環(huán)烯醚萜類化合物的結(jié)構(gòu)及構(gòu)效關(guān)系研究進(jìn)展

孔媛芳，楊 彬，胡玉龍，董春紅

河南中醫(yī)藥大學(xué)，鄭州 450046

環(huán)烯醚萜類化合物是許多中藥有效成分，它存在于玄參科的玄參、地黃，龍膽科的龍膽，茜草科的梔子、雞屎藤，忍冬科的金銀花等多種雙子葉植物中[1]。據(jù)不完全統(tǒng)計，已從植物中分離并鑒定結(jié)構(gòu)的環(huán)烯醚萜類化合物超過800種，其中大多數(shù)為苷類成分，非苷類環(huán)烯醚萜僅60余種，裂環(huán)類環(huán)烯醚萜30余種。環(huán)烯醚萜具有雙重生物活性，一是對某些植物物種[2,3]起防御作用，如地黃屬植物中環(huán)烯醚萜苷類對尖鐮孢菌的防御反應(yīng)[4]；二是對動物產(chǎn)生多種藥理作用，如對神經(jīng)系統(tǒng)保護(hù)作用、抗肝毒性、降血糖、抗炎、抗痙攣、抗腫瘤、抗病毒、免疫調(diào)節(jié)和通便等生物活性[5]。

環(huán)烯醚萜是萜類化合物中的單萜類成分，為蟻臭二醛的縮醛衍生物，它具有典型的二元環(huán)、烯鍵、醚鍵，天然存在的環(huán)烯醚萜類化合物常與糖相連形成環(huán)烯醚萜苷類結(jié)構(gòu)，環(huán)烯醚萜類化合物骨架可分為3種主要類型：環(huán)烯醚萜苷類、裂環(huán)烯醚萜苷類和環(huán)烯醚萜乙縮醛酯類(環(huán)烯醚萜酯類)(見圖1)[6]。環(huán)烯醚萜基本骨架經(jīng)環(huán)氧化、羥基化及由莽草酸途徑得到的芳香酸的酯化，導(dǎo)致了該類化合物的多樣性。結(jié)構(gòu)的多樣性導(dǎo)致其植物中環(huán)烯醚萜類化合物的生物活性的不同，而對傳統(tǒng)中藥的活性成分的構(gòu)效關(guān)系的研究是開發(fā)擁有自主知識產(chǎn)權(quán)創(chuàng)新藥物的一條重要途徑[7]。國內(nèi)外尚未見對環(huán)烯醚萜結(jié)構(gòu)修飾及衍生物的生物活性研究進(jìn)展報道，本文通過查閱國內(nèi)外大量文獻(xiàn)綜述了近三十年環(huán)烯醚萜的結(jié)構(gòu)修飾改造、生物活性、構(gòu)效關(guān)系和作用機(jī)制等，旨在對未知活性的其他環(huán)烯醚萜類化合物的活性進(jìn)行預(yù)測，為開發(fā)具有更高活性的新型環(huán)烯醚萜類藥物提供理論依據(jù)。

圖1 環(huán)烯醚萜類化合物的分類及其相互之間的關(guān)系Fig.1 Classification of iridoids and relationships

1 生物活性及其作用機(jī)制

1.1 對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的作用

環(huán)烯醚萜類化合物具有潛在的神經(jīng)保護(hù)作用，可用于治療抑郁癥、阿爾茨海默病和帕金森病等多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病。Zheng等[8]報道了山茱萸中的有效成分山茱萸環(huán)烯醚萜苷可通過降低腦損傷大鼠的脂質(zhì)過氧化水平和促炎標(biāo)志物水平，提高抗氧化水平，從而顯著改善腦損傷大鼠的神經(jīng)炎癥，此外，山茱萸環(huán)烯醚萜還能顯著抑制NF-κB/STAT3的表達(dá)。細(xì)胞核因子κB(NF-κB)能在大腦中大量表達(dá)，并能對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的谷氨酸能神經(jīng)元結(jié)構(gòu)性激活，信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子3(STAT3)是STAT家族的一種轉(zhuǎn)錄因子，介導(dǎo)生長因子和細(xì)胞因子誘導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，導(dǎo)致細(xì)胞分化、增殖和凋亡及通過抑制胚胎皮質(zhì)中的神經(jīng)元分化促進(jìn)星形膠質(zhì)細(xì)胞的分化[9-11]。Zhao等[12]報道了山茱萸環(huán)烯醚萜的治療可減輕穹窿傘橫斷小鼠(FFT)的認(rèn)知或行為損害，其機(jī)制可能與山茱萸環(huán)烯醚萜促進(jìn)神經(jīng)元存活和生長，提高神經(jīng)營養(yǎng)因子水平，改善突觸功能，抑制海馬細(xì)胞凋亡有關(guān)。Meng等[13]研究山茱萸環(huán)烯醚萜苷能夠通過保護(hù)神經(jīng)元和促進(jìn)乙酰膽堿轉(zhuǎn)移酶(ChAT)表達(dá)，改善血管性癡呆大鼠模型的學(xué)習(xí)記憶能力。

2009年，Yao等[14]報道了一系列新型環(huán)烯醚萜類化合物(見圖2)，以梔子和玄參為原料，通過多種分離方法得到。這類化合物中C3-C4、C6-C7、C7-C8位為雙鍵、單鍵或存在三元氧環(huán)；糖基為葡萄糖基、半乳糖基、甘露糖基和阿拉伯糖基等。以轉(zhuǎn)基因果蠅進(jìn)行實(shí)驗(yàn)得出該類化合物可用于預(yù)防或治療老年癡呆癥、血管性癡呆、學(xué)習(xí)記憶能力減退等神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病。

圖2 新型環(huán)烯醚萜類化合物結(jié)構(gòu)Fig.2 Structures of new iridoids

Yan等[15]于2013年公開了一種從蜘蛛香干燥根莖中提取分離獲得的環(huán)烯醚萜類新化合物(見圖3)，命名為蜘蛛香素(valjatrate)，這一化合物在其結(jié)構(gòu)中C-3和C-8位以醚鍵相連，C-4與C-11位間為雙鍵，C-10位為羥基氫被氯取代所形成的一種結(jié)構(gòu)特殊的新型環(huán)烯醚萜類化合物。該類化合物可對谷氨酸損傷的PC12細(xì)胞有明顯的保護(hù)作用，且可用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病如腦梗死、阿爾茨海默病、焦慮癥等神經(jīng)癥的預(yù)防和治療。

圖3 蜘蛛香干燥根莖中分離獲得的環(huán)烯醚萜類化合物Fig.3 Iridoids isolated from dry rhizomes of V.jatamansi

Zhang等[16]于2016年公開發(fā)表的從茜草科梔子屬植物梔子的干燥成熟果實(shí)中提取分離得到的梔子果實(shí)30%乙醇洗脫有效部位或有效成分(一種或多種單萜類單體化合物如京尼平苷、去乙酰車葉草苷酸甲酯、梔子苷等)在治療異質(zhì)性及多因性阿爾茨海默病藥物或輔助改善記憶的功效；因具有抑制Aβ纖絲形成和阻止其聚集的生物活性。

綜上所述，環(huán)烯醚萜可通過多種途徑起到神經(jīng)保護(hù)作用[17]。主要通過在大腦中表現(xiàn)抗炎和抗氧化活性以及提高大腦中5-羥色胺和腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子的水平，從而支持其抗抑郁作用。環(huán)烯醚萜類化合物通過刺激腦內(nèi)膽堿乙酰轉(zhuǎn)移酶和BDNF水平來增加乙通膽堿濃度，同時增加紋狀體多巴胺濃度和GDNF的表達(dá)來改善實(shí)驗(yàn)性神經(jīng)系統(tǒng)疾病的作用。

1.2 抗腫瘤作用

環(huán)烯醚萜具有多種抗腫瘤活性，對胃癌、肺癌、結(jié)腸癌和乳腺癌等均可發(fā)揮作用，同時不損害其正常細(xì)胞。研究發(fā)現(xiàn)環(huán)烯醚萜苷本身是一種非活性形式，而由于β-葡萄糖苷酶水解后的苷元才具有抑制作用，但如果使用化合物的苷元來做對照仍無抑制作用，說明β-葡萄糖苷酶的水解是化合物顯示出生物活性的必要過程[18]。

Hwang等[19]得出環(huán)烯醚萜對腫瘤細(xì)胞無明顯細(xì)胞毒作用，而水解環(huán)烯醚萜化合物具有明顯的細(xì)胞毒、抗增殖和STAT3[20]抑制作用。京尼平苷的水解產(chǎn)物通過抑制上游蛋白酪氨酸激酶JAK1和c-Src的表達(dá)來抑制STAT3的組成性激活，同時通過下調(diào)Bcl-2、Bcl-xl、生存素和細(xì)胞周期蛋白D1的表達(dá)，使細(xì)胞在細(xì)胞周期的亞G1期積聚和誘導(dǎo)凋亡。Galvez等[21]研究發(fā)現(xiàn)水解梓醇和水解桃葉珊瑚苷通過抑制人慢性粒細(xì)胞白血病細(xì)胞Bcr-abl蛋白的磷酸化和表達(dá)以及通過抑制人慢性粒細(xì)胞白血病細(xì)胞STAT3的組成性激活來抑制腫瘤細(xì)胞增殖。

Martin課題組[22]研究環(huán)烯醚萜類化合物的水解產(chǎn)物通過引起拓?fù)洚悩?gòu)酶I中毒而使腫瘤細(xì)胞的DNA損傷。對Taq DNA聚合酶的抑制作用，Carlos課題組[23-26]做了大量研究，得出這些化合物通過G0/G1期阻滯，以劑量依賴的方式抑制癌細(xì)胞系的增殖。故環(huán)烯醚萜的水解產(chǎn)物可成為有效的腫瘤細(xì)胞抑制因子，因此這一水解產(chǎn)物可成為潛在的抗腫瘤藥物。

1.3 降糖作用

糖尿病是一種常見的內(nèi)分泌代謝性疾病，以慢性高血糖及多系統(tǒng)、多器官靶向性損壞為特征，致殘率極高。根據(jù)中醫(yī)中藥來辨證治療糖尿病具有一定的優(yōu)勢，而中藥是開發(fā)各類新型結(jié)構(gòu)藥物的重要化合物庫，從中藥中發(fā)現(xiàn)有效成分并加以結(jié)構(gòu)優(yōu)化是藥物研發(fā)的重要途徑。

Yamabe等[27]研究山茱萸中環(huán)烯醚萜類化合物(馬錢素)對鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的I型糖尿病大鼠和飲食誘導(dǎo)的高膽固醇血癥大鼠具有降血糖和降膽固醇的作用；研究發(fā)現(xiàn)馬錢素可通過減少硫代巴比妥酸反應(yīng)物(肝和腎)和活性氧(血清、肝和腎)以及增加氧化還原型谷胱甘肽的比例(肝和腎)來減輕氧化應(yīng)激，還通過抑制脂質(zhì)合成相關(guān)基因的表達(dá)，調(diào)節(jié)核內(nèi)過氧化物酶體增殖物激活受體α和甾醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白的異常表達(dá)，對II型糖尿病小鼠肝臟具有明顯的調(diào)脂作用，此外，還通過抑制db/db小鼠晚期糖基化終產(chǎn)物的形成及NF-κB誘導(dǎo)的肝組織炎癥反應(yīng)。Cui等[28]報道了車前子中環(huán)烯醚萜苷類化合物對PTP1B有顯著抑制作用。Yang等[29]也研究表明環(huán)烯醚萜類化合物通過抗炎、抗氧化來降低血糖濃度。

1.4 抗炎利膽作用

大量研究表明環(huán)烯醚萜類化合物為一種抗炎和抗氧化的分子。因環(huán)烯醚萜類化合物在神經(jīng)退行性疾病、心血管疾病、癌癥、肝臟保護(hù)作用以及急性胰腺炎、高同型半胱氨酸血癥、糖尿病并發(fā)癥、急性肺損傷、多發(fā)性硬化癥和各種脂多糖(LPS)誘導(dǎo)的炎癥模型中均有顯著抗炎作用。

Han等[30]研究表明NO是一個主要的炎癥靶點(diǎn)，在急、慢性炎癥過程中，過量的NO產(chǎn)生會破壞正常組織的功能。Benito等[31]研究選擇性抑制血栓素(TXB2)的釋放可能是大多數(shù)環(huán)烯醚類化合物的主要作用部位。環(huán)烯醚萜通過選擇性地阻斷血栓素合成酶來減少血栓素釋放從而抑制血小板的功能，來介導(dǎo)或調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)。Li等[32]研究苦藤中環(huán)烯醚萜類化合物可通過減少醋酸誘導(dǎo)的扭體次數(shù)、福爾馬林誘導(dǎo)的舔舐次數(shù)以及卡拉膠引起的小鼠后爪水腫和二甲苯引起的耳朵腫脹來抑制腹腔毛細(xì)血管通透性和白細(xì)胞浸潤，從而調(diào)節(jié)鎮(zhèn)痛和抗炎作用。

大量研究報道[33-36]環(huán)烯醚萜類化合物(京尼平苷)能夠抑制內(nèi)毒素誘導(dǎo)的小鼠乳腺細(xì)胞凋亡；它通過抑制p53的表達(dá)、下調(diào)Bax的表達(dá)和上調(diào)Bcl-2的表達(dá)來阻斷細(xì)胞凋亡信號轉(zhuǎn)導(dǎo)；同時降低LPS的重要膜識別受體TLR4的表達(dá)，來削弱LPS介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)(減少炎癥細(xì)胞因子、TNF-α和IL-1β的釋放)。Mao等[37]認(rèn)為環(huán)烯醚萜苷的抗炎作用與細(xì)胞核因子κB(NF-κB)通路和絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)通路有關(guān)，從而對細(xì)胞炎癥因子TNF-α、IL-6、IL-1β有明顯的抑制效果。此外還通過降低誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(iNOS)和環(huán)氧合酶2(COX-2)的表達(dá)，來影響NLRP3、Nrf2/HO-1、PI3K等通路對炎癥的反應(yīng)。

1.5 其他作用

環(huán)烯醚萜類化合物除具有以上的藥理活性外還具有其他生物活性，如Li等[32]從Lamiophlomisrotata中提取的環(huán)烯醚萜類化合物具有抗炎、抗利什曼和抗錐蟲病的作用，另外Bello等[38]從Vitexgrandifolia中提取出的環(huán)烯醚萜類化合物也具有抗利什曼和抗錐蟲病的作用。Suzuki課題組[39]研究從MorindalucidaBenth.中提取出的環(huán)烯醚萜類化合物具有抗錐蟲病的作用；Kwak課題組[40]報道了從梔子果實(shí)中提取出的環(huán)烯醚萜類化合物具有神經(jīng)系統(tǒng)保護(hù)作用；在探索新型植物性免疫佐劑[41-43]的過程中，通過B細(xì)胞和T細(xì)胞增殖實(shí)驗(yàn)表明，環(huán)烯醚萜類化合物胡黃連苷Ⅰ、Ⅱ和梓醇、蛇床子苷、尼康多苷等具有免疫增強(qiáng)作用。

2 構(gòu)效關(guān)系

2.1 C-6位衍生物

Xu等[44]從白花蛇舌草中提取出的五種C-6位具有?；〈h(huán)烯醚萜苷類化合物(圖4)，這些化合物的主要結(jié)構(gòu)差異在于7′-8′位之間雙鍵的立體結(jié)構(gòu)以及桂皮烯醛基苯環(huán)上甲氧基位置的不同。這5個環(huán)烯醚萜苷類化合物對人中性粒細(xì)胞彈性蛋白酶(HNE)的抑制活性的半數(shù)抑制濃度(IC50)范圍從1～100 μM之間，化合物6對HNE活性有明顯的抑制作用，其IC50值為18.0 μM，與陽性對照EGCG相當(dāng)(IC50值為12.8 μM)，其他化合物對HNE的抑制作用較弱。表明C-6位酰基取代的苯環(huán)中對甲氧基的存在和?；糠值姆词诫p鍵影響對HNE有抑制作用。進(jìn)一步通過分子對接研究其化合物6對抑制人中性粒細(xì)胞彈性蛋白酶的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)得出，C-6位?；〈墓鹌は┤┗江h(huán)上對甲氧基與Arg177的側(cè)鏈氮原子形成氫鍵。因此具有對甲氧基桂皮烯醛基為抗炎作用的活性基團(tuán)。

圖4 化合物6～10的化學(xué)結(jié)構(gòu)Fig.4 Chemical structures of compounds 6-10

2010年，Saracoglu課題組[45,46]從Veronica中提取出的化合物11～21對癌細(xì)胞Hep-2、RD、L-20B和非癌細(xì)胞Vero的細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)得出，化合物11～21對癌細(xì)胞具有雙重作用，即細(xì)胞抑制活性和細(xì)胞毒活性，而這種雙重作用主要取決于環(huán)烯醚萜苷類化合物的結(jié)構(gòu)以及癌細(xì)胞的類型(圖5)。分析可知僅化合物14、16、17顯示出對細(xì)胞毒性的抑制濃度范圍為70～355 μM，而化合物12、13、15、19、20、21顯示出細(xì)胞抑制活性，化合物17顯示出對RD(IC5070 μM)和L-20B(IC50103 μM)很強(qiáng)的細(xì)胞毒性，分析結(jié)構(gòu)表明C-6位咖啡?；〈沫h(huán)烯醚萜梓醇衍生物具有對癌細(xì)胞抑制作用。

圖5 化合物11～21的化學(xué)結(jié)構(gòu)Fig.5 Chemical structures of compounds 11-21

2018年，Han等[30]從Scrophulariaumbrosa提取出13種環(huán)烯醚萜苷類化合物(圖6)。這些化合物對脂多糖(LPS)誘導(dǎo)的RAW 264.7巨噬細(xì)胞NO的生成，對其半數(shù)抑制濃度(IC50)在9.0～40.3 μM之間，其中化合物22～24、28、30、33、34與化合物25～27和31、32相比，C-6位桂皮烯醛基取代的連接位點(diǎn)、桂皮烯醛基數(shù)和桂皮烯醛基的異構(gòu)化可影響其對NO的抑制活性。這表明環(huán)烯醚萜苷類化合物中C-6位具有桂皮烯醛基取代的化合物對NO具有較高的抑制活性。

圖6 化合物22～34的化學(xué)結(jié)構(gòu)Fig.6 Chemical structures of compounds 22-34

2015年，Zhu等[47]從Scrophulariadentata中提取出八種梓醇衍生物系列的環(huán)烯醚萜苷類化合物(圖7)。這些梓醇衍生物比梓醇具有更強(qiáng)的抗炎活性，研究發(fā)現(xiàn)無論是C-6位鼠李糖取代的梓醇衍生物還是C-6位甲基取代的梓醇衍生物，對NF-κB活性的抑制活性均高于梓醇，表明梓醇C-6位具有低極性取代基的化合物對NF-κB的抑制活性強(qiáng)。此外化合物35顯示出更強(qiáng)的抗炎活性(抑制NF-κB活性、抑制IL-1β的表達(dá)，成熟和分泌、抑制IL-8 mRNA的表達(dá)和抑制IFN-βmRNA的表達(dá))，分析結(jié)構(gòu)可知該化合物為一個雙糖苷環(huán)烯醚萜類化合物，同時在C-6連接的糖環(huán)上又有兩個桂皮烯醛基取代，這表明桂皮烯醛基取代的數(shù)目對抗炎活性有顯著影響。這一結(jié)果與之前的研究相符[48,49]。研究也表明桂皮烯醛基對C″ 2-OH、C″ 3-OH和C″ 4-OH的不同取代位置也與抗炎活性有關(guān)。如與C″ 2-OH相連的桂皮烯醛基化合物(化合物40和41)比與C″ 3-OH相連的桂皮烯醛基化合物(化合物36和37)對NF-κB活性的抑制作用更強(qiáng)。有文獻(xiàn)報道其他含有肉桂酰基的化合物也顯示出增強(qiáng)的抗炎活性[50-52]。表明桂皮烯醛基取代的數(shù)目和結(jié)合位點(diǎn)顯著影響抗炎活性。

圖7 化合物35～42的化學(xué)結(jié)構(gòu)Fig.7 Chemical structures of compounds 35-42

2.2 C-8位衍生物

2000年，Benito等[31]從Scrophularia中提取分離得到7種環(huán)烯醚萜苷類化合物11、35、43～47(圖8)。實(shí)驗(yàn)通過在細(xì)胞系統(tǒng)中產(chǎn)生環(huán)氧合酶(COX)和脂氧合酶(LOX)代謝的抗炎活性實(shí)驗(yàn)來探究結(jié)構(gòu)與活性之間的關(guān)系[53]。化合物45和46在100 μM濃度時對PGE2的釋放產(chǎn)生30%～40%的抑制率；化合物11對LTC4的釋放顯示出較優(yōu)的反應(yīng)活性(IC5072 μM)；化合物43相比較于對照品對TXB2的釋放表現(xiàn)出更強(qiáng)的抑制活性(IC5043 μM)。分析結(jié)構(gòu)表明C-7和C-8位之間的雙鍵以及分子骨架中羥基的存在可影響其抗炎活性，同時C-8位有取代和C-6位無取代基也對抗炎活性有顯著影響。

圖8 化合物43～47的化學(xué)結(jié)構(gòu)Fig.8 Chemical structures of compounds 43-47

2015年，Suzuki課題組[39]從MorindalucidaBenth.中提取出的一種結(jié)構(gòu)新穎的四環(huán)環(huán)烯醚萜化合物48(圖9)。它具有很強(qiáng)的抗錐蟲活性(IC501.27 μM)，對兩個正常成纖維細(xì)胞的選擇性指數(shù)(SI)大于4.73?；衔?8的結(jié)構(gòu)與抗錐蟲活性化合物中芳基丙酮結(jié)構(gòu)相同且是其關(guān)鍵活性部位。

圖9 化合物48的化學(xué)結(jié)構(gòu)Fig.9 Chemical structure of compound 48

圖10 化合物49的化學(xué)結(jié)構(gòu)Fig.10 Chemical structure of compound 49

2.3 C-6和C-8衍生物

2018年，Bello等[38]從Vitexgrandifolia首次提取分離出兩種環(huán)烯醚萜類化合物43和49(圖10)?；衔?3對NF-κB的半數(shù)抑制濃度(IC50)僅為12 μg/mL，而化合物49對NF-κB的半數(shù)抑制濃度(IC50)為8.9 μg/mL。通過分析結(jié)構(gòu)表明C-6位羥基，C7-C8位的不飽和鍵以及C-8位上有大基團(tuán)取代對抗炎活性表現(xiàn)出積極反應(yīng)活性。

2015年，Kwak等[40]從Gardeniajasminoides中提取出9種環(huán)烯醚萜類化合物50～58(圖11)。化合物51抗乙酰膽堿酯酶表現(xiàn)出突出的反應(yīng)活性，在25 μg/mL濃度時，其抑制率為60.23%±2.12%，其他化合物抗乙酰膽堿酯酶反應(yīng)活性的順序?yàn)椋?1>56>50>53>57>58>52>54>55，構(gòu)效關(guān)系研究表明對抗乙酰膽堿酯酶反應(yīng)活性的化合物的結(jié)構(gòu)都含有C-8位的羥甲基、C-4位上的極性酯基、C-1位葡萄糖基團(tuán)的數(shù)目(化合物51含有兩個糖苷)和C-6位羥基構(gòu)型(S>R)。

圖11 化合物50～58的化學(xué)結(jié)構(gòu)Fig.11 Chemical structures of compounds 50-58

2.4 C-6和C-10衍生物以及糖的反應(yīng)衍生物

2010年，Rakotondramasy等[54]報道了以天然桃葉珊瑚苷(11)為原料平行合成的5個新型環(huán)烯醚萜類化合物59～64(圖12)。相比較于桃葉珊瑚苷(11)，過氧化物丙戊酰環(huán)烯醚萜苷59和60對L1210和KB-3-1細(xì)胞均有明顯的細(xì)胞生長抑制作用；分析其結(jié)構(gòu)可知，亞烷基環(huán)戊烯酮是與天然抗腫瘤藥物Tei 9826相似的藥效團(tuán)結(jié)構(gòu)，是其表現(xiàn)細(xì)胞抑制活性的關(guān)鍵藥效團(tuán)。化合物61盡管在C-6位沒有共軛酮基團(tuán)，但在C-6和C-10位含有兩個蝶戊酰酯，其對KB-3-1細(xì)胞顯示出很強(qiáng)的細(xì)胞毒活性，可知其蝶戊酰酯也在表現(xiàn)細(xì)胞抑制活性起關(guān)鍵作用。因此結(jié)構(gòu)中糖基的完全酯化確保了天然產(chǎn)物的完全親脂性；亞烷基環(huán)戊烯酮和蝶戊酰酯是對癌細(xì)胞的抗增殖活性有積極作用。

圖12 化合物59～64的化學(xué)結(jié)構(gòu)Fig.12 Chemical structures of compounds 59-64

2010年，Kumar課題組[55]從Picrorhizakurroa中提取出三種化合物12、65和66(圖13)，然后合成化合物66的?；愃莆?7～69(圖13)。通過在弱抗原卵白蛋白存在的情況下進(jìn)行了免疫佐劑活性實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)化合物66能刺激抗卵細(xì)胞抗體滴度、中和抗體(IgG1和IgG2a)滴度，以及Th1應(yīng)答(IL-2和IFN-γ)和Th2應(yīng)答(IL-4)的可溶性介質(zhì)的產(chǎn)生，以及T淋巴細(xì)胞亞群(CD4/CD8)的增殖。此外，化合物66的酰化類似物67～69能夠誘導(dǎo)抗卵細(xì)胞抗體的顯著增加。特別是化合物68和69是抗原特異性Th1和Th2免疫應(yīng)答的有效增強(qiáng)劑，因此糖基中的伯羥基酰化對免疫佐劑有積極的作用。

圖13 化合物65～69的化學(xué)結(jié)構(gòu)Fig.13 Chemical structures of compounds 65-69

2013年，Singh課題組[56]相繼研究環(huán)烯醚萜苷上酰基的存在和位置對免疫佐劑活性的影響。從Vitexnegundo.中提取出兩種環(huán)烯醚萜苷類化合物49和70，然后通過酯化反應(yīng)在不同位置引入長鏈不同的衍生物71～76(圖14)。分析結(jié)構(gòu)化合物49的C-10處有對羥基苯甲?；?，化合物70的糖基C-2′處有對羥基苯甲?；?，此外對化合物49合成的衍生物71～73，酰基位于苷元的C-6位，而化合物70合成的衍生物74～76，?；挥谔腔械腃-6′位?；衔?3顯著增強(qiáng)小鼠抗卵泡蛋白的Th2型應(yīng)答(以產(chǎn)生IgG和IL-4為特征)和Th1應(yīng)答(以產(chǎn)生IgG2a、IFN-γ和IL-2為特征)，表明化合物73中苷元C-6位?；求w液免疫和細(xì)胞免疫的有效增強(qiáng)劑。因此環(huán)烯醚萜苷中?；嬖诘奈恢脤γ庖咦魟┗钚杂兄匾饔?。

圖14 化合物70～76的化學(xué)結(jié)構(gòu)Fig.14 Chemical structures of compounds 70-76

2.5 苷元衍生物

2006年，Wang等[57]報道了從Neopicrorhizascrophulariiflora中提取出的13種環(huán)烯醚萜化合物65、66和77～87(圖15)。7種非糖苷類化合物77～83對CCl4誘導(dǎo)的體外肝細(xì)胞的IC50在1.7～3.9 μM之間，而化合物85、65、66和87對CCl4誘導(dǎo)的體外肝細(xì)胞的IC50分別為7.3、4.7、8.3和5.9 μM，由于化合物84和86中C-3與C-10位之間形成的醚使其具有較弱的抑制活性。C-1位上具有糖苷鍵的環(huán)烯醚萜類化合物可能比那些非糖苷類環(huán)烯醚萜活性低。因此非糖苷類環(huán)烯醚萜是其發(fā)揮活性的關(guān)鍵藥效團(tuán)。此外，Garg等[58]從Scrophulariakoelzii中提取出的環(huán)烯醚萜化合物通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證其免疫佐劑活性，表明環(huán)烯醚萜苷的苷元結(jié)構(gòu)影響這種活性。Wei等[59]和Bianco等[60]提出環(huán)烯醚萜苷酸水解的途徑，是通過水合C-3和C-4雙鍵形成中間產(chǎn)物1，5-環(huán)戊二醛，該中間體具有很高的活性，環(huán)烯醚萜化合物(梓醇)中的環(huán)氧結(jié)構(gòu)可能會在酸性條件下開環(huán)。

圖15 化合物77～87的化學(xué)結(jié)構(gòu)Fig.15 Chemical structures of compounds 77-87

2007年，Park等[18]研究了7種環(huán)烯醚萜類化合物11、12、50、56、88～91(圖16)。經(jīng)β-葡萄糖苷酶處理的化合物11的水解產(chǎn)物(H-11)對COX-2有中度抑制作用(IC508.83 μM)，而對COX-1的抑制作用較弱(IC5068.9 μM)；化合物88和49的水解產(chǎn)物(H-88、H-49)對COX-1的抑制作用較強(qiáng)，IC50值分別為3.55和5.37 μM。H-11、H-12、H-49、H-88對腫瘤壞死因子α的IC50值分別為11.2、33.3、58.2和154.6 μM。其他化合物無明顯活性；僅H-11對NO的生成有明顯抑制作用(IC5014.1 μM)。苷元形式的化合物88對所有實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ途鶡o抑制作用，說明環(huán)烯醚萜苷化合物的β-葡萄糖苷酶的水解是這些化合物產(chǎn)生多種生物活性的先決條件。

圖16 化合物88～91的化學(xué)結(jié)構(gòu)Fig.16 Chemical structures of compounds 88-91

2005年，Galvez課題組[21]研究兩種環(huán)烯醚萜類化合物桃葉珊瑚苷(11)和京尼平苷(50)，這兩種化合物都能穩(wěn)定拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ亞單位在DNA鏈斷裂位點(diǎn)與DNA的共價結(jié)合，產(chǎn)生類似拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ毒物的裂解復(fù)合物中間體，而不是拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ的毒物。其中京尼平苷(50)相比較于桃葉珊瑚苷(11)表現(xiàn)出較高的抗腫瘤活性，因化合物50結(jié)構(gòu)中C-6處無羥基，此外C-4中存在甲酯，這一結(jié)構(gòu)能與DNA中的自由氨基相互作用，從而增加了與腫瘤活性細(xì)胞的共價結(jié)合作用；此外這些環(huán)烯醚萜中開鏈苷元可以通過席夫反應(yīng)與蛋白質(zhì)上的親核位點(diǎn)形成亞胺鍵，這種不可逆的結(jié)合可能促成了這兩種化合物的生物學(xué)效應(yīng)。因此環(huán)烯醚萜苷類化合物苷元部分發(fā)揮作用，其中C-6位無羥基以及C-4位酯基能增加其抗腫瘤活性。隨后，Ahn課題組于2012[19]和2015年[20]再次研究表明環(huán)烯醚萜苷類化合物水解后產(chǎn)物具有抗腫瘤活性。通過驗(yàn)證環(huán)烯醚萜苷類化合物11、12、50、56，其水解后產(chǎn)物具有顯著的細(xì)胞毒性、抗增殖和STAT3抑制作用，其中京尼平苷(50)的水解產(chǎn)物通過抑制上游JAK1和c-Src而抑制STAT3的組成性激活而產(chǎn)生明顯的抗腫瘤活性。

2.6 C-10位及糖基衍生物

2007年，Es-Safi等[61]從GlobulariaalypumL.中提取出六種環(huán)烯醚萜類化合物92～97(圖17)，這些化合物具有中等強(qiáng)度的抗氧化活性(自由基清除能力)，主要是由于它們的供氫能力較差。通過對92、93、97三個化合物與另外三個化合物94、95、96的自由基清除效果比較，發(fā)現(xiàn)增加羥基的數(shù)量可以提高自由基清除效果，環(huán)烯醚萜骨架中雙鍵的存在似乎對抗氧化活性沒有影響，因存在C-3和C-4位雙鍵的化合物94和96的抗氧化性活性比不存在C-3和C-4位雙鍵的化合物95的抗氧化性活性小。因此增加環(huán)烯醚萜中羥基的數(shù)量，可以達(dá)到有效自由基清除效果，即抗氧化的活性。

圖17 化合物92～97的化學(xué)結(jié)構(gòu)Fig.17 Chemical structures of compounds 92-97

2013年，Gousiadou等[62]從Scutellariaalbida中提取出的環(huán)烯醚萜類化合物12、79、96、98～107(圖18)?；衔?01表現(xiàn)出更強(qiáng)的脂氧合酶抑制作用(IC5062.5 μM)；化合物96、99和100表現(xiàn)出強(qiáng)的DPPH相互作用；化合物102、103、105和106表現(xiàn)出強(qiáng)的抗氧化活性。分析結(jié)構(gòu)表明化合物12、96、99、100中?；拇嬖趯寡趸钚云饹Q定性作用，但?；拇嬖谖恢脤寡谆钚詻]有影響；而且抗氧化活性并不隨環(huán)烯醚萜骨架中羥基數(shù)目的增加而增加；香豆素?；拇嬖谠鰪?qiáng)化合物的抗氧化活性(化合物100)，苷元本身并不能抑制脂氧合酶活性(化合物105和106)。化合物79和107由于剛性三環(huán)骨架的存在減弱其抑制活性。

2.7 環(huán)烯醚萜苷骨架衍生物

1993年，Recio等[53]通過研究12種環(huán)烯醚萜類化合物(圖19)的抗炎作用，來探究其結(jié)構(gòu)與活性之間的關(guān)系?；衔?08表現(xiàn)出最強(qiáng)的抗炎活性，對小鼠足趾水腫的抑制率為44.4%，化合物11、89、111、114對小鼠耳水腫表現(xiàn)出最大抑制率分別為80.0%、76.8%、72.0%和73.4%，化合物109表現(xiàn)出較弱的抑制率(43.5%)，其他化合物未表現(xiàn)出明顯的抗炎活性。分析結(jié)構(gòu)表明C-5位羥基、C7-C8雙鍵、C-11位甲基取代、糖基中羥基酯化以及環(huán)戊烷環(huán)的存在可增強(qiáng)其抗炎活性；而C-8位和C-6位羥基的存在降低其抗炎活性。

圖18 化合物12、79、96、98～107的化學(xué)結(jié)構(gòu)Fig.18 Chemical structures of compounds 12,79,96,98-107

圖19 化合物11、12、45、66、89、108～114的化學(xué)結(jié)構(gòu)Fig.19 Chemical structures of compounds 11,12,45,66,89,108-114

2013年，Vaidya等[63]首次報道了環(huán)烯醚萜類化合物(圖20)的降糖作用靶點(diǎn)是糖原磷酸化酶a(GPa)，這些化合物對GPa的結(jié)合親和力為-3.82至-9.45 kcal/mol，這一親和力高于葡萄糖本身(-5.00 kcal/mol)，僅有化合物116對GPa未顯示出抑制活性(+36.97 kcal/mol)，構(gòu)效關(guān)系表明母環(huán)骨架吡喃環(huán)是與GPA結(jié)合的必需環(huán)，此外C-4位羧基取代、C-3和C-4之間的不飽和鍵、C-8位的羥甲基可影響其降糖活性。

圖20 化合物11、88、89、91、108、109和115～118的化學(xué)結(jié)構(gòu)Fig.20 Chemical structures of compounds 11,88,89,91,108,109 and 115-118

Dong課題組研究發(fā)現(xiàn)[64-66]，環(huán)烯醚萜苷類化合物梓醇與丙酸酐發(fā)生酯化反應(yīng)，使得到全丙酰化或部分丙?；蔫鞔佳苌?梓醇六個羥基全部或1～5個羥基部分參加酯化反應(yīng)的酯化產(chǎn)物)(圖21)，這類梓醇衍生物通過MTT法分析篩選全丙?；鞔佳苌锏募?xì)胞活力，結(jié)果表明全丙?；鞔佳苌锟梢杂行孓D(zhuǎn)STZ誘導(dǎo)的細(xì)胞活力值降低，這一結(jié)果表明全丙?；鞔佳苌飳ι窠?jīng)元具有保護(hù)作用，并且具有潛在的抗衰老活性。此外本課題組[67]也對環(huán)烯醚萜苷類化合物梓醇與巴豆酸酐發(fā)生酯化反應(yīng)，得到全巴豆?；虿糠职投辊；蔫鞔佳苌?圖21)，通過實(shí)驗(yàn)表明全巴豆酰化的梓醇衍生物也具有潛在的抗衰老活性。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明酯化后的梓醇衍生物能提高梓醇的血腦屏障通透性，顯著提高其對神經(jīng)保護(hù)作用。

圖21 化合物119和120的化學(xué)結(jié)構(gòu)Fig.21 Chemical structures of compounds 119 and 120

2.8 其他

Bhaduri課題組先后于1998年[42]和2001年[68]通過對環(huán)烯醚萜類化合物進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾研究其對免疫增強(qiáng)劑的反應(yīng)活性以及在體外防止細(xì)胞黏附、防止胚胎宮內(nèi)植入和體內(nèi)皮下植入的一系列化合物，得出環(huán)烯醚萜苷的C-7位羥基的存在和C-6′位醛基修飾對免疫刺激活性起著調(diào)控作用。

3 構(gòu)效關(guān)系總結(jié)

環(huán)烯醚萜類化合物的母核內(nèi)含有環(huán)烯醚萜醇，其基本骨架可分為環(huán)狀烯醚母核(A區(qū)域)、C-4位甲基取代的C-11位結(jié)構(gòu)(B區(qū)域)、C-8位甲基取代的C-10位結(jié)構(gòu)(C區(qū)域)和C-1位結(jié)構(gòu)(D區(qū)域)四部分組成，根據(jù)對已有的環(huán)烯醚萜類化合物(包括天然來源及人工合成或半合成)進(jìn)行的體內(nèi)及體外藥理活性評價的結(jié)果，對其藥理活性的構(gòu)效關(guān)系總結(jié)如下：

A區(qū)域：如圖22中的環(huán)烯醚萜為其基本骨架結(jié)構(gòu)，母核中含有環(huán)戊烷結(jié)構(gòu)單元?；衔镉梢粋€五元環(huán)和一個環(huán)烯醚環(huán)組成，是環(huán)烯醚萜發(fā)揮抗炎、免疫調(diào)節(jié)、抗腫瘤和降糖作用的必需藥效基團(tuán)。研究表明，五元環(huán)C-6、C-7、C-8位均可有取代基；分子中的環(huán)戊烷部分可呈現(xiàn)不同的氧化狀態(tài)，C5-C6、C6-C7、C8-C9間均可形成雙鍵，C7-C8可存在環(huán)氧結(jié)構(gòu)，C-6或C-7可形成環(huán)酮結(jié)構(gòu)。其中C-6位上連接有羥基、咖啡?；?、香豆素?；偷祯；瓤商岣呖鼓[瘤、抗炎和免疫佐劑的作用。C-8位上連接有羥甲基、桂皮烯醛基或甲氧基桂皮烯醛基等可提高其抗錐蟲作用。此外母核中醇羥基的存在數(shù)量也會對抗氧化活性有影響。B區(qū)域：C4-CH3易氧化成-CH2OH、-CH2OR、-COOH、-COOR等，若為-COOR(C-11位酯化)能保持有較好抑制活性，如抗炎、抗乙酰膽堿酯酶和抗腫瘤作用。C區(qū)域：C8-CH3也易氧化成-CH2OH、-CH2OR、-COOH、-COOR等，同樣若為-COOR(C-10位酯化(如乙?；虻祯；?)可影響其抗腫瘤活性。D區(qū)域：C-1位上多有取代基如羥基，甲氧基等；C-1位羥基很活潑多與糖成苷，多為β-D-葡萄糖苷，且多為單糖苷，葡萄糖C-6位上羥基再與一分子葡萄糖成苷時形成特殊的雙糖苷；若為單糖苷，其葡萄糖中羥基可與其他基團(tuán)(如乙酰基、不同長鏈的酰基或蝶戊?；?部分或完全酯化可影響其抗腫瘤，免疫佐劑及抗氧化的作用。

圖22 環(huán)烯醚萜類化合物的構(gòu)效關(guān)系Fig.22 Structure-activity relationship of iridoids

4 前景與展望

環(huán)烯醚萜類化合物作為單萜類化合物，具有多種重要的藥理活性，構(gòu)效關(guān)系錯綜復(fù)雜，在自然界中儲量豐富，提取工藝簡單，可通過化學(xué)合成獲得此原料。但是，目前對于大部分環(huán)烯醚萜類化合物的研究還停留在對其結(jié)構(gòu)的確定和對某些活性的分析上，其脂溶性低以及血漿半衰期短，使其在臨床應(yīng)用中，受到很大的限制。通過對環(huán)烯醚萜類化合物的結(jié)構(gòu)和構(gòu)效關(guān)系進(jìn)行分析總結(jié)歸納，能充分挖掘其多靶點(diǎn)調(diào)控作用機(jī)制，改進(jìn)其生物利用度、提高藥物活性，為未來研制開發(fā)相關(guān)新藥提供重要的途徑。