白藜蘆醇衍生物的結(jié)構(gòu)與活性綜述

朱小桂 李 立 蘇慧珊 劉謀德 薛超云

（西安醫(yī)學(xué)院藥學(xué)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(xué)者Takaota從植物白藜蘆的根部提取并鑒定而得[2]。20世紀(jì)70年代，葡萄酒中也發(fā)現(xiàn)了白藜蘆醇，并用來解釋“法國悖論”現(xiàn)象[3]，即法國人在高脂高熱飲食下，心腦血管疾病發(fā)病率卻低于歐美其他地區(qū)的現(xiàn)象，流行病研究發(fā)現(xiàn)葡萄酒消費(fèi)量與心腦血管發(fā)病率呈負(fù)相關(guān)。隨后，研究者又相繼在虎杖、花生、大黃、桑椹等多種植物中發(fā)現(xiàn)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(guān)注。

為了進(jìn)一步開發(fā)研究白藜蘆醇，大量學(xué)者對(duì)白藜蘆醇類似物或衍生物的活性及構(gòu)效關(guān)系進(jìn)行了研究，以更深入認(rèn)識(shí)二苯乙烯類化合物的構(gòu)效關(guān)系，并發(fā)現(xiàn)具有更好開發(fā)前景的化合物。本文將白藜蘆醇衍生物的結(jié)構(gòu)與活性做一綜述，根據(jù)白藜蘆醇衍生物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將其分為：(一) 酚羥基數(shù)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(shù)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(shí)發(fā)現(xiàn)，(反)-4,4’-二羥基二苯乙烯（DHS）能夠抑制內(nèi)皮素-1的釋放，并降低前內(nèi)皮素-1基因的轉(zhuǎn)錄水平（白藜蘆醇僅能夠抑制內(nèi)皮素-1的釋放，而在轉(zhuǎn)錄水平上無影響）；同時(shí)，DHS還能夠降低內(nèi)皮素轉(zhuǎn)換酶-1的表達(dá)和抑制內(nèi)皮素轉(zhuǎn)換酶-1的活性，從而抑制內(nèi)皮素原-1轉(zhuǎn)換為內(nèi)皮素-1。基于這兩方面機(jī)制，DHS表現(xiàn)了比白藜蘆醇更好的內(nèi)皮素抑制活性，有望成為心血管疾病的化學(xué)預(yù)防劑。

另外，已有許多實(shí)驗(yàn)證據(jù)表明，RES抗氧化活性與血管保護(hù)活性之間的相關(guān)性可能不那么直接。羥基的數(shù)目和位置對(duì)白藜蘆醇及其二苯乙烯衍生物的生物活性，及對(duì)正常細(xì)胞或癌癥細(xì)胞的抗增殖作用起著至關(guān)重要的作用。

圖1 白藜蘆醇（RES）及其衍生物DHS的結(jié)構(gòu)

Haitao Li等[8]在研究RES及其衍生物的抗腫瘤特性時(shí)，制備了多羥基白藜蘆醇衍生物，并評(píng)價(jià)了其對(duì)人結(jié)直腸癌HT-29細(xì)胞的細(xì)胞毒作用，具體結(jié)果如表1所示。其中，（反）-3,3’,4,5,5’-五羥基二苯乙烯(PHS)表現(xiàn)出最強(qiáng)的細(xì)胞毒性，并引發(fā)HT-29細(xì)胞凋亡，表現(xiàn)為多聚ADP-核糖聚合酶(PARP)裂解增加，胞質(zhì)核小體水平升高和DNA片段化。進(jìn)一步的機(jī)制研究表明，PHS誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡依賴于caspase，通過上調(diào)細(xì)胞內(nèi)活性氧物種的生成和細(xì)胞內(nèi)谷胱甘肽的耗竭而發(fā)生促氧化作用，最終通過氧化應(yīng)激介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，有效地抑制人結(jié)腸癌細(xì)胞的增殖。

在一些更早的研究中，研究者也發(fā)現(xiàn)了多羥基二苯乙烯衍生物，特別是具有鄰苯二酚結(jié)構(gòu)的衍生物。其表現(xiàn)出比白藜蘆醇更強(qiáng)的細(xì)胞毒性，并能誘導(dǎo)癌細(xì)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(huán)氧合酶-2 (COX-2)抑制劑活性時(shí)，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(chǎn)生，分別評(píng)價(jià)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(xiàn)了良好的選擇性COX-2抑制活性，與塞來昔布相當(dāng)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(xiàn)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(duì)右旋糖酐硫酸鈉(DSS)誘導(dǎo)的結(jié)腸炎模型小鼠給予口服PIC連續(xù)7天，小鼠的體重減輕和臨床體征明顯減弱。其推測與結(jié)腸結(jié)構(gòu)破壞的顯著改善、結(jié)腸髓過氧化物酶(MPO)活性顯著降低與炎癥介質(zhì)如一氧化氮(NO)、前列腺素E2(PGE2)和促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生減少有關(guān)。

在進(jìn)一步的機(jī)制研究中，Yum S等[13]發(fā)現(xiàn)RES及其衍生物的抗結(jié)腸炎活性是通過抑制HPH誘導(dǎo)HIF-1a，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)HIF-1的激活，從而增加HIF-1靶基因產(chǎn)物HO-1和VEGF的水平，參與改善腸道炎癥。其結(jié)構(gòu)分析表明，鄰苯二酚結(jié)構(gòu)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(dòng)力學(xué)性質(zhì)以及其抗腫瘤、抗炎、抗氧化和鎮(zhèn)痛活性。Pterostilbene的XLog P=4.1，主要經(jīng)肝臟代謝，其在大鼠中的藥代動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)如下表。Pterostilbene可對(duì)5種癌細(xì)胞株表現(xiàn)出濃度依賴性的抗癌活性；在體外結(jié)腸炎模型中濃度依賴性的抑制HT-29細(xì)胞培養(yǎng)液中PGE2的產(chǎn)生；在犬軟骨細(xì)胞炎癥中表現(xiàn)出良好抗炎活性，與對(duì)照組相比，MMP3、SGAG和TNF-α水平均發(fā)生下降；在甩尾和熱板鎮(zhèn)痛試驗(yàn)中，延長了反應(yīng)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(jié)構(gòu)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(chǎn)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(xiàn)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(dǎo)的低密度脂蛋白氧化，還能有效地抑制羥自由基誘導(dǎo)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(jīng)保護(hù)作用時(shí)發(fā)現(xiàn)，白藜蘆醇對(duì)小鼠海馬神經(jīng)HT22細(xì)胞具有濃度依賴性的保護(hù)作用，使其免受谷氨酸誘導(dǎo)的細(xì)胞毒作用，并增加細(xì)胞中HO-1的表達(dá)和SIRT1的活性。這一保護(hù)作用可以被HO-1的特異性表達(dá)抑制劑所逆轉(zhuǎn)，但不能被SIRT1抑制劑逆轉(zhuǎn)。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(hù)HT22細(xì)胞免受谷氨酸誘導(dǎo)的細(xì)胞毒性，并未能增加HO-1的表達(dá)和SIRT1的活性。由此得出，白藜蘆醇的細(xì)胞保護(hù)作用至少部分與HO-1的表達(dá)有關(guān)，但與SIRT1的激活無關(guān)，而羥基的存在是該活性所必需的。

F. Peter Guengerich等[17]研究細(xì)胞色素P450 1B1的選擇性抑制劑。P450 1B1在許多發(fā)生癌癥的人體組織(如前列腺、卵巢、子宮、乳腺)中表達(dá)，能夠激活多種環(huán)境誘變劑，也能催化雌激素的4-羥基化，被認(rèn)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(dá)，以及抑制人乳腺腫瘤細(xì)胞的生長。相反地，PMS則是P450 1A1的選擇性抑制劑，對(duì)HepG2細(xì)胞P450 1A1的表達(dá)也有抑制作用。取代的二苯乙烯類化合物在預(yù)防雌激素或外源物質(zhì)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(chǎn)物抗乙酰膽堿酯酶(AChE)活性的過程中發(fā)現(xiàn)，豆科植物Caragana chamlague的甲醇提取物對(duì)AChE有明顯的抑制作用。進(jìn)一步的分離鑒定確定了兩個(gè)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(jié)構(gòu)式

Matharage Gayani Dilshara等[19]用從鐵線蓮花中提取的α-Viniferin處理小膠質(zhì)細(xì)胞，可減少脂多糖誘導(dǎo)的一氧化氮(NO)和前列腺素E2(PGE2)的產(chǎn)生。機(jī)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(dá)，在晚期通過刺激NRF2介導(dǎo)的HO-1信號(hào)通路抑制促炎介質(zhì)NO和PGE2的產(chǎn)生。

龔福愷等[20]發(fā)現(xiàn)α-viniferin能抑制K562細(xì)胞增殖，其抗增殖活性呈劑量和時(shí)間依賴性，IC50為13.61mg/L。作用機(jī)制研究表明，α-viniferin可引起K562細(xì)胞出現(xiàn)死亡并伴隨有染色質(zhì)聚集、核破碎、凋亡小體等典型的細(xì)胞凋亡形態(tài)學(xué)特征，同時(shí)伴有線粒體膜電位顯著降低，caspase-9、caspase-3活性升高等現(xiàn)象；α-viniferin可引起K562細(xì)胞caspase-3mRNA表達(dá)持續(xù)升高，和Bax、Bad、Bim、Bid促凋亡基因mRNA表達(dá)增加，同時(shí)Bcl-2、Bcl-xL抗凋亡基因mRNA表達(dá)持續(xù)下降。α-viniferin通過線粒體途徑誘導(dǎo)K562細(xì)胞凋亡。

NamHui Yim等[21]從山葡萄(Vitis amurensis Rupr.)葉和莖中分離得到多個(gè)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(duì)與齲病和牙周病有關(guān)的變形鏈球菌和血鏈球菌抑制活性最強(qiáng)，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(yù)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(duì)自發(fā)性高血壓大鼠(SHR)血管內(nèi)皮細(xì)胞(VECs)功能、血壓和心臟質(zhì)量的影響。用ε-Viniferin處理的血管內(nèi)皮細(xì)胞（VECs）可以通過生成一氧化氮以促進(jìn)細(xì)胞增殖，也可以通過抑制細(xì)胞內(nèi)的氧化物質(zhì)，保護(hù)細(xì)胞免受氧化應(yīng)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(zhuǎn)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(zhì)量和左心室質(zhì)量指數(shù)。而白藜蘆醇(2.5 mg/kg)未能降低血壓并顯著改善這些質(zhì)量指數(shù)。

四、鹵代及其他白藜蘆醇衍生物

Jasmine George等[23]研究發(fā)現(xiàn)，(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(duì)人黑色素瘤細(xì)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(xì)胞可導(dǎo)致：1.增殖和克隆存活率下降；2.誘導(dǎo)凋亡，同時(shí)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(xì)胞核抗原(PCNA)的顯著下調(diào)；4.黑色素瘤細(xì)胞的遷移受到抑制。此外，4’-BR可引起黑色素瘤細(xì)胞G0/G1期阻滯，同時(shí)伴有WAF-1/P21表達(dá)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(xì)胞周期和凋亡信號(hào)，在黑色素瘤細(xì)胞中賦予抗增殖作用。

圖4 白藜蘆醇鹵代衍生物的結(jié)構(gòu)式

Jin-yi WU等[24]研究了(反)-3,5-二羥基-4’-氯二苯乙烯（4’-CR）對(duì)肺腺癌A549細(xì)胞的抑制作用。4’-CR可以誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)活性氧迅速且持續(xù)的增加，并能引起亞G1期細(xì)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(dǎo)細(xì)胞內(nèi)酸性空泡增多、LC3-II形成和GFP-LC3聚集。此外，4’-CR可誘導(dǎo)細(xì)胞泛素化結(jié)合物的積累，并抑制蛋白酶體的活性。在體內(nèi)研究中，4’-CR可以抑制裸鼠腫瘤生長。

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

Xiu-Zhuang Li等[26]研究了白藜蘆醇的鹵化反應(yīng)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(qiáng)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(duì)白色念珠菌的抗菌活性優(yōu)于白藜蘆醇和陽性對(duì)照藥物氟康唑。

圖6 鹵代白藜蘆醇的合成路線

五、小結(jié)

人們普遍認(rèn)為白藜蘆醇屬于酚類抗氧化劑。酚羥基能夠結(jié)合自由基和給出質(zhì)子，以阻斷自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，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(duì)不同藥理活性具有不同的作用靶點(diǎn)，也存在同時(shí)作用于多個(gè)靶點(diǎn)并產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)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(shù)量同時(shí)影響其活性。綜述，在白藜蘆醇衍生物的活性與構(gòu)效關(guān)系中還有一些共性的特點(diǎn)。比如，對(duì)羥基的修飾有利于延長其體內(nèi)代謝的半衰期；芳環(huán)上的鹵代有可能增加衍生物的細(xì)胞毒作用；具有鄰二酚結(jié)構(gòu)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(yōu)于單倍體等。白藜蘆醇作為二苯乙烯類化合物最有特點(diǎn)的化合物之一，隨著對(duì)其衍生物的活性及構(gòu)效關(guān)系研究，其活性的作用機(jī)制也將更加明確。這必將有助于白藜蘆醇的開發(fā)應(yīng)用，以白藜蘆醇為先導(dǎo)化合物的活性分子的發(fā)現(xiàn)。