1、天然药物化学1天然药物化学题 目 中 草 药 天 然 药 物 化 学 学 院 化 学 工 程 与 技 术 学 院 姓 名 专 业 化 学 工 程 与 工 艺 学 号 指 导 教 师 天然药物化学2摘要：随着人们对化学药品毒副作用的深入认识以及全球范围内“回归自然”浪潮的涌起，国际市场对天然药物的重视程度正在不断加强，发达国家对植物药品的态度已明显改变，对中成药的管制也已开始出现松动的迹象，中药在整个医药行业中的地位和作用有扩大的趋势。随着国家相关政策法规不完善，如今我国中成药行业开始向现代化、消费品市场及美容保健品市场方向延伸，未来呈现出良好的发展前景。关键字：天然药物，中草药，提取，发展前景
2、从“神农尝百草” 至今，中华民族几千年来之所以能够繁衍昌盛、绵延不断，靠的就是中医中药。中医中药在临床应用了几千年，其疗效经过了实践的检验，并成为世界文化的一朵奇葩。我国作为使用草药历史最久、原料最丰富的国家，有着极为丰富的方剂资料和历代中医积累下来的宝贵经验，这些发展中草药的优势是其他国家和地区无法比拟的。在国际医药市场上，天然药物已突破 30%的市场份额，年销售高达近 500 亿美元，全球中草药销量以每年 10%的速度增长，市场潜力巨大。第一部分、中草药的研究现状中草药是中医所使用的独特药物，也是中医区别于其他医学的重要标志。 中国人民对中草药的探索经历了几千年的历史。相传，神农尝百草，首
3、创医药，神农被尊为“ 药皇” 。 中草药主要由植物药（根、茎、叶、果） 、动物药（内脏、皮、骨、器官等）和矿物药组成。因植物药占中药的大多数，所以中药也称中草药。目前，各地使用的中药已达 5000 种左右，把各种药材相配伍而形成的方剂，更是数不胜数。（一）中药的医学临床应用1.1 中药应用理论 中药应用理论比较独特。中药有四气五味。四气又称四性，是指药性的寒、热、温、凉。五味指药物的辛、酸、甘、苦、咸。中草药的气、味不同，其疗效也各异。 1.2 中草药的应用形式中草药的应用形式多种多样，有用药物加水煎熟后去渣留汁而成的汤剂，有研磨成粉末状的粉剂，还有丸剂、膏剂、酒剂、片剂、冲剂、注射剂等。 中
4、草药中有许多名药，植物药以人参、灵芝、何首乌、枸杞最为著名。动天然药物化学3物药以牛黄、熊胆、蛇毒、鹿茸等最为珍贵。矿物药以朱砂、赭石、滑石、芒硝等为最为常用。1.3 中药应用的临床实例近年来,我国中药防治乳腺癌的研究取得了一定的成绩 ,某些中药对 MCF27细胞的生长和增殖等方面有一定的影响。当然,目前中药对 MCF27 细胞作用的实验研究水平还处于较低阶段,其研究多局限于单体物质的抗癌作用 ,中药复方及多组分综合用药研究尚处于起步阶段,要真正在肿瘤临床中大力推广应用中药治疗,面临的科研工作还极其艰巨。应充分结合西医科学技术与中医药整体观念和辨证论治传统优势,对中医药在乳腺癌治疗全过程的贯穿
5、治疗作用加以深入研究。乳腺癌是危害妇女健康的最常见恶性肿瘤之一,我国乳腺癌的发病率呈逐年增长趋势, 而死亡率高达 41.6%。传统治疗方法有手术、化疗、放疗、生物治疗和内分泌治疗等多种手段,中药辅助治疗也是其中重要的一种。（1）中药对 MCF27 细胞的体外培养的影响中药的抑瘤作用不仅体现在其对肿瘤细胞生长的抑制作用上,而且还体现在中药影响肿瘤的细胞周期,以及增殖与凋亡。（2）中药对 MCF27 细胞周期的影响在 MCF27 细胞的有丝分裂过程中,转铁蛋白对细胞从 G1 期进入 S 期十分必要 ,从而促进肿瘤细胞的恶性生长与增殖。有些中药的活性成分可以作用于细胞骨架结构相关蛋白来干扰细胞的有丝
6、分裂过程。采用 MTT 法和 FCM 检测细胞株生长与细胞周期,结果显示中药成分二羟异黄酮能明显阻滞细胞周期于G1 期 ,其机制可能就是调节了细胞的骨架结构的转铁蛋白。其他研究也表明有相当数量的中药活性成分对 MCF27 细胞周期有显著阻滞作用。（3）中药对 MCF27 细胞增殖的影响采用 MTT 法、FCM 、Western blot 免疫着色法和亲和甄别磁珠法观察中药白藜芦醇对耐阿霉素人乳腺癌细胞系 MCF27/ADM 细胞增殖的影响,结果白藜芦醇作用 MCF27/ADM 细胞 72h 之后, 引起细胞周期阻滞于 G0/G1 期, 导致细胞增殖大量下降并且呈剂量依赖性,从而认为白藜芦醇可能
7、是一种新发现的细胞周期蛋白依赖性激酶(Cdk2)的抑制剂,它可以通过作用于细胞的骨架结构相关蛋白来干扰细胞的有丝分裂过程,使细胞周期延长,从而导致 MCF27/ADM 细胞增殖受到抑制。（4）中药对 MCF27 细胞凋亡的影响应用 MTT 法、FCM 、Annexing/PI 双染法检测不同浓度的补骨脂素对MCF27(ER 阳性 )细胞株的影响作用,结果显示补骨脂素对 MCF27 细胞有明显的体外抑制作用,其 IC50 值为 15.16,细胞 24 h 后, 细胞周期 S 期细胞减少,G1及 G2 期细胞增加 ,并且早期凋亡细胞明显增多 ,从而认为补骨脂素对 MCF27 细天然药物化学4胞有显
8、著的体外抑制作用,其抑制机制与影响细胞周期及诱导细胞凋亡有关。（5）中药对 MCF27 移植瘤的影响移植瘤的存在是乳腺癌治疗中一个不容忽视的问题,很多实验研究都探索了中药对 MCF27 移植瘤的影响作用。（二）中草药有效成分的提取方法2.1 溶剂提取法. 溶剂提取法的原理：溶剂提取法是根据中草药中各种成分在溶剂中的溶解性质，选用对活性成分溶解度大，对不需要溶出成分溶解度小的溶剂，而将有效成分从药材组织内溶解出来的方法。当溶剂加到中草药原料（需适当粉碎）中时，溶剂由于扩散、渗透作用逐渐通过细胞壁透入到细胞内，溶解了可溶性物质，而造成细胞内外的浓度差，于是细胞内的浓溶液不断向外扩散，溶剂又不断进入
9、药材组织细胞中，如此多次往返，直至细胞内外溶液浓度达到动态平衡时，将此饱和溶液滤出，继续多次加入新溶剂，就可以把所需要的成分近于完全溶出或大部溶出。 中草药成分在溶剂中的溶解度直接与溶剂性质有关。溶剂可分为水、亲本性有机溶剂及亲脂性有机溶剂，被溶解物质也有亲水性及亲脂性的不同。 有机化合物分子结构中亲水性基团多，其极性大而疏于油；有的亲水性基团少，其。极性小而疏于水。这种亲水性、亲脂性及其程度的大小，是和化合物的分子结构直接相关。一般来说，两种基本母核相同的成分，其分子中功能基的极性越大，或极性功能基数量越多，则整个分子的极性大，亲水性强，而亲脂性就越弱，其分子非极性部分越大，或碳键越长，则极
10、性小，亲脂性强，而亲水性就越弱。 这样，我们就可以通过时中草药成分结构分析，去估计它们的此类性质和选用的溶剂。甙类都比其甙元的亲水性强，特别是皂甙由于它们的分子中往往结合有多数糖分子，羟基数目多，能表现出较强的亲水性，而皂甙元则属于亲脂性强的化合物。多数游离的生物碱是亲脂性化合物，与酸结合成盐后，能够离子化，加强了极性，就变为亲水的注质，这些生物碱可称为半极性化合物。所以，生物碱的盐类易溶于水，不溶或难溶于有机溶剂；而多数游离的生物碱不溶或难溶于水，易溶于亲脂性溶剂，一般以在氯仿中溶解度最大。鞣质是多羟基的化台物，为亲水性的物质。油脂、挥发油、蜡、脂溶性色素都是强亲脂性的成分。 总的说来，只要
11、中草药成分的亲水性和亲脂性与溶剂的此项性质相当，就会在其中有较大的溶解度，即所谓“相似相溶”的规律。这是选择适当溶剂自中草药中提取所需要成分的依据之一。天然药物化学52.2 水蒸气蒸馏法。水蒸气蒸馏法，适用于能随水蒸气蒸馏而不被破坏的中草药成分的提取。此类成分的沸点多在 100以上，与水不相混溶或仅微溶，且在约 100时存一定的蒸气压。当与水在一起加热时，其蒸气压和水的蒸气压总和为一个大气压时，液体就开始沸腾，水蒸气将挥发性物质一并带出。例如中草药中的挥发油，某些小分子生物碱一麻黄碱、萧碱、槟榔碱，以及某些小分子的酚性物质。牡丹酚等，都可应用本法提取。有些挥发性成分在水中的溶解度稍大些，常将蒸
12、馏液重新蒸馏，在最先蒸馏出的部分，分出挥发油层，或在蒸馏液水层经盐析法并用低沸点溶剂将成分提取出来。例如玫瑰油、原白头翁素等的制备多采用此法。 2.3 升华法.升华法 ：固体物质受热直接气化，遇冷后又凝固为固体化合物，称为升华。中草药中有一些成分具有升华的性质，故可利用升华法直接自中草药中提取出来。例如樟木中升华的樟脑（camphor） ，在本草纲目中已有详细的记载，为世界上最早应用升华法制取药材有效成分的记述。茶叶中的咖啡碱在 178以上就能升华而不被分解。游离羟基蒽醌类成分，一些香豆素类，有机酸类成分，有些也具有升华的性质。例如七叶内酯及苯甲酸等。 升华法虽然简单易行，但中草药炭化后，往往
13、产生挥发性的焦油状物，粘附在升华物上，不易精制除去，其次，升华不完全，产率低，有时还伴随有分解现象。 2.4 近年来出现的新的提取方法 (1) 超临界流体萃取技术 超临界流体萃取(简称 SCFE)是一种以超临界流体(简称 SCF)代替常规有机溶剂对中草药有效成分进行萃取和分离的新型技术，其原理是利用流体(溶剂)在临界点附近某区域(超临界区)内与待分离混合物中的溶质具有异常相平衡行为和传递性能，且对溶质的溶解能力随压力和温度的改变而在相当宽的范围内变动，利用这种 SCF 作溶剂，可以从多种液态或固态混合物中萃取出待分离组分。常用的 SCF 为 CO2，因为 CO2 无毒，不易燃易爆，价廉，有较低
14、的临界压力和温度，易于安全地从混合物中分离出来。超临界 CO2 萃取法与传统提取方法相比，最大的优点是可以在近常温的条件下提取分离，几乎保留产品中全部有效成分，无有机溶剂残留，产品纯度高，操作简单，节能。 (2) 超声提取技术 超声提取技术的基本原理主要是利用超声波的空化作用加速植物有效成分的浸出提取，另外超声波的次级效应，如机械振动、乳化、扩散、击碎、化学天然药物化学6效应等也能加速欲提取成分的扩散释放并充分与溶剂混合，利于提取。与常规提取法相比，具有提取时间短、产率高、无需加热等优点。 超声提取技术能避免高温高压对有效成分的破坏，但它对容器壁的厚薄及容器放置位置要求较高，否则会影响药材浸出
15、效果。而且目前实验研究都是处于很小规模，要用于大规模生产，还有待于进一步解决有关工程设备的放大问题。 (3) 微波萃取技术 微波萃取是利用微波能来提高萃取率的一种最新发展起来的新技术。它的原理是在微波场中，吸收微波能力的差异使得基体物质的某些区域或萃取体系中的某些组分被选择性加热，从而使得被萃取物质从基体或体系中分离，进入到介电常数较小、微波吸收能力相对差的萃取剂中；微波萃取具有设备简单、适用范围广、萃取效率高、重现性好、节省时间、节省试剂、污染小等特点。目前，除主要用于环境样品预处理外，还用于生化、食品、工业分析和天然产物提取等领域。在国内，微波萃取技术用于中草药提取这方面的研究报道还比较少
16、。 微波萃取技术与传统煎煮法相比较，克服了药材细粉易凝聚、易焦化的弊病，提取时间极短，设备简单，投资较少。但这一技术用于中草药提取尚属起步，其萃取机理还需进一步研究。(4) 酶法 中药制剂的杂质大多为淀粉、果胶、蛋白质等，针对杂质可选用合适的酶予以分解除去。酶反应较温和地将植物组织分解，可以较大幅度提高收率，故酶解不失为一种最大限度从植物体内提取有效成分的方法之一。这是一项很有前途的新技术。 纤维素酶用于以纤维素为主的中药材提取有效成分，的确能提高有效成分的收率，但要拓宽其应用领域，还需要进一步深入探讨酶的浓度、底物的浓度、温度、酸碱度、抑制剂和激动剂等对提取物有何影响。诚然，酶法目前在动物类
17、药材提取方面应用得较为广泛。 (5) 半仿生提取法 半仿生提取法(简称 SBE 法)是将整体药物研究法与分子药物研究法相结合，从生物药剂学的角度，模拟口服给药及药物经胃肠道转运的原理，为经消化道给药中药制剂设计的一种新的提取工艺。即将药料先用一定 pH 的酸水提取，继以一定 pH 的碱水提取，提取液分别滤过、浓缩，制成制剂。它将分析思维与系统思维统一起来，形成观察问题的新思路，即在中药提取中坚持了“有成分论，不唯成分论，重在机体的药效学反应。 ” 天然药物化学7这种新提取法可以提取和保留更多的有效成分，能缩短生产周期，降低成本，多种复方制剂的研究提示， “SBE 法”有可能替代“WE 法”(即
18、水提取法)。而且这种提取方法在中药饮片颗粒化的研究中，也有着广阔的应用前景。张兆旺等以阿魏酸、苦参碱、苦参总碱及干浸膏为指标，采用 SBE 法和 WE 法对当归苦参丸的提取工艺进行比较研究，经 4 个指标综合评价 SBE 法优于 WE法，因此， “半仿生提取法”能体现中医临床用药的综合作用特点，符合口服给药经胃肠道转运吸收的原理。但目前这方法仍沿袭高温煎煮法，长时间高温煎煮会影响许多有效活性成分，降低药效。为此有人建议将提取温度改为近人体的温度，并且引进酶催化，使药物转化成人体易吸收的综合活性混合物，这样更符合辩证施治的中医药理论。 第二部分、中草药研究的发展（一）中草药研究的机遇在世界范围内
19、,中药产业多年来一直保持较快的增长速度 ,目前国际植物药市场份额已达 300 多亿美元 ,并且以每年 10%20%的速度递增; 全球对天然营养药品的需求正以 70%的年增长率递增。据世界卫生组织统计 ,目前全世界 40 亿人使用中草药治病,占世界人口的 80%。该组织估计 ,中药的开发利用在未来 10年内将在全球兴起10。 中药产业作为“国家战略产业” ，已经写入我国中药现代化发展纲要(2002-2010 年) ,中药行业的发展已列入了国民经济和社会发展“十一五”规划。不久前，国务院发布了中医药创新发展规划纲要(2006-2020 年), 这是中国政府全面推进中医药发展的一项重大举措，为中药产
20、业的发展提供了重大历史机遇和重要的政策保障。 随着国际市场对中草药需求的迅速增加,我国中药行业正越来越多地成为国内外资本关注的热点。 国内大批上市公司把投资中药作为企业转型和扩张经济规模的新方向,中药产业也被国际资本视为最具投资价值的行业 11。（二）中医药发展趋势天然药物化学8当前，为使我国中医药工作与现代医学及国际医学发展水平接轨，并取得突破性进展，据有关专家分析预测中医药研究发展的趋势。1.高新技术的应用 21 世纪是生命科学世纪。近 40 年来生命科学领域有了重大突破，数学、物理、化学、信息科学等其它学科专家运用各自学识和手段进入生命科学领域，初步揭示了生命的奥秘，为新兴产业提供新理论
21、和技术。近十几年来，中医药界采用现代科学高新技术研究中医中药，包括采用分子生物学、免疫学、遗传学、受体学说、基因检测技术等新技术、新方法。如在脾虚证研究中运用 70 余种、肾虚证研究中运用 90 余种指标或方法，揭示脾虚、肾虚证本质。2.病证结合的研究如在临床治疗研究中，以病带证、以证带方，病证方药自成体系，易出成果；在基础研究中，建立典型疾病证候动物模型，研究病与证、证与方药的关系，研究新的病证结合动物模型。3.新理论的产生创造新理论、新观点、新概念，如定性定量辨证思维与方法、生物性肾虚证与病理性肾虚证（预后不同的两种肾虚证） 、隐潜性证（在症状未显露前潜在表现的证候） 、急性虚证、急性瘀证
22、、高原血瘀证、小儿感染后脾虚证、菌毒并治（杀菌与解毒并施的治疗机理与方法） 、皮层-内脏-经络学说（如蕴热期、瘀滞期、毒热期阑尾炎） 。4.创新药物的开发传统制剂的创新-研制新制剂；毒剧药物的研究，筛选有效新药；扩展新药源如海洋药物等；有效成分的提取，如多糖、总甙类。（三）研究发展中存在的问题1.很少进行活性成分研究一些研究者只是单纯进行化学研究, 满足于发现一些新化合物, 对活性则极不重视, 很少有人进行活性成分研究。为了能够发现新的化合物或新的结构, 一些人对有多年临床疗效的中药或民间药兴趣不大, 宁可去寻找那些新的植物资源, 而不管它是否有活性或是否有临床经验1。2 活性成分研究的思路和
23、方法不当所谓活性成分研究，多半只是将分离得到的化合物在测定结构之后，再送至有关活性筛选部门进行活性筛选，碰着算，碰不着拉倒，收效甚微，较少有天然药物化学9人采用活性指导下的导向分离方法。因此，那些含量甚微、又难于分离的活性成分在分离途中可能丢失，丢失了也难于察觉。3化学家与生物学家相互脱节生物学家尽管不断宣布在身体机能、细胞或基因调控方面有新的发现, 但未能在此基础上建立起新的灵敏、简便、可靠的活性筛选体系。故化学家即使想进行活性成分研究, 也常常无法实施。4未能充分重视中医药的传统经验5.多采用西医哲学思想研究中药, 故成效不大西医多强调对症的、局部的治疗，强调外因的作用，强调单一活性化合物
24、对单一靶点的作用, 希望药到病除、立竿见影，采用的多是攻击性或排除性的方法。而中医则强调治本或者标本兼治，强调对整体的作用, 强调通过中药方剂中多种成分对身体的多向调节作用达到调动机体内因、调整机体平衡、祛病养生的目的。因此, 研究中药活性成分时如果选用的是体现西医哲学思想的活性筛选模型, 用作阳性对照的又是那些符合西医对症治疗观点、作用剧烈的西药时, 则对中药活性成分的研究结果常常令人感到失望。在研究常用中药，尤其是中药中的上品或其制剂时, 这种情况更为多见。6.研究得到的部分成果未能进一步提高或推广应用从中药或天然药物中得到的活性成分，往往未能做进一步的结构修饰或者结构改造，并就结构活性相
25、关问题进行深入的探讨，对创新药物的贡献作用不大。研究成果未能更好地用于指导中药制剂的标准化、规范化，对推动中药现代化所起的作用不大。中药多以汤剂形式应用，但是水溶性成分过去很少成为化学研究者的工作对象。迄今，研究者多沿用西方做法，将中药当作一般的植物药进行研究。实际上中药很少单用，多为组方用药，中药的疗效主要是方剂的药效。但中药方剂有效成分( 或活性成分 ) 的研究，由于种种原因，化学家很少涉足，甚至望而生畏。体内环境( 如 p H 值、肠内菌丛、酶等) 对中药及其复方制剂成分的影响常被忽视, 故采用常规方法得到的成分很可能只是一般化学成分，或可能只是活性成分的前体药物。天然药物化学10第三部
26、分、学习天然药物化学后的感想心得在学习课程之前，我认为天然药物化学就是关于中草药的一门科目，并且自己对中草药也是抱有半信半疑的态度，因为在我的印象是花花草草的怎么可能确切的的精准的功效呢。而在本学期学习天然药物化学的过程里，通过老师，我接触到了天然药物化学方面系统的的知识，知道了与其有关的概念，也知道了这些个花花草草是怎样的机制，又是怎样的作用原理来发挥其作用，这也让我彻底的认可了，中草药确实是一件疗效确切的药物， 也让我知道了天然药物化学是一门运用现代科学理论与方法研究天然药物中化学成分（以生理活性成分或有效成分为主）的学科。而天然药物主要是指来源于动植物及其他生物、具有明确治疗作用的单一组
27、成或多组分药物。学了这门课程之后我对天然药物化学有了更加深刻的了解，对其的认识由理性上升的感性。中国有着丰富的天然药物资源和巨大的市场潜力。通过查阅资料，我发现，由于医疗费用的不断上涨和为了减少药物副作用,世界各国近些年来纷纷把目光投向了天然药物。我国植物动物和矿物中药资源有 12807 种,是世界上天然药物资源最丰富的国家之一,开发与利用我国的天然药物资源有着非常广阔的前景。世界已经改变了对天然药物的偏见，而我国中医临床所使用的药物大多是天然药物。开展天然药物的研究有利于促进中医药研究的发展,有利于推动中药现代科技产业发展,为中国乃至世界人民的健康保健服务。中草药作为天然药物的重要组成部分,
28、中药产业被列入了未来的支柱性产业之一。随着国际天然药物热潮的兴起、国际天然药物市场不断扩大,国内中药产业发展迅猛,呈现出速度高、效益好的强劲发展势头。而目前，在国际医药市场上，天然药物已突破 30%的市场份额，年销售更是已高达近 500 亿美元，全球中草药销量以每年 10%的速度增长，市场潜力巨大。我国作为使用草药历史最久、原料最丰富的国家，有着极为丰富的方剂资料和历代中医积累下来的宝贵经验，这些发展中草药的优势是其他国家和地区无法比拟的。在我看来，我国的中医历史悠久，中国理应具有得天独厚的优势。天然资源极其丰富,加上祖先留下了数千年中医中药和民间医药的宝贵经验,因此,开发和利用天然药物是我们独特的优势,天然药物应该成为当前我国开发新药的重点目标。我们必须承认中国在新药开发方面与国外相比确实有一定差距，新药的研究技术上也存在一定差距。但医药产业是中国乃至世界的朝阳产业，是我们必须要投入更多精力大力发展的。所以，我们切入点就是中草药天然药物！天然药物全世界都风靡流行，有着很大的发展空间，和巨大的商业价值。但是我们也要警惕的是，西方国家也已经发现了天然药物这个巨大的市场。而我是一名药物专业的学生，在老师的细心教导下，学到了相关知识，让我明确可以后
