苟洪倩,邹小雨

(北方民族大学 化学与化学工程学院,宁夏 银川 750021)

近年来随着天然产物井喷式的发现,科学研究表明天然产物活性复杂且具有价值,越来越多的具有良好生物活性的天然产物可以作为先导化合物被开发成药物。例如抗肿瘤的紫杉醇[1]、喜树碱[2]、海葵毒素[3]或者刺尾鱼毒素[4]等。药用天然产物在人类的生产生活中的地位越来越重要。由于提取困难且含量少导致大量的活性产物不能投入到真正的研发之中,阻碍了人类科学的发展。故天然产物的全合成应运而生,天然产物全合成和其提取分离技术的结合不仅推动了医药行业的发展,同时也带动了香料、染料的发展[5]。故全合成的出现对天然产物的研究起着重大作用。

1 天然产物的研究意义

天然产物[6]是指动植物以及微生物体内的组成成分或其代谢产物,来源于植物界的有效成分,是中药材发挥药效作用的重要基础。自古以来,高等植物就为人类提供了治疗性化合物的来源。历史上,所有的药物都是从天然材料中提取。目前在临床实践中使用的所有药物中,超过50%仍然是天然产物(包括其衍生物和类似物),其中植物来源的天然产物约占25%[7-8]。在过去几年里,对具有药用特性的植物提取物以及在其自然栖息地中用作毒素和猎食毒药的植物提取物进行化学分析和纯化,产生了大量纯化化合物,这些化合物已被证明是现代医学实践中必不可少的天然资源[9]。天然产物中特定活性骨架、活性基团和优秀的生物活性为新药发现提供了大量的机会,1981～2019年批准上市的新化学实体药物中,与天然产物有关的化合物占一半以上,如果除去其中的生物相关的,与天然产物有关的化合物可占新批准上市药物的近70%(如图1)[10]。

2 蟛蜞菊内酯的简介

蟛蜞菊又名蟛蜞花、路边菊(《生草药性备要》)、黄花龙舌草、黄花曲草(《福建中草药》)鹿舌草、黄花墨菜,生于路旁、田边、沟边或湿润的草地上[11]。现代药物分析研究表明,在古代文书中早就有记载蟛蜞菊具有治疗白喉,咽喉炎,气管炎,肺炎,百日咳,痢疾,痔疮,腹痛,风湿,跌打损伤等功效。香豆素是一类具有多种生物活性的天然产物[12],例如,大麻素、去甲基蟛蜞菊内酯和蟛蜞菊内酯是天然产物,是Coumestans家族的特征成员,这些化合物也是植物雌激素的重要来源。蟛蜞菊内酯(Wedelolactone,WEL),属于香豆素类化合物,在碳C-1、C-8和C-9上有三个羟基,在碳C-3上有一个甲氧基,是一种从蟛蜞菊和旱莲草中提取出来的呋喃香豆素类小分子化合物[13],分子量为314.25,分子式为C16H10O7。研究表明,蟛蜞菊内酯具有多重的生物活性,包括对IkB激酶的抑制[14],消炎镇痛[14-15],保肝[16-17],抗蛇毒[18],抗癌作用[19]等。同时该物质可以明显地加强干扰素-γ(IFN-γ)的信号强度,从而有效地提高它的抗肿瘤活性[20]。目前,我国对蟛蜞菊内酯这种物质的研究主要集中在其提取工艺条件的优化及如何采用化学方法合成该物质等方面。蟛蜞菊内酯是生物活性物质,并在化学结构上为一个多酚内酯,然而蟛蜞菊内酯不但在植物中的含量不高,而且在碱性条件下容易分解,所以从天然产物中提取纯化比较困难。其中最常用的就是进行多次柱层析获得高纯度蟛蜞菊内酯[21-22]。这种方法的优点是选择性好,所得产品纯度高。但是此法产量小至毫克级、产品收率不高、生产周期长,且所用生产成本较高,不适于工业化生产。

3 蟛蜞菊内酯的药理活性

3.1 抗癌活性

WEL(10～30 μmol/L)对MDA-MB-231乳腺癌细胞具有凋亡作用[23]。这一结果不是来自于NFκB的失调,而是涉及到它与DNA结合的能力。这与它结合dsDNA、抑制拓扑异构酶IIα和阻断DNA合成的能力有关[23]。人们进一步观察到,拓扑异构酶IIα的抑制和DNA损伤活性是由于它的氧化还原状态[24]。另外,WEL(<12.5 μg/mL)抑制了SCC-4和CU110舌鳞癌细胞通过AhR的体外生长和迁移的通路[25]。而前列腺癌可能是美国男性癌症相关死亡的第二大原因[26]。

3.2 抗炎活性

Caspase-11,也被称为非经典炎症体,由LPS(脂多糖)的刺激下释放。这种caspase的激活可以导致败血症休克、热病和细胞死亡[27-28]。WEL(100 μmol/L)抑制了LPS诱导的Caspase-11在BALB/c 3 T3细胞的NFκB信号通路[27]。以同样的方式,WEL(0.1,1和10 μmol/L)显著抑制NO(一氧化氮)、PGE2(前列腺素E2)和TNF-α水平,以及iNOS(诱导性一氧化氮)和COX-2(环氧化酶-2)在LPS诱导的RAW 264.7细胞中的表达[28]。这里的机制是由于IκB-α的降解和随后NFκB p65亚基的转位。

3.3 保肝作用

肝脏纤维化是迅速旺盛的伤口愈合,在肝脏中积累了过多的锥体活性组织[29]。研究还发现,WEL在10～40 μmol/L的范围内对LX-2肝星状细胞显示出抗纤维化的作用,即减少凋亡的Bcl-2表达,上调ERK和JNK表达,但抑制NFκB介导的活性[29]。到目前为止,在CCl4诱导的小鼠肝纤维化模型中,WEL(20 mg/kg)和schisandrol B(40 mg·kg-1·d-1)的组合。静脉注射,协同显示体内肝脏保护活性优于单一药物。其机制可以用TGF-β1(转化生长因子-β)来解释(转化生长因子-β)和NFκB信号通路[30]。

3.4 心血管活性

老年人发病和死亡的主要原因是心血管疾病,而动脉老化的主要机制是VSMC(血管平滑肌细胞)发育异常[31]。此外,在细胞周期中监测VSMC的增殖,细胞周期由G0/G1、S和G2/M三个不同的顺序阶段组成[32]。在5～40 μmol/L剂量范围内,WEL对PDGF(血小板衍生生长因子)诱导的大鼠原代主动脉VSMC增殖有较强的抑制作用[32]。其机制涉及G0/G1阻滞,阻止细胞周期进入S期,抑制Akt,但通过随后的非周期依赖性激酶抑制剂p21诱导激活AMPK。进一步观察到,WEL(50 mg/kg)显著降低球囊诱导的大鼠颈动脉新生内膜-中膜面积比[32]。

3.5 抗糖尿病活性

WEL对α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶的抑制率分别为80.65%和93.83%。抑制率分别为80.65%和93.83%,并且优于标准阿卡波糖(α-葡萄糖苷酶:0.5%)。标准阿卡波糖(α-葡萄糖苷酶:48.92%和α-淀粉酶:42.23%)[33]。此外,WEL的剂量为5,10和20 mg·kg-1·d-1,可通过抑制炎症因子TNF-α和IL-6,下调氧化应激来抑制链脲霉素诱导的2型糖尿病小鼠[33]。以斑马鱼为研究对象,天然产物WEL(30 μmol/L)可减少免疫细胞浸润,抑制斑马鱼幼体高血糖,保护人β细胞免受细胞因子诱导的损伤[34]。金包封的WEL纳米颗粒可用于抗糖尿病,其浓度为80 μg/mL时,可通过GLUT2(葡萄糖转运体2)通路[35]调节DEHP(二(2-乙基己基)邻苯二甲酸酯)诱导的RIN-5F细胞Bcl-2蛋白表达,降低脂质过氧化,显著改善抗氧化剂和胰岛素的分泌。

3.6 抗肺纤维化

肺纤维化是一种肺部疾病,发生在肺组织损伤和疤痕,临床上没有有效的药[36]。WEL 10 mg/kg可通过激活AMPK和调节Raf-MAPKs信号通路来减轻博莱霉素诱导的小鼠肺纤维化综合征[36]。WEL(50和100 mg/kg)通过GPX4(谷胱甘肽过氧化物酶4)介导的肺衰竭和铁下垂[37]改善肺损伤。蟛蜞菊内酯显示了对四氯化碳诱发的小鼠急性肝损伤的潜在作用,包括增强抗氧化能力,抑制炎症和细胞凋亡。其详细机制是增加酶的抗氧化性SOD(超氧化物歧化酶)和GSH-Px(谷胱甘肽过氧化物酶),减少TNF-α、IL-1β、IL-6和mRNA的表达,抑制ERK的磷酸化和NFκB p65的转位,增强JNK(c-Jun N端激酶),下调蛋白Bax和caspase-3的表达,但加速Bcl-2的表达[38]。蟛蜞菊内酯通过抑制TGF-β1诱导的Smad和非Smad信号通路来抑制TGF-β1诱导的间质细胞转化(EMT)和成纤维细胞分化。此外,通过改善肺纤维化相关的病理变化,减少细胞外基质蛋白(ECM)的沉积,调节Smad信号通路关键蛋白的表达,抑制炎症细胞的聚集,提高小鼠的呼吸功能和生存率,可以抑制博莱霉素引起的肺纤维化的病理过程。

4 蟛蜞菊内酯的合成路线

鉴于蟛蜞菊内酯的各项药理活性,其合成途径的研究成为关键。现在已有文献有其合成路线报道。

2003年,Li等[39]的研究小组探究出了一条蟛蜞菊内酯的全合成路径(图2),也是被业界普遍认可。然而,这种方法存在一些缺点,其中涉及到了一个关键的中间体—苯基乙炔,它很难制备。该路线的线性序列较长(共12步),很少用于获取各种WEL类似物进行结构转换。

图2 蟛蜞菊内酯的全合成路径

2008年,Chang等人[40]采用了在呋喃环处进行C-C键断裂的,进而得到了未环合的呋喃前体化合物,再者发现是通过Stille偶联反应生成C-C键偶联化合物(图3),但在这条路线中不可避免的用了剧毒的有机锡和有机汞试剂,然而它们的使用限制了工业生产,并增加了反应合成路线的安全风险,反应整体路线也过于繁琐。

图3 Stille偶联反应生成C-C键偶联化合物

2019年,Huang等[41]发现的第三种方法是对第二种方法的改进(如图4),避免了使用有毒试剂,同样在呋喃环处进行C-C键断裂的,采用硼酸酯与卤素溴化合物进行Suzuki偶联反应进行偶联,但这条合成路线更长,合成过程更复杂,增加了合成成本,更不适合工业化生产,故因此需设计出一条合成路线较短,反应条件温和,简单易操作的合成路线。

图4 采用硼酸酯与卤素溴化合物进行Suzuki偶联反应进行偶联

5 展望

综上所述,天然产物蟛蜞菊内酯的药理活性已被报道研究,鉴于各种活性科学家产生更深入研究的兴趣,又由于天然产物提取困难且含量少导致不能投入到真正的研发之中,阻碍了人类科学的发展,所以需迫切一条简单可行的蟛蜞菊内酯全合成路线,使其能适用于工业化生产,因此蟛蜞菊内酯的全合成成为人们研究的重点。