甘草次酸結(jié)構(gòu)改造的研究進(jìn)展

代 靜

(中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 銀川學(xué)院煤化工研究所，寧夏 銀川 750021)

甘草(Glycyrrhiza uralensis)屬于豆科植物，分布于我國(guó)西部及俄羅斯等歐州國(guó)家，始載于神農(nóng)本草經(jīng)，列為上品。 其性味甘平。主要治療脾胃虛弱，中氣不足，咳嗽、氣喘，食物藥物的中毒等癥狀[1]。 甘草的主要藥理學(xué)活性物質(zhì)是甘草酸( Glycyrrhizic acid，簡(jiǎn)稱 GR)、苷元甘草次酸( Glycyrrhetinic acid，簡(jiǎn)稱 GA)及甘草黃酮等成分[2]，其中甘草酸的藥理學(xué)活性最強(qiáng)，在這方面的研究也相對(duì)廣泛。

甘草次酸(Glycyrrhetic acid，簡(jiǎn)寫(xiě)GA)是從甘草的根莖中提取出來(lái)的的五環(huán)三萜類的化合物[3]Ruzicka[4]小組和Beaton小組[5-7]最早確認(rèn)了甘草次酸的分子結(jié)構(gòu)，它的結(jié)構(gòu)存在不同的光學(xué)異構(gòu)體如18α-型、18β-型(結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1)，目前甘草次酸及其衍生物的研究主要是18β-甘草次酸。

圖1 甘草次酸結(jié)構(gòu)

現(xiàn)代研究表明18β-甘草次酸具有抗炎、防治腫瘤、抗?jié)儭⒔笛⒖共《?肝炎病毒、艾滋病毒等)等作用。但是，臨床實(shí)驗(yàn)表明，長(zhǎng)時(shí)間 ，大用量的服用這類藥物的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生一系列的副作用。經(jīng)過(guò)一系類的研究表明可能是18β-甘草次酸在體內(nèi)抑制氫化可的松的代謝酶11β-羥基類固醇脫氫酶( 11β- HSD- I、11β- HSD- II)的活性所引起的。除此以外， 甘草次酸也有降低基礎(chǔ)代謝率的作用。并且水溶性差以及高濃度時(shí)對(duì)正常細(xì)胞的毒性也制約了其在臨床上的應(yīng)用。基于上述種種原因，國(guó)內(nèi)外學(xué)者利用對(duì)甘草次酸結(jié)構(gòu)的改造修飾，力圖篩選出更加高效、毒副作用低的新藥。

從分子的結(jié)構(gòu)上來(lái)看來(lái)，甘草次酸有三個(gè)主要的官能團(tuán)，分別位于 A、 C、 E環(huán)上，因此，所以他們的化學(xué)修飾及骨架環(huán)系的改造修飾也大多在這三個(gè)官能團(tuán)上。 其主要結(jié)構(gòu)修飾位點(diǎn)詳見(jiàn)圖2所示。

圖2 結(jié)構(gòu)修飾位點(diǎn)

1 甘草次酸A環(huán)結(jié)構(gòu)修飾

對(duì) A環(huán)的修飾時(shí)，主要在2位、3位羥基、 A環(huán)骨架的重構(gòu)上， Siegfried Gottfried等[8]在無(wú)水吡啶中，甘草次酸和琥珀酸酐進(jìn)行反應(yīng)，隨后用 NaOH水溶液處理，最終產(chǎn)物為甘珀酸鈉，一種常用的抗?jié)兯帯Ｍ醪侍m等[9]在無(wú)水吡啶中，加入甘草次酸甲酯和鄰苯二甲酸酐加熱回流，得到甘草次酸甲酯-3- O-鄰苯二甲酸單酯，產(chǎn)物具有一定的生物活性。武漢大學(xué)的金健民、劉秀芳等[10]以磷酰基作為橋聯(lián)基團(tuán)將氮芥與11β-脫氧甘草次酸進(jìn)行結(jié)合，得到了一系列有抗癌活性的甘草次酸衍生物。隨后將該衍生物進(jìn)行體外抗癌活性測(cè)試，結(jié)果表明甘草次酸對(duì)氮芥有明顯的增效作用。 Turner John Cameron等[11]在無(wú)水吡啶環(huán)境中，將甘草次酸甲酯和反式鄰環(huán)己烷二甲酸進(jìn)行加熱回流，產(chǎn)物為甘草次酸甲酯-3- O-反式鄰環(huán)己烷二甲酸單酯，它具有抗?jié)冏饔谩?Kiyoshi Takiura等[12]將甘草次酸甲酯、燥石膏、氧化銀、碘加入氯仿中，在室溫?cái)嚢柘屡c溴乙酰葡萄糖的氯仿溶液進(jìn)行反應(yīng)，最后用甲醇鈉脫去乙酰基，得到甘草次酸甲酯-3- O-葡萄糖苷，明顯提高了水溶性、抗炎、抗病毒活性。Sachiko Esaki等[13]通過(guò)類似的方法引入了二糖配基。Hirooka Motoko等[14]合成了具有抗炎和免疫活性的甘草次酸甲酯糖配合物。

2011年6月，趙龍鉉[15]等人在甘草次酸的C-3位進(jìn)行了化學(xué)修飾，偶聯(lián)了氨基酸，將水溶性進(jìn)行提高。同時(shí)改善了它的生物利用度，降低其毒副作用。 具體路線見(jiàn)圖3所示。

圖3 反應(yīng)路線

近幾年的研究，科研工作者把焦點(diǎn)從合成視角轉(zhuǎn)向了生命活性物質(zhì)的研究。2011年，林凱威[16]等人將甘草次酸經(jīng)過(guò)氧化、酯化后在m-CPBA作用下合成了內(nèi)酯，它在對(duì)甲苯磺酸作用下，進(jìn)行換裂解，在催化劑作用下，再與各種鹵代烴或烷基胺合成目標(biāo)化合物。最終得到的新型甘草次酸衍生物經(jīng)過(guò)活性測(cè)試，發(fā)現(xiàn)對(duì) NTUB1細(xì)胞(人膀胱癌細(xì)胞株)都有不同程度的抑制作用.

2 甘草次酸C環(huán)結(jié)構(gòu)修飾

圖4 甘草次酸化合物合成路線

目前，科研工作者們對(duì)甘草次酸C環(huán)上的結(jié)構(gòu)修飾主要集中在11位羰基上。日本學(xué)者Shibata[17]等研究表明， 造成甘草次酸的假醛固酮增多癥副作用的原因可能與它的分子結(jié)構(gòu)中的共軛系統(tǒng)有關(guān)。 Shoji等也發(fā)現(xiàn)，當(dāng)甘草次酸11位羰基被還原為亞甲基后，明顯降低了類醛固酮樣副作用，韓永生，彭宇[18-19]等在1994年和1995年將甘草次酸11位羰基用 Zn或 Zn- Hg齊還原，得到脫氧甘草次酸，之后又合成了多種甘草次酸脫氧酯化產(chǎn)物及其鹽類。為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用甘草次酸提供多種可能。

2010年，Igor Beseda[20]等人將甲基化的11β-甘草次酸在過(guò)量鋰的六甲基磷酸三胺(HMPT)環(huán)境下，通過(guò)PtO2或在鋅和HCl作用催化還原為15，經(jīng)過(guò)重氮甲烷甲基化得到16。1在含氫氧化鈉的四氫呋喃水溶液中經(jīng)NaBH4還原得到11β-GA和11α-GA 17的差相異構(gòu)體混合物，可以經(jīng)過(guò)合成相應(yīng)的酯來(lái)分離。17又與二苯基重氮甲烷反應(yīng)可生成18b、18c。在甲基重氮試劑過(guò)量的情況下可生成19，在醋酸和鹽酸的混合物回流可脫水得到22。20在含有催化量鹽酸的THF溶劑中與重氮甲烷甲基化獲得21. 18α-GA 23是1在酸性或堿性條件下獲得。23再與二苯基重氮甲烷或重氮甲烷反應(yīng)得到24、25.合成的這些甘草次酸化合物經(jīng)過(guò)生物活性測(cè)試具有明顯的抗炎活性，抗炎活性接近于氫化可的松，部分化合物的活性甚至高于氫化可的松。具體合成路線見(jiàn)(圖4)。

3 甘草次酸E環(huán)結(jié)構(gòu)修飾

金健民等[21]在有機(jī)溶劑中將甘草次酸甲酯與1-二( 2-氯乙基)2-氨基磷酰二氯, 加熱回流, 并通入氨氣, 合成出甘草次酸磷酰胺化合物, 其抑癌效果比對(duì)照品鹽酸氮芥要好。湯立達(dá)等[22]將甘草次酸與3取代苯基5-異嗯唑甲胺進(jìn)行偶聯(lián), 得到一類新型的含有異嗯唑雜環(huán)的甘草次酰胺類衍生物, 均具有較高的抗炎活性。Pfizer公司所研制的4、2取代哌嗪脫氧甘草次酸酰胺衍生物幾乎無(wú)甲醛固酮副作用, 而且具有較強(qiáng)的抗胃、腸潰瘍等活性[23]。洪瑋等[24]將甘草次酸的羧基與氨基聚乙二醇的氨基縮合形成軛合物, 抗腫瘤活性與對(duì)照物甘草次酸相當(dāng), 水溶性則比其高280倍左右。

Jin Tatsuzaki,Masahiko Taniguchi等人研究合成一系列新型GA-DZ偶聯(lián)化合物，具體合成路線見(jiàn)圖5，并使用9種不同的人類腫瘤細(xì)胞進(jìn)行體外抗癌實(shí)驗(yàn)，研究表明；大多數(shù)的GA-DZ偶聯(lián)化合物都有著顯著的細(xì)胞毒作用，特別是化合物5、29、30.對(duì)LN-CAP，1A9和KB細(xì)胞都有明顯的抑制作用。所以，GA-DZ偶聯(lián)化合物標(biāo)志著新化學(xué)實(shí)體的產(chǎn)生，為新抗癌藥物的發(fā)現(xiàn)和開(kāi)發(fā)提供了一個(gè)有意義的思路(圖6 GA-DZ偶聯(lián)化合物結(jié)構(gòu)式)。

5; 4-OGA,R1=3-OMe,R2=Me 29; 2-OGA,R1=3-OMe, R2=Me 30; 3-OGA, R1=4-OMe, R2=Me

圖5 GA-DZ偶聯(lián)化合物

圖6 GA-DZ偶聯(lián)化合物結(jié)構(gòu)式

Attilio Bonati等將3-O-乙酰-甘草次酸在氯仿中與異丙醇鋁的氯仿溶液反應(yīng)，得到3-O-乙酰-甘草次酸的鋁鹽。同時(shí)他們還得到了3-O-乙酰-甘草次酸的鎂鹽。S．Rozen等[25]將3-O-乙酰-甘草次酰氯、三乙胺在二氯甲烷中與甘氨酸乙酯鹽酸鹽常溫反應(yīng)，得到N-(3-O-乙酰-甘草次酰基)甘氨酸乙酯，用于抗?jié)儎ewer Salat[26]通過(guò)用甘草次酸與有機(jī)胺反應(yīng)，制得一種抗嘔吐和調(diào)節(jié)腸紊亂的藥物。該類化合物均具有潛在的藥理學(xué)活性，有可能開(kāi)發(fā)成新藥。此外，甘草次酸同各種氨基酸的酰胺化反應(yīng)也日漸成為專家們關(guān)注的課題。S Rozen等[27]從1971年以來(lái)通過(guò)各種氨基酸和甘草次酸及其衍生物反應(yīng)制得了十幾種甘草次酸酰胺，如N-18β-甘草次酸-谷氨酸作為抗炎、抗過(guò)敏的藥；3-O-乙酰-18β-甘草次酸-L-谷氨酸二甲酯，實(shí)驗(yàn)證明其具有抗?jié)儻熜А?Kiyoshi Takiura等[28]將甘草次酸鈉在DMF中與溴乙酰葡萄糖常溫反應(yīng)，再脫去乙酰基得到甘草次酸葡萄糖酯，其有較好的抗炎活性同時(shí)水溶性有所提高。

4 甘草次酸多環(huán)同時(shí)結(jié)構(gòu)修飾

毛聲俊等[29]將硬脂醇與甘草次酸在N, N-二環(huán)己基碳二亞胺( DCC )下縮合, 再和琥珀酸酐在吡啶中反應(yīng), 得到3-O -琥珀酰基-甘草次酸硬脂醇酯,可用作制備肝靶向脂質(zhì)體的導(dǎo)向分子;。Kiyosh iT akiura等[30]將甘草次酸與溴乙酰葡萄糖在催化劑下常溫反應(yīng), 再脫去乙酰基得到3-O-葡萄糖基-甘草次酸葡萄糖酯。具有一定的抗炎、抗病毒活性同時(shí)水溶性有所提高。具體合成路線如圖7所示。

2010年，Zhi Yao Heb, Xi Zheng[31]等人根據(jù)分析構(gòu)效關(guān)系，對(duì)甘草次酸進(jìn)行一系列酯化反應(yīng)合成出甘草次酸修飾的隱形陽(yáng)離子脂質(zhì)體(GA-PEG-CLs)。(GA-PEG-CLs)是由脂質(zhì)體(DOTAP)、膽固醇(Chol)和甘草次酸聚乙二醇共軛體(GA-PEG-Chol)組成。生物活性研究發(fā)現(xiàn)，它在無(wú)血清或含血清培養(yǎng)基中被發(fā)現(xiàn)對(duì)人肝癌細(xì)胞株HepG2的轉(zhuǎn)染有較高的效率，但在人類胚胎腎臟細(xì)胞株的HEK 293沒(méi)有顯著性差異。5%濃度的GA- PEG - CLS對(duì)人正常肝細(xì)胞株L02細(xì)胞毒性最低，含有5%GA-PEG-Chol的GA-PEG-CLS可能作為最有潛力的肝癌靶向治療基因載體之一。

a. 硬脂醇, DCC, CuCl DM F, 8 h; b. 琥珀酸酐, 吡啶, 20min; c. Ag2O, I2, 燥石膏, 氯仿,溴乙酰葡萄糖, 常溫過(guò)夜; d. M eOH - (M eO)2B a, 離子交換樹(shù)脂

圖7 3-O-葡萄糖基-甘草次酸葡萄糖酯合成路線

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