甘草次酸結構改造的研究進展

代 靜

(中國礦業(yè)大學 銀川學院煤化工研究所，寧夏 銀川 750021)

甘草(Glycyrrhiza uralensis)屬于豆科植物，分布于我國西部及俄羅斯等歐州國家，始載于神農本草經，列為上品。 其性味甘平。主要治療脾胃虛弱，中氣不足，咳嗽、氣喘，食物藥物的中毒等癥狀[1]。 甘草的主要藥理學活性物質是甘草酸( Glycyrrhizic acid，簡稱 GR)、苷元甘草次酸( Glycyrrhetinic acid，簡稱 GA)及甘草黃酮等成分[2]，其中甘草酸的藥理學活性最強，在這方面的研究也相對廣泛。

甘草次酸(Glycyrrhetic acid，簡寫GA)是從甘草的根莖中提取出來的的五環(huán)三萜類的化合物[3]Ruzicka[4]小組和Beaton小組[5-7]最早確認了甘草次酸的分子結構，它的結構存在不同的光學異構體如18α-型、18β-型(結構見圖1)，目前甘草次酸及其衍生物的研究主要是18β-甘草次酸。

圖1 甘草次酸結構

現(xiàn)代研究表明18β-甘草次酸具有抗炎、防治腫瘤、抗?jié)?、降血脂、抗病?肝炎病毒、艾滋病毒等)等作用。但是，臨床實驗表明，長時間 ，大用量的服用這類藥物的時候，會產生一系列的副作用。經過一系類的研究表明可能是18β-甘草次酸在體內抑制氫化可的松的代謝酶11β-羥基類固醇脫氫酶( 11β- HSD- I、11β- HSD- II)的活性所引起的。除此以外， 甘草次酸也有降低基礎代謝率的作用。并且水溶性差以及高濃度時對正常細胞的毒性也制約了其在臨床上的應用。基于上述種種原因，國內外學者利用對甘草次酸結構的改造修飾，力圖篩選出更加高效、毒副作用低的新藥。

從分子的結構上來看來，甘草次酸有三個主要的官能團，分別位于 A、 C、 E環(huán)上，因此，所以他們的化學修飾及骨架環(huán)系的改造修飾也大多在這三個官能團上。 其主要結構修飾位點詳見圖2所示。

圖2 結構修飾位點

1 甘草次酸A環(huán)結構修飾

對 A環(huán)的修飾時，主要在2位、3位羥基、 A環(huán)骨架的重構上， Siegfried Gottfried等[8]在無水吡啶中，甘草次酸和琥珀酸酐進行反應，隨后用 NaOH水溶液處理，最終產物為甘珀酸鈉，一種常用的抗?jié)兯?。王彩蘭等[9]在無水吡啶中，加入甘草次酸甲酯和鄰苯二甲酸酐加熱回流，得到甘草次酸甲酯-3- O-鄰苯二甲酸單酯，產物具有一定的生物活性。武漢大學的金健民、劉秀芳等[10]以磷?；鳛闃蚵?lián)基團將氮芥與11β-脫氧甘草次酸進行結合，得到了一系列有抗癌活性的甘草次酸衍生物。隨后將該衍生物進行體外抗癌活性測試，結果表明甘草次酸對氮芥有明顯的增效作用。 Turner John Cameron等[11]在無水吡啶環(huán)境中，將甘草次酸甲酯和反式鄰環(huán)己烷二甲酸進行加熱回流，產物為甘草次酸甲酯-3- O-反式鄰環(huán)己烷二甲酸單酯，它具有抗?jié)冏饔谩?Kiyoshi Takiura等[12]將甘草次酸甲酯、燥石膏、氧化銀、碘加入氯仿中，在室溫攪拌下與溴乙酰葡萄糖的氯仿溶液進行反應，最后用甲醇鈉脫去乙酰基，得到甘草次酸甲酯-3- O-葡萄糖苷，明顯提高了水溶性、抗炎、抗病毒活性。Sachiko Esaki等[13]通過類似的方法引入了二糖配基。Hirooka Motoko等[14]合成了具有抗炎和免疫活性的甘草次酸甲酯糖配合物。

2011年6月，趙龍鉉[15]等人在甘草次酸的C-3位進行了化學修飾，偶聯(lián)了氨基酸，將水溶性進行提高。同時改善了它的生物利用度，降低其毒副作用。 具體路線見圖3所示。

圖3 反應路線

近幾年的研究，科研工作者把焦點從合成視角轉向了生命活性物質的研究。2011年，林凱威[16]等人將甘草次酸經過氧化、酯化后在m-CPBA作用下合成了內酯，它在對甲苯磺酸作用下，進行換裂解，在催化劑作用下，再與各種鹵代烴或烷基胺合成目標化合物。最終得到的新型甘草次酸衍生物經過活性測試，發(fā)現(xiàn)對 NTUB1細胞(人膀胱癌細胞株)都有不同程度的抑制作用.

2 甘草次酸C環(huán)結構修飾

圖4 甘草次酸化合物合成路線

目前，科研工作者們對甘草次酸C環(huán)上的結構修飾主要集中在11位羰基上。日本學者Shibata[17]等研究表明， 造成甘草次酸的假醛固酮增多癥副作用的原因可能與它的分子結構中的共軛系統(tǒng)有關。 Shoji等也發(fā)現(xiàn)，當甘草次酸11位羰基被還原為亞甲基后，明顯降低了類醛固酮樣副作用，韓永生，彭宇[18-19]等在1994年和1995年將甘草次酸11位羰基用 Zn或 Zn- Hg齊還原，得到脫氧甘草次酸，之后又合成了多種甘草次酸脫氧酯化產物及其鹽類。為進一步開發(fā)利用甘草次酸提供多種可能。

2010年，Igor Beseda[20]等人將甲基化的11β-甘草次酸在過量鋰的六甲基磷酸三胺(HMPT)環(huán)境下，通過PtO2或在鋅和HCl作用催化還原為15，經過重氮甲烷甲基化得到16。1在含氫氧化鈉的四氫呋喃水溶液中經NaBH4還原得到11β-GA和11α-GA 17的差相異構體混合物，可以經過合成相應的酯來分離。17又與二苯基重氮甲烷反應可生成18b、18c。在甲基重氮試劑過量的情況下可生成19，在醋酸和鹽酸的混合物回流可脫水得到22。20在含有催化量鹽酸的THF溶劑中與重氮甲烷甲基化獲得21. 18α-GA 23是1在酸性或堿性條件下獲得。23再與二苯基重氮甲烷或重氮甲烷反應得到24、25.合成的這些甘草次酸化合物經過生物活性測試具有明顯的抗炎活性，抗炎活性接近于氫化可的松，部分化合物的活性甚至高于氫化可的松。具體合成路線見(圖4)。

3 甘草次酸E環(huán)結構修飾

金健民等[21]在有機溶劑中將甘草次酸甲酯與1-二( 2-氯乙基)2-氨基磷酰二氯, 加熱回流, 并通入氨氣, 合成出甘草次酸磷酰胺化合物, 其抑癌效果比對照品鹽酸氮芥要好。湯立達等[22]將甘草次酸與3取代苯基5-異嗯唑甲胺進行偶聯(lián), 得到一類新型的含有異嗯唑雜環(huán)的甘草次酰胺類衍生物, 均具有較高的抗炎活性。Pfizer公司所研制的4、2取代哌嗪脫氧甘草次酸酰胺衍生物幾乎無甲醛固酮副作用, 而且具有較強的抗胃、腸潰瘍等活性[23]。洪瑋等[24]將甘草次酸的羧基與氨基聚乙二醇的氨基縮合形成軛合物, 抗腫瘤活性與對照物甘草次酸相當, 水溶性則比其高280倍左右。

Jin Tatsuzaki,Masahiko Taniguchi等人研究合成一系列新型GA-DZ偶聯(lián)化合物，具體合成路線見圖5，并使用9種不同的人類腫瘤細胞進行體外抗癌實驗，研究表明；大多數(shù)的GA-DZ偶聯(lián)化合物都有著顯著的細胞毒作用，特別是化合物5、29、30.對LN-CAP，1A9和KB細胞都有明顯的抑制作用。所以，GA-DZ偶聯(lián)化合物標志著新化學實體的產生，為新抗癌藥物的發(fā)現(xiàn)和開發(fā)提供了一個有意義的思路(圖6 GA-DZ偶聯(lián)化合物結構式)。

5; 4-OGA,R1=3-OMe,R2=Me 29; 2-OGA,R1=3-OMe, R2=Me 30; 3-OGA, R1=4-OMe, R2=Me

圖5 GA-DZ偶聯(lián)化合物

圖6 GA-DZ偶聯(lián)化合物結構式

Attilio Bonati等將3-O-乙酰-甘草次酸在氯仿中與異丙醇鋁的氯仿溶液反應，得到3-O-乙酰-甘草次酸的鋁鹽。同時他們還得到了3-O-乙酰-甘草次酸的鎂鹽。S．Rozen等[25]將3-O-乙酰-甘草次酰氯、三乙胺在二氯甲烷中與甘氨酸乙酯鹽酸鹽常溫反應，得到N-(3-O-乙酰-甘草次?；?甘氨酸乙酯，用于抗?jié)儎?。Fewer Salat[26]通過用甘草次酸與有機胺反應，制得一種抗嘔吐和調節(jié)腸紊亂的藥物。該類化合物均具有潛在的藥理學活性，有可能開發(fā)成新藥。此外，甘草次酸同各種氨基酸的酰胺化反應也日漸成為專家們關注的課題。S Rozen等[27]從1971年以來通過各種氨基酸和甘草次酸及其衍生物反應制得了十幾種甘草次酸酰胺，如N-18β-甘草次酸-谷氨酸作為抗炎、抗過敏的藥；3-O-乙酰-18β-甘草次酸-L-谷氨酸二甲酯，實驗證明其具有抗?jié)儻熜А?Kiyoshi Takiura等[28]將甘草次酸鈉在DMF中與溴乙酰葡萄糖常溫反應，再脫去乙?；玫礁什荽嗡崞咸烟酋ィ溆休^好的抗炎活性同時水溶性有所提高。

4 甘草次酸多環(huán)同時結構修飾

毛聲俊等[29]將硬脂醇與甘草次酸在N, N-二環(huán)己基碳二亞胺( DCC )下縮合, 再和琥珀酸酐在吡啶中反應, 得到3-O -琥珀?；?甘草次酸硬脂醇酯,可用作制備肝靶向脂質體的導向分子;。Kiyosh iT akiura等[30]將甘草次酸與溴乙酰葡萄糖在催化劑下常溫反應, 再脫去乙?；玫?-O-葡萄糖基-甘草次酸葡萄糖酯。具有一定的抗炎、抗病毒活性同時水溶性有所提高。具體合成路線如圖7所示。

2010年，Zhi Yao Heb, Xi Zheng[31]等人根據(jù)分析構效關系，對甘草次酸進行一系列酯化反應合成出甘草次酸修飾的隱形陽離子脂質體(GA-PEG-CLs)。(GA-PEG-CLs)是由脂質體(DOTAP)、膽固醇(Chol)和甘草次酸聚乙二醇共軛體(GA-PEG-Chol)組成。生物活性研究發(fā)現(xiàn)，它在無血清或含血清培養(yǎng)基中被發(fā)現(xiàn)對人肝癌細胞株HepG2的轉染有較高的效率，但在人類胚胎腎臟細胞株的HEK 293沒有顯著性差異。5%濃度的GA- PEG - CLS對人正常肝細胞株L02細胞毒性最低，含有5%GA-PEG-Chol的GA-PEG-CLS可能作為最有潛力的肝癌靶向治療基因載體之一。

a. 硬脂醇, DCC, CuCl DM F, 8 h; b. 琥珀酸酐, 吡啶, 20min; c. Ag2O, I2, 燥石膏, 氯仿,溴乙酰葡萄糖, 常溫過夜; d. M eOH - (M eO)2B a, 離子交換樹脂

圖7 3-O-葡萄糖基-甘草次酸葡萄糖酯合成路線

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