白藜蘆醇衍生物的結構與活性綜述

朱小桂 李 立 蘇慧珊 劉謀德 薛超云

（西安醫學院藥學院 陜西西安 710021）

白藜蘆醇是以二苯乙烯為母核的多酚類植物抗毒素，又稱為芪三酚[1]。1939年，其首次由日本學者Takaota從植物白藜蘆的根部提取并鑒定而得[2]。20世紀70年代，葡萄酒中也發現了白藜蘆醇，并用來解釋“法國悖論”現象[3]，即法國人在高脂高熱飲食下，心腦血管疾病發病率卻低于歐美其他地區的現象，流行病研究發現葡萄酒消費量與心腦血管發病率呈負相關。隨后，研究者又相繼在虎杖、花生、大黃、桑椹等多種植物中發現了白藜蘆醇。一直以來，白藜蘆醇因其具有的多種藥理作用[4-6]而被廣泛關注。

為了進一步開發研究白藜蘆醇，大量學者對白藜蘆醇類似物或衍生物的活性及構效關系進行了研究，以更深入認識二苯乙烯類化合物的構效關系，并發現具有更好開發前景的化合物。本文將白藜蘆醇衍生物的結構與活性做一綜述，根據白藜蘆醇衍生物的結構特點，將其分為：(一) 酚羥基數目與位置不同的二苯乙烯衍生物；（二）烷氧基取代或酯基取代的白藜蘆醇衍生物；（三）白藜蘆醇多倍體衍生物；（四）鹵代及其他白藜蘆醇衍生物。

一、酚羥基數目與位置不同的二苯乙烯衍生物

Tania Coppa等[7]在研究白藜蘆醇（RES）及其二苯乙烯類似物抗心腦血管疾病的活性時發現，(反)-4,4’-二羥基二苯乙烯（DHS）能夠抑制內皮素-1的釋放，并降低前內皮素-1基因的轉錄水平（白藜蘆醇僅能夠抑制內皮素-1的釋放，而在轉錄水平上無影響）；同時，DHS還能夠降低內皮素轉換酶-1的表達和抑制內皮素轉換酶-1的活性，從而抑制內皮素原-1轉換為內皮素-1。基于這兩方面機制，DHS表現了比白藜蘆醇更好的內皮素抑制活性，有望成為心血管疾病的化學預防劑。

另外，已有許多實驗證據表明，RES抗氧化活性與血管保護活性之間的相關性可能不那么直接。羥基的數目和位置對白藜蘆醇及其二苯乙烯衍生物的生物活性，及對正常細胞或癌癥細胞的抗增殖作用起著至關重要的作用。

圖1 白藜蘆醇（RES）及其衍生物DHS的結構

Haitao Li等[8]在研究RES及其衍生物的抗腫瘤特性時，制備了多羥基白藜蘆醇衍生物，并評價了其對人結直腸癌HT-29細胞的細胞毒作用，具體結果如表1所示。其中，（反）-3,3’,4,5,5’-五羥基二苯乙烯(PHS)表現出最強的細胞毒性，并引發HT-29細胞凋亡，表現為多聚ADP-核糖聚合酶(PARP)裂解增加，胞質核小體水平升高和DNA片段化。進一步的機制研究表明，PHS誘導的細胞凋亡依賴于caspase，通過上調細胞內活性氧物種的生成和細胞內谷胱甘肽的耗竭而發生促氧化作用，最終通過氧化應激介導的細胞凋亡，有效地抑制人結腸癌細胞的增殖。

在一些更早的研究中，研究者也發現了多羥基二苯乙烯衍生物，特別是具有鄰苯二酚結構的衍生物。其表現出比白藜蘆醇更強的細胞毒性，并能誘導癌細胞凋亡[9-10]。

表1 系列多羥基二苯乙烯衍生物的抗癌活性[8-10]

Jager W等[11]在研究RES及其衍生物的選擇性環氧合酶-2 (COX-2)抑制劑活性時，制備了一系列羥基化和甲氧基化白藜蘆醇衍生物（見表2），并通過測定前列腺素E2(PGE2)的產生，分別評價了其體外抑制COX-1和COX-2這兩種酶的抑制能力。其中，羥基化的RES衍生物表現了良好的選擇性COX-2抑制活性，與塞來昔布相當或更好，且IC50也明顯低于塞來昔布。但甲氧基化的RES衍生物抑制作用較差，其沒有表現出COX-2的特異性。

表2 系列羥基化和甲氧基化的白藜蘆醇衍生物[11]

S o o h w a n Y u m 等[12]研 究 了R E S 衍 生 物，（反）-3,3’,4’,5-四羥基二苯乙烯(PIC)的免疫抑制活性。對右旋糖酐硫酸鈉(DSS)誘導的結腸炎模型小鼠給予口服PIC連續7天，小鼠的體重減輕和臨床體征明顯減弱。其推測與結腸結構破壞的顯著改善、結腸髓過氧化物酶(MPO)活性顯著降低與炎癥介質如一氧化氮(NO)、前列腺素E2(PGE2)和促炎細胞因子的產生減少有關。

在進一步的機制研究中，Yum S等[13]發現RES及其衍生物的抗結腸炎活性是通過抑制HPH誘導HIF-1a，導致細胞內HIF-1的激活，從而增加HIF-1靶基因產物HO-1和VEGF的水平，參與改善腸道炎癥。其結構分析表明，鄰苯二酚結構為抑制HPH和隨后激活HIF-1所必需。

二、烷氧基取代或酯基取代的白藜蘆醇衍生物

Connie M.Remsberg等[14]研究了Pterostilbene的臨床前藥代動力學性質以及其抗腫瘤、抗炎、抗氧化和鎮痛活性。Pterostilbene的XLog P=4.1，主要經肝臟代謝，其在大鼠中的藥代動力學數據如下表。Pterostilbene可對5種癌細胞株表現出濃度依賴性的抗癌活性；在體外結腸炎模型中濃度依賴性的抑制HT-29細胞培養液中PGE2的產生；在犬軟骨細胞炎癥中表現出良好抗炎活性，與對照組相比，MMP3、SGAG和TNF-α水平均發生下降；在甩尾和熱板鎮痛試驗中，延長了反應潛伏期；在ABTS法檢測中表明具有濃度依賴性的抗氧化能力。

圖2 白藜蘆醇多羥基衍生物的結構式

Won Young OH等[15]制備了一系列白藜蘆醇脂肪酸酯的衍生物，并考察其在食品和生物模型體系中的抗氧化活性。脂肪酸包括丙酸、丁酸、己酸、辛酸、癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕櫚酸、硬脂酸、油酸、二十碳二烯酸（EPA）、二十二碳六烯酸（DHA），產物包括單取代和雙取代的酯類衍生物。這些白藜蘆醇的酯類衍生物均表現出較好的抗氧化活性，比白藜蘆醇具有更好的H2O2清除活性，能抑制銅誘導的低密度脂蛋白氧化，還能有效地抑制羥自由基誘導的DNA斷裂。

Dae-Won Kim等[16]在研究白藜蘆醇及其三甲氧基衍生物（TMS）的神經保護作用時發現，白藜蘆醇對小鼠海馬神經HT22細胞具有濃度依賴性的保護作用，使其免受谷氨酸誘導的細胞毒作用，并增加細胞中HO-1的表達和SIRT1的活性。這一保護作用可以被HO-1的特異性表達抑制劑所逆轉，但不能被SIRT1抑制劑逆轉。而甲氧基替代羥基的衍生物TMS和無羥基取代的母核二苯乙烯均未能保護HT22細胞免受谷氨酸誘導的細胞毒性，并未能增加HO-1的表達和SIRT1的活性。由此得出，白藜蘆醇的細胞保護作用至少部分與HO-1的表達有關，但與SIRT1的激活無關，而羥基的存在是該活性所必需的。

F. Peter Guengerich等[17]研究細胞色素P450 1B1的選擇性抑制劑。P450 1B1在許多發生癌癥的人體組織(如前列腺、卵巢、子宮、乳腺)中表達，能夠激活多種環境誘變劑，也能催化雌激素的4-羥基化，被認為是激素致癌過程中的重要一步。白藜蘆醇是P450酶家族的抑制劑，而甲氧基化白藜蘆醇類似物（Rhapontigenin、TMS、PMS）可以具有更好的抑制活性與選擇性。其中，TMS是P450 1B1的選擇性抑制劑，能夠阻斷17β-雌二醇的4-羥基化，抑制P450 1B1的表達，以及抑制人乳腺腫瘤細胞的生長。相反地，PMS則是P450 1A1的選擇性抑制劑，對HepG2細胞P450 1A1的表達也有抑制作用。取代的二苯乙烯類化合物在預防雌激素或外源物質引起的癌癥方面可能是有用的。

三、白藜蘆醇多倍體衍生物

Sang Hyun SUNG等[18]在篩選天然產物抗乙酰膽堿酯酶(AChE)活性的過程中發現，豆科植物Caragana chamlague的甲醇提取物對AChE有明顯的抑制作用。進一步的分離鑒定確定了兩個活性二苯乙烯低聚物(+)-α-Viniferin和Kobophenol A，二者均呈劑量依賴性抑制AChE活性，IC50值分別為2.0和115.8μM。其中(+)-α-Viniferin的乙酰膽堿酯酶抑制活性具有特異性、可逆性和非競爭性。

圖3 白藜蘆醇多倍體衍生物的結構式

Matharage Gayani Dilshara等[19]用從鐵線蓮花中提取的α-Viniferin處理小膠質細胞，可減少脂多糖誘導的一氧化氮(NO)和前列腺素E2(PGE2)的產生。機制研究表明，α-Viniferin在炎癥早期通過抑制AKT/PI3K依賴的NF-κB活化抑制促炎基因iNOS和COX-2的表達，在晚期通過刺激NRF2介導的HO-1信號通路抑制促炎介質NO和PGE2的產生。

龔福愷等[20]發現α-viniferin能抑制K562細胞增殖，其抗增殖活性呈劑量和時間依賴性，IC50為13.61mg/L。作用機制研究表明，α-viniferin可引起K562細胞出現死亡并伴隨有染色質聚集、核破碎、凋亡小體等典型的細胞凋亡形態學特征，同時伴有線粒體膜電位顯著降低，caspase-9、caspase-3活性升高等現象；α-viniferin可引起K562細胞caspase-3mRNA表達持續升高，和Bax、Bad、Bim、Bid促凋亡基因mRNA表達增加，同時Bcl-2、Bcl-xL抗凋亡基因mRNA表達持續下降。α-viniferin通過線粒體途徑誘導K562細胞凋亡。

NamHui Yim等[21]從山葡萄(Vitis amurensis Rupr.)葉和莖中分離得到多個二苯乙烯多倍體衍生物（見圖3）。其中，反式E葡萄素（trans-ε-viniferin）對與齲病和牙周病有關的變形鏈球菌和血鏈球菌抑制活性最強，MIC值分別為25和12.5μg/mL。其他幾種二苯乙烯多倍體衍生物也具有較好的抗菌活性，提示從山葡萄中提取的天然抗菌化合物可能有利于口腔健康，作為預防齲病和牙周病的菌斑控制劑。

Nahla Zghonda 等[22]比較了白藜蘆醇及其二倍體ε-Viniferin對自發性高血壓大鼠(SHR)血管內皮細胞(VECs)功能、血壓和心臟質量的影響。用ε-Viniferin處理的血管內皮細胞（VECs）可以通過生成一氧化氮以促進細胞增殖，也可以通過抑制細胞內的氧化物質，保護細胞免受氧化應激的影響，并且活性均高于白藜蘆醇。ε-Viniferin還可以在體外抑制血管緊張素轉換酶的活性，而白藜蘆醇不具有此活性。用ε-Viniferin（5 mg/kg）治療SHR大鼠3周，可有效降低收縮壓，改善整體心臟質量和左心室質量指數。而白藜蘆醇(2.5 mg/kg)未能降低血壓并顯著改善這些質量指數。

四、鹵代及其他白藜蘆醇衍生物

Jasmine George等[23]研究發現，(反)-3,5-二羥基-4’-溴二苯乙烯（4’-BR）具有SIRT1和SIRT3雙重抑制活性，作為小分子抑制劑對人黑色素瘤細胞系(G361、SK-MEL-28和SK-MEL-2)具有顯著的抑制增殖作用。用4’-BR處理黑色素瘤細胞可導致：1.增殖和克隆存活率下降；2.誘導凋亡，同時伴隨著caspase-3和proaspase-8的減少，caspase-3和多聚(ADP-核糖)聚合酶(PARP)的裂解增加；3.增殖細胞核抗原(PCNA)的顯著下調；4.黑色素瘤細胞的遷移受到抑制。此外，4’-BR可引起黑色素瘤細胞G0/G1期阻滯，同時伴有WAF-1/P21表達增加和Cyclin D1/Cyclin依賴激酶6蛋白水平降低。SIRT1和SIRT3雙重抑制劑4’-BR通過代謝重編程和影響細胞周期和凋亡信號，在黑色素瘤細胞中賦予抗增殖作用。

圖4 白藜蘆醇鹵代衍生物的結構式

Jin-yi WU等[24]研究了(反)-3,5-二羥基-4’-氯二苯乙烯（4’-CR）對肺腺癌A549細胞的抑制作用。4’-CR可以誘導細胞內活性氧迅速且持續的增加，并能引起亞G1期細胞形成，線粒體膜電位降低，聚腺苷二磷酸核糖聚合酶降解，誘導細胞內酸性空泡增多、LC3-II形成和GFP-LC3聚集。此外，4’-CR可誘導細胞泛素化結合物的積累，并抑制蛋白酶體的活性。在體內研究中，4’-CR可以抑制裸鼠腫瘤生長。

Eun-Jin Lee等[25]研究發現，(順)-3,4,5-三甲氧基-4’-溴二苯乙烯（BCS）相比于其反式對映體（BTS）和白藜蘆醇，能夠更有效地抑制癌細胞的生長。其以人肺癌細胞(A549)為研究對象，探討其作用機制發現，BCS早期可誘導細胞周期阻滯于G2/M期，隨后亞G1期DNA含量呈時間依賴性增加，提示誘導細胞凋亡，形態學觀察呈圓整狀，DNA片段化，也可見凋亡現象。BCS處理可上調促凋亡蛋白p53、細胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑p21的表達水平和胞漿中細胞色素c的釋放。這些數據提示BCS可能通過阻滯細胞周期和誘導人肺癌細胞凋亡而作為癌癥化療或化學預防藥物。

Xiu-Zhuang Li等[26]研究了白藜蘆醇的鹵化反應并獲得了一系列鹵代白藜蘆醇衍生物（合成方法與衍生物如圖6）。所有衍生物均比白藜蘆醇具有更強的抗溶血活性，并且2-氯白藜蘆醇和2-溴白藜蘆醇在抗真菌測試中，對白色念珠菌的抗菌活性優于白藜蘆醇和陽性對照藥物氟康唑。

圖6 鹵代白藜蘆醇的合成路線

五、小結

人們普遍認為白藜蘆醇屬于酚類抗氧化劑。酚羥基能夠結合自由基和給出質子，以阻斷自由基鏈式反應，因而具有抗氧化活性。但是，白藜蘆醇衍生物的廣泛生物活性絕不僅僅來源于其抗氧化能力，而是針對不同藥理活性具有不同的作用靶點，也存在同時作用于多個靶點并產生協同效應的情況。因此，白藜蘆醇衍生物的活性不單是取決于其酚羥基的多少，而是羥基的取代位置與數量同時影響其活性。綜述，在白藜蘆醇衍生物的活性與構效關系中還有一些共性的特點。比如，對羥基的修飾有利于延長其體內代謝的半衰期；芳環上的鹵代有可能增加衍生物的細胞毒作用；具有鄰二酚結構有利于增加衍生物的抗增殖和抗炎活性；多倍體衍生物活性普遍優于單倍體等。白藜蘆醇作為二苯乙烯類化合物最有特點的化合物之一，隨著對其衍生物的活性及構效關系研究，其活性的作用機制也將更加明確。這必將有助于白藜蘆醇的開發應用，以白藜蘆醇為先導化合物的活性分子的發現。