天然產物黃腐醇研究概況

顧曉鳳

(上海寶山區中西醫結合醫院 門診藥房，上海 201900)

?

天然產物黃腐醇研究概況

顧曉鳳

(上海寶山區中西醫結合醫院 門診藥房，上海 201900)

黃腐醇是結構簡單的異戊烯查爾酮類化合物。近年來，黃腐醇在藥理研究中表現出廣泛的抗氧化、抗真菌、抗病毒等活性，尤其是顯著的腫瘤化學預防作用，引起了國內外藥學研究者的極大興趣。對黃腐醇的研究情況進行綜述，并對其日后發展進行展望。

黃腐醇；腫瘤；化學預防；抗氧化

1 研究背景

1.1 Xanthohumol (黃腐醇或黃腐酮)的命名

CA: 2-Propen-1-one, 1-[2,4-dihydroxy-6-methoxy-3-(3-methyl-2-butenyl) phenyl]-3-(4-hydroxyphenyl)-, (2E)

1.2 分布

黃腐醇存在于桑科忽布屬植物啤酒花(Humuluslupulus)[1]和豆科槐屬植物Sophoraangustifolia[2]及苦參(Sophora flavescens Ait)[3]中。啤酒花(hops)又名忽布、蛇麻草、香蛇麻，為桑科忽布屬植物啤酒花的雌花花序，用于藥用及釀造啤酒，在啤酒中作為芳香劑和防腐劑來使用[1]，主要分布在歐洲、北美、亞洲的東部[4]和北部，在中國新疆、四川北部各地也有栽培[5]。目前，國外學者對北美、歐洲及日本三地啤酒花的不同變種、亞種及栽培品種進行了比較深入的研究，發現它們都不同程度地含有黃腐醇[4]。它占植物干重的0.1%～1% ，是啤酒花中最主要的異戊烯黃酮類化合物[6]，主要分布在球果苞的近軸表面的腺狀毛狀體分泌的樹脂部分中，在嫩葉下側的毛狀體中也有發現[1]。

2 分離純化

目前，對黃腐醇的分離基本都是通過經典的柱層析來實現的。Jan F. Stevens等[7]先用丙酮或氯仿提取蛇麻草，再用熱甲醇沉淀脫脂后行Sephadex LH-20分離，以甲醇洗脫，采用TLC監測，苯∶二氧六環∶乙酸=18∶5∶1做展開劑，黃腐醇呈現黃色斑點，用Naturstoffreagenz A顯色后，在350nm下，觀察到黃腐醇由黃色變為棕色。收集含黃腐醇的部分并蒸干，在甲醇-水或丙酮-水中進行結晶。夏娜[8]利用硅膠柱層析法和結晶，對啤酒花浸膏中的黃腐醇進行了分離和純化，純度達到98.1%。

3 結構測定

1913年，Power等[9]從新鮮的Kentish hop中首次分離得到了黃腐醇。1957年，Verzele工作小組[10]通過元素組成分析和化學降解實驗確定了查爾酮結構，但仍無法確定異戊烯和甲氧基的相對位置。直到1961年，Vandewalle[11]才最終確定了其結構。

目前，天然產物的結構測定主要依賴于色譜和光譜學技術。借用這些先進的科學技術可以方便地確定黃腐醇的化學結構。黃腐醇是從黃酮類成分中分離得到的，UV顯示其最大吸收峰在370nm附近，結合1H-NMR中C環質子的信號特征，提示為查爾酮骨架[12]。由APCI-MS得其分子量為354，則分子式為C21H22O5，不飽和度為11。進一步由CAD得到299的主峰，推測為[MH-C4H8]+，含有一個異戊烯取代基[13]。由1H-NMR(見表1)顯示：δ 3.2(2H,dqq, J=7.2, 1.1, 0.4Hz); δ 5.2(1H,tqq,J=7.2,1.4,1.3Hz);δ 1.7,1.6(each 3H, dtq, J=1.4, 0.4, 0.3Hz) 提示為AM2X3Y3，證實了異戊烯基的存在；d 7.8(1H,d, J = 15.5Hz)，d 7.7(1H, dtt, J=15.5, 0.5, 0.6Hz)，δ 7.5(2H,dddd, J=8.5,2.6,0.5,0.3Hz)，δ 6.8(2H,dddd, J=8.5, 2.3, 0.3, 0.3 Hz) 提示為ABMM’XX’，為E-4-羥基-查爾酮[14]；δ 10.1, 10.6, 14.6(each 1H,s)提示為三個酚羥基的信號，其中一個羥基形成了氫鍵[15]；δ 6.0(1H, s)為一個孤立芳氫信號；δ 3.9(3H, s)提示為一個-OCH3信號[14]。13C-NMR歸屬見表2。在HMBC譜(見表3)中，H-1’’不僅和C-2’’, C-3’’, C-2’, C-4’相關,還和C-3’有遠程偶合作用,提示了異戊烯取代在3’位上[12]。

表1 黃腐醇1H-NMR數據

表2 黃腐醇13C-NMR數據

4 藥理活性

4.1 腫瘤化學預防作用

腫瘤的化學預防不同于腫瘤的治療，其旨在通過攝取能夠影響腫瘤形成、發展的營養物或藥物以達到促進腫瘤死亡、防止、延遲或逆轉腫瘤的目的。目前，在啤酒花中分離得到所有化合物中，黃腐醇具有最強的腫瘤化學預防作用。它主要是通過以下三種途徑來發揮廣譜腫瘤的化學預防作用：①黃腐醇可以在早期抑制腫瘤生長[1]。在SRB實驗中，以整個培養基中蛋白質的含量作為指標來測定存活的腫瘤細胞的數目。用含甲醇的胎牛血清作陰性對照，結果表示成試驗值和陰性對照的比值。發現：在測試的化合物中，黃腐醇具有最強效的抗MCF-7、A-2780繁殖的活性(圖1)。在進一步研究對DNA合成影響的實驗中，發現黃腐醇能夠抑制胸腺嘧啶核苷注入到MCF-7中，結果顯示黃腐醇對DNA合成有劑量依賴性的抑制作用。用劑量<5μM 的黃腐醇處理4天后，其活性弱于異黃腐醇(圖2)，這與其在同濃度時抑制MCF-7繁殖的活性強弱不一致，提示黃腐醇抑制DNA的合成只是其發揮抗MCF-7繁殖的作用機制之一[16]；②黃腐醇抑制前癌物的代謝活化。Miranda等在Ames Salmonella的誘變實驗和DNA與IQ代謝物鍵合的實驗中發現，黃腐醇有抑制前癌物IQ代謝活化的作用。進一步的研究發現，黃腐醇可能是通過抑制細胞色素P450酶，特別是Cyp1A2來抑制腫瘤細胞的突變和DNA的形成；③黃腐醇可以誘導活化致癌物的解毒酶[1]。

表3 黃腐醇HMBC

圖1 黃酮醇對人乳腺癌細胞MCF-7影響觀察

注：A為用藥2天后，B為用藥4天后。XN：黃腐醇；TP：2’,4’,6’,4-Tetrahydroxy-3’-prenylchalcone；TG：2’,4’,6’,4-Tetrahydroxy-3’ -geranylchalcone；DX：Dehydrocycloxanthohumol；DH：Dehydrocycloxanthohumol hydrate；IX：異黃腐醇。

圖2 黃腐醇(XN) 和異黃腐醇(IX) 對MCF-7 細胞DNA合成影響

4.2 抗氧化作用

4.2.1 抗鐵離子和TBH介導的脂氧化 Rpdriguez等[17]在對異戊烯黃酮的抗肝微粒體的脂氧化作用的研究中發現：異戊烯查兒酮黃腐醇在25μM濃度時，能很好地抑制亞鐵離子-抗壞血酸、鐵離子-ADP/NADPH和TBH系統介導的脂氧化。

4.2.2 抗氧自由基 Gerhauser等[1]發現在ORAC實驗中，黃腐醇在1μM濃度時，清除羥基、peroxyl自由基的能力分別是對照物trolox的8.9和2.9倍。黃腐醇還能有效清除超氧陰離子(IC50=2.6μM)。進一步研究發現，黃腐醇是通過12-O-tetradecanoylphorbol-13-acetate促使人HL-60前髓單核白血病細胞的分化來抑制超氧陰離子的形成，而不是通過抑制黃嘌呤氧化酶的活性發揮作用的。

4.2.3 抗HIV 黃腐醇具有抑制C8166淋巴細胞中HIV-1誘導的cytopathic effects, viral p24抗原產生和反轉錄酶的作用，EC50分別為0.82、1.28、0.50μg/mL[18]。

5 結構改造

Miranda[16]研究發現，以下情況可以增強黃腐醇抗MCF-7繁殖的作用：①A環6’ 位上用-OCH3代替-OH：在10μM 時，2天后，黃腐醇對MCF-7的抑制率達到45%，而TP幾乎無抑制作用；②查爾酮代二氫黃酮：在10μM 時，4天后，黃腐醇對MCF-7的抑制率達到75%，而異黃腐醇為30%。由以上的構效關系研究發現，查爾酮母核和6’位的-OCH3是黃腐醇發揮抗MCF-7繁殖作用重要的活性位點，因此可進一步深入研究其構效關系，以確定這兩個活性部位上的最佳基團。由于查爾酮類化合物平面性較強，水溶性差，因此考慮引入親水基團，比如羥基、糖基或形成鹽以增加其水溶性。見圖3。

圖3 TP和異黃腐醇結構式

6 合成路線

目前，沒有正式的關于黃腐醇合成方面的文獻，這可能是由于黃腐醇可以從啤酒生產工業的廢棄物中提取得到[1]。通過借鑒其類似物的合成工作，我們可以推出黃腐醇的六步合成路線。見圖4。

圖4 黃腐醇合成路線

試劑和條件：a) MOMCl、K2CO3丙酮回流 0.5h，MOM=甲氧乙基；

b) 1-溴-3-甲基丁烯、K2CO3、丙酮回流4h；硅膠純化；

c) N,N-二甲基苯胺回流4h；

d) (CH3O)2SO2、丙酮、K2CO3回流0.5h；

e) 甲醇、鹽酸回流15min；

f) 對-羥基-苯甲醛、KOH、EtOH r.t. 36h。

以上a～e的前五步反應借鑒了Glaflavanone-A的部分合成路線得到2,4-Dihydroxy-3-prenyl-6-methoxyacetophenone，考慮與對羥基苯甲醛進行羥醛縮合反應，但黃腐醇易異構化成異黃腐醇，因此反應條件宜溫和，在室溫下，加入KOH和EtOH反應36h。

7 結語

鑒于黃腐醇的眾多生理活性作用，開發其在醫藥、食品、化妝品、保健品等方面的新用途應當成為當今對黃腐醇研究的熱點。鑒于黃腐醇在自然界中的稀有性，研究黃腐醇的化學合成與降解、開發含有黃腐醇的植物新資源、研究有效提取黃腐醇的新技術也必將成為對黃腐醇研究的重點。 黃腐醇優越的腫瘤化學預防作用，值得引起重視。但其具體的藥理機制不明，體內活性還不確定，對其構效關系的研究也有待深入。

另一方面，天然黃腐醇只存在于啤酒花中，啤酒釀造工業中，廢酒花是重要的黃腐醇的天然來源。充分利用豐富的廢酒花資源，優化黃腐醇的提取生產工藝，更好地為開發黃腐醇這一珍貴天然產物在食品、保健品和醫藥等領域的新用途提供扎實的物質基礎。

[1] JAN F STEVENS,JONATHAN E PAGE.Xanthohumol and related prenylflavonoids from hops and beer: to your good health! [J].Phytochemistry,2004(65):1317-1330.

[2] KOMATSU, MANKI. Studies on the constituents of Sophora species Constituents of the root of Sophora angustifolia [J]. Yakngakn Zasshi,1970,90(4):463-468.

[3] 趙玉英,張如意.苦參化學成分研究概況[J].天然產物研究與開發,1991,3(3):93-103.

[4] JAN F STEVENS. Prenylflavonoid variation in Humulus lupulus: distribution and taxonomic significance of xanthogalenol and 4′-O-methylxanthohumol[J].Phytochemistry, 2000,53(7):759-775.

[5] 中國科學院中國植物志編輯委員會.中國植物志[M].北京:科學出版社,1998:221.

[6] 王祥河,武曉煒,趙健.酒花中黃腐酚的最新研究進展與開發前景[J].食品研究與開發,2008,29(9):176-178.

[7] 霍光華.天然抗氧化劑的開發研究進展[J].鄭州工程學院學報,2002,23(3):104-109.

[8] 夏娜,趙仲凱,黃志江,等.硅膠柱層析分離啤酒花中的黃腐酚[J].食品科技,2012,37(4):174-181.

[9] FREDERICK BELDING POWER.The constituents of hops[J].J Chem Soc,1913(103):1267-1292.

[10] VERZELE M.Xanthohumol,a new natural chalcone[J].Bull. Soc. Chim. Belg,1957(66):452-475.

[11] VANDEWALLE M. On the synthesis of xanthohumol and isoxanthohumol [J]. Bull. Soc. Chim. Belg,1961(70): 163-167.

[12] JAN F STEVENS. Chemistry and Biology of Hop Flavonoids [J]. The American Society of Brewing Chemists, 1998,56(4):136-145.

[13] JAN F STEVENS. Prenylflavonoids from Humulus lupulus [J]. Phytochemistry,1997,44(8):1575-1585.

[14] LUCAS R, CHADWICK. Estrogens and Congeners from Spent Hops (Humulus lupulus) [J]. J. Nat. Prod, 2004(67):2024-2032.

[15] FENG ZHAO. Prenylflavonoids and Phloroglucinol Derivatives from Hops (Humulus lupulus) [J]. J. Nat. Prod, 2005(68):43-49.

[16] C L MIRANDA. Antiproliferative and cyctotoxic effects of prenylated flavonoids from Hops (Humulus lupulus) in human cancer cell lines [J]. Food and Chemical Toxicology,1999(37):271-285.

[17] P J RODRIGUEZ, C L MIRANDA, J F STEVENS, et al. Influence of prenylated and non-prenylated flavonoids on liver microsomal lipid peroxidation and oxidative injury in rat hepatocytes [J]. Food and Chemical Toxicology, 2001(39):437-445.

[18] QIAN WANG. Xanthohumol, a novel anti-HIV-1 agent purified from Hops Humulus lupulus [J]. Antiviral Research,2004(64):189-194.

(責任編輯：尹晨茹)

Recent Studies of Natural Product Xanthohumol

Gu Xiaofeng

(Outpatient Pharmacy, Shanghai Shuguang Hospital Baoshan Branch, Shanghai 201900, China)

Xanthohumol, a prenylated chalcone, has received much attention due to its excellent activities on cancer chemoprevention and antioxidation. Here we discuss the recent studies of xanthohumol and propose outlook for its future development.

Xanthohumol;Cancer;Chemoprevention;Antioxidation

2014-12-20

顧曉鳳(1981-)，女，上海寶山區中西醫結合醫院藥師，研究方向為醫院藥學。

R285

A

1673-2197(2015)10-0064-04

10.11954/ytctyy.201510027