王 磊, 劉 振, 高文遠(yuǎn), 張靜澤
(1.天津大學(xué)藥物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,天津 300072;2.天津中新藥業(yè)集團(tuán)股份有限公司樂仁堂制藥廠,天津 300380)
巴豆Croton tigliumL.為大戟科Euphorbiaceae巴豆屬植物,又名巴菽、剛子、江子、老陽子、雙眼龍、猛子仁等。巴豆種子供藥用,種子的油即巴豆油,有大毒,作峻瀉劑;其根、葉也可入藥,治療風(fēng)濕骨痛等;民間亦用其枝、葉作殺蟲藥或毒魚[1]。
對(duì)于巴豆的化學(xué)成分研究,國(guó)內(nèi)外學(xué)者更多的側(cè)重于巴豆種子的研究,巴豆油是巴豆種子中的主要成分和藥效活性成分,亦為毒性成分,刺激皮膚,其主要的化學(xué)成分是佛波醇二萜酯類化合物[2-4],是一個(gè)具有四環(huán)巴豆烷母核的二萜酯類化合物。
佛波醇酯類化合物不穩(wěn)定,對(duì)熱、光、氧氣、酸和堿較敏感,在分離過程中容易發(fā)生氧化、酯化和差向異構(gòu)化[5],因此,需要在無氧環(huán)境下分離,萃取時(shí)采用氮?dú)饣蛘邭鍤獗Wo(hù),常用的分離方法是將巴豆用甲醇提取后,除去溶劑后,殘余物溶于甲醇-水 (一般比例為9∶1)混合溶液中,用己烷分配除去長(zhǎng)鏈脂肪酸,然后用乙醚萃取,得到富含二萜類化合物的乙醚提取物。經(jīng)硅膠和硅酸鎂吸附柱層析分為幾個(gè)部位,再采用液滴逆流色譜和薄層制備的方法進(jìn)一步分離[6],或者采用液滴逆流色譜和低壓柱層析方法聯(lián)用[7];由于液滴逆流色譜的復(fù)雜性以及不廣泛性,隨后,Ocken[8]采用干柱色譜的方法從巴豆油中分離出佛波醇酯類化合物;隨著制備液相的出現(xiàn),Mekkawy[9]等采用中壓色譜柱的方法分離得到佛波醇酯類化合物。
1941年,Berenblum[10]從巴豆油中發(fā)現(xiàn)佛波醇酯化合物,1967年Hecker[11]確定該類化合物結(jié)構(gòu),由于巴豆油中的該類成分極性較小,其分離獲得比較困難,早期,Marshall[7]液滴逆流色譜方法對(duì)其進(jìn)行分離,巴豆油經(jīng)環(huán)己烷提取后,用甲醇-水 (20∶3)萃取后采用DCCC(環(huán)己烷-二乙醚-異丙醇-乙醇-水作為上相流動(dòng)相)進(jìn)行洗脫,然后再采用不同流動(dòng)相的DCCC方法進(jìn)行分離,以及采用制備薄層色譜的方法獲得不同的佛波醇酯化合物;日本學(xué)者M(jìn)ekkawy[9]采用中壓色譜柱的方法對(duì)其進(jìn)行分離,巴豆采用甲醇提取后,采用極性小的環(huán)己烷或者乙醚萃取后,經(jīng)環(huán)己烷-乙酸乙酯硅膠柱洗脫后,得到粗的成分,再采用RP-18硅膠柱 (甲醇-乙腈,1∶1)分離后,用中壓色譜柱(RP-18,RP-2,Si60)采用不同的洗脫系統(tǒng) (甲醇-水;環(huán)己烷-乙醚-乙酸乙酯)進(jìn)行分離?,F(xiàn)已從巴豆中分離出33種佛波醇酯化合物[12](化合物1~33,見圖1,表1),并采用LC-MS-MS,通過三步法確定該化合物的特征碎片離子,根據(jù)分子量快速簡(jiǎn)便鑒定化合物[13]。
圖1 佛波醇酯化合物化學(xué)結(jié)構(gòu)母核
El-Mekkawy[9,14]通過比較巴豆油中的 8 個(gè)佛波醇酯化合物抗HIV-1活性,合成了成了44個(gè)佛波醇酯衍生物 (化合物34~74,化合物86~88);化合物12抑制HIV-1的活性很強(qiáng),但是該化合物在血漿中不穩(wěn)定,為了得到活性強(qiáng)且在血漿中穩(wěn)定的化合物,以該化合物為基礎(chǔ)合成了C-13位不變,C-12位為醚鍵的5個(gè)衍生物[15](化合物75~79)。同時(shí)根據(jù)化合物24具有抗HIV-1活性而無腫瘤促進(jìn)作用[16],合成了6個(gè)巴豆醇-13-單酯化合物[17](化合物80~85)。上述55種衍生物是改變?nèi)〈孽ユ滈L(zhǎng)度,并未引入極性大的官能團(tuán),極性的變化并不大,Bertolini[18]等又合成了21種C-12,C-13為極性官能團(tuán) (如酰胺、羧酸、銨鹽)的佛波酯類似物。
表1 佛波醇酯化合物結(jié)構(gòu)
圖2 佛波醇酯衍生物化學(xué)結(jié)構(gòu)母核
對(duì)佛波醇酯的結(jié)構(gòu)改造,多數(shù)是在保持母核不變而只改變側(cè)鏈的取代基發(fā)現(xiàn)活性強(qiáng)的化合物,Wender[19]等則通過改變母核結(jié)構(gòu)合成了4種 (化合物89~92)佛波醇酯衍生物。而Yamatsugu[20]根據(jù)佛波醇酯化合物結(jié)合蛋白激酶C(PKC)的能力,合成了9種佛波醇酯類衍生物(化合物93~101),從中尋找特異性抑制PKCα受體的化合物。佛波醇酯特殊的五元環(huán)結(jié)構(gòu)除了能夠激動(dòng)或抑制蛋白激酶C外,還能和其它受體結(jié)合,從而產(chǎn)生不同的生物活性,如4α-佛波醇酯化合物對(duì)蛋白激酶C無活性,但是它可以激活瞬時(shí)感受器香草素電位離子通道 (TRPV4),據(jù)此合成了多種佛波醇酯衍生物[21]。
表2 佛波醇酯衍生物化學(xué)結(jié)構(gòu)
續(xù)表2
佛波醇酯類化合物具有多效生物活性,研究最多的是其與蛋白激酶C結(jié)合產(chǎn)生的作用,毒性方面如促腫瘤形成、炎癥、細(xì)胞增殖、血小板聚集等作用,但同時(shí)也有抗HIV-1引起的細(xì)胞病變、抗紅白血細(xì)胞等作用。
4.1 調(diào)節(jié)蛋白激酶C 佛波醇酯化合物與二酰甘油(DAG)相似,為蛋白激酶C激動(dòng)劑,均調(diào)節(jié)依賴Ca2+(α,βⅠ,βⅡ,γ)和非依賴Ca2+(δ,ε,η,θ,μ)的蛋白激酶C同工酶[22-23],并且作用機(jī)制相似,都結(jié)合到蛋白激酶C的C1領(lǐng)域,但佛波醇酯與蛋白激酶C是不可逆結(jié)合[24],如化合物2能夠激活蛋白激酶C產(chǎn)生毒副反應(yīng),如誘發(fā)腫瘤、刺激皮膚等,而有些如化合物12卻能夠抑制腫瘤的生長(zhǎng),說明佛波醇酯的結(jié)構(gòu)影響其作用。采用合成的方法探討其關(guān)系,通過改變母核結(jié)構(gòu)合成不同的佛波醇酯衍生物,化合物91和92與蛋白激酶C的親和力強(qiáng),說明C-2的剛性結(jié)構(gòu)起著重要的作用[19];C-3,4,9,20位的羥基自由基與蛋白激酶C的親和力密切相關(guān);C-12,13位取代基的疏水性/親水性影響蛋白激酶C的活性[25],其中C-12位酯鏈?zhǔn)菦Q定化合物是否為蛋白激酶C激動(dòng)劑/抑制劑的基本因素[26],由此合成了一系列的化合物,當(dāng)C-12,C-13為極性官能團(tuán) (如酰胺、羧酸、銨鹽)時(shí),能夠使得蛋白激酶C的遷移能力降低,即促癌活性降低,這兩位為短的羧酸鏈就可以使蛋白激酶C的活性降低90%,最有可能成為蛋白激酶C抑制劑的化合物為C-12,13位為羧酸的佛波酯類似物[18]。但是在合成過程中又發(fā)現(xiàn)了一種新的作用機(jī)制,當(dāng)C-12位存在缺電子的芳香基團(tuán)時(shí),能顯著提高化合物與蛋白激酶C的親和力[20],說明這兩者的親和力不僅與母核上的羥基自由基有關(guān),還與C-12位的取代基的電子云有關(guān)。蛋白激酶C有多種亞型結(jié)構(gòu),得到其某一亞型的專一性激動(dòng)劑或抑制劑是發(fā)現(xiàn)新藥的關(guān)鍵點(diǎn),從中尋找特異性抑制PKCα受體的化合物時(shí),發(fā)現(xiàn)化合物97、98的活性強(qiáng),判斷出缺電子的芳香環(huán)和聚醚側(cè)鏈均為抑制蛋白激酶 C 的重要基團(tuán)[20]。
圖5 佛波醇酯骨架結(jié)構(gòu)與蛋白激酶C活性的關(guān)系
4.2 抗HIV-1作用 從巴豆油中分離出的化合物2、12、25和33能夠完全抑制HIV-1誘導(dǎo)的MT-4細(xì)胞病變作用(IC100分別為 7.6 ng/mL、7.81 μg/mL 和 0.48 ng/mL)[9];從Homalanthus nutans中分離出的Prostratin(化合物24)具有強(qiáng)的抗 HIV-1活性[16];以及從Euphorbia poissonii和Euphorbia resiniferaBerg中分離出的脫氧佛波醇酯類化合物也具有強(qiáng)的抗HIV-1作用[27],雖然都是佛波醇酯類化合物并且均可以抑制HIV-1引起的細(xì)胞病變,但是產(chǎn)生的細(xì)胞作用不同,通過合成不同的佛波醇酯衍生物發(fā)現(xiàn)化合物的構(gòu)型明顯地影響其活性[14-15,17],如 C-4位為 α-OH或被甲氧基取代則失活;C-20位被乙酸取代后,活性明顯下降;C-3位羰基改為羥基后,活性降低;增加或減少脂肪酸碳鏈的數(shù)目都能明顯降低活性。如今利用合成的方法得到的抗HIV-1活性強(qiáng)、毒性小的為化合物75和化合物84,并且化合物84的活性強(qiáng)于化合物24 10倍[15,17]。
4.3 毒副作用 巴豆油有一定的毒副作用,主要包括刺激性、致癌性、抑制蛋白質(zhì)合成和遺傳損傷作用。對(duì)于巴豆引起的致癌作用報(bào)道的也較多,如小鼠口服巴豆油可引起胃部乳頭狀瘤及癌;大鼠腹腔注射巴豆油,可降低肝癌抑制因子水平;與其他致癌物合用時(shí),致癌率也明顯提高。
4.3.1 炎癥作用 巴豆油具有強(qiáng)的皮膚刺激作用,外用對(duì)皮膚、黏膜有強(qiáng)烈的刺激性,引起發(fā)紅,口服半滴至1滴即能產(chǎn)生口腔及胃黏膜的燒灼感及嘔吐,并產(chǎn)生嚴(yán)重腹瀉,甚至消化道出血、腎臟損傷、血尿、血閉等。灌胃給予小鼠兩周后,電子顯微鏡下可見空腸、結(jié)腸黏膜上皮細(xì)胞腫脹,及炎癥反應(yīng);巴豆油酸可引起腹痛、腹瀉等消化道炎癥,甚至引起腸壞疽;巴豆毒素作為一種劇烈的原形毒物,可引起皮膚、黏膜發(fā)赤、氣泡等炎癥?;衔?是最強(qiáng)的刺激劑 (作用機(jī)制見圖6)[28]。佛波醇酯的結(jié)構(gòu)影響其活性,化合物33不能引起炎癥,而能引起細(xì)胞增生[29];12-脫氧巴豆醇酯類化合物有炎癥作用[30]。研究發(fā)現(xiàn)側(cè)鏈取代基不同時(shí),刺激能力、炎癥達(dá)峰時(shí)間和持續(xù)時(shí)間亦不同,一般單酯比二酯的刺激能力強(qiáng),持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),而炎癥的持續(xù)時(shí)間與母體結(jié)構(gòu)中自由羥基的個(gè)數(shù)相關(guān),但是4位的構(gòu)型 (α與β)與炎癥持續(xù)時(shí)間無關(guān)[31],并且抗組胺藥或前列腺素合成酶抑制劑對(duì)巴豆油引起的皮膚炎癥不起作用,而皮質(zhì)醇或相關(guān)的皮質(zhì)甾醇類藥物能夠抑制該作用[32]。
圖6 佛波醇酯引起的炎癥反應(yīng)
4.3.2 促腫瘤形成 1941年,Berenblum[10]從巴豆油中發(fā)現(xiàn)佛波醇酯類化合物,將其涂抹到小鼠皮膚時(shí)發(fā)現(xiàn)它能加速腫瘤的形成;1947年,Berenblum和Shubik[33]發(fā)現(xiàn)它的促癌活性僅是在用了致癌劑后才具有,本身不具有致癌作用,1979 年,Matsukura[34]等人將巴豆油和N-甲基-N'-硝基-N-亞硝基胍用于小鼠實(shí)驗(yàn)中,發(fā)現(xiàn)這兩者單獨(dú)應(yīng)用時(shí),沒有產(chǎn)生胃癌,但是同時(shí)應(yīng)用時(shí),在小鼠中出現(xiàn)了胃癌細(xì)胞,進(jìn)一步證實(shí)了巴豆油的促癌而非致癌作用。Hecker[6]從巴豆油中分離出了12,13-佛波醇酯類化合物,并確定其為潛在的促癌活性成分,其中化合物2是最強(qiáng)的促癌劑。對(duì)其機(jī)制進(jìn)行研究后,該類化合物能夠促進(jìn)腫瘤形成,是由于其能夠激活蛋白激酶C[35],從而調(diào)節(jié)信號(hào)通道引起基因轉(zhuǎn)錄,導(dǎo)致細(xì)胞增生。巴豆毒素通過抑制蛋白質(zhì)合成、溶解紅細(xì)胞,使局部組織發(fā)生變性、壞死,可導(dǎo)致死亡[12]。
而有些佛波醇酯化合物卻能夠?qū)е履[瘤細(xì)胞的凋零死亡。在一些惡性腫瘤細(xì)胞中,佛波醇酯化合物激活蛋白激酶C后,會(huì)發(fā)現(xiàn)一些細(xì)胞會(huì)停止生長(zhǎng)或者凋零死亡,有多種因素影響這一活性的改變,如蛋白激酶C激活的多種代謝途徑、蛋白激酶C的磷酸化作用、蛋白激酶C的細(xì)胞定位、蛋白激酶C與其它信號(hào)分子的相互作用以及蛋白激酶C與不同底物的結(jié)合[36-37],但是化合物12能夠抑制細(xì)胞的病變且不激活蛋白激酶C[14],說明化合物的結(jié)構(gòu)亦影響其活性。
4.4 其它作用 佛波醇酯還能引起血小板的聚集、細(xì)胞增殖以及抗白血病等作用,如化合物2能夠引起人紅白血細(xì)胞中巨核細(xì)胞的病變,前列環(huán)素能夠抑制該作用,前列腺素對(duì)其無影響,推斷該作用可能通過環(huán)單磷酸腺苷[38];化合物8可以對(duì)抗P388淋巴細(xì)胞癌及抗白血病的活性[34]。
動(dòng)物實(shí)驗(yàn)以及人體試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),佛波醇酯化合物對(duì)不同組織和動(dòng)物種類有不同的作用,呈現(xiàn)雙向調(diào)節(jié),如既能激動(dòng)蛋白激酶C亦能抑制蛋白激酶C,同樣對(duì)平滑肌作用時(shí)也會(huì)出現(xiàn)收縮和松弛雙向作用,如化合物14和化合物17對(duì)人支氣管的作用是先松弛后收縮,最初的松弛作用是激活了Na+/K+-ATPase,而隨后的收縮作用則依賴于細(xì)胞外Ca2+進(jìn)入[39]。研究富含該類化合物的巴豆油時(shí),也發(fā)現(xiàn)這種雙向調(diào)節(jié)作用[40],如采用兔離體空腸平滑肌模型,研究巴豆油對(duì)其的收縮作用,表明該作用與濃度有關(guān),濃度低時(shí)收縮;濃度高時(shí)則無收縮作用,作用機(jī)制是通過M3毒蕈堿受體和 L-型 Ca2+通道[41]介導(dǎo)。
雖然巴豆有毒副作用,但是已有兩千年的藥用歷史特別適用于胃腸道疾病,如腸梗阻、腹瀉、腸炎、菌痢等,能夠治療頑固性便秘,臨床應(yīng)用廣泛,巴豆油富含的佛波醇酯化合物,既是毒性分成也為活性成分,現(xiàn)代藥理研究表明,該類化合物具有多種生物活性,但是對(duì)巴豆本身的瀉下作用機(jī)制研究較少,研究最多的是其與蛋白激酶的關(guān)系。雖然從巴豆發(fā)現(xiàn)的該化合物數(shù)目有限,但是以其特殊的四元環(huán)母核合成一系列衍生物是發(fā)現(xiàn)活性好、毒性小化合物的主要方法,也表明研究該化合物具有較好的應(yīng)用開發(fā)潛力。
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