐及連云港海域具有較多野生滸苔的資源條件我們設計了滸苔多糖的提取分離與含量測定的實驗[7]。實驗過程包括滸苔的采集、滸苔的預處理、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）。通過實驗，學生認識了海洋生物滸苔，了解了滸苔的生長環境，掌握了滸苔的采集方法、預處理方法及其滸苔多糖的提取方法和多糖含量測定方法。對于內陸地區不方便進行海藻采集的高校可以省略海藻采集的環節，直接利用干燥的海藻如海帶或紫菜進行多糖提取研究。

圖1 滸苔多糖的提取分離與含量測定實驗設計框架

實例2 海洋微生物的分離純化及發酵產物的提取。

海洋微生物海生長周期短，容易培養，可以用發酵罐進行大規模發酵，比較適合作為海洋天然藥物化學實驗的實驗材料。海洋微生物采集之后可以進行菌種保存，內陸地區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物的研究。結合科研實踐，設計了一個海洋微生物次生代謝產物研究實驗用于實驗教學[8]。分離純化了一株發酵產物具有較強的乙酰膽堿酯酶抑制活性的海洋真菌SH0701,利用這株微生物設計了一則海洋天然藥物產物實驗。實驗設計框架如圖2 所示。該實驗利用搖瓶發酵海洋微生物SH0701，發酵結束后固液分離，利用乙酸乙酯進行萃取。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，進一步深入了解活性追蹤分離海洋天然產物的方法。通過該實驗，讓學生熟悉了海洋微生物天然產物的發酵、提取及活性追蹤分離天然產物的方法。

圖2 海洋微生物的分離純化及發酵產物的提取實驗設計框架

5 教學效果

根據地區近海的特點及科研實踐，我們設計了兩個海洋天然產物實驗用于天然藥物化學實驗教學。學生參與海洋天然產物實驗的積極性較高，能夠很好地完成實驗。通過這兩個海洋天然產物的實驗教學，讓學生掌握了海洋生物的采集、海洋微生物的培養、海洋生物的預處理、海洋活性物質的提取及活性追蹤分離等方法。取得了預期的教學效果，提高了學生的海洋天然產物的研發能力。

6 結語

海洋天然藥物的研究日新月異，海洋天然藥物研發需要越來越多的專業人員。在天然藥物化學教學中增加海洋天然產物內容是時代的需求。本文分析了在天然藥物化學實驗教學中增加海洋天然產物實驗的必要性和可行性及選題的思路與方法。在實驗教學中，結合高校實驗條件與科研實踐，設計了滸苔多糖提取和海洋微生物發酵產物提取與活性測試兩個海洋天然產物實驗。這兩個實驗的加入，加深了學生對海洋天然產物研究的認識，讓學生掌握了海洋生物采集、海洋微生物發酵、提取及生物活性測試等海洋天然產物研究的方法，對學生將來從事海洋天然產物研究打下堅實的基礎。