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中药化学成分化学转化及其转化产物活性研究进展
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【西药学大专毕业论文】【摘要】 按照化学转化对中药化学成分生理活性的影响，总结了20余种中药化学转化的方法以及经过转化后所得产物生理活性发生的相应变化。【关键词】 中药化学成分 化学转化 生理活性
中药化学成分的结构是中药综合利用的深化。中药若以原药使用，有时其药效价值和经济价值较低。利用化学方法，改变中药材中的某些药效成分的化学结构，从中获取符合人体需要的药物，这在药物资源的利用中，尤其是中药材的开发利用中具有广阔的前景。近年来，对于中药化学成分化学转化已成为一个重要的研究课题。
通过对先导化合物或老药结构进行合理改进或修饰而开发出来的新药，往往具有更理想的理化性质、药代动力学性质，或者膜透过性增强、吸收和生物利用度提高，或者具有靶向作用、选择性提高、毒副作用减弱的优点。本文将对近年来通过化学转化来改善中药生理活性的研究进行综述。
1 改善药物的溶解性能
药物发挥药效的重要前提是首先药物要到达作用部位，并形成一定的浓度。而对于一些水不溶性药物，由于在水溶液中溶解度低，不仅影响到其在体内的转运过程和作用部位的有效浓度，而且还影响剂型的制备和使用。
例如双氢青蒿素（Dihydroaitemisinin）的抗疟活性强于青蒿素（Artemisinin），但水溶性低，不利于注射应用，将其制成青蒿琥珀酯（Artesunate），利用琥珀酸具有双羧酸官能团，一个羧基与双氢青蒿素形成单酯，另一个游离羧基可形成钠盐来增加水溶性，不仅可以制成注射剂，而且还提高了生物利用度，临床用于治疗各种疟疾。
还有为了改善川芎嗪的水溶性和寻找生物活性更好的川芎嗪衍生类化合物, 杨杰等［1］通过化学结构修饰的方法,以川芎嗪为先导化合物,将其与硫酸、丙二酸、阿魏酸等几种化合物反应制成盐类,同时还进行了川芎嗪和其衍生物抗自由基活性的研究。实验结果表明得到的五个化合物中，化合物Ⅰ、Ⅱ、Ⅴ具有比川芎嗪更好地清除·OH 作用,且水溶性较川芎嗪大为改善。
川芎嗪现已可人工合成［2］，主要路线见图1。图1 川芎嗪合成路线 唐刚华等［3］合成了阿魏酸川芎嗪，反应式见图2。
王靖等［4］研究发现通过结构修饰并改变葛根素空间构型,可以改善葛根素的水溶性和脂溶性,从而增强葛根素的药理活性和药效。葛根素为异黄酮碳苷, 其7,4′-二羟基为活性基团,其中7位羟基因受8位糖的位阻影响,活性较4′位羟基弱。1978 年Ronald 等全合成了7,4′-二甲氧基葛根素。1999 年杨若林等［5］分别选择了对葛根素脂溶性、水溶性和空间结构有较大影响的基团,用醚化及酰化的方法对葛根素的酚羟基和糖C-6′醇羟基进行了修饰;由于7,4′-二酚羟基显示酸性,改善葛根素溶解性能的结构修饰主要集中于酚羟基,而由于异黄酮母核的平面结构,对其空间构型的修饰主要集中于糖部分;他们经结构修饰得到了10个衍生物（G1～G10,见图3）,并用彩色微球法（Col2ored microspheres） 研究了葛根素衍生物G1、G2、G7、G9 和G10 对兔眼内各组织（脉络膜、视网膜、睫状体、虹膜） 血流量的影响, 结果表明G9 和G10 均可增加眼内各组织的血流量（以葛根素为阳性对照） 。
丹参酮I是丹参脂溶性部分中三个主要成分之一, 但是溶解度差, 生物活性低。于丹参酮I 的分子中引入某些极性基团, 一方面可以增加其极性,另一方面又增加了其非平面性, 从而改善其生物活性。计算机分子模拟研究结果显示: 在丹参酮I分子2位引入链状仲胺对分子的空间平面性影响不大, 而在此位置上引入环状仲胺, 由于氮杂环的存在对丹参酮I 分子非平面性影响较大。因此, 杨东等［6］设计并合成了以丹参酮I和丹参酮II-A 为母核的直链和环状仲胺衍生物, 并首次将某些氨基酸分子引入丹参酮分子中, 目的是通过改变丹参酮I 和丹参酮II-A分子的空间形象和极性, 寻找生物活性好的丹参酮衍生物, 并通过不同取代基对衍生物活性强弱的影响进行构效关系进行探讨。该实验采用经典的Mannich 反应条件［7］, 在冰乙酸中将母体化合物和相应的胺及甲醛搅拌加热得到目的产物。反应路线见图4。
大豆异黄酮化合物是一类重要的天然有机化合物，除具有抗癌、抗氧化、雌性激素样等作用外，对人脑血管系统及骨代谢等也有明显影响。但由于其具有异黄酮骨架，脂溶性和水溶性均较差，生物利用度低，限制了它们的广泛应用。有人曾用物理方法改善其溶解性，但效果不明显。因此用化学方法对其进行结构改造，解决它们溶解性差的问题成为一个重要的研究课题。国内仅有近两年来对异黄酮类化合物大豆苷元、单甲氧基大豆苷元、单甲氧基染料木素及尼泊尔莺尾苷元的磺化报道［8～11］。为了进一步丰富大豆异黄酮的性质和种类，改善其溶解性，解决临床应用中存在的生物利用度低、吸收差、显效慢等缺点，刘光谦等［12］以大豆异黄酮类化合物大豆苷元及染料木素为先导化合物，通过化学修饰的方法，制得了4′,7-二甲氧基异黄酮-3′-磺酸钠（I）,7-乙氧基-4′-羟基异黄酮-3′-磺酸钠（II）,4′,7-二乙氧基异黄酮-3′-磺酸钠（III）及4′,7-二甲氧基-5-羟基异黄酮-3′-磺酸钠（IV）, 7-乙氧基-4′,（S）-二羟基异黄酮-3′-磺酸钠（V）,4′,7-二乙氧基-5-羟基异黄酮-3′-磺酸钠（VI），并采用IR,1H-NMR对它们进行了结构表征。
2 降低药物的毒副作用
紫杉醇是一种广谱抗癌新药, 但存在水溶性差、副作用大的缺点。高锦明等［13］讨论了紫杉醇结构与活性的关系, 以期通过化学结构的修饰合成高效低毒易溶于水的紫杉醇类似物。实验方法如下：对 C13 侧链改造，C13 侧链对保持紫杉醇生物活性是必需的［14～17］,侧链失去可使抗癌活性几乎完全消失。但侧链本身允许进行一定的改造［17］。
（1）C2′位羟基是维持最大生物活性的必需基团［15，16］，C2′位酰化后在体外活性较差,尤其失去促微管稳定作用显著, 但仍能保存其细胞毒性。但在体内C2′位酰化后对活性影响却不大, 说明酰化产物在体内酶解成紫杉醇。故C2′位的修饰是寻找紫杉醇水溶性类似物或前体药（P rodrug） 的一种可能途径。例如: C2′位可形成带有亲水性易离去基团（季铵盐、羧酸及其盐、苯磺酸及其盐等） 的酯衍生物, 其生物活性相当于甚至大于紫杉醇。
（2）C3′位酰基是活性不可缺少的, 酰胺上苯基可以被其他芳基或烷氧基取代, 例如,用叔丁氧基取代苯基, 所形成的taxo tere 活性比紫杉醇强［14，18］。
（3）C3′位苯基或环己基等疏水性基团对活性保持是必需的［18，19］。例如, 用- CH3 取代则活性降低19 倍， C3′所连的氮可被氧取代, 其活性损失不显著。
（4）C2′和C3′位极性取代基对活性产生影响, 如果除去其中之一, 对活性影响极小; 但要同时脱掉两个或其交换位置, 则使活性分别降低16 和9～ 10 倍［20］。
（5）C2′和C3′位的立体构型与活性有关。（2′S, 3′R ） 异构体比天然（2′R, 3′S） 的弱, 但（2′S, 3′S） 和（2′R , 3′R） 异构体与天然的活性类似［20］。
taxo l: R1= Ph, R2= OAc
taxo tere: R1= tBuO , R2= OH
黄光燕等［21］对紫杉醇类似物sinenxan A（SIA）进行结构修饰。希望寻找综合性能（药源、水溶性、毒副作用及抗药性）好的紫杉醇类似物。他们在SIA 及其修饰物的C14位引入不同的侧链,共合成新的紫杉醇类似物21 个,对其中的15 个化合物进行了3 种癌细胞的体外抗肿瘤活性测定,发现这些化合物的活性与紫杉醇比较,相差甚远。为更全面地反映SIA 的构效关系规律, 黄光燕等提出有必要合成更多的衍生物并且在进行细胞毒实验的同时,进行抗微管测试。目前,他们正在对部分化合物进行抗微管实验。
Kingston等［22］合成了缩环类似物（5），其细胞毒性小于Taxol，但其稳定微管蛋白的聚合能力与Taxol相当。根据这一发现，用一系列与（5）结构相似但2 位取代基不同的紫杉醇类似物对比发现，有一些紫杉醇类似物细胞毒性与Taxol 相差不大。由此可见，A 环的某些结构修饰的类似物可具有与Taxol 相似的生物活性而具有较小的细胞毒性。
为了进一步寻找高效低毒的新酯碱衍生物, 叶仙蓉等［23］设计了一条制备C3′-N 上不同取代酯碱衍生物的新路线,并合成了7个新化合物。将合成的7个新酯碱衍生物采用MTT（四氮唑）按照常规操作进行了三种人癌细胞株（ KB 细胞2口腔上皮鳞癌,Bel74022人肝癌,HCT282人结肠癌） 的体外细胞毒试验。结果表明,具有天然构型（2′R ,3′S） 侧链的桥氧三尖杉酯碱,当C3′-N 有不同取代时,如C3′-NH2 （VIIIa） ,C3′-NHCOPh［1］ ,C3′2NHBoc （IXa） ,C3′-NHAc （IXc） 表现出不同强弱的细胞毒作用，说明C3′-N 上不同的取代基会影响化合物的药理活性。
3 增加药物对特定部位作用的选择性
张继文等［24］以苦皮藤Celastrus angulatus Max. 提取物水解产物中的多羟基β-二氢沉香呋喃为原料, 合成了对粘虫Mythimna separata 具有毒杀活性的苦皮藤素（Celangulin） 类似物, 并在活性追踪的指导下分离得到了两个具有胃毒活性的苦皮藤素类似物A 和B。化合物的合成路线见图8。
刘瑞武等［25］为了寻找高效低毒、抗瘤谱广、综合性能好又不依赖自然资源的新一代紫杉醇类抗癌药,以组织培养得到的紫杉烷sinenxan A 为最初起始原料,以紫杉烷中间体（3） 和（16） 为合成原料合成了10 位为羰基、羟基、甲氧基乙酸酯、苄氧基乙酸酯、羟乙酸酯等共6 个新的14β-侧链紫杉醇衍生物. 并对目标化合物进行了抗肿瘤体外试验和微管蛋白聚合试验. 结果表明所有化合物对KB 细胞的IC50 > 10μg ,在浓度为10～5μmol/ L 时对微管蛋白无聚合作用。见图9。
A: R1, R5= H; R2, R3, R4, R6= （CH3） 2CHCO
B: R5= H; R1, R2, R3, R4, R6= （CH3） 2CHCO
图8 苦皮藤素类似物A、B合成路线
图9 紫杉烷中间体（3） 和（16） 吴献礼等［26］从白花前胡丙素［ （ + ）-praeruptorin A］出发,用碱水解及各种酰化反应,半合成了18 个（2～19） 凯林内酯类化合物,通过IR,1HNMR 和MS 等方法确定其结构。其中14 个（5～18） 为新化合物,这些新化合物均有不同程度的钙离子拮抗活性,但作用强度均较白花前胡丙素弱。见图10～12。
糖尿病是一种严重危害人类健康的疾病。为了寻找新的抗糖尿病化合物，廖洪利等［27］改进了知母中芒果苷的提取分离工艺，并对芒果苷进行了结构修饰研究。以芒果苷为先导化合物，合成了21个目标化合物，结构均经过1HNMR,13CNMR、IR等方法确证，其中20个化合物为首次报道。初步的体外抗糖尿病活性筛选结果表明，多数化合物显示了对蛋白质酪氨酸磷酸酶1B （PTP1B）的抑制作用，提出芒果苷衍生物可能通过抑制蛋白质酪氨酸磷酸酯酶1B而发挥抗糖尿病作用。见图13、图14。
卞丽红等［28］研究成功制备了两种乳糖修饰的紫杉醇:乙二胺尾化的乳糖酰胺化紫杉醇（TS1）和1-乳糖酰胺紫杉醇（TS2），应用1HNMR和红外光谱进行了结构的确证。通过药效学实验证明了合成的TS1和TS2具有与紫杉醇同样的抑瘤活性，在五种人肿瘤细胞株中，乳糖化的紫杉醇对肝癌细胞SMMC-7′721的杀伤作用最强。修饰后的TS1和TS2对细胞的生长有明确的抑制作用，表现为细胞的生长阻滞在G2/M期。
喜树碱（Camptothecin ,CPT ,1） 为一种天然的植物生物碱,1966 年Wall 等人首次从我国引种的喜树（Camptotheca acuminata） 杆中分离得到［29，30］。喜树碱分子为五环结构（图15） 含有一个吡咯［3,4-b］喹啉环,一个共轭吡啶环和一个α-羟基六元内脂环。喜树碱可用于治疗多种恶性肿瘤,如骨癌、肝癌、膀胱癌和白血病等［31，32］。1985 年, Hisang等［33］发现喜树碱及其衍生物是以DNA 拓扑异构酶I（topo I） 为作用靶标,抑制生物体内DNA 的合成,
而发挥抗肿瘤作用。由此引起了国内外对喜树碱研究的浓厚兴趣,并通过半合成、全合成与结构修饰的方法制备了大量的喜树碱衍生物或类似物,这与通常采用天然植物有效抗癌活性成分作为先导化合物,再进行结构修饰与构效关系研究方式相似［34］。
通过对喜树碱E 环进行修饰，在C-20 与C-21 之间引入一个亚甲基,将得到β-羟基内酯七元环,即Homocamptothecin（HCPT）,Bom 等合成了一系列氟取代HCPT衍生物,发现9、10、11 位HCPT 氟取代物有较高TopoI 抑制活性,且E 环内脂不易水解,在血浆中的稳定性也较高。
4 改善药物的吸收性能
近年来,将天然活性成分与磷脂在一定条件下进行复合从而获得天然活性成分-磷脂复合物的研究已受到国内外学者的关注,这种复合物的理化性质和生物特性较原化合物均有不同程度的改变,具有较强的亲脂性为其共性,体内吸收可提高3～4倍,使其药理作用更强、更快、更久,因此天然活性成分2磷脂复合物具有广阔的开发前景［36］。磷脂是一种天然乳化剂,富含卵磷脂、脑磷脂,具降血脂、抗动脉粥样硬化作用,与葛根素一样均有心血管保护作用。有人尝试用乙醇将葛根素与磷脂溶解,使葛根素与卵磷脂极性部位胆碱通过范德华力相结合而形成磷脂复合物,提高了葛根素的脂溶性,进而利用磷脂的乳化作用,制备出乳化葛根素,明显提高了其生物利用度,增强了其药理作用。研究表明,用磷脂制备的乳剂可提高葛根素的吸收量达2～4 倍。5 结语
现代新药开发研究的关键是如何发现先导化合物。近年来发达国家新药研究的投资快速增长，而发现新药先导化合物的速度却越来越慢。最大限度地扩大筛选化合物的类型和数量以及不断产生结构各异的新化合物，即“快速筛选”以期找到具有药效作用的先导化合物是当今世界上各大医药公司和研究所正在努力研究的一个十分重要课题。从天然产物尤其是植物成分中寻找新的活性成分或先导化合物是发展创新天然药物的有效途径，众所周知的方法是将植物中分离得到的化合物逐一进行筛选。然而这种方法的缺点是:一方面，从植物中分离得到纯化合物的过程较为繁琐，花费时间较多:另一方面，从天然化合物中得到新化合物的几率越来越小，新化合物之间的结构差异通常越来越小。通过化学和生物方法对具有特定生物活性的先导化合物进行结构修饰和改造，以提高化合物的活性和减少副作用是寻找新药的常用方法，同时也是药物化学的重要研究内究［36］。中药的化学转化在新药的研究中有着重要的作用和深远的意义。
【参考文献】
1 杨杰,段玉峰，韩果萍,等.川芎嗪衍生物的合成及其抗自由基活性研究. 陕西师范大学学报（自然科学版）, 2003, 31（4）:67-70.
2 赵剑化，王眠瑚.中草药，1980, 5：198.
3 唐刚华，姜国辉，王世真，等.川芎嗪的结构修饰及生物活性研究.药学学报，1999,34（7）：498-504.
4 王靖,吉民,华维一,等. 葛根素研究进展. 药学进展, 2003,27（2）:70-73.
5 杨若林,李娜,Bo Xuan,等. 葛根素衍生物的制备及其活性. 中国药科大学学报,1999 ,30（2）:81-85.
6 杨东,罗厚蔚. 丹参二萜醌的结构修饰. 中国药科大学学报,1998, 29（4）:255- 258.
7 孙存济, 白东鲁.丹参酮有关化合物的合成.药学学报,1985,20（1）:39.
8 刘谦光，张尊听，薛东.大豆苷元磺化物的合成、晶体结构及活性研究.高等学校化学学报，2003, 24（5）:820-825.
9 张尊听，刘谦光，刘小红,等.单甲基化大豆苷元磺酸盐的合成、晶体结构及活性研究.化学学报，2002, 60（10）:1846-1850.
10 索志荣.西北大学硕士研究生学位论文，2003,25.
11 Zhang ZT, Guo YN, Liu QG.Syntheses and Crystal Structures of［Na（H2O）6］（C17H33O6SO3）.2H2O and ［Ni（H2O）6］（C17H33O6SO3）.4H2O.Chinese Journal of Chemistry, 2004, 22：971-977.
12 刘光谦.大豆异黄酮衍生物的合成及晶体结构. 陕西师范大学研究硕士学位论文,2002,14.
13 高锦明,傅建熙,张鞍灵,等.抗癌新药紫杉醇的构效关系. 西北农业大学学报,1997,25（5）:96-99.
14 Guenard D, Gueritte-Voegelein F, Potier P. Taxo l and taxo tere: discovery, chem istry, and SAR s. Acc Chem Res,1993，（26）:160-167.
15 Kingston DGI, Samaranayake G, Ivey CA. The chem istry of taxo l. J Nat Prod, 1990,53（1）:1-12.
16 Kingston DGI. The chem istry of taxo l.Pharm Ther, 1991, 52（1）:1-34.
17 Swindell CS, Krauss NE. Bio logcally active taxo l analogsw ith deleted A 2ring side chain substituents and variableC22′configurations. J Med Chem,1991（34）:1176-1184.
18 Guerite-Voegelein F, Guenard D, Lavelle F,et al. Relationsh ips between the structure of taxo l analogs and theirantim ito tic activity. J Med Chem,1991（34）:992-998.
19 Ojima I,Duclos O, Zucco M,et al. Synthesis and SAR s of new antiumo r taxoids. J Med Chem, 1994（37）:2602-2607.
20 Nicolaou KC,Dai WM, Guy RK. Chemistry and biology of taxo l. Angew Chem Int Ed Engl,1994，（33）:15-44.
21 黄光燕,郭积玉,梁晓天.紫杉烷类化合物SINENXAN A 的结构修饰及其衍生物的构效关系研究.药学学报, 1998,33（8）:576-586.
22 Kingston DG. Studies on the chemistry of Taxol. Pure & Appl Chem, 1998,70:331-334.
23 叶仙蓉, 吴克美. 三尖杉碱和桥氧三尖杉碱衍生物的合成及抗肿瘤活性. 药学学报,2003,38（12）:919-923.
24 张继文,姬志勤,吴文君. 苦皮藤素V的结构修饰及生物活性. 西北农林科技大学学报 （自然科学版），2004,6（3）:21-25.
25 刘瑞武,尹大力,郭积玉,等.10位结构修饰14β-侧链紫杉醇衍生物的合成及其抗肿瘤活性.中国药物化学杂志,2000,10（1）:19-25.
26 吴献礼,孔令义,闵知大.白花前胡丙素的结构修饰研究.药学学报,2002,37（7）:527-534.
27 廖洪利.知母中芒果苷的分离和结构修饰.第二军医大学学位论文,2005,19.
28 卞丽红.化学材料修饰紫杉醇的研究. 军事医学科学院博士论,2005,84.
29 Wall ME ,Wani MC. Am Chem Soco,1996,88（16） :3888-3890.
30 Wall ME,Wani MC. Ann Rev Pharmacol. Toxicol,1977,17:117-132.
31 Wani MC,Nicholas AW. J Med Chem,1996,29（11）:2358-2363.
32 林隆泽,赵志远,徐任生. 化学学报,1997,35（3,4）:227-230.
33 Hisang YH,Hertzberg R,Hecht S,et al. J Biol Chem,1995,260:14873.
34 尹述凡,王志光. 药学学报,1993,28（10）:758-761.
35 孟庆国,高尔,王汝琴,等. 葛根素磷脂复合物的制备及核磁共振和薄层层析研究.潍坊医学院学报,2001,23（1）:4-5.
36 田乃旭,屠鹏飞.药物学研究与进展.北京：科学出版社，1999，1-5.
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