天然產(chǎn)物蟛蜞菊內(nèi)酯的研究進(jìn)展

茍洪倩,鄒小雨

(北方民族大學(xué) 化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院,寧夏 銀川 750021)

近年來(lái)隨著天然產(chǎn)物井噴式的發(fā)現(xiàn),科學(xué)研究表明天然產(chǎn)物活性復(fù)雜且具有價(jià)值,越來(lái)越多的具有良好生物活性的天然產(chǎn)物可以作為先導(dǎo)化合物被開(kāi)發(fā)成藥物。例如抗腫瘤的紫杉醇[1]、喜樹(shù)堿[2]、?？舅豙3]或者刺尾魚(yú)毒素[4]等。藥用天然產(chǎn)物在人類的生產(chǎn)生活中的地位越來(lái)越重要。由于提取困難且含量少導(dǎo)致大量的活性產(chǎn)物不能投入到真正的研發(fā)之中,阻礙了人類科學(xué)的發(fā)展。故天然產(chǎn)物的全合成應(yīng)運(yùn)而生,天然產(chǎn)物全合成和其提取分離技術(shù)的結(jié)合不僅推動(dòng)了醫(yī)藥行業(yè)的發(fā)展,同時(shí)也帶動(dòng)了香料、染料的發(fā)展[5]。故全合成的出現(xiàn)對(duì)天然產(chǎn)物的研究起著重大作用。

1 天然產(chǎn)物的研究意義

天然產(chǎn)物[6]是指動(dòng)植物以及微生物體內(nèi)的組成成分或其代謝產(chǎn)物,來(lái)源于植物界的有效成分,是中藥材發(fā)揮藥效作用的重要基礎(chǔ)。自古以來(lái),高等植物就為人類提供了治療性化合物的來(lái)源。歷史上,所有的藥物都是從天然材料中提取。目前在臨床實(shí)踐中使用的所有藥物中,超過(guò)50%仍然是天然產(chǎn)物(包括其衍生物和類似物),其中植物來(lái)源的天然產(chǎn)物約占25%[7-8]。在過(guò)去幾年里,對(duì)具有藥用特性的植物提取物以及在其自然棲息地中用作毒素和獵食毒藥的植物提取物進(jìn)行化學(xué)分析和純化,產(chǎn)生了大量純化化合物,這些化合物已被證明是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)實(shí)踐中必不可少的天然資源[9]。天然產(chǎn)物中特定活性骨架、活性基團(tuán)和優(yōu)秀的生物活性為新藥發(fā)現(xiàn)提供了大量的機(jī)會(huì),1981～2019年批準(zhǔn)上市的新化學(xué)實(shí)體藥物中,與天然產(chǎn)物有關(guān)的化合物占一半以上,如果除去其中的生物相關(guān)的,與天然產(chǎn)物有關(guān)的化合物可占新批準(zhǔn)上市藥物的近70%(如圖1)[10]。

2 蟛蜞菊內(nèi)酯的簡(jiǎn)介

蟛蜞菊又名蟛蜞花、路邊菊(《生草藥性備要》)、黃花龍舌草、黃花曲草(《福建中草藥》)鹿舌草、黃花墨菜,生于路旁、田邊、溝邊或濕潤(rùn)的草地上[11]。現(xiàn)代藥物分析研究表明,在古代文書(shū)中早就有記載蟛蜞菊具有治療白喉,咽喉炎,氣管炎,肺炎,百日咳,痢疾,痔瘡,腹痛,風(fēng)濕,跌打損傷等功效。香豆素是一類具有多種生物活性的天然產(chǎn)物[12],例如,大麻素、去甲基蟛蜞菊內(nèi)酯和蟛蜞菊內(nèi)酯是天然產(chǎn)物,是Coumestans家族的特征成員,這些化合物也是植物雌激素的重要來(lái)源。蟛蜞菊內(nèi)酯(Wedelolactone,WEL),屬于香豆素類化合物,在碳C-1、C-8和C-9上有三個(gè)羥基,在碳C-3上有一個(gè)甲氧基,是一種從蟛蜞菊和旱蓮草中提取出來(lái)的呋喃香豆素類小分子化合物[13],分子量為314.25,分子式為C16H10O7。研究表明,蟛蜞菊內(nèi)酯具有多重的生物活性,包括對(duì)IkB激酶的抑制[14],消炎鎮(zhèn)痛[14-15],保肝[16-17],抗蛇毒[18],抗癌作用[19]等。同時(shí)該物質(zhì)可以明顯地加強(qiáng)干擾素-γ(IFN-γ)的信號(hào)強(qiáng)度,從而有效地提高它的抗腫瘤活性[20]。目前,我國(guó)對(duì)蟛蜞菊內(nèi)酯這種物質(zhì)的研究主要集中在其提取工藝條件的優(yōu)化及如何采用化學(xué)方法合成該物質(zhì)等方面。蟛蜞菊內(nèi)酯是生物活性物質(zhì),并在化學(xué)結(jié)構(gòu)上為一個(gè)多酚內(nèi)酯,然而蟛蜞菊內(nèi)酯不但在植物中的含量不高,而且在堿性條件下容易分解,所以從天然產(chǎn)物中提取純化比較困難。其中最常用的就是進(jìn)行多次柱層析獲得高純度蟛蜞菊內(nèi)酯[21-22]。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是選擇性好,所得產(chǎn)品純度高。但是此法產(chǎn)量小至毫克級(jí)、產(chǎn)品收率不高、生產(chǎn)周期長(zhǎng),且所用生產(chǎn)成本較高,不適于工業(yè)化生產(chǎn)。

3 蟛蜞菊內(nèi)酯的藥理活性

3.1 抗癌活性

WEL(10～30 μmol/L)對(duì)MDA-MB-231乳腺癌細(xì)胞具有凋亡作用[23]。這一結(jié)果不是來(lái)自于NFκB的失調(diào),而是涉及到它與DNA結(jié)合的能力。這與它結(jié)合dsDNA、抑制拓?fù)洚悩?gòu)酶IIα和阻斷DNA合成的能力有關(guān)[23]。人們進(jìn)一步觀察到,拓?fù)洚悩?gòu)酶IIα的抑制和DNA損傷活性是由于它的氧化還原狀態(tài)[24]。另外,WEL(<12.5 μg/mL)抑制了SCC-4和CU110舌鱗癌細(xì)胞通過(guò)AhR的體外生長(zhǎng)和遷移的通路[25]。而前列腺癌可能是美國(guó)男性癌癥相關(guān)死亡的第二大原因[26]。

3.2 抗炎活性

Caspase-11,也被稱為非經(jīng)典炎癥體,由LPS(脂多糖)的刺激下釋放。這種caspase的激活可以導(dǎo)致敗血癥休克、熱病和細(xì)胞死亡[27-28]。WEL(100 μmol/L)抑制了LPS誘導(dǎo)的Caspase-11在BALB/c 3 T3細(xì)胞的NFκB信號(hào)通路[27]。以同樣的方式,WEL(0.1,1和10 μmol/L)顯著抑制NO(一氧化氮)、PGE2(前列腺素E2)和TNF-α水平,以及iNOS(誘導(dǎo)性一氧化氮)和COX-2(環(huán)氧化酶-2)在LPS誘導(dǎo)的RAW 264.7細(xì)胞中的表達(dá)[28]。這里的機(jī)制是由于IκB-α的降解和隨后NFκB p65亞基的轉(zhuǎn)位。

3.3 保肝作用

肝臟纖維化是迅速旺盛的傷口愈合,在肝臟中積累了過(guò)多的錐體活性組織[29]。研究還發(fā)現(xiàn),WEL在10～40 μmol/L的范圍內(nèi)對(duì)LX-2肝星狀細(xì)胞顯示出抗纖維化的作用,即減少凋亡的Bcl-2表達(dá),上調(diào)ERK和JNK表達(dá),但抑制NFκB介導(dǎo)的活性[29]。到目前為止,在CCl4誘導(dǎo)的小鼠肝纖維化模型中,WEL(20 mg/kg)和schisandrol B(40 mg·kg-1·d-1)的組合。靜脈注射,協(xié)同顯示體內(nèi)肝臟保護(hù)活性優(yōu)于單一藥物。其機(jī)制可以用TGF-β1(轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β)來(lái)解釋(轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β)和NFκB信號(hào)通路[30]。

3.4 心血管活性

老年人發(fā)病和死亡的主要原因是心血管疾病,而動(dòng)脈老化的主要機(jī)制是VSMC(血管平滑肌細(xì)胞)發(fā)育異常[31]。此外,在細(xì)胞周期中監(jiān)測(cè)VSMC的增殖,細(xì)胞周期由G0/G1、S和G2/M三個(gè)不同的順序階段組成[32]。在5～40 μmol/L劑量范圍內(nèi),WEL對(duì)PDGF(血小板衍生生長(zhǎng)因子)誘導(dǎo)的大鼠原代主動(dòng)脈VSMC增殖有較強(qiáng)的抑制作用[32]。其機(jī)制涉及G0/G1阻滯,阻止細(xì)胞周期進(jìn)入S期,抑制Akt,但通過(guò)隨后的非周期依賴性激酶抑制劑p21誘導(dǎo)激活A(yù)MPK。進(jìn)一步觀察到,WEL(50 mg/kg)顯著降低球囊誘導(dǎo)的大鼠頸動(dòng)脈新生內(nèi)膜-中膜面積比[32]。

3.5 抗糖尿病活性

WEL對(duì)α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶的抑制率分別為80.65%和93.83%。抑制率分別為80.65%和93.83%,并且優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)阿卡波糖(α-葡萄糖苷酶:0.5%)。標(biāo)準(zhǔn)阿卡波糖(α-葡萄糖苷酶:48.92%和α-淀粉酶:42.23%)[33]。此外,WEL的劑量為5,10和20 mg·kg-1·d-1,可通過(guò)抑制炎癥因子TNF-α和IL-6,下調(diào)氧化應(yīng)激來(lái)抑制鏈脲霉素誘導(dǎo)的2型糖尿病小鼠[33]。以斑馬魚(yú)為研究對(duì)象,天然產(chǎn)物WEL(30 μmol/L)可減少免疫細(xì)胞浸潤(rùn),抑制斑馬魚(yú)幼體高血糖,保護(hù)人β細(xì)胞免受細(xì)胞因子誘導(dǎo)的損傷[34]。金包封的WEL納米顆?？捎糜诳固悄虿?其濃度為80 μg/mL時(shí),可通過(guò)GLUT2(葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體2)通路[35]調(diào)節(jié)DEHP(二(2-乙基己基)鄰苯二甲酸酯)誘導(dǎo)的RIN-5F細(xì)胞Bcl-2蛋白表達(dá),降低脂質(zhì)過(guò)氧化,顯著改善抗氧化劑和胰島素的分泌。

3.6 抗肺纖維化

肺纖維化是一種肺部疾病,發(fā)生在肺組織損傷和疤痕,臨床上沒(méi)有有效的藥[36]。WEL 10 mg/kg可通過(guò)激活A(yù)MPK和調(diào)節(jié)Raf-MAPKs信號(hào)通路來(lái)減輕博萊霉素誘導(dǎo)的小鼠肺纖維化綜合征[36]。WEL(50和100 mg/kg)通過(guò)GPX4(谷胱甘肽過(guò)氧化物酶4)介導(dǎo)的肺衰竭和鐵下垂[37]改善肺損傷。蟛蜞菊內(nèi)酯顯示了對(duì)四氯化碳誘發(fā)的小鼠急性肝損傷的潛在作用,包括增強(qiáng)抗氧化能力,抑制炎癥和細(xì)胞凋亡。其詳細(xì)機(jī)制是增加酶的抗氧化性SOD(超氧化物歧化酶)和GSH-Px(谷胱甘肽過(guò)氧化物酶),減少TNF-α、IL-1β、IL-6和mRNA的表達(dá),抑制ERK的磷酸化和NFκB p65的轉(zhuǎn)位,增強(qiáng)JNK(c-Jun N端激酶),下調(diào)蛋白Bax和caspase-3的表達(dá),但加速Bcl-2的表達(dá)[38]。蟛蜞菊內(nèi)酯通過(guò)抑制TGF-β1誘導(dǎo)的Smad和非Smad信號(hào)通路來(lái)抑制TGF-β1誘導(dǎo)的間質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化(EMT)和成纖維細(xì)胞分化。此外,通過(guò)改善肺纖維化相關(guān)的病理變化,減少細(xì)胞外基質(zhì)蛋白(ECM)的沉積,調(diào)節(jié)Smad信號(hào)通路關(guān)鍵蛋白的表達(dá),抑制炎癥細(xì)胞的聚集,提高小鼠的呼吸功能和生存率,可以抑制博萊霉素引起的肺纖維化的病理過(guò)程。

4 蟛蜞菊內(nèi)酯的合成路線

鑒于蟛蜞菊內(nèi)酯的各項(xiàng)藥理活性,其合成途徑的研究成為關(guān)鍵。現(xiàn)在已有文獻(xiàn)有其合成路線報(bào)道。

2003年,Li等[39]的研究小組探究出了一條蟛蜞菊內(nèi)酯的全合成路徑(圖2),也是被業(yè)界普遍認(rèn)可。然而,這種方法存在一些缺點(diǎn),其中涉及到了一個(gè)關(guān)鍵的中間體—苯基乙炔,它很難制備。該路線的線性序列較長(zhǎng)(共12步),很少用于獲取各種WEL類似物進(jìn)行結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換。

圖2 蟛蜞菊內(nèi)酯的全合成路徑

2008年,Chang等人[40]采用了在呋喃環(huán)處進(jìn)行C-C鍵斷裂的,進(jìn)而得到了未環(huán)合的呋喃前體化合物,再者發(fā)現(xiàn)是通過(guò)Stille偶聯(lián)反應(yīng)生成C-C鍵偶聯(lián)化合物(圖3),但在這條路線中不可避免的用了劇毒的有機(jī)錫和有機(jī)汞試劑,然而它們的使用限制了工業(yè)生產(chǎn),并增加了反應(yīng)合成路線的安全風(fēng)險(xiǎn),反應(yīng)整體路線也過(guò)于繁瑣。

圖3 Stille偶聯(lián)反應(yīng)生成C-C鍵偶聯(lián)化合物

2019年,Huang等[41]發(fā)現(xiàn)的第三種方法是對(duì)第二種方法的改進(jìn)(如圖4),避免了使用有毒試劑,同樣在呋喃環(huán)處進(jìn)行C-C鍵斷裂的,采用硼酸酯與鹵素溴化合物進(jìn)行Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)進(jìn)行偶聯(lián),但這條合成路線更長(zhǎng),合成過(guò)程更復(fù)雜,增加了合成成本,更不適合工業(yè)化生產(chǎn),故因此需設(shè)計(jì)出一條合成路線較短,反應(yīng)條件溫和,簡(jiǎn)單易操作的合成路線。

圖4 采用硼酸酯與鹵素溴化合物進(jìn)行Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)進(jìn)行偶聯(lián)

5 展望

綜上所述,天然產(chǎn)物蟛蜞菊內(nèi)酯的藥理活性已被報(bào)道研究,鑒于各種活性科學(xué)家產(chǎn)生更深入研究的興趣,又由于天然產(chǎn)物提取困難且含量少導(dǎo)致不能投入到真正的研發(fā)之中,阻礙了人類科學(xué)的發(fā)展,所以需迫切一條簡(jiǎn)單可行的蟛蜞菊內(nèi)酯全合成路線,使其能適用于工業(yè)化生產(chǎn),因此蟛蜞菊內(nèi)酯的全合成成為人們研究的重點(diǎn)。