木犀草素的結構修飾及其生物活性研究進展

姜亞玲，李文淵，馮 爽，劉金海，翟廣玉

木犀草素的結構修飾及其生物活性研究進展

姜亞玲，李文淵，馮 爽，劉金海，翟廣玉*

鄭州工業應用技術學院，藥學與化學工程學院河南省水環境與健康工程技術研究中心，河南 鄭州 451150

木犀草素屬于黃酮類化合物，是天然抗氧化劑，具有豐富的生物活性，可調節眾多與疾病進展有關的細胞內和細胞外信號通路，具有抗氧化、抗炎、抗糖尿病、抗癌等作用。由于低溶解度和生物利用度等限制了其在臨床上的應用。然而，木犀草素的低相對分子質量和易修飾的化學基團，使其具有藥物開發的吸引力。通過對木犀草素的結構修飾及其衍生物的生物活性進行綜述，為天然產物的研究、開發及利用提供參考。

木犀草素；結構修飾；衍生物；黃酮；生物活性

木犀草素是一種植物化學物質，屬于黃酮類化合物，主要以糖苷的形式存在于蔬菜、水果和中草藥中，如胡蘿卜、辣椒、蘋果、橙子、菊花、金銀花、丹參等[1]。木犀草素屬于天然抗氧化劑，具有抗氧化[2]、抗炎[3-4]、抗糖尿病[5]、抗癌[6-8]、化學預防和心臟保護[9-10]等作用。木犀草素能調節多種炎癥介質，改變參與炎癥的各種信號通路。木犀草素抑制巨噬細胞磷酸化，抑制核因子-κB（nuclear factor-κB，NF-κB）的活性，抑制脂多糖誘導的巨噬細胞產生白細胞介素-6（interleukin-6，IL-6）、腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）等炎癥因子的表達，而這些炎癥是反映炎癥程度的敏感指標。木犀草素還能提高γ干擾素，降低特異性免疫球蛋白E，減少嗜酸性粒細胞的浸潤。含有木犀草素的制劑臨床研究顯示，對炎癥相關疾病具有很好的治療效果[11]。木犀草素具有抗氧化劑作用，對高血壓、炎癥性疾病和癌癥具有治療作用。木犀草素可通過下調與腫瘤發生相關的關鍵調控通路，誘導氧化應激，細胞周期停滯，上調凋亡基因，抑制癌細胞的細胞增殖和血管生成，發揮抗癌活性[12]。

木犀草素具有豐富的生物活性和廣泛的藥理活性，可調節眾多與疾病進展有關的細胞內外信號通路，其化學結構見圖1。然而，低溶解度和較低的生物利用度限制了木犀草素的應用。因此，研究者試圖通過各種方法設計和合成許多新的木犀草素衍生物，以改善這種不利因素，主要包括對羥基的修飾生成醚和酯，對羰基的修飾生成羰基氧被取代的產物，對木犀草素A、B環的修飾等。通過優化修飾獲得了溶解性能好、生物利用度高、活性明顯改善、抗癌活性增強的木犀草素衍生物[13-14]，本文通過對木犀草素的結構修飾及其衍生物的抗菌、抗炎、抗糖尿病、抗癌等生物活性進行綜述，為天然產物的研究、開發及利用提供參考。

圖1 木犀草素的結構

1 木犀草素的結構修飾及生物活性

1.1 羥基的修飾

1.1.1 酯化反應 木犀草素對許多癌細胞的增殖具有抑制作用，在癌癥的治療中具有潛在的實用價值[15]。5-或7-位的衍生化導致木犀草素具有更好的綜合性能，治療潛力更大。Lo等[16]合成了9個酰基衍生物，檢測了這些衍生物清除自由基活性，對人結腸癌HCT116細胞和人乳腺癌MDA-MB-231細胞的抗增殖活性。木犀草素與溴化芐反應得到三--芐基木犀草素，加入酰氯-三乙胺反應，得到5--酰基三--芐基木犀草素衍生物，加入鈀碳催化氫化，除去芐基，得到5--酰基木犀草素衍生物（1a～1i），見圖2。實驗結果表明，與木犀草素相比，含脂肪鏈的5-酰基衍生物具有更好的抗腫瘤細胞增殖活性，且具有與木犀草素相似的自由基清除活性，表明該類衍生物的抗增殖活性與清除自由基活性無關。含苯基的木犀草素衍生物可顯著降低其抗增殖活性和清除自由基的活性。本研究中所有的單酰基衍生物中，1g對HCT116細胞和MDA-MB-231細胞的半數抑制濃度（half inhibitory concentration，IC50）值最低，分別為（6.17±0.92）、（4.87±0.23）μmol/L（木犀草素的IC50值＞10 μmol/L），是最具治療潛力的化合物。

磷酰胺酸酯是一類新的抗癌藥物[17]，效力因磷酰胺部分的基團（芳基、酯和氨基酸）而異。Li等[18]合成了5個木犀草素-7-磷酰胺衍生物（圖3），并對人肝癌HepG2細胞抗增殖活性進行測試。在低溫條件下-氨基酸與亞硫酰氯反應，得到氨基酸酯，與苯氧基二氯化磷反應得到苯基氨基酰基磷酰氯（A）。木犀草素與乙酸酐反應，在硫酚作用下脫去木犀草素-7-位的乙酰基得到化合物B，A與B反應得到化合物C，用吡咯烷脫去化合物C的乙酰基得到化合物2。實驗顯示，2e對HepG2細胞IC50值是15.70 μmol/L（木犀草素的IC50值為34.70 μmol/L）。化合物2e可誘導HepG2細胞發生G2/M期阻滯，顯示出誘導HepG2細胞早期凋亡的作用。

圖2 木犀草素-5-O-酰基酯的合成

木犀草素熱穩定性良好（200 ℃/7 d），且對于紫外線-A（ultraviolet radiation-A，UV-A）吸收和穩定性良好。UV-A防曬霜具有抗衰老和預防癌癥的作用；UV-B防曬霜也有同樣的用途，可以防止曬傷。脂肪酸也能吸收紫外線。而木犀草素是天然的抗氧化劑，可以消除自由基，防止細胞損傷，是防曬產品的一項寶貴特性。為了研究木犀草素衍生物的紫外線吸收性能，Fischer等[19]合成了一系列木犀草素衍生物，并與雪絨花提取物中的天然木犀草素進行比較。將木犀草素加入吡啶中，與過量的脂肪酸酰氯反應，分離得到四脂肪酰基木犀草素衍生物（圖4）。實驗顯示，在所有衍生物中，沒有觀察到木犀草素A～C環體系在紫外光照射下的降解。3種木犀草素衍生物（3a～3c）對UV-A、UV-B和UV-C具有較好的吸收，是紫外線的濾光片。表明該化合物有望作為紫外線吸收劑用于防曬產品。

圖3 木犀草素-7-O-磷酰胺酯的合成

圖4 木犀草素四酰基酯的合成

黃酮類磷酸酯溶解度高，抗腫瘤效果好。已經合成了一些對人類惡性腫瘤細胞具有較好活性的磷酸化槲皮素糖苷[20]。為進一步探索黃酮類磷酸酯的生物活性，Osonga等[21]合成了木犀草素四磷酸酯（圖5），木犀草素與亞磷酸二芐酯反應，加入5%鈀碳，脫去芐基得到木犀草素四磷酸酯。實驗顯示，木犀草素四磷酸酯（4b）在水中的溶解度是木犀草素的297倍。4b的納米顆粒具有獨特的抗真菌和抗孢子作用。Tsai等[22]為了解決木犀草素在水中難溶解、生物利用度低的問題，合成了3個木犀草素磷酸酯。木犀草素在枯草桿菌作用下，37 ℃反應，經過分離合成了3種可溶于水的磷酸酯（4c～4e），為木犀草素衍生物的進一步開發，奠定了基礎。

圖5 木犀草素磷酸酯的合成

神經精神系統疾病嚴重威脅人類健康。如多巴胺、去甲腎上腺素（noradrenalin，NA）和5-羥色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT）等神經遞質被認為在神經精神系統疾病中發揮關鍵作用。多巴胺是最重要的神經遞質之一，如中樞神經系統中的多巴胺容易引起神經傳遞功能障礙[22]，如帕金森病、精神分裂癥、注意力缺陷多動障礙及藥物成癮等[23]。多巴胺主要通過多巴胺轉運體（dopamine transporter，DAT）的再攝取而失活，DAT是存在于大腦中多巴胺信號常見區域的多巴胺神經元突觸前膜上的單胺轉運蛋白。DAT激動劑可顯著增強DAT的再攝取作用，從而減輕由多巴胺增加引起的精神疾病或神經原性疾病。木犀草素和芹菜素被視為新型的單胺轉運蛋白激活劑，但木犀草素的DAT激動力和療效強于芹菜素。Zhang等[24]選擇木犀草素作為先導化合物，探索DAT活性和水溶性更佳的新型化合物，發現木犀草素在二甲基甲酰胺（dimethylformamide，DMF）中與溴化芐反應，與過量的酰氯和NaH在CH2Cl2中與羧酸、1,3-二環己基碳二亞胺和4-二甲氨基吡啶（4-dimethylaminopyridine，DMAP）在室溫下進行酯化反應。在氫氧化鈀催化下加氫脫去芐基保護基得到目標化合物5a～5i（圖6）。實驗用轉基因CHO細胞系統進行篩選，發現木犀草素衍生物5d、5e和6c具有更強的DAT激動劑活性，尤其是化合物5d的DAT激動劑活性是木犀草素的32倍，有望研發成治療精神疾病的藥物。

圖6 木犀草素酰基衍生物的合成

1.1.2 成醚反應 黑色素瘤是一種惡性皮膚腫瘤，由UV對分布在皮膚表面的黑色素細胞（產生色素的細胞）破壞而引起[25]。研究發現木犀草素及其衍生物可有效抑制黑色素的生成[26]。為了證明木犀草素衍生物的抗黑色素瘤的效果，Yamauchi等[27]合成了8個木犀草素衍生物（圖7），并對其在小鼠黑色素瘤B16細胞中的黑素生成抑制作用進行評價。由于類黃酮衍生物具有很高的化學反應活性，迄今已有報道對類黃酮類化合物的羥基進行選擇性保護。因此，選擇在室溫下可進行反應的硼砂（四硼酸鈉）保護兒茶酚羥基和5-羥基，硼砂可以與A環上的5-羥基和4-羰基及B環上的羥基相互作用。在水中進行7--選擇性甲基化和乙基化反應，表明該反應具有很高的選擇性。然而，在這種條件下，含有較長碳氫鏈的基團不發生反應。因此，將冷凍干燥后的木犀草素粉末，在DMF中進行取代反應，效果很好。在高效液相色譜分析中只有1個突出峰存在，證實了所需產物的形成。實驗顯示，木犀草素衍生物顯示出改善的黑色素合成和細胞增殖抑制活性。其中，化合物7f的活性最高，在6.25 μmol/L時對黑素合成的抑制率為34%。

木犀草素對許多細菌具有抗菌活性[28-29]，然而，關于木犀草素衍生物的抗菌活性的研究報道甚少。Lv等[30]合成了3′4′-亞乙基-7-乙基(,-二乙基)胺槲皮素等17個木犀草素衍生物，并評價了其對枯草桿菌、金黃色葡萄球菌、熒光假單胞菌和大腸桿菌的抑菌活性。在K2CO3催化下，木犀草素與1,2-二溴乙烷反應，得到具有潛在藥效團的化合物H。H與過量的1,2-二溴乙烷在無水DMF中以K2CO3為催化劑，在120 ℃下反應，制得衍生物I。I與不同的烷基胺和芳香胺在無水DMF中于80 ℃反應，得到化合物8a～8q（圖8）。生物活性測定表明，部分化合物具有較高的體外抑菌活性，其中嗎啉類化合物8m對枯草桿菌、金黃色葡萄球菌、熒光假單胞菌和大腸桿菌的最小抑制濃度分別為1.562、3.125、3.125和6.250 mg/mL。木犀草素衍生物的構效關系研究表明，木犀草素衍生物的親水性和芳香性可能是影響其抗菌活性的重要因素。

圖7 木犀草素-7-烷基醚的合成

圖8 木犀草素-7-乙基胺衍生物的合成

糖尿病是一個嚴重的世界性健康問題，2型糖尿病（type 2 diabetes mellitus，T2DM）更為普遍，其特點是胰島素敏感性降低和胰島素分泌受損。α-葡萄糖苷酶抑制劑可以有效治療T2DM，具有延緩和降低餐后血糖峰值的能力[31]。α-葡萄糖苷酶參與碳水化合物代謝，在糖尿病、病毒感染和癌癥中起著至關重要的作用，被認為是一個有吸引力的藥物靶點。因此，開發新型α-葡萄糖苷酶抑制劑尤為重要。研究表明，類黃酮可以緩解高血糖，增加胰島素分泌，并改善胰島素敏感性[32]。木犀草素、芹菜素和白楊素等黃酮類化合物具有抑制α-葡萄糖苷酶活性的能力[33]。Cheng等[34]合成了3個烷基化木犀草素，并研究了其對α-葡萄糖苷酶抑制活性。將木犀草素和K2CO3加入二甲基亞砜（dimethyl sulfoxide，DMSO）中，滴加1,2-二溴乙烷，在70 ℃加熱1 h。加入溴代烷反應，分離得到9a～9c（圖9）。實驗顯示，與參比藥物阿卡波糖[C50值（563.60±24.39）μmol/L]和脫氧諾吉霉素[IC50值（226.91±12.57）μmol/L] 相比，所有衍生物的糖苷酶抑制活性（IC50＜40.49 μmol/L）均顯著高于參比藥物。其中，化合物9c的IC50值為（5.18±0.45）μmol/L，抑制作用最強。

圖9 木犀草素-7-烷基醚的合成

1.2 羰基氧被取代的反應

血管生成是從原有的血管形成新的血管，是癌癥進展的關鍵階段，血管生成抑制劑現在臨床上被用作抗癌藥物[35]。黃酮類化合物具有抗血管生成的特性[36]，為了開發和優化黃酮類化合物抗血管生成的性質，Ravishankar等[37]合成了木犀草素衍生物（圖10），并評價了其抗血管生成和抗增殖活性。木犀草素與硫酸二甲酯反應得到四甲基木犀草素（10a），10a加入勞森試劑反應，得到4-硫代四甲基木犀草素（10b）。10b加入BBr3，反應得到4-硫代木犀草素（10c）。實驗顯示，10c和10b在體外劃痕實驗中顯示出顯著的抗血管生成活性。木犀草素衍生物對人乳腺癌MCF-7細胞的細胞毒性評估也顯示出直接的抗癌活性[10c的IC50值為（21.60±0.87）μmol/L；木犀草素的IC50值為（27.30±1.55）μmol/L；10a、10b的IC50值＞250 μmol/L]，表明木犀草素衍生物作為抗血管生成活性顯著。

木犀草素中有1個羰基，可以與胺反應生成席夫堿。但是實驗發現木犀草素與伯胺不反應，可能是由于木犀草素的環與環共振具有芳香性，4個羥基的給電子效應，使得羰基的活性降低，不能很好的與伯胺反應生成席夫堿。根據氯原子具有吸電子效應，相對于酚羥基能夠降低苯環上電子云密度，提高羰基的親電反應活性，Li等[38]通過將木犀草素的3個羥基被氯取代，使其羰基具有足夠高的活性與伯胺直接合成制備席夫堿。取DMF，加入三氯氧磷、木犀草素，68 ℃回流3 h，柱色譜分離得到7,3′,4′-三氯木犀草素。加入胺反應，可得11a～11e（圖11）。合成了7,3′,4′-三氯木犀草素席夫堿衍生物，并測定了其抗炎活性。結果表明木犀草素衍生物可以減輕小鼠耳腫脹程度和足腫脹程度，對急性炎癥具有明顯的抑制作用。

1.3 C-8的氫被取代的反應

流行性感冒（簡稱流感）是全球性嚴重傳染性疾病，目前抗流感藥物面臨的主要問題是病毒耐藥性和對高致病性流感病毒的效價低。流感病毒RNA聚合酶是病毒在宿主細胞內完成復制和轉錄過程的關鍵性酶，其中聚合酶酸性蛋白（polymerase acidic protein，PA）亞基通過內切酶活性為流感病毒的轉錄過程提供引物，成為潛在抗流感藥物靶點[39-40]。核酸內切酶抑制劑的特征是能夠螯合位于酶催化位置的鎂離子或錳離子。木犀草素的A環5-羥基與4-羰基和B環上的羥基與金屬離子的強相互作用使得木犀草素具有很高的親和力和抑制性。因此，對木犀草素的結構進行修飾，以提高抑制效力和藥動學性質。已有研究表明木犀草素可顯著抑制PA，且是有效的抑制劑。Reiberger等[41]合成了12個流感核酸內切酶抑制劑C-8木犀草素衍生物（圖12），并進行了體外評價。木犀草素與甲醛和仲胺反應，可以得到C-8木犀草素甲基胺衍生物。實驗顯示，C-8木犀草素甲基胺衍生物是最有效的抑制劑，其抑制效力優于木犀草素。如12d的IC50值為（1.54±0.09）μmol/L [木犀草素IC50值為（18.73±0.03）μmol/L]。

圖10 木犀草素-4-硫代衍生物的合成

圖11 7,3′,4′-三氯木犀草素席夫堿衍生物的合成

圖12 C-8木犀草素甲基胺衍生物的合成

任杰等[42]合成了木犀草素Mannich堿衍生物并考察其抗癌活性。室溫下木犀草素與甲醛、胺反應得到8種Mannich堿衍生物（圖13），結構經核磁氫譜、碳譜和質譜確證。采用四唑鹽比色法以5-氟尿嘧啶為陽性對照藥，通過對人宮頸癌HeLa細胞、人胃癌SGC-7901細胞、人結腸癌HCT-116細胞、人白血病K562細胞、MCF-7細胞、人前列腺癌DU-145細胞6種腫瘤細胞進行體外抗癌活性評價，以正常人胚腎上皮HEK-293細胞為毒性對照，實驗顯示，體外抗癌活性實驗表明部分化合物（對于K562細胞，13h的IC50值為4.00 μmol/L）顯示出比木犀草素（IC50值為61.00 μmol/L）、5-氟尿嘧啶（IC50值為45.00 μmol/L）更好的抗癌活性。對化合物13ｈ進行抗癌分子機制研究顯示，13h可能通過線粒體途徑抑制SGC-7901細胞增殖從而誘導細胞凋亡。

周美榮等[43]以木犀草素為先導化合物，利用A環C-8位H的活性與脂肪伯、仲胺在甲醛或乙醛水溶液中進行Mannich反應，反應條件溫和，合成了10個新的8-氨甲基化衍生物（圖14）。采用二甲苯誘發小鼠耳廓炎癥模型對抗炎活性進行了初步篩選，試驗結果表明，所測試的目標化合物均具有一定程度的抗炎活性，其中14e、14g、14j可顯著減輕二甲苯致小鼠耳廓炎癥反應，腫脹度與陰性組比較具有顯著差異性，其活性亦高于木犀草素的活性。結果提示通過恰當的結構修飾，將可能篩選出更有藥用價值的新化合物。

圖13 木犀草素-8-甲氨基衍生物的合成

圖14 木犀草素-8-氨甲基衍生物的合成

1.4 配位反應

糖尿病是人類最常見的代謝性疾病之一，其患病率逐年上升[44]，T2DM是最常見的糖尿病類型，占糖尿病患者總數的90%以上。特征是體質量異常減輕、高血糖、血脂異常和胰島素抵抗；盡管目前T2DM藥物已被證明在治療高血糖方面非常有效，但大多數藥物都有不同程度的不良反應，開發安全有效的天然活性成分有效治療T2DM尤為重要[45]。天然黃酮類成分木犀草素對T2DM小鼠具有降血糖作用[46]。鉻是人體必需的微量元素，在提高胰島素敏感性方面發揮重要作用[47]。Ge等[48]通過對木犀草素進行結構修飾，合成了6,8-(1,3-二氨基胍)木犀草素（15b）及其鉻配合物（15a），并對其降血糖活性和腸道微生物區系組成進行研究。木犀草素溶于丙酮，加入過氧化苯甲酰。加入溶于丙酮的-溴代丁二酰亞胺，得到6,8-二溴木犀草素。加入硼砂，得到6,8-二溴犀草素硼酸絡合物。加入甲苯、1,3-二氨基胍鹽酸鹽，乙酸鈀催化，得到15b，將乙醇、15b和醋酸鉻加熱至60 ℃，得到15a。實驗顯示，15b和15a對T2DM小鼠的體質量、空腹血糖、葡萄糖耐量試驗和糖化血清蛋白均有明顯的恢復作用。胰島功能指數、血清和肝臟生化指標也有明顯改善。組織病理學結果表明，15b和15a在肝臟和胰腺中具有較強的修復能力。15b和15a可通過改善胰島功能指數，調節血清和肝臟生化指標，修復受損組織，調節磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B1信號通路，增加腸道有益微生物的相對豐度和糞便中短鏈脂肪酸的含量，從而改善T2DM小鼠的高血糖。15a對體質量、血清IL-10、IL-6和胰島功能指數的降糖作用顯著優于15b，見圖15。

圖15 6,8-(1,3-二氨基胍)木犀草素鉻配合物的合成

木犀草素在體內具有抗炎、抗氧化、抗糖尿病、抗菌和抗癌等活性[49]。小分子的抗氧化劑和金屬螯合劑作為疾病保護劑和治療藥物受到廣泛關注。大多數黃酮類化合物是有效的金屬螯合劑，具有很強的抗氧化和清除自由基的活性，如蘆丁、槲皮素和木犀草素已被證明是良好的螯合配體[50]。Dong等[51]合成了木犀草素與錳（II）的金屬配合物。木犀草素溶于乙醇，加入醋酸錳溶液，調pH值為4，完全反應后得到木犀草素錳配合物（16），見圖16。并用UV光譜、紅外光譜、熱重分析和元素分析對其進行表征。根據光譜數據，發現木犀草素通過5-羥基和4-羰基在2分子木犀草素的絡合中心與錳（II）離子反應。與木犀草素相比，16具有更高的生物活性，包括抗氧化、抗菌和降血糖活性。結果表明，木犀草素和16以競爭性方式可逆地抑制黃嘌呤氧化酶，16顯示出比木犀草素更強的抑制黃嘌呤氧化酶的活性。16比木犀草素有更顯著的降血糖作用，增加了肝組織中葡萄糖的消耗。

圖16 木犀草素錳配合物的合成

木犀草素抑制酪氨酸激酶參與腫瘤細胞增殖的作用，是人膀胱癌-乙酰轉移酶活性抑制劑，抑制人乳腺癌MDAMB231細胞增殖[52]，通過激活線粒體途徑誘導細胞凋亡。氧化釩（IV）與不同的黃酮類化合物已被證明具有抗氧化和抗癌性能[53]。為了進一步研究黃酮類化合物及其氧化釩（IV）絡合物的結構與活性的關系，Naso等[54]合成了木犀草素釩配合物。木犀草素與VOCl2在無水乙醇中反應，分離得到木犀草素釩配合物（17），見圖17。分析了體外抗氧化性能，并評價了其對不同細胞的抗癌作用。固態下的磁性測量表明，相鄰的釩離子間存在有效的交換路徑，提高了木犀草素對羥基自由基的抗氧化能力。17對MDAMB2311細胞的活性抑制作用（IC50值為70 μmol/L）高于配體，對人肺癌A549細胞的抑制作用（IC50值為6.00 μmol/L），比木犀草素（IC50值為6.80 μmol/L）稍高。

圖17 木犀草素釩配合物的合成

席夫堿衍生物及其金屬配合物具有抗癌、抗病毒等生物活性，沙靖全等[55]合成了一系列黃酮配合物和席夫堿藥物，發現其殺菌抗霉活性更廣。為了尋求更為理想的殺菌抗霉藥物，將木犀草素的羰基（C＝O）和磺胺甲惡唑的伯氨（－NH2）縮合，合成兼有了2種母體分子性能的抗菌、消炎新型黃酮類席夫堿化合物。并以此為配體合成了新的金屬配合物，并研究了其抗菌活性。以木犀草素和磺胺甲惡唑進行縮合再與銅或鋅離子絡合形成木犀草素磺胺配合物，進行初步的抗菌活性實驗。在無水乙醇中加入磺胺甲惡唑、木犀草素、催化劑冰醋酸，回流反應，加入醋酸銅（或醋酸鋅）反應，分離得到得黑色（棕色）的固體18a和18b。實驗結果顯示，18a和18b物對多種菌株有明顯的抑菌活性且優于各自的母體，見圖18。

張宇等[56]利用木犀草素、硫酸和金屬鹽為原料,合成了4種木犀草素磺酸金屬配合物，利用紅外光譜、元素分析、核磁共振光譜和質譜等手段表征了配合物的結構。以1,1-二苯基-2-苦基肼自由基（1,1-diphenyl-2-picryl hydrazyl free redical，DPPH）清除率、抑菌環的大小檢測配合物的抗氧化、抗菌活性，結果表明木犀草素磺酸配合物對DPPH的清除率和對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抑制作用隨濃度的增大而提高，且效果優于木犀草素。木犀草素加入濃硫酸得到木犀草素磺酸鈉鹽。分別加入乙酸鹽（乙酸鋅、乙酸銅、乙酸鈷、乙酸錳）溶液，回流攪拌，濃縮，冷卻濾過，重結晶得到配合物（19a～19d），見圖19。并表征了4個磺化木犀草素金屬配合物，均具有較好的水溶性，部分配合物具有較強的抗菌活性，其中19a對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抑制作用呈劑量相關性，在質量濃度7.5 g/L時最大抑菌環為9.76 mm，對大腸桿菌的最大抑菌環為3.97 mm，磺化木犀草素金屬配合物具有清除DPPH自由基的活性且略強于木犀草素，通過本實驗明確磺化木犀草素金屬配合物的抗菌和抗氧化的生物活性，為該類藥物開發提供了一定的實驗依據。

圖18 木犀草素磺胺鋅（或銅）配合物的合成

圖19 木犀草素磺酸鹽配合物的合成

1.5 聚合反應

炎癥是機體為抑制感染和修復受損組織而產生的一種免疫反應。然而，慢性炎癥可發展為關節炎、慢性阻塞性肺病和癌癥等疾病[57]。木犀草素具有強大的抗炎活性，但是生物利用度較低[58]。為了改善木犀草素水溶性和生物利用度，Tawornchat等[59]以木犀草素為原料，采用溫和的一鍋煮聚合法制備了木犀草素水分散納米球，通過低聚物的1H-1H相關譜、1H-13C異核單量子相干譜和1H-13C異核多鍵相關譜鑒定了聚木犀草素的化學結構（圖20），并提出了聚合機制。與木犀草素在高劑量下具有細胞毒性不同，聚木犀草素納米粒具有劑量相關的抗炎活性，在高劑量下沒有細胞毒性。表明水分散的聚木犀草素納米粒有望發展成為一種用于治療的抗炎劑。

2 構效關系

木犀草素具有C6-C3-C6碳骨架的苯并(γ)-吡喃酮結構，A環中C-5和C-7位存在羥基，屬于間二酚結構，B環含有2個相鄰的酚羥基（3′,4′-二羥基），是鄰苯二酚基團。C環C-4位是個羰基，存在C2-C3雙鍵，即C環含有α,β-不飽和酮結構。4個酚羥基和α,β-不飽和酮結構決定了木犀草素的性質，具有強氧化性。修飾不同的基團，產生不同的生物活性。木犀草素的3個環是扭曲的平面，在該體系中，分子內形成2個氫鍵：1個氫鍵是由C5-OH和C4＝O羰基建立，另1個在B環的鄰位羥基間形成。木犀草素具有良好抗氧化活性的2個重要條件分別是：（1）B環上的鄰二羥基結構通過氫鍵的形成賦予自由基高度的穩定性；（2）C2-C3雙鍵與C環上的4-氧鍵結合，負責從B環開始的電子離域。木犀草素因其顯著的抗氧化和抗癌活性而被廣泛研究，修飾不同基團，得到的衍生物具有不同的生物活性和功效[13]，見圖21。

圖20 木犀草素聚合物的合成

通過比較發現，含脂肪鏈的5-酰基衍生物具有更好的抗腫瘤活性，同時保持了與木犀草素相似的自由基清除活性，含苯基的衍生物顯著降低了其抗增殖活性和清除自由基的活性[16]。5-酰基和7-酰基衍生物具有比木犀草素更強的DAT激動劑活性，尤其是化合物5d的DAT激動劑活性是木犀草素的32倍，有望作為治療精神疾病的藥物進一步開發[24]。木犀草素的羥基與磷酸生成酯水溶性增強[21]。木犀草素的C5-OH與鹵代烴反應生成的醚具有抑制黑色素瘤作用[27]。木犀草素的C7-OH與胺類反應生成的醚具有很好的抗菌活性[30]。木犀草素的C4＝O的氧被硫取代具有很好的抗乳腺癌的活性[37]。木犀草素的C-8位被甲氨基取代抗流感和抗炎效果一般，抗癌效果顯著[41-43]。木犀草素的配合物具有抗癌活性，釩配合物效果最好[48,54-56]。

圖21 具有較好活性的木犀草素衍生物

3 結語與展望

大量流行病學研究表明，黃酮類化合物的攝入與各種疾病的發生呈負相關，黃酮類化合物可與參與關鍵途徑的酶系統相互作用，表現出多種藥理學行為[60]。木犀草素是典型的類黃酮，是天然抗氧化劑，可直接淬滅活性氧，抑制酶反應，螯合金屬離子（Fe3+、Cu+），清除自由基。人體內的氧化過程與一些疾病有關，如動脈粥樣硬化、冠心病、某些腫瘤和衰老等。類黃酮是最常見、最具活性的食用抗氧化劑，脂溶性生育酚可以在疏水系統中顯示其抗氧化能力，而類黃酮可以在親水和疏水環境中發揮作用[61]。經常食用富含木犀草素的蔬菜水果有益人體健康，主要涉及疾病治療和化學預防[62]。

木犀草素是一種有價值的天然黃酮類化合物，由于能夠調節多種靶點和信號通路而得到了廣泛研究。由于木犀草素的低溶解性和生物利用度限制了其應用。因此，設計和合成新的木犀草素衍生物來改變其局限性勢在必行。目前，對木犀草素的結構進行優化修飾，已經合成了許多溶解性能好、生物利用度高的木犀草素衍生物，在抗癌、抗氧化、抗菌、抗炎、降糖等方面有許多優勢，應用前景廣闊。希望更多的研究者積極參與其中，使天然藥物經過優化修飾后早日進入臨床，發揮天然藥物的作用，為患者解除痛苦。

利益沖突 所有作者均聲明不存在利益沖突

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Research progress on structural modification and biological activity of luteolin

JIANG Ya-ling, LI Wen-yuan, FENG Shuang, LIU Jin-hai, ZHAI Guang-yu

Engineering Research Center for Water Environment and Health of Henan, College of Pharmacy andChemical Engineering, Zhengzhou University of Industrial Technology, Zhengzhou 451150, China

Luteolin is a flavonoid, a natural antioxidant, with rich biological activities, which can regulate many intracellular and extracellular signaling pathways related to disease progression, and has antioxidant, anti-inflammatory, anti-diabetic, anti-cancer and other effects. Due to the low solubility and low bioavailability, the clinical application is limited. However, luteolin’s low relative molecular weight and easily modified chemical groups make it attractive for drug development. Therefore, the structural modification of luteolin and the biological activities of its derivatives were reviewed to provide reference for the research, development and utilization of natural products.

luteolin; structural modification; derivatives; flavonoids; biological activity

R282.710.85

A

0253 - 2670(2023)20 - 6889 - 14

10.7501/j.issn.0253-2670.2023.20.032

2023-04-25

鄭州市高等學校名師技術技能工作室（鄭教高[2015] 70號）；河南省科技攻關項目（232102310391）

姜亞玲，女，副教授，從事天然產物提取和結構優化研究。E-mail: 240398169@qq.com

通信作者：翟廣玉，男，教授，主要從事天然產物結構優化。E-mail: zhaiguangyu1@sina.com

[責任編輯 趙慧亮]