、药用植物次生代谢

             题目：药用植物次生代谢

             班级：植物科学与技术二班

             学号：0907103037

             作者： 

             时间：2011年5月30号

药用植物次生代谢

摘　要：

     植物次生代谢是植物在长期进化过程中与环境相互作用的结果,由初生代谢派生。萜类、生物碱类、苯丙烷类为植物次生代谢物的主要类型,其代谢途径多以代谢频道形式存在,具有种属、生长发育期等特异性。

本文介绍了药用植物的起源和历史，从“伏羲尝百药”、“神农尝百草”到现代药典的沧桑巨变，以及讲述的初生代谢与次生代谢的性质和特点。着重讲述了药用植物次生代谢物与新药开发，分别从国外开发利用、国内开发利用、药用植物次生代谢物研究在药物多样性中的重要地位、次生代谢物研究与药理学研究相结合是新药开发的基础以及天然产物与合成、半合成化合物等方面进行了论述。

本文所涉及的理论知识都是从相关书籍借鉴而来的，不知之处尚请见谅。

关键词：药用植物；次生代谢；新药开发

    中国是药用植物资源最丰富的国家之一，对药用植物的发现、 使用和栽培，有着悠久的历史。中国古代有关史料中曾有“伏羲尝百药”、“神农尝百草”，一日而遇七十毒”等记载。虽都属于传说，但说明药用植物的发现和利用，是古代人类通过长期的生活和生产实践逐渐积累经验和知识的结果。到春秋战国时，已有关于药用植物的文字记载。《诗经》和《山海经》中记录了50余种药用植物。1973年长沙马王堆3号汉墓出土的帛书中整理出来的《五十二病方》，是中国现存秦汉时代最古的医方,其中记载的植物类药有115种。汉代张骞出使西域后，外国的药用植物如红花、安石榴、胡桃、大蒜等也相继传到中国。历代学者专门记载药物的书籍称为“本草”。约成书于秦汉之际的中国现存最早的药学专著《神农本草经》,记载药物365种，其中植物类药就有252种。此后,著名的本草书籍有梁代陶弘景的《本草经集注》、唐代苏敬等的《新修本草》、宋代唐慎微的《经史证类备急本草》以及明代李时珍的《本草纲目》等。其中《经史证类备急本草》，收集宋代以前的各家本草加以整理总结，收载植物类药达1100余种，有不少现已佚失的本草资料赖此得以保存。到明代，《本草纲目》收载的植物类药已达1200多种。 　　

随着医药学和农业的发展，药用植物逐渐成为栽培植物。北魏贾思勰著《齐民要术》中，已记述了地黄、红花、吴茱萸等20余种药用植物的栽培方法。隋代太医署下设“主药”、“药园师”等职务，专职掌管药用植物的栽培。据《隋书经籍志》记载，当时已有《种植药法》、《种神芝》等药用植物栽培专书。到明代，《本草纲目》中载有栽培方法的药用植物已发展到 180余种。1949年后，对药用植物资源进行了有计划的调查研究、开发利用和引种栽培。在成分的测定、分离和提取以及药理实验方面也进行了大量工作。在此基础上整理编写出版了《中国药用植物志》、《中药志》、《药材学》、《中药大辞典》、《全国中草药汇编》、《中华人民共和国药典》等多种药物专著，收载的药用植物达5000多种，已栽培的有200多种。 　　

植物代谢产物可分为初生代谢和次生代谢两种。

(一)初生代谢

    新陈代谢是指生物体内新旧物质的交换，是生物所共有的生命活动。生物的生长和发育都是通过代谢来实现的，因此，代谢是生命的源泉，没有代谢就不可能有生命。从碳代谢流来看，植物、动物和微生物的代谢过程是一样的。植物的新陈代谢可以分为初生代谢和次生代谢。初生代谢与植物的生长发育和繁殖直接相关，是植物获得能量的代谢，是为生物体生存、生长、发育、繁殖提供能源和中间产物的代谢。初生代谢包括分解代谢(降解作用)和合成代谢(合成作用)。

    绿色植物及藻类可通过光合作用将二氧化碳和水合成糖类，并放出氧气，生成的糖则进一步通过不同的途径(糖酵解——三透酸循环途径和磷酸戊糖途径)代谢，产生三磷酸腺苷(ATP)及辅酶I(NAD)等维持植物肌体生命活动的能量物质，以及丙酮酸、磷酸烯醇式丙酮酸、4-磷酸-赤藓糖、核糖等。核糖是合成核酸的重要原料；磷酸烯醇式丙酮酸与4乔薄糖可进一步合成莽草酸：丙酮酸经过氧化、脱浚后生成乙酰辅酶A，再进入三透酸循环中，生成一系列的有机酸及丙二酸单酰辅酶久(为合成酯质的重要原料)等，并通过固氟反应得到一系列的氨基酸(为合成肋及蛋白质的重要原料入这些过程因为对维持植物生命活动来说是不可缺少的过程，且几乎存在于所有的绿色植物中，所以称之为初生代谢过程：糖、蛋白质、酯质、核酸等这些对植物体生命活动来说不可缺少的物质，则称为初生代谢物。

(二)次生代谢

    在特定的条件下，一些重要的初生代谢产物，如乙酰辅酶A丙二酸单酰辅酶A，莽草酸及一些氨基酸等，作为原料或前体，又进一步经历不同的代谢过程。这一过程产生一些通常对生物生长发育无明显用途的化合物，即“天然产物”，如黄酮、生物碱花类等化合物。合成这些天然产物的过程就是次生代谢，因而这些天然产物也被称为次生代谢物。

    植物的次生代谢是相对于初生代谢而言的，是释放能量的代谢，是以初生代谢的中间产物作为起始物(底物)的代谢。通常认为，植物的次生代谢与其生长、发育、繁殖无直接关系，所产生的次生代谢物被认为是释放能量过程产生的物质。长期以来，次生代谢物被认为是代谢中不再起作用的末端产物，作为废物储藏在植物的各种组织中，虽对其生存有重要的生态作用，但在生物体内所执行的功能并不重要。近年来研究发现，其实在所有旺盛生长的细胞中都发生着次生代谢物的不断合成和转化，其中很多次生代谢物有着很强的生物活性，具有特殊的医疗价值，如生物碱、范类化合物、芳香族化合物等，通常称为有效成分。

　  植物次生代谢是由初生代谢派生的一类特殊代谢过程,是植物在长期进化中与环境相互作用的结果。近来的研究发现,植物次生代谢物在植物生命活动的许多方面均起着重要作用,且部分是植物生命活动所必需的。例如,吲哚乙酸、赤霉素直接参与生命活动的调节;木质素为细胞次生壁的重要组成成分;叶绿素、类胡萝卜素等萜类物质作为光合色素参与光合作用过程等。随着次生代谢产物在医药、食品、轻化工等领域的广泛应用,其物质的种类、代谢途径,以及代谢机理等相关问题亦倍受研究者关注,是植物生理学、植物化学等众多学科的主要研究内容之一。

    我们着重谈谈药用植物次生代谢物与新药开发。

1、国外开发利用

    西药为人类医疗保健做出的巨大贡献是毋庸置疑的，但生产时往往带来严重的环境污染，而且成本较高，副作用也较大，尤其对冠心病、关节炎等慢性病的治疗副作用更为明显。随着自我保健意识的提高，人类要求回归大自然的呼声日益高涨，以天然植物为原料的次生代谢物药物，在世界各国日益受到人们的青睐，据统计，美国市场上有25％的医药品来自植物的次生代谢物(提取物或活性成分)，已形成200多亿美元的市场。来自90多种植物的119种次生代谢物(化合物)已成为一些国家常用的重要药物。在这119中药物中，约74％是从传统药用植物中经次生代谢物(活性成分)分离和化学研究发现的。例如，众所周知的抗疟疾药奎宁分离自金鸡纳的树皮：止咳和止痛药可待因和吗啡分离自罂粟：具镇静和降压作用的利血平分离自印度的蛇根木：具强心作用的洋地黄毒甙分离自紫花洋地黄等。现在，西方一些大的制药公司，如葛兰素—威康，德国的赫司特，美国的默克、孟山都和杜邦等公司都已系统地开展了植物次生代谢物(活性成分)的筛选。美国的夏玛制药公司等更把他们发现新药的部分项目建立在传统民族药植物药信息上。

    世界卫生组织(WHO)为了实现人人享有健康的目标，提出了大力发展传统药物的战略，并于1978年制定了传统医学规则，正式确定了传统医药的地位。自20世纪90年代初期，美国国会通过了“另类医药”法案，接受了来自亚洲和欧洲的天然中草药。在植物药的开发中，国际市场上首推德国，德国以草药为治疗手段的医师高达70％，部分草药治疗费已被列入或保险公司的医疗费用。在“德国药品目录”中收载的药品中，近40％是以植物为原料的天然次生代谢物来源的。法国也于1987年成立了中医研究院，中药消费量不断增加。

2、国内开发利用

    中国是世界上植物资源最为丰富的国家之—，有30000种高等植物，其中50％以上为特有种，其中约有11000种药用植物遍布全国各地。这30000种高等植物，仅次于巴西和哥伦比亚，居世界第3位。有从热带、亚热带、温带到寒带的多种植物资源。

我国1300余家制药厂，目前生产的植物次生代谢物(天然有效成分)及其衍生物制品已达400余种，以有效部位生产的植物药品800种，另外有200余种临床试用，并经全面鉴定后已制成了500余种各种制剂药物，特别是对中草药次生代谢物的研究，创制了——批我国特有的40余种新药，如青蒿素（抗癌，从黄花蒿中提取的)、黄连素(抗肠胃炎症）、延胡索乙碱；即四氢巴马汀，（止痛镇静药物）、东莨菪碱（麻醉用药)、丫止藤碱（治疗青光眼）、石杉碱甲（增强记忆，治疗重症肌无力和老年痴呆）、莨菪碱和樟柳碱(新型胆碱神经阻滞剂)、芫花酯甲（引产，安全指数高）、靛玉红(从当归芦荟丸中分离的活性成分，抗白血病）、天麻素和豆腐果昔(镇静、安眠）、草乌甲素(镇静、安眠，治疗偏头疼)、丹参酮IIA磺酸盐等。然而，由于种种原因，这些植物新药至今没有走向世界，大都以低价的植物原料出口。据统计，1990年世界中草药贸易额为48亿元，我国只占1／10左右。在国际市场上，植物药及以植物为原料制成的药品成交额为300多亿美元，而我国中药的出口仅占世界量贸易额中的3％—4％，没有竞争力。截止1999年7月，只有天津天士力制药有限公司生产的“天工力复方丹参滴丸”(治疗心血管疾病药物)于1997年12月通过了美国FDA的新药临床研究预审，成为我国以药物形式出口美国的第一个中药。

    目前，我国出口美国销量大的药用植物有以下几种。1．大蒜降压、降胆固醇和甘油三酯，提高高密度脂蛋白以及抗菌、抗血栓等作用；2．白毛茛、人参可促进身体正常化，增强身体承受紧张的能力，并能降低体内低密度脂蛋白；3．银杏主要含有黄酮类化合物和白果内酯，对外周循环系统失调和脑缺血后遗症有显著疗效，能促进血液循环、增强记忆、减缓老年性痴呆的恶化程度；4.贯叶全丝桃抗抑郁和抗病毒；5．芦荟可用作消炎药，抗病毒，抗肿瘤；6．麻黄治疗哮喘和感冒，亦可用作减肥；7．紫锥菊对健康有益，治疗儿童支气管炎，效果比抗生素好，能促进免疫功能。

三、药用植物次生代谢物研究在药物多样性中的重要地位

    次生代谢物研究是寻找新药资源的前提。目前兴起的“植物化学”的主要任务之一，就是分析和认识被研究植物的次生代谢物质，即所含的化学成分，为植物资源的开发利用提供科学依据。通过次生代谢物研究，以期从其近缘植物或植物学的进化关系上得到可供开发利用的新资源。开发新药的物质可以来自天然植物资源，也可以从众多植物中发现具有进一步研究和开发价值的物质即先导化合物，从植物次生代谢物中发现出新的先导化合物后，通过对这种结构新颖的先导化合物的研究，可以对其分子进行简化、改造、修饰或优化，即可创制具有新型结构及特殊药理作用的新药。从天然产物中发现先导化合物是新药研究的一个重要方面，尤其是治疗疑难重症的药物更寄希望子：天然产物。目前从天然产物中寻找防治肿瘤、艾滋病、抗病毒、溶栓等药物是新药研究的热门课题。

    次生代谢物研究是药理学研究的科学依据。次生代谢物的应用需要将植物化学、生药学、合成化学、分子生物学、微生物学和细胞生物学等学科有机地结合起来，才能充分发挥其巨大的潜力。植物化学作为一门基础科学，对许多学科，包括生物化学、天然产物化学、植物科学、生物学等起着重要的作用。20世纪80年代以来，我国这方面的研究取得了较大的发展。不少单位购置了现代化的分离分析设备、新材料、新试剂，引进了一批新技术。这些都为我国应用植物次生代谢物的研究与开发利用奠定了必要的物质基础。

    植物次生代谢物大部分具有生物活性，所以，研究次生代谢物与药物开发密切相关。分析和认识被研究植物所含的次生代谢物，为植物资源的开发利用提供科学依据。

四、次生代谢物研究与药理学研究相结合是新药开发的基础

    次生代谢物研究只有与药理学研究相结合，才能知道某一次生代谢物的作用，了解其治病的作用机理，才能正确地进行应用。

    研究一种有疗效的药用植物时，要与药理学密切地结合起来，在药理筛选指导下认识研究对象的化学性质，确定其疗效。不仅要了解某一植物单一的次生代谢物的特效作用，还要了解多种有效成分的综合作用。因为大多数中草药不可能像西药那样只含有—种有效成分，而是含有多种成分，它的疗效往往是所有成分的综合作用。例如，过去在灯盏细心的研究中，认为主要活性成分为黄芩甙，近年来研究发现．除了黄芩甙之外，其所含的酚性成分和其他小分子化合物也是不可忽视的活性成分。因此，灯盏细心的药理作用是多种成分的协同作用。如果只以黄芩甙为主要活性成分来开发，就会造成植物资源的浪费，所开发的药物也不能完全代表原植物固有的疗效。

五、天然产物与合成、半合成化合物

    一段时间，不少人预言，天然产物将很容易被合成化合物所取代，美国生药学会GordonM，Cragg博士认为，天然次生代谢物将继续作为新的生物活性剂的一个来源，是合成化合物所替代不了的。德国拜耳公司（Bayer)对天然产物和合成化合物的结构类似性统计调查结果表明，天然产物和合成化合物的结构性质之间有明确的差别：即使在合成方法学上取得了预期的强有力的发展，自然界现在和将来都是创新先导化合物最有效和最有可能的来源，组合合成都永远取代不了天然产物；改变与肿瘤相关蛋白的功能，小分子天然产物是最有效的。所以继续发展新的抗肿瘤天然产物，和应用这些天然产物来设计和构建合成分子，将可能发现新的抗癌药物。

    综上所述，次生代谢物的研究，是新的合成、半合成化合物的先导，没有新的次生代谢物的发现，就很难有新的相应的合成或半合成化合物。如果没有后者，前者资源不足、药效不明显或者有毒副作用的的问题也难以解决，两者相辅相成、可以这样说，次生代谢物研究是一条长河的源头，药理学研究是这条河的上游，而新药开发是这条河的下游，合成和半合成化合物是这条河的支流，没有支流的汇人，这条河不会波浪滚滚。

参考文献：

1、北京林学院主编，植物生理学，北京：中国林业出版社，2004

2、焦瑞身等编著，细胞工程，北京：化学工业出版社，2005

3、甘烦远，郑光植．提高植物培养细胞中次级代谢产物含量的途径，植物学通讯，2003

4、冯永红，许实波．白藜芦醇药理作用研究进展．国外医药．植物药分册，1996

5、贾江滨，许重远，罗景慧等，大蒜中含硫氨基酸研究进展．中草药，2000

6、荆家海主编．植物生理学．陕西科学技术出版社，2006

7、李振国，孙信功．薄层扫描法测定千斤子中七叶树内酯的含量及不同产地的质量比较.                        中药杂志，2003

8、毛峻琴，宓鹤鸣．大豆异黄酮的研究进展．中草药,2000

9、刘新波， 药用植物学.哈尔滨地图出版社 ，2007年6月

10、康，药用植物次生代谢，2001

11、林文雄，药用植物生态学，中国林业出版社，2007年7月