小檗紅堿藥理作用及其結構修飾研究進展

齊飛，王國勝

(沈陽化工大學，遼寧 沈陽 110142)

小檗紅堿又稱巴馬汀紅堿，是一種異喹啉類生物堿，因其為暗紅色針狀晶體而得名，存在于黃連、黃柏等植物，最早發現于歐小檗堿中[1]。由于小檗紅堿的高共軛醌式結構，使其具有多種藥理作用和生物化學作用。有關小檗紅堿抗腫瘤、降壓、降血糖、降血脂、抗心律失常、抗菌、抗氧化、鎮靜的功能，文獻都有報道[2-4]，有很好的潛在藥物開發價值。很多研究致力于對其結構進行改造，以期待得到更好的藥物活性。本文對小檗紅堿的藥理作用及結構修飾進行綜述。

1 藥理作用研究

1.1 抗腫瘤 小檗堿作為中藥黃連的主要成分，具有顯著的抗癌活性。1976年Hoshi等[5]提出，小檗堿抗腫瘤作用的本質是在生物體內發生化學轉化，9-位羥基被氧化為甲氧基，最終發揮抗腫瘤作用的物質為小檗紅堿。Kim等[6]利用結腸癌細胞菌株研究小檗紅堿在體內對拓撲異構酶Ⅱ的作用，結果表明，小檗紅堿對拓撲異構酶Ⅱ具有毒性，通過抑制其合成抑制癌細胞增殖。

近年來，隨著對腫瘤細胞增殖機制研究進一步深入，新的理論也不斷被發現，通過穩定G-四聯體結構抑制端粒酶的活性被認為是一種潛在的抗癌藥物開發策略。Khan等[7]對小檗紅堿的13位進行結構修飾，并進行生物實驗測試，結果表明，小檗紅堿作為端粒酶抑制劑，控制癌細胞增殖，達到抗癌的效果。13位修飾后的衍生物抗腫瘤活性明顯提高。

1.2 抗炎 小檗紅堿可抑制中性粒細胞和原始巨噬細胞遷移，通過抑制炎癥因子表達和產生相關抗炎因子起到抗炎效果。小檗紅堿能劑量依賴性地抑制ARPE-19細胞內IL-8和MCP-1蛋白濃度，下調其mRNA的表達。通過抑制NF-κB的轉運實現抗炎[8]。Yu等[9]在小檗紅堿減輕小鼠結腸炎的黏膜病變和炎癥的研究中表明，小檗紅堿通過減輕炎癥細胞浸潤、抑制過氧化物酶和細胞因子(TNF-α、IL-1B、IL-6、IL-4和IL-10)的產生，減輕小鼠結腸炎癥。小檗紅堿處理后，粘蛋白mRNA表達上調，Bax/Bcl-2比值降低。同時，小檗紅堿對于炎癥相關疾病如阿爾茲海默病、癌癥等具有預防作用[10]。

1.3 抗神經焦慮 研究表明，小檗紅堿對神經系統的焦慮癥狀具有調節作用[11]。Liang等[17]通過小鼠給藥動物模型研究表明，小檗紅堿作用于腦內多巴胺和5-羥色胺系統，并具有多巴胺D2拮抗、5-羥色胺部分激動的內在活性，有效地改善動物的焦慮行為。李諾敏等[12]合成并提出四氫小檗紅堿(THB)有很好的抗焦慮效果，且對中樞神經沒有損傷。彭真珍等[13]對THB進行結構修飾，在9位羥基上乙酰化得到前藥9-乙酰四氫小檗紅堿硫酸鹽，提高了小檗紅堿的口服生物利用率。藥代性質評價顯示，在生物體內，結構修飾的小檗紅堿可以迅速地轉化為活性產物，提高生物利用率。達到26.6%。通過對小檗紅堿進行結構修飾，改善吸收，具有研發抗焦慮藥物潛能。

1.4 降血壓降血脂 心血管疾病目前已經成為老年人常見的高發性危險疾病。主要有高血壓、高血脂、心律失常等。研究表明小檗紅堿調節Na+、K+通道起到降壓[14]抗心律失常作用[15]。小檗紅堿通過細胞外信號調節信號通路，調控肝臟低密度脂蛋白和前蛋白轉化酶的表達發揮降脂功能。Yang[16]研究表明小檗紅堿作為鈣阻滯劑適應上調低密度脂蛋白受體，調控降脂靶點，清除膽固醇降低血脂。他汀類藥物是高脂血癥治療的關鍵藥物，小檗紅堿可導致血液中膽固醇水平降低和他汀類藥物療效的增加。小檗紅堿9位結構修飾后，在人為誘導高脂血癥小鼠體內測試實驗中，總膽固醇水平降低了33%。與小檗堿相比，具有更明顯的降血脂作用[17-19]。

1.5 抗真菌感染 異喹啉類生物堿對于抑制真菌感染一直發揮重要作用。Hong等[20]合成了小檗紅堿的9-位酰基和苯甲酰取代衍生物，并對其抗菌活性進行了考察。9-月桂酰小檗紅堿對糞腸球菌、金黃色葡萄球菌、鏈球菌、黃體微球菌、枯草芽孢桿菌及革蘭陰性菌具有抑制作用。并表明，一定范圍內增加9-位取代基的長度提高抗菌活性。Park等[21]在小檗紅堿的13-位引入不同的芳香族結構，并鑒定了一系列13-取代芐基小檗紅堿衍生物的抗真菌活性。對白色念珠菌、金黃色葡萄球菌、盧氏假絲酵母、克魯氏假絲酵母、煙曲霉、土曲霉、新型隱球菌、恥垢分枝桿菌等都有抑制作用。9-取代衍生物和13-取代衍生物的抗菌活性都強于小檗紅堿，取代基的存在使親脂性更高，細胞膜通透性更好，利于動物的吸收，可能是增強小檗紅堿抗菌活性的關鍵。當小檗紅堿與其他抗真菌藥物聯合使用，活性明顯增強。

1.6 降血糖 2型糖尿病是一種復雜的代謝型體質紊亂，由于胰島素分泌受阻導致血糖升高。小檗紅堿抗糖尿病的作用機制已被廣泛研究。Li等[22]合成一系列的12-氨基甲基取代小檗紅堿衍生物，并對其抗2型糖尿病活性進行了評價，結果表明，大部分的化合物具有良好的抗糖尿病活性，可與黃連素相媲美，甚至優于黃連素。特別是化合物C-12上帶有N-甲基哌嗪4-甲基基團，其抗糖尿病活性最強。最新的報道[23-24]認為小檗紅堿的抗糖尿病機制與活化蛋白激酶(AMPK)的激活、葡萄糖轉運蛋白的葡萄糖轉運活性急性啟動以及培養細胞中胰島素抵抗肌管中胰島素信號轉導改善相關。

2 結構修飾

目前有關小檗紅堿的結構修飾多有報道，按照修飾位置可劃分四氫小檗紅堿，9-位修飾小檗紅堿，13-位修飾小檗紅堿，8-位修飾小檗紅堿，12-位修飾小檗紅堿和環化小檗紅堿6類，合成路線如圖1所示。

圖1 小檗紅堿結構修飾路線圖

小檗紅堿的獲得主要有天然提取法和人工合成法。天然存在的含量較少，提取困難。文獻報道的人工合成方法多以小檗堿為原料，脫除9-位甲基制備，Iwasa等[25]提出了真空熱解法，在190 ℃真空下反應15 min,小檗紅堿產率為69%，延長反應時間可增加產率，合成路線如圖2所示。將真空熱解法進行改進，在氮氣氛圍中，190 ℃反應5 h，大大提高收率。2002年Das等[26]首次提出微波輻射法，微波輻射下三氧化二鋁介質加熱獲得小檗紅堿，收率達到98%；2013年劉麗賢等[27]對微波輻射法進行改進，提出以DMF為介質，400 W微波，輻射15 min快速合成小檗紅堿，收率93%，純度達到98%，合成路線如圖3所示。上述方法由于原材料小檗堿自身的產量受到限制，小檗紅堿的產量則更低。為了解決此問題，又提出了一種以鄰位香蘭素和胡椒乙胺為原料，經加氫縮合，環化步驟合成小檗紅堿的方法，合成路線如圖4所示。此外，小檗堿在生物體內經過轉化，也會生成小檗紅堿[1]。

圖2 真空裂解法合成小檗紅堿

圖3 微波輻射法合成小檗紅堿

圖4 鄰位香蘭素法合成小檗紅堿

2.1 四氫小檗紅堿 四氫小檗紅堿在神經系統鎮靜作用研究中表現了很好的藥物活性，其合成方法為在甲醇溶劑中，硼氫化鉀為還原劑，室溫反應4 h，可根據還原程度可以選擇二氫還原和四氫還原[28]。

手性藥物是近年來藥物研究開發的熱點之一，由于左旋和右旋化合物分子空間結構的不同，使藥物可能具有完全不同的性質。獲得手性藥物的方法有手性合成和手性拆分兩種。張海峰等[29]以(+)-二對甲苯甲酰酒石酸(DTTA)為拆分劑，在95%乙醇中，運用成鹽拆分法對四氫小檗紅堿進行拆分,得到了2種對映異構體經，純化后，收率大于50%。

2.2 9-位修飾小檗紅堿及其活性 小檗紅堿的9-位修飾分為烷氧基取代，酰氧基取代和9-氧糖苷化取代三種。具有很多的生物活性，如抗真菌，抗腫瘤，降低血脂，降低動物膽固醇，抗炎。結構修飾更復雜。

2.3 小檗紅堿9-位烷氧基取代 在乙腈溶劑中，190 ℃下，小檗紅堿與烷基溴反應，在9-位引入鏈式烷烴[30]。9-位的烷氧基含氮取代物具有顯著抗癌活性,同時抗菌活性明顯增強。Jue等[31]以DMF為溶劑，氮氣保護條件下，小檗紅堿與烷基溴反應得到9-位取代小檗紅堿衍生物，并對其在阿霉素的抗癌活性中發揮作用進行了生物學研究，結果表明，烷基化小檗紅堿可以作為線粒體靶向配體來克服癌癥的多藥耐藥，推進了脂質體給藥在耐藥癌癥治療中的主動靶向研究。

2.4 小檗紅堿9-位酰氧取代 Huang等[32]以小檗紅堿在縛酸劑吡啶或三乙胺作用下,與相應的酰氯反應得到9-位酰氧取代小檗紅堿衍生物。并對其抗炎效果進行評價，相較于未修飾的小檗紅堿，活性提高。

2.5 小檗紅堿9-位糖苷化取代 陳竹等[33-34]將小檗紅堿氮氣保護下，DMF為溶劑，冰水浴條件下，K2CO3堿性環境中，加入糖苷化試劑反應得到兩種9-O-小檗紅堿糖苷。取代后的衍生物具有降血脂作用。

2.6 8-位修飾小檗紅堿 根據酮與烯醇互變異構的原理，小檗紅堿在不同pH的條件下有酮式、烯醇式和季銨式三種結構，堿性環境中以烯醇式存在。NaOH存在下，微波輻射1 h，8位的活潑氫與丙酮發生反應，生成8-位酰基取代小檗紅堿[35]。反應完成后，由于酰基的引入，活化了對位13號碳，13號碳與其他化合物反應，可得到系列取代產物。8-位修飾的小檗紅堿為其他結構修飾提供了中間體。

2.7 12-位修飾小檗紅堿 Li等[36]在180 ℃的真空條件下，鹽酸小檗堿轉化為小檗紅堿，加入適當的脂肪族氨基或芳基胺與甲醛，在80 ℃或室溫下反應，得到12-C氨基甲基化的小檗紅堿衍生物，經純化后收率65%～85%。引入了氨基甲基的12位衍生物顯著提高了小檗紅堿的降血糖活性，治療糖尿病的活性強于小檗堿。

2.8 13-位修飾小檗紅堿 王道武等[37]以8-乙酰基小檗紅堿為原料，與芐基氯代化合物消除HCl反應得到小檗紅堿的13位取代衍生物，如圖9所示。小檗紅堿的13位修飾多為烷基苯基取代和聯苯取代。Park等[21]研究表明，13位修飾小檗紅堿也明顯提高了小檗紅堿的抗真菌活性。

2.9 環化小檗紅堿的合成 小檗紅堿為異喹啉類生物堿，母體中含有ABCD四個環。近期針對環狀化合物的研究越來越多。范田運等[38]以小檗堿為起始原料經硼氫化鈉還原得到二氫小檗堿，再乙二醛取代得到小檗堿13-位醛基取代物，在濃鹽酸∶甲醇(1∶3)環境中完成環化反應，得到環化小檗堿,對得到的環化小檗堿脫除 9-位甲基，合成環化小檗紅堿，合成路線如圖5所示。在縛酸劑作用下與相應的酰氯反應得到9-位酯類化合物。并對環化小檗紅堿進行了生物活性測試，結果表明，增加E環后抗真菌活性顯著提高，而且具有抗MRSA病毒活性。

圖5 環化小檗紅堿的合成

3 結語

近年來對于小檗紅堿的藥理活性的研究發現，其具有抗腫瘤、抗菌、抗炎、降血糖、降血脂等作用，對多種疾病的治療有積極作用，具有開發成藥物的廣闊前景。以小檗紅堿為先導化合物，對其結構進行修飾和改造，以期尋找活性好，副作用小的藥物將是一個有廣闊發展前景的研究方向。