付之文，吳 斌，薛 睿

(1.上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬曙光醫(yī)院，上海 201203；2.中國(guó)科學(xué)院上海藥物研究所，上海 201203)

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知母皂苷類化合物及其結(jié)構(gòu)修飾研究進(jìn)展

付之文1,2，吳 斌2，薛 睿2

(1.上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬曙光醫(yī)院，上海 201203；2.中國(guó)科學(xué)院上海藥物研究所，上海 201203)

知母皂苷是知母中的重要藥效成分，其具有改善記憶力、抑制血小板聚集、抗氧化和降血糖等藥理作用。綜述近年來關(guān)于知母皂苷類化學(xué)成分及其結(jié)構(gòu)修飾的研究進(jìn)展，為知母皂苷及其他甾體皂苷類化合物的研究提供科學(xué)依據(jù)。

知母皂苷；化學(xué)成分；結(jié)構(gòu)修飾；研究進(jìn)展

1 背景介紹

知母為百合科植物知母AnemarrhenaasphodeloidesBge.的干燥根莖[1]，始載于《詩經(jīng)·爾雅》，《神農(nóng)本草經(jīng)》中將其列為中品良藥。其味苦、甘，性寒，歸肺、胃、腎經(jīng)，具有清熱瀉火、滋陰潤(rùn)燥等功效[2]，臨床上主要用于外感熱病、高熱煩渴、肺熱燥咳、骨蒸潮熱、內(nèi)熱消渴、腸燥便秘的治療。甾體皂苷是知母的重要有效成分之一，其在知母中含量高，種類也較多，迄今為止已經(jīng)被分離鑒定的甾體皂苷有60多種。近年來，國(guó)內(nèi)外各研究者針對(duì)知母皂苷進(jìn)行了多項(xiàng)藥理活性研究，發(fā)現(xiàn)其在改善老年癡呆癥狀、抗動(dòng)脈粥樣硬化、抗血小板聚集以及改善骨質(zhì)疏松等方面有顯著作用[3]。因此，將知母皂苷作為新藥進(jìn)行研究和開發(fā)十分必要，具有很好的應(yīng)用前景。

2 知母皂苷類成分化學(xué)結(jié)構(gòu)與分類

甾體皂苷(Steroidal Saponins)是一類螺旋甾烷類化合物與糖結(jié)合的寡糖苷，常見的糖有葡萄糖、半乳糖、木糖、阿拉伯糖、鼠李糖以及巖藻糖等。糖多與苷元C3-OH結(jié)合成苷，苷元由27個(gè)碳原子組成。知母皂苷的基本骨架為螺旋甾烷及其衍生物，主要有15種常見類型，相關(guān)基本母核以及糖取代基類型如圖1所示。

其中40種有代表性的知母皂苷的化學(xué)結(jié)構(gòu)信息如表1所示。

圖1 知母甾體皂苷成分基本母核骨架以及糖取代基類型

序號(hào)類型RH5C25名稱參考文獻(xiàn)1BS1βS15OH-timosaponinN[5],[16]2BS1βR15OH-macrostemonosideJ[7],[16]3AS1βSTimosaponinN[5]4AS1βRMacrostemonosideJ[7]5DS5Δ5(6)S25S-karataviosideC[5]6DS5Δ5(6)RKarataviosideC[12]7DS5αRPurpureagitosid[5],[8]8CS1βSTimosaponinE1[9]9ES1βR27OH-timosaponinBII[6],[16]10FS1βΔ25(27)TimosaponinM[5]11FS4βRCuriliosideH[14],[15]12FS11βRAsparagosideG[16]13FS1βSTimosaponinBII[5]14FS12αSPetuniosideN[5],15FS2βROfficinalisnin-I[5],[10],[11]16FS6αSTimosaponinBV[16]17FS5αSAsparagosideH[14],[16]18FS5Δ5(6)STimosaponinH1[16]19FS5αSTimosaponinI1[16],[17]20FS5αRTimosaponinI1[16]21FS11αSTrigoneosideIIa[10],[13]22IS1βSTimosaponinD[16]23GS13αSIsomerofTrigoneosideIIa[10],[13]24GS13αR25R-trigoneosideIIa[10],[13]25JS2βSTimosaponinC[16]26JS1βSTimosaponinB[16]27JS2βRMacrostemonosideF[16]28JS1βRAnemarsaponinC[16]29JS3βSTimosaponinBIV[16]30HS1β-IsomeroftimosaponinG[16]31MS1βSTimosaponinG[16]32KS115OH-AnemarrhenasaponinI[5],[16]33KS115OH-AnemarrhenasaponinII[5],[16]34KS115OHΔ25(27)AnemarrhenasaponinIII[16]35LS1βSAnemarrhenasaponinA2[5],[16]36LS8αSF-gitonin[16]37OS1βR22-timosaponinAIII[16]38NS8βSTimosaponinAIV[16]39NS1βSTimosaponinAIII[4],[5],[11]40NS9αSXilingsaponinB[16]

3 知母皂苷類化合物結(jié)構(gòu)修飾

在藥物研發(fā)過程中，有些新藥雖然藥理作用顯著，但一些影響其療效發(fā)揮的因素，如體內(nèi)藥代動(dòng)力學(xué)過程欠佳、毒副作用過大或藥物本身穩(wěn)定性差等，往往成為制約藥物正常研發(fā)的重大障礙。因此，我們很有必要對(duì)該類物質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)修飾，以期改善上述不利因素，開發(fā)出更適合臨床使用的新藥。

知母皂苷具有廣泛的藥理活性，如防治老年癡呆癥[18]、改善腦缺血損傷[19]、抗凝血[20]、抗氧化[21]、抗腫瘤[22]、抗骨質(zhì)疏松[23]等，均已有文獻(xiàn)報(bào)道，其開發(fā)利用具有廣泛的市場(chǎng)前景。然而，從知母中直接分離得到的大部分皂苷都存在溶解性差、生物利用度低、毒副作用過大等問題。因此，對(duì)知母皂苷進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾已逐漸成為天然藥物結(jié)構(gòu)改造研究領(lǐng)域中的一個(gè)重要研究方向。筆者對(duì)近年來有關(guān)知母皂苷結(jié)構(gòu)修飾方面的研究作一概述，以期為知母皂苷及其他類似甾體皂苷類化合物的進(jìn)一步研發(fā)提供思路。

3.1 酸水解法

酸水解是用于制備次級(jí)皂苷或皂苷元的最常用方法，適用于工業(yè)化大量生產(chǎn)，且具有較高的可操作性和經(jīng)濟(jì)可行性。在前期知母皂苷BIII體內(nèi)代謝實(shí)驗(yàn)的指導(dǎo)下，筆者發(fā)現(xiàn)BIII在大鼠體內(nèi)主要進(jìn)行脫糖化代謝反應(yīng)。Wu等[24]使用稀硫酸對(duì)知母皂苷BIII進(jìn)行水解，反應(yīng)7h，萃取處理后得到3個(gè)水解產(chǎn)物，分別為Timosaponin BIII-a、Timosaponin BIII-b和Timosaponin BII-a，其中Timosaponin BIII-a和Timosaponin BIII-b為新化合物。同樣，Liu等[25]在此基礎(chǔ)上，使用濃度不同的稀硫酸對(duì)BIII進(jìn)行水解，另外得到一個(gè)新的水解產(chǎn)物，即Timosaponin BIII-c。

3.2 生物轉(zhuǎn)化法

生物轉(zhuǎn)化法是指利用動(dòng)植物離體器官或細(xì)胞以及生物酶對(duì)目標(biāo)化合物進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾的一種方法。該法成本高，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)等因素限制，但其具有反應(yīng)選擇性強(qiáng)、反應(yīng)條件溫和、副產(chǎn)物少、不造成環(huán)境污染和后處理簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，因此生物轉(zhuǎn)化法也是天然產(chǎn)物結(jié)構(gòu)修飾過程中廣泛采用的一種手段。劉艷平等[26]研究發(fā)現(xiàn)可利用葡萄糖苷酶水解知母皂苷BII制備AIII，并針對(duì)反應(yīng)條件進(jìn)行了優(yōu)化，最終確定了條件溫和、轉(zhuǎn)化率高的反應(yīng)路線。Zhou等[27]從黑曲霉菌AS3.0739中提取出一種粗酶，并利用該酶對(duì)知母皂苷BII進(jìn)行水解，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，可相繼得到Timosaponin BII-b、Timosaponin BII-a、Timosaponin BII-c三種轉(zhuǎn)化產(chǎn)物。該團(tuán)隊(duì)后續(xù)又使用另一種Toruzyme 3.0L 商品化環(huán)糊精葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶對(duì)BII進(jìn)行反應(yīng)，結(jié)果得到9種不同的糖基化衍生物，同時(shí)也證實(shí)了GH13家族中的淀粉酶以及CGTase等對(duì)BII的糖基衍生化有促進(jìn)作用[28]。Jiang等[29]利用葡萄糖苷酶對(duì)知母皂苷BIII進(jìn)行水解后得到3種轉(zhuǎn)化產(chǎn)物，即除知母皂苷AIII外，還得到timosaponin BIII-a以及另外一個(gè)AIII異構(gòu)體(20R,25S)-5-spirostane-3-ol-3-O-D-glucopy-ranosyl-(1→2)-D-galacopyanoside。其還對(duì)上述三種轉(zhuǎn)化產(chǎn)物以及BIII進(jìn)行了抗抑郁活性篩選，初步總結(jié)了知母皂苷抗抑郁的構(gòu)效關(guān)系：其中C-3和C-26位的糖基可增強(qiáng)活性，C-22的R構(gòu)型當(dāng)為螺甾烷構(gòu)型，C-20的S構(gòu)型以及C-20和C-22之間的雙鍵可能為活性必需基團(tuán)。

3.3 其他化學(xué)方法

除上述兩類常用方法以外，López等[30]從菝葜皂苷元出發(fā)，在5%NaNO2/BF3醋酸水溶液催化下，修飾得到一種新型的二呋喃型衍生物——(22S,23S)-22,23-dihydroxy-23,26-epoxyfurostane。狄維等[31]對(duì)菝葜皂苷元的C3-位羥基進(jìn)行了糖基化修飾，利用1-位活化的單糖與菝葜皂苷元聯(lián)結(jié)，得到一系列不同糖基的皂苷衍生物，這些糖包括D-葡萄糖、D-半乳糖、D-甘露糖、D-阿拉伯糖、L-阿拉伯糖、D-核糖和L-鼠李糖，這為篩選知母皂苷類化合物抗老年癡呆活性以及構(gòu)型關(guān)系研究提供了化學(xué)基礎(chǔ)。彭纓等[32]則對(duì)菝葜皂苷元C-3位點(diǎn)羥基進(jìn)行了-Br、-Cl、-SO3OH等不同基團(tuán)的取代反應(yīng)，分別得到8種不同的取代基產(chǎn)物，然后對(duì)其進(jìn)行抗衰老活性篩選，發(fā)現(xiàn)8種產(chǎn)物均有不同程度的抗衰老活性，結(jié)合MTT和-gal染色實(shí)驗(yàn)，最終篩選出抗衰老作用強(qiáng)同時(shí)毒性小的為硫酸酯化菝葜皂苷元。此外，F(xiàn)ang等[33]采用一種很巧妙的方法合成了知母皂苷AIII的5種衍生物(如圖2)，其反應(yīng)的關(guān)鍵在于使用了一種半保護(hù)的半乳糖硫苷。

圖2 知母皂苷AIII系列衍生物合成路線

4 結(jié)語

綜上所述，知母皂苷作為知母中的一類重要藥效成分，在防治老年癡呆癥和保護(hù)腦缺血損傷等方面效果顯著，但其作為新藥進(jìn)行開發(fā)仍存在較大不足。因此，如何對(duì)其進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)修飾，在保證藥效的同時(shí)，改善其體內(nèi)藥代動(dòng)力學(xué)過程欠佳、毒副作用過大或藥物穩(wěn)定性差等缺陷，是研究知母皂苷及其他甾體皂苷類似物的重要方向。隨著相關(guān)研究的不斷深入，相信皂苷類藥物將很快走向市場(chǎng)，造?；颊摺?/p>

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(責(zé)任編輯：尹晨茹)

2014-07-14

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(81274055)

付之文(1990-)，男，上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬曙光醫(yī)院碩士研究生，研究方向?yàn)橹兴幩幮镔|(zhì)。

薛睿(1986-)，女，中國(guó)科學(xué)院上海藥物研究所博士后，研究方向?yàn)橹兴幖捌鋸?fù)方藥效物質(zhì)。

R284

A

1673-2197(2014)18-0029-04