白藜蘆醇的結構修飾與生物活性研究進展

近年來, 研究者發現從植物中提取的天然先導化合物可以作為癌癥藥物的輔助治療, 在許多生物活性分子中, 白藜蘆醇1 (resveratrol, 3, 5, 4′-三羥基二苯乙烯)是一類存在於虎杖、葡萄等植物中的天然非黃酮類多酚[1], 具有抗氧化、抗癌、抗炎、抗休克等多種生物活性, 對心血管、神經系統等有著良好的保護作用, 尤其是抗腫瘤作用備受關註, 是一種具備開發潛力的先導化合物[2, 3]。然而, 由於1的生物半衰期短、水溶性差、靶點較多、生物利用度低等缺點[4, 5], 使其潛在的應用受到極大的限製。因此, 近年來研究人員對其結構進行修飾, 以期得到高活性的白藜蘆醇衍生物用於各種疾病的治療。

白藜蘆醇衍生物, 包括天然和人工合成的兩種類型。其中天然來源又分為白藜蘆醇單體衍生物和低聚物, 占比為1:3[6, 7]。人工合成的單體衍生物主要是以二苯乙烯為基本骨架, 利用化學方法對其結構進行修飾, 采用一些保護基團來修飾酚羥基, 如酯基、氨基、苯磺酰基、糖苷等; 或者在其苯環上引入新的取代基, 如羥基、含氮的雜環和烷氧基等基團。當然還可在兩個苯環之間通過三鍵、苯環、咪唑、亞胺等來修飾烯鍵, 從而增加沛泉白藜蘆醇結構的穩定性, 改善溶解性, 並提高其生物活性。

通過對單體結構的修飾, 可以更加深入地了解各官能團之間的相互作用和構效關系, 為白藜蘆醇衍生物的進一步開發提供新的思路。目前, 已有研究者對其藥理活性進行了綜述[8-11], 本文在其基礎上, 綜述了近幾年來白藜蘆醇單體衍生物及類似物的合成方法以及相關生物活性。

1 白藜蘆醇的結構修飾1.1 對酚羥基的修飾

化合物1 (圖 1)中的3個酚羥基極易被氧化, 所以嘗試通過一些保護基對其酚羥基進行修飾來使其更為穩定, 並研究其生物活性的變化。到目前為止, 由於簡單的合成和較高的藥效, 1的甲基化修飾引起了廣泛的關註。Kerem等[12]從植物中首次分離出兩種1的甲基化衍生物5, 4′-二羥基-3-甲氧基二苯乙烯(2, 又稱松芪, pinostilbene)和3, 5-二羥基-4′-甲氧基二苯乙烯(3), 分別測試了TEAC值, 均具有良好的抗氧化作用, 且2比3的抗氧化能力更高, 說明1的4′-羥基具有更強的清除自由基活性[13, 14]。2還可顯著抑製6-羥基多巴胺(6-OHDA)誘導的人神經母細胞瘤SH-SY5Y的神經毒性[15], 能劑量依賴性地降低6-OHDA引起的乳酸脫氫酶(LDH)的釋放和caspase-3的活性, 且生物利用度高於1。而當甲氧基取代位置和數量不同時, 對人體前列腺癌細胞毒性也不同[16], 1、4、5的IC50分別為24.09、12.24、2.92 μmol·L-1, 5誘導癌細胞雕亡的能力更強。5還可通過抑製AP-1的DNA結合和轉錄活性來抑製膽固醇的攝取, 調節膽固醇穩態來抑製動脈粥樣硬化

紫檀芪6 (pterostilbene), 是一種天然的白藜蘆醇二甲基類似物, 在生物與藥理活性方面與1有許多相似之處, 如抗氧化、抗炎、抗癌、改善高血糖和降血脂等[18]。由於兩個甲氧基的存在, 比1有更好的生物利用度、親脂性和口服吸收性, 毒性小且半衰期更長, 對多種癌細胞和癌幹細胞(如白血病、乳腺癌、宮頸癌等)有顯著的抑製活性, 在臨床試驗中具有潛在應用前景[19, 20]。1和6可通過下調HPV癌蛋白E6的表達, 誘導caspase-3活化, 上調p53蛋白水平, 靶向抑製宮頸癌細胞的增殖和遷移, IC50分別為83.5和42.3 μmol·L-1, 6的效果是1的兩倍[21]。在6的4′-OH位置連接一些疏水性氨基酸可增加其吸收、降低其代謝的速度[22]。

成酯拼合(合成路線1)也是目前新藥的修飾方法, 可提高藥物的穩定性, 通常的成酯試劑有酸酐、酰氯等[23]。而引入雜環可提高分子的生物活性, 1與不同的酰氯如2-噻吩甲酰氯、磺酰氯、芐氯等, 在不同的條件下進行酯化, 合成一系列酯化衍生物。化合物7~9表現出較好的凝血酶抑製活性[24], IC50值分別為10.43、18.31、10.90 μmol·L-1, 均優於1 (IC50 25.87 μmol·L-1), 有望成為凝血酶抑製劑。表明在1的3-OH位置引入雜環化合物可能是提高其抗凝活性的一種可行策略。9~11對宮頸癌HeLa腫瘤細胞的抑製活性明顯高於1 (IC50 114 μmol·L-1), IC50值分別為22.7、70、18.0 μmol·L-1, 且9在150 μmol·L-1濃度下的抑製率可達95.5%[23]。12在HeLa細胞系中的IC50值顯示為1.41 μmol·L-1, 是1 (IC50 66.25 μmol·L-1)的90倍, 並且毒性接近多柔比星; 13在A549細胞中的IC50值為4.38 μmol·L-1, 14在LAC細胞系中的IC50值顯示為5.55 μmol·L-1, 活性均高於1。而且13和14與含有芳香核的基團醚化後, 其細胞毒性強於其他衍生物[25]。

布洛芬是一種解熱、鎮痛的消炎藥, 但是長期大劑量的服用會給患者腸胃和腎臟帶來一定的不良反應, 研究表明, 1恰能降低這種不良反應。因此, Wei等[26]將1和布洛芬結合進行酯化, 在1的3個羥基選擇性引入乙酰基和三異丙基矽基三氟甲磺酸酯(TIPS)保護基, 得到化合物15b, 然後用甲醇鈉選擇性水解脫去乙酰基保護後得到15c。接著以EDCI-DMAP為縮合劑, 15c與布洛芬發生酯化反應, 在三乙胺三氫氟酸的作用下, 脫去TIPS保護基得到單取代酯化衍生物15 (合成路線2)。15可有效地抑製脂多糖(LPS)誘導的腫瘤壞死因子-α (TNF-α)和白細胞介素-1β (IL-1β)的產生。在其對LPS誘導NO生成的影響中, 15 (IC50 3.26 μmol·L-1)的活性要好於1 (IC50 8.31 μmol·L-1)和布洛芬與1的混合物。在對小鼠胃黏膜的損傷情況中, 15 (UI = 0)與布洛芬(UI = 23.5)相比, 對胃的不良反應顯著降低。表明15是一種既有良好抗炎活性, 又具有較低腸胃不良反應的非甾體抗炎藥衍生物。

前列腺癌是發生於男性前列腺上皮細胞的一種惡性腫瘤, 大多數可以得到有效的治療。然而, 隨著腫瘤的發展, 細胞內鈣通道不斷被改變, 使得鈣穩態被破壞。研究表明, 持續的鈣增加可導致晚期前列腺腫瘤細胞死亡。而1可靶向增加Ca2+濃度, 且修飾1結構中的4’羥基可提高其治療活性[27], Peterson等[28]通過酯化反應將新戊酯、丁酸酯和異丁酸酯等引入4’羥基中, 可誘導前列腺癌細胞Ca2+升高, 降低細胞活力。其可能是通過抑製PMCA和激活ER的鈣釋放而增加Ca2+。此外, 在1的4’羥基上連接一些疏水基團可以增加對蛋白質的親和力, 從而導致細胞質中鈣水平的升高。而化合物16 (圖 2)的疏水性更強, 所以作用效果更明顯。

盡管1是一種很強的抗氧化劑, 但高劑量的攝入可能會引起腎毒性[29], 並有助於肝臟氧化應激[30], 而且它還可以在過氧化物酶或過渡金屬存在下作為一種促氧化劑發生反應, 從而進一步導致DNA損傷和線粒體功能障礙[31]。為了降低這種不良反應, 研究發現一種天然脂肪酸-硫辛酸, 具有很強的清除自由基的能力, 可以有效地治療一些由抗氧化失衡、體內自由基增加引起的疾病, 如糖尿病[32]、阿爾茨海默癥(AD)[33]等。有研究[34]將硫辛酸與1結合起來, 得到的化合物19可在缺血-再灌註(短暫性大腦中動脈閉塞)下顯示出劑量依賴性的神經保護作用, 可應用於急性腦卒中。Zheng等[35]研究一系列含有三氟甲基的白藜蘆醇衍生物對腫瘤和動脈粥樣硬化的抑製作用, 衍生物20 (IC50 3.38 μmol·L-1)比1 (IC50 53.33 μmol·L-1)對HeLa細胞有更好的抑製作用, 可在7天內抑製Lewis肺癌85.6%的生長。在抗動脈粥樣硬化實驗中, 20能顯著降低總膽固醇(TC)、甘油三酯(TG)和低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)的水平, 從而進一步改善動脈粥樣硬化。此外, 20還可促進血清溶血素抗體的形成, 有效調節免疫功能; 能明顯地降低小鼠血清中ALT、AST、TG等活性, 具有一定的保肝作用。

Sun等[36]采用氨基取代白藜蘆醇4’位的酚羥基, 以3, 5-二甲氧基苯甲醛與對氨基碘苯發生Heck偶聯反應, 合成氨基衍生物21, 在對芳香化酶的抑製活性中, 21 (IC50 0.59 μmol·L-1)比1 (IC50 80 μmol·L-1)更為顯著。21進一步與醛基發生羥胺縮合, 得到亞胺衍生物22, 後脫甲基得到23[37] (合成路線3)。22和23對自誘導的β-澱粉樣蛋白(Aβ)聚集有明顯的抑製作用, IC50分別為7.56、6.51 μmol·L-1, 用熒光素(ORAC-FL)測定的氧自由基吸光度分別為4.72和4.70。同時具有更好的抗氧化活性和較低的神經毒性, 是潛在的抗氧化劑和生物金屬螯合劑, 為阿爾茨海默癥多靶點藥物的開發提供參考。

由於大多數糖基的水溶性好、種類多、連接位置和方式的多樣性導致其具有廣泛的生物活性, 因此, 糖苷的修飾也被廣泛地應用於各種先導化合物中[38]。白藜蘆醇糖苷是葡萄糖取代白藜蘆醇單體中的酚羥基衍生出來的一類化合物, 具備與白藜蘆醇類似的藥理作用, 在保護心血管、降血脂、保肝等方面尤為突出。Larrosa等[39]對1的3, 5位酚羥基采用TBS進行選擇性保護, 在4’位引入糖苷, 然後脫去所有保護基合成白藜蘆醇苷24 (合成路線4), 其抗炎活性強於母體1。而Bao等[40]在1的3-OH位置引入糖苷, 以乙腈為溶劑, 1與α-溴代四乙酰葡萄糖進行糖苷化反應, 甲醇鈉水解脫除乙酰基, 合成了天然產物虎杖甙25 (piceid) (合成路線4), 但產率較低。文獻報道[41]25可通過激活MAPKs-ERK1/2或ERK5和抑製caspase-3/7活性, 保護人神經母細胞瘤SH-SY5Y細胞免受氧化應激; 其抗氧化活性在一些神經退行性疾病, 如帕金森病中具有潛在的治療潛力[42], 在運動行為和DA神經元細胞方面可達到與左旋多巴(L-dopa)相似的治療效果。25進一步的衍生物26和27 (合成路線4)可以阻止1的快速代謝, 減少黏膜屏障失衡, 防止腹瀉, 從而促進了1在結腸黏膜中的作用[39]。也可采用具有與腫瘤細胞表面受體定向結合特性的雙糖來取代1的羥基, 在紅磷和溴的存在下將乙酰化麥芽糖的異頭碳溴化, 然後以四丁基溴化銨為相轉移催化劑, 期間註意溫度控製在60 ℃, 引入甲氧基取代的白藜蘆醇的4′-OH位置, 最後甲醇鈉脫除乙酰基得到雙糖衍生物28[43] (合成路線4), 可提高1作用腫瘤細胞的靶向性。

1.2 對雙鍵的修飾

白藜蘆醇的結構基礎在於3個酚羥基, 酚羥基之間能夠通過C=C與2個苯環形成的共軛體系來實現相互影響, 換句話說, 共軛體系是二苯乙烯結構的特點。因此, 在白藜蘆醇結構衍生化的研究中, 考慮采用其他結構來替代C=C, 實現白藜蘆醇衍生物的化學合成。白藜蘆醇中的碳碳雙鍵為反式構型, 而將其異構化轉化為順式結構29 (圖 3), 在抑製α-糖苷酶的活性方面不及反式[44], 甲基取代的互為順反異構的3和30的抑製作用強於1。鈀碳催化加氫還原1的雙鍵後得到類似物31, 在抑製TRPA1離子通道受體的表達高於1。而去除1中的雙鍵, 由3, 5-二甲氧基苯基硼酸與對甲氧基溴苯, 在鈀催化下發生Suzuki-Miyaura偶聯反應, 然後脫保護得到的聯苯化合物32並沒有這種抑製活性, 說明1中的α, β-不飽和雙鍵在酶抑製活性中起著重要作用。

而Docherty等[45]將白藜蘆醇的雙鍵換成了三鍵, 以PdCl2(PPh3)2/CuI為催化劑, 二異丙基胺為溶劑的體系中, 通過兩次Sonogashira反應交叉耦合後脫甲基得到了三鍵類似物33, 其對LPS刺激的原始巨噬細胞有較好的抗炎作用[46]。與1相比, 33具有較弱的抗氧化活性和較強的抑製NF-κB活化和COX-2、TNF-α和IL-6生成的作用。還可以防止LPS誘導的線粒體膜去極化, 增加c-Jun N端和p38絲裂原激活蛋白激酶的磷酸化作用。

三苯基支架被證明是一種多用途的結構, 可用於識別小分子和研究細胞的功能和機製。Roberti等[47]采用苯環替代白藜蘆醇中的碳碳雙鍵, 在四三苯膦鈀和四丁基氟化銨的催化下, 通過兩次Suzuki偶聯反應後脫保護得到白藜蘆醇三聯苯衍生物34~36 (圖 4)。其中36a和36的促雕亡活性最好, 表明三苯基結構中的鄰位取代基起著重要作用。34可通過阻斷G0~G1期的細胞周期, 並誘導急性骨髓性白血病HL60細胞的分化, 而目前只有一種藥物(全反式維甲酸, ATRA)可用於急性早幼粒細胞白血病(APL)的分化治療。34的分化作用在一定程度上不同於ATRA, 因為後者誘導粒細胞分化, 在治療48 h後不能誘導HL60細胞雕亡; 而34則誘導粒細胞和單核細胞分化, 可在治療24 h後誘導細胞雕亡。此外, 對於ATRA, 還沒有關於巨噬細胞能夠吞噬雕亡細胞地方面的報道。鑒於這些特點, 34為治療急性白血病提供了線索。此外, 34還具有抗HIV-1活性, EC50為8.8 μmol·L-1, 效果比1 (EC50 > 75 μmol·L-1)顯著[48]。

文章已創建 72

相關文章

開始在上面輸入您的搜索詞,然後按回車進行搜索。按ESC取消。

返回頂部