海洋抗病毒活性物质的研究进展

　　摘要:海洋是地球上资源最丰富的领域，海洋生物是抗病毒活性物质的重要来源。近十几年来，已从不同的海洋生物中分离得到了许多结构新颖的抗病毒活性物质，具有很好的研究和开发前景。本文综述了海洋生物抗病毒活性物质的研究进展，并对其开发利用前景进行了展望。
   
　　关键词:海洋生物;抗病毒;活性物质
   
　　Advance in the research of active substance of antivirus in ocean.

　　NI Xue-wen.

　　（Bioengineering College of Hubei Indus-trial University，Wuhan430068，Hubei，P.R.China）
   
　　Abstract:The ocean is the most abundant realm in resources.The marine organisms are likely to be important sources of natural antiviral bioactive products.Over the past decade，many antiviral products with novel structure were obtained from the various marine organisms，having the good perspective of research and development.In this review，advances on studies of marine antiviral products are provided.
   
　　Key words:Marine organism;Antiviral;Bioactive products
      
　　近年来，病毒感染性疾病呈现快速上升的趋势，而且新病毒种类不断出现，但长期以来抗病毒的药物发展缓慢。陆地生物药源越来越少，海洋生物为抗病毒新药的发现提供了广阔的资源。第一个抗病毒海洋药物为阿糖胞苷（Ara-C，Cytara-bine），在1955年被美国FDA批准用于治疗人眼单纯疱疹病毒感染 ［1］ 。随着有机化学、分子生物学以及现代分离鉴定技术的迅速发展，活性物质筛选手段的提高，人们已在海洋抗病毒活性物质的研究方面取得了很大的进展，在海洋生物中分离出一系列抗病毒天然产物，得到的抗病毒活性物质包括多糖类、萜类、生物碱类、甾醇类、核苷等化合物，这些新型化合物为药物设计提供了可贵的分子模型，为抗病毒药物的开发提供了重要的先导化合物库。本文将对从海洋生物中分离提取抗病毒活性物质的研究进展作简要综述，并对其开发利用前景进行展望，以期为抗病毒药物的开发提供思路。

　　1 海洋生物中抗病毒活性成分
   
　　1.1 海洋动物 在海绵中发现的抗病毒活性物质有生物碱类、萜类、硫酸甾醇、硫酸多糖、类固醇等。Patil等从来源于加勒比海域的海绵Batzella sp.中分离出一系列的呱呢啶类生物碱batzelladine A、batzelladine B、batzelladine C和batzelladine D。Batzelladine A和batzelladine B抗HIV的活性比batzelladine C和batzelladine D强，其作用机理是能有效阻止病毒糖蛋白gp120与宿主细胞的CD 4 抗原分子选择性结合，从而阻止HIV进入宿主细胞，抑制HIV的复制 ［2］ 。Dragmacidin F是从地中海海绵Halicortex sp.中得到的一种新的溴吲哚生物碱，具有体外抗病毒活性，其抗单纯疱疹病毒HSV-1和HIV-1的EC 50 值分别为95.8μM和0.91μM ［3］ 。在海绵Neofolitispa dianchora中发现的六元环生物碱Neofolitispates具有抗B型肝炎病毒HBV的活性 ［4］ 。Jiangnan Peng等从海绵Myrmekioderma styx中得到27个双萜类物质cyanthiwigins A-AA。他们检测了cyanthiwiginsA、B、C和D抗病毒的活性，结果发现Cyanthiwigin C有抗B型肝炎病毒HBV和肺结核分支杆菌的活性，Cyanthiwigin B有抗HIV-1病毒活性 ［5］ 。在海绵Lendenfeldia中还发现了一种新的萜类化合物Dehydrofurodendin，能有效抑制HIV-1病毒的逆转录酶活性 ［6］ 。从海绵Luffarielacf.variabilis中分离得到10个具有不同侧链的5α，8α-环二氧化合物，它们的混合物具有抗病毒HTLV-I（the human T-cell leuke mia/lymphotropic virus type I）活性，这是首次发现的具有抗病毒HTLV-I活性的一组天然化合物 ［7］ 。从地中海贪婪倔海绵Dysidea avara中分离到的Avarol及其氧化产物Avarone是一类新型倍半萜氢醌化合物，具有抑制HIV逆转录酶活性，并且对病毒装配和释放也有阻断作用;当Avarol的浓度为5μg/ml时，对逆转录酶的抑制率可达82%，对正常细胞无细胞毒活性，该药目前已应用于临床 ［8］ 。Hao H.等从海绵Petrosia weinbergi中分离出两种新的硫酸四羟基类固醇Weinbersterol disulfates A和B，两种物质都具有体外抗猫白血病毒的活性，Weinbersterol disulfates A还具有体外抗HIV的活性 ［9］ 。另外，在海绵Mixylla rosacea中发现了抗HIV的由葡萄糖和硫酸岩藻糖组成的硫酸多糖 ［10］ 。
   
　　硫酸甾醇是从海星、加勒比海深海海绵Topsentia sp.等海洋动物中分离提取出的具有一定抗HIV-1和HIV-2活性的物质 ［11，12］ ，其构效关系表明:当硫酸基团位于A环或B环时，甾醇活性最好;硫酸基团位于侧链C-21位或A、B环顺式连接时，甾醇活性次之;D环上连有含氧基团时，甾醇没有活性。而且有抗HIV-1活性的甾醇也具较好的抗HIV-2活性。
   
　　Didemnins是从加勒比海三膜海鞘Trididemnum sp.中得到的一组环缩醛酸多肽，Didemnins系列化合物在抗肿瘤、抗病毒等方面都表现出很强的药理活性，Didemnins A和B能明显抑制单纯疱疹病毒HSV的复制，对柯萨奇病毒A21、流感病毒、马鼻病毒等也有抑制作用。Didemnins虽然有强的抗病毒活性，但对正常细胞也表现出一定细胞毒活性 ［13］ 。Mitchell等 ［14］ 在海鞘Didemnum guttatum中发现化合物Cyclodidemniserinol trisul-fate在体外能抗HIV感染，具有抑制HIV-1整合酶的活性。
   
　　不同种类的珊瑚中含有多种抗病毒活性物质。从软珊瑚Clavularia viridis中分离得到前列腺素A类似物Clavulone，能抑制疱疹性口炎病毒VS的复制，其IC 50 为1～1.5μM ［15］ 。在蓝色珊瑚Heliopora coerulea中得到双萜类物质helioporins A和B，显示出了抗HSV-1的活性，对P388有细胞毒活性;软珊瑚Lobophtum中得到的双萜类物Lobohedleolide，具有抗HIV感染的活性 ［16，17］ 。在软珊瑚Alcyonium gracillimum中还发现两种半酮缩醇具有抗病毒的活性 ［18］ 。
   
　　在某些甲壳动物如青蟹（Callinectes sapidus）、虾（Penaeus setiferus）和小龙虾（Procambarus clarkii）的组织提取液中发现含有抗DNA和RNA病毒的物质，对辛特比斯病毒SB、痘病毒VAC、疱疹性口炎病毒VS、MENGO、BANZI和脊髓灰质炎病毒有很好的抑制作用。由于无脊椎动物缺乏特异性免疫机制，这些动物体内含有的抗病毒物质在病毒防御上起着重要作用 ［19］ 。另外，从福氏海盘车（Asterias forbesi），长棘海星（Acanthaster planci）、海燕（Asterias pectinifera）、海百合Gymnocrinus richer和蛤类Meretrix petechialis等海洋动物中也分离到抗病毒活性物质 ［20～22］ 。
   
　　1.2 海洋植物 海藻是海洋植物的主体，是一个庞大的天然活性物质资源库，已从中筛选出大量具有药理活性的天然产物。
   
　　目前，从海藻中发现的抗病毒活性物质主要为多糖类。在1958年Gerber等 ［23］ 首次报道了海藻多糖具有抗病毒活性。他们发现在海藻Gelidium cartiagenium中提取的多糖能保护雏鸡胚胎不受流感病毒B和腮腺炎病毒的感染。海藻中发现的抗病毒多糖往往都是硫酸化的，硫酸化结构是多糖抗病毒的重要活性部分，一般硫酸化程度越高，抗病毒活性越强。硫酸多糖具有许多重要生物活性，开发成抗病毒特别是抗HIV病毒的新型药物具有很大潜力。海藻是结构新颖的硫酸多糖的重要来源，高度硫酸化的多糖往往具有抗凝血剂特性 ［24，25］ 。
   
　　羊栖菜多糖是从全藻羊栖菜中提取得到的一种水溶性多糖，主要由褐藻胶和褐藻多糖硫酸酯组成。岑颖洲等研究报道羊栖菜多糖及其分离产物对单纯疱疹病毒1型（HSV-1）有明显的抗病毒作用，且随着纯度的提高，样品抗病毒作用随之增强，对柯萨奇病毒CVB 3 的抗病毒效果优于病毒唑;羊栖菜多糖样品对Vero细胞的毒性较小，半数致死浓度CC 50 大于5000mg/L。羊栖菜多糖样品不仅具有直接杀灭病毒作用，而且还可进入细胞或吸附在细胞表面，从而达到抑制或杀伤病毒的效果 ［26］ 。在海藻中分离得到硫酸多糖911，能抑制HIV-1病毒对MT 4 细胞的急性感染和对H 9 细胞的慢性感染，主要作用机制是抑制病毒逆转录酶活性和干扰吸附 ［27］ 。Partha Ghosh等在绿藻Caulerpa racemosa中得到一种硫酸多糖，主要由半乳糖、葡萄糖、醛糖、木糖组成，对单纯疱疹病毒HSV-1和HSV-2 表现出选择性抑制活性，EC 50 为2.2～4.2μg/ml，无细胞毒活性，而且在EC 50 浓度时没有表现出抗凝血性质 ［28］ 。从褐藻类Sargassum提取的由果糖、半乳糖、甘露糖、木糖、葡萄糖和半乳糖胺组成的硫酸酯杂多糖，具有较好的抗单纯疱疹病毒HSV-1和HSV-2的活性 ［29］ 。
   
　　从海洋微藻Cochlodinium polykrikoides中分离的硫酸多糖，体外能完全抑制包膜性病毒对宿主细胞的侵入，对宿主细胞无毒害，而且不引起抗凝血作用 ［30］ 。2004年Joung Han Yim等通过多次乙醇沉淀，凝胶过滤，在微藻Gyrodinium impudicum strain KG03中得到一种硫酸多糖p-KG03，有很好的体外抗脑心肌炎病毒EMCV的活性。随着p-KG03浓度提高，抗病毒作用增强，其EC 50 为26.9μg/ml，当p-KG03浓度达到1000μg/ml时，对宿主细胞也没有表现出细胞毒活性。这是首次报道的具有抗EMCV病毒活性的海洋天然产物 ［31］ 。
   
　　在海藻中除了得到研究较多的硫酸多糖，还分离到了许多其它抗病毒活性物质，如醣脂类、角叉胶、岩藻依聚糖、烯萜类等。在海带Laminaria sp.中得到的褐藻糖胶对脊髓灰质炎病毒Ⅲ型、柯萨奇B3和A16型病毒、腺病毒Ⅲ型、埃可Ⅳ型病毒有明显的抑制作用 ［32］ 。从海藻Halimeda tuna中发现一种新的双萜类物质Halitunal，具有体外抗鼠科冠状病毒A59的活性 ［33］ 。在巴西海藻Dictyota menstrualis中得到两种双萜类物质:（6R）-6-hydroxydichotoma-3，14-diene-1，17-dial和（6R）-6-acetoxi-dichotoma-3，14-diene-1，17-dial，具有剂量依赖性的抗HIV-1病毒的活性，能抑制HIV-1逆转录酶活性，阻止病毒复制 ［34］ 。
   
　　1.3 海洋微生物 海洋微生物已成为海洋开发的新资源，海洋微生物活性物质的研究也日益受到世界的瞩目。并且现在证实以前有些被认为是海洋动植物产生的生物活性物质实际上是由与之共生的微生物所产生，例如Oclarit等在海绵Hyatella sp.抽提物中得到的肽类抗生素andrimid是与海绵共生的一株细菌Vibrio sp.的发酵产物 ［35，36］ 。海洋微生物生长周期短，代谢易于控制，通过大规模发酵可实现工业化生产，与海洋动植物相比，具有潜在的产业化优势。因此，海洋微生物活性物质研究具有重要意义和独特优势。
   
　　有关海洋微生物抗病毒物质的研究报道比海洋动植物要少。Masahiro等从一种海洋假单胞菌WAK-1strain中同时分离得到胞外粘多糖和硫酸多糖，硫酸多糖在宿主细胞RPMI8226中显示了强的抗单纯疱疹病毒HSV-1的活性，其EC 50 为1.4μg/ml。他们对这两种天然多糖通过二环己基碳二亚胺（DCCI）反应的方法进行人工硫酸化，得到的两种多糖具有抗流感病毒A活性（粘多糖的EC 50 为11.0μg/ml，硫酸多糖的EC 50 为2.9μg/ml）。粘多糖、硫酸多糖和人工硫酸化的硫酸多糖都没有抗流感病毒B和HIV-1的活性。除了天然得到的硫酸多糖对MT 4 细胞有细胞毒活性外（半数中毒浓度为8～21μg/ml），其它多糖对宿主细胞没有表现出细胞毒活性（半数中毒浓度为100μg/ml） ［37］ 。Ahmad等对另外一种海洋假单胞菌No.42strain产生的多糖及其硫酸化衍生物进行了研究。从假单胞菌No.42strain中分离到含有L-谷氨酸（L-Glu）的粘多糖，对其进行人工硫酸化，硫酸化程度低和硫酸化程度高的多糖在宿主细胞MDCK中都显示出抗流感病毒A的活性（EC 50 分别为17.3μg/ml和5.2μg/ml），但它们都没有抗流感病毒B的活性，当半数中毒浓度为100μg/ml时对宿主细胞没有细胞毒活性。他们认为多糖的抗病毒活性似乎是与多糖硫酸化程度相关的 ［38］ 。Okutani等从海洋假单胞菌Pseudomonas sp.HA318分离到的多糖，在低硫酸化状态能100%抑制HIV对MT 4 细胞的侵染，其IC 50 为0.69μg/L ［39］ 。在深海沉积物中发现一种未鉴定的革兰阳性菌，Caprolactins A和B是从中分离出的两种新的己内酰胺，具有抑制人类表皮状癌（KB）、直肠腺癌（LoVo）和单纯疱疹病毒HSV-2的活性 ［40］ 。

　　2 问题与展望
   
　　尽管从海洋生物中分离纯化得到的抗病毒活性物质不少，但大多处于实验室研究阶段，进入临床试验阶段或真正开发成药的很少。因为从海洋生物中寻找病毒治疗药物，面临着药效与毒性的难题，从海洋中发现的活性物质绝大多数具有很强的药理活性，有的甚至表现为特异性的抗病毒活性，但同时也表现出对正常细胞的细胞毒活性;而且，绝大多数海洋生物活性物质结构复杂含量极微，提取分离难度大，海洋样品采集特别是深海样品采集非常困难，药源生物资源有限，这些都是开发海洋抗病毒药物必须解决的问题。所以今后在加大研究力度的同时，必须重视以下几个方面的问题。
   
　　2.1 扩大筛选抗病毒物质的海洋生物范围，进行系统化的筛选，利用人工养殖海洋生物和应用生物技术扩大药源。基因工程、细胞工程、发酵工程或生物反应器等生物技术手段可以培植新的海洋生物，从而获得大量海洋天然活性物质，这是在海洋药物的研究与开发过程中，打破资源限制，解决药源问题的一个现实可行的途径。如秦松等从蓝藻中克隆了别藻蓝蛋白基因，并运用重组DNA技术，获得了能高效表达并生产活性重组别藻蓝蛋白的菌株;对海绵细胞进行离体培养，可以实现工业化大规模生产海绵生物，最终生产海绵药物。
   
　　2.2 利用可获得的海洋天然产物如海洋多糖、多肽、生物碱、甾醇类等化合物作为分子模型，通过化学结构改造（分子修饰）、半合成或人工全合成，可提高疗效、降低毒性，这是今后研究开发高效低毒的海洋药物重要方向之一。比如海洋生物多糖大多硫酸化程度高，分子量大，因此容易引起溶血，难以通过细胞膜，造成疗效差，毒性大等。管华诗等以海藻多糖或甲壳素为原料半合成的一系列海洋硫酸多糖如DPS，911，916，等，在临床应用上提高了疗效，降低了毒性。
   
　　2.3 各学科科研工作者之间要精诚合作，政府要加强海洋药物应用基础研究的人、财、物投入力度，使有研制开发前景的科研项目取得较大力度的支持，推动研究工作向纵深发展。
   
　　我国是一个海洋大国，海洋生物资源丰富，但是有关海洋抗病毒活性物质的研究水平还相对落后。结合我国中医药的悠久用药历史和宝贵临床经验，研制开发具有我国自主知识产权的创新药物，提供高效、无毒、价廉的药物，是科研工作者面临的共同任务。相信随着现代化学合成理论、现代生物技术在海洋药物研究中的应用，在不久的将来会有许多海洋来源的抗病毒新药投入临床应用。

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