甘草次酸的結構修飾及生物活性研究進展

張光輝 龍旭 張拴

摘 ? ? ?要：甘草次酸是甘草中重要的黃酮之一，其具有明顯的抗炎、抗潰瘍、抗腫瘤、抗病毒、抗氧化、美白等活性，在食品、藥品等行業得到廣泛應用，并越來越受到科研人員的關注。目前，甘草次酸結構修飾主要集中在C-3、C-30、C-11位。就甘草次酸結構修飾及甘草次酸衍生物的生物活性進行了探討，為甘草次酸衍生物的合成及甘草次酸的開發提供參考依據。

關 ?鍵 ?詞：甘草次酸;結構修飾;活性

中圖分類號：TQ 463 ? ? ? 文獻標識碼： A ? ? ? 文章編號： 1671-0460（2020）02-0393-05

Abstract： Glycyrrhetinic acid is one of the important flavonoids in licorice， which has obvious anti-inflammatory， anti-ulcer， anti-tumor， anti-virus， anti-oxidation， whitening and other activities. At present， the structural modification of glycyrrhetinic acid mainly focuses on c-3， c-30 and c-11 positions. In this paper， structural modification of glycyrrhetinic acid and biological activity of its derivatives were discussed， providing reference for the synthesis of the derivatives and the development of glycyrrhetinic acid.

Key words： Glycyrrhetinic acid; Structural modification; Activity

甘草是豆科植物甘草、脹果甘草或光果甘草的干燥根莖，是我國一種寶貴的傳統中藥，主要分布于寧夏、甘肅、新疆、內蒙古等地。其干燥根莖中活性成分主要為黃酮類化合物甘草酸、甘草次酸、甘草素、異甘草素等。現代藥理研究表明，甘草次酸具有阻遏細胞周期、誘導腫瘤細胞的分化和凋亡，抑制腫瘤細胞侵襲和多藥耐藥等途徑發揮抗癌作用，還具有抗炎、抗氧化、抗病毒、抗潰瘍、抗過敏等活性，在毒性肝炎、艾滋病、非典的治療方面發揮作用[1-5]。

近年來，關于甘草次酸的研究越來越受到人們的重視，目前，對于甘草次酸的結構修飾改造，主要集中在C-3羥基、C-30羧基及C-11羰基，甘草次酸骨架上，經過修飾改造，人們得到了一系列具有生理活性的衍生物。本文就甘草次酸結構修飾及其活性研究進展進行簡述，為甘草次酸的結構修飾與開發提供參考依據。

1 ?甘草次酸衍生物的結構修飾

1.1 ?甘草次酸C-30羧基結構修飾

Wang J W等[6，7]利用加成、消除等反應對取代苯甲醛進行修飾，得到取代甲胺中間體。然后分別與甘草次酸、脫氧甘草次酸反應，得到C-30位為酰胺鍵的雜環類甘草次酸及脫氧甘草次酸衍生物（圖1）。

對這類化合物的活性測試結果顯示，它們的鎮痛、抗炎及止咳活性均很高，而且更加安全。結果還表明，1（3-鄰甲氧基苯基-異噁唑-5-基）甲胺基的脫氧甘草次酸具有一定的保護肝臟作用，劑量100 mg/kg時，可有效降低甲型流感病毒小鼠死亡率。

Kuo-Hsiung Lee等[8]在甘草次酸的C-30位引入脫氫姜油酮合成了11種甘草次酸衍生物，活性測試表明該類甘草次酸衍生物具有顯著的抑制腫瘤細胞復制的作用，發揮抗腫瘤作用，部分衍生物體現較強的細胞毒素活性，而且將1、2化合物中的甲氧基替換為乙氧基后，得到化合物5、6的細胞毒性活性降低（圖2）。

張妍[9]等用甘草次酸與甲醇、乙醇通過酯化反應，得到了甘草次酸甲酯和甘草次酸乙酯，甘草次酸及其衍生物與PPC反應，C-3羥基可被氧化為羰基，得到氧化甘草次酸及其甲酯和乙酯衍生物。并對其催化烯烴不對稱環氧化活性進行了測試，發現活性關系為：氧化甘草次酸>氧化甘草次酸衍生物>甘草次酸衍生物，并且，甘草次酸衍生物不能催化位阻較大的烯烴反應。

1.2 ?甘草次酸C-3羥基和C-30羧基結構修飾

張娜[10]等人通過乙酰化反應，在C-3上引入乙酰基，然后在（COCl）2下分別與化合物1、化合物2作用，得到化合物a、b，以苦參堿、18α-甘草次酸和美法侖為對照，發現化合物a和b對肝癌細胞SMMC-7721具有明顯的抑制作用，IC50值分別為85.7、178.2 mol?L，動物實驗表明對正常肝細胞幾乎無毒（圖3）。

金健民[11]等將甘草次酸酯化后，與具有抗癌性的氮芥通過-P-O-鍵連接，設計合成了活性高、毒性低的新化合物，合成路線如下，通過抗癌活性測試表明：化合物I、II體外測試比對照鹽酸氮芥具有更高的抗癌活性;體內測試顯示，抑制率與劑量呈現正比關系，化合物I、II口服效果優于鹽酸氮芥，表明甘草次酸對氮芥有明顯的增效作用（圖4）。

通過抗癌活性測試表明：化合物I、II體外測試比對照鹽酸氮芥具有更高的抗癌活性;體內測試顯示，抑制率與劑量呈現正比關系，化合物I、II口服效果優于鹽酸氮芥，表明甘草次酸對氮芥有明顯的增效作用。

Csuk等[12]在甘草次酸甲酯的基礎上，通過與氯乙酰氯的反應，產物再分別與二胺類縮合對C-3羥基進行修飾，得到了一系列含有直鏈氨基的甘草次酸衍生物。抗腫瘤活性測試結果顯示，C-3位引入直鏈氨基可以提高甘草次酸的活性，并且當碳原子數n=6時，活性最高，IC50：0.6-3.0 mol?L（圖5）。

Schwarz等[13]通過酯化反應，在甘草次酸的C-30的位引入甲氧基、乙氧基、芐氧基等，得到甘草次酸的衍生物，并在C-3位引入不同構型的丙氨酸，得到一系列C-3、C-30甘草次酸衍生物，并以甘草次酸為對照，其對腫瘤細胞的選擇性和活性均高于對照組（圖6）。

申利紅[14]等通過GA與1，2-二溴乙烷，再與AgNO3在乙腈中回流得到親核取代產物甘草次酸-2-硝氧乙酯，然后通過與氯乙酰氯的酰化反應在C-3位引入氯酰基，進一步在四氫呋喃和三乙胺作用下與二乙胺反應鹽酸酸化得3-O-（2-二乙胺基-乙酰基）-甘草次酸-2-硝氧乙酯。改變溴代烷和胺，得到12種甘草次酸衍生物。

通過對這些化合物抗腫瘤活性測試篩選顯示，這些化合物均有不同程度的抑制腫瘤細胞的作用。其中化合物b1～b8活性顯著高于a1～a4甘草次酸硝基化合物。b4、b6化合物在HL-60細胞中抗腫瘤活性大于甘草次酸，b2、b3活性與甘草次酸相當;MCF-7、HepG2細胞實驗中，b3化合物活性大于甘草次酸，b7化合物與甘草次酸活性相當。因此，b3化合物具有較廣譜的抗腫瘤活性，可以作為抗腫瘤藥物設計重點關注對象（圖7）。

Gao Y等[15]對甘草次酸C-30羧基和C-3羥基同時進行改造，通過氧化、酯化、取代、水解反應，得到2化合物，化合物2通過親核取代反應，在羧基引入不同N取代基團，得到酰胺類化合物3a-3c。化合物2通過C-3與C-2位通過關環，親核取代得到化合物4a-4d，再經過開環消除、還原得到了不同結構的氧化甘草次酸酰胺衍生物5a-5d、6a-6d。活性研究結果顯示，此類化合物具有較強的抑制白血細胞HL-60的增長作用（圖8）。

1.3 ?甘草次酸C-11羰基結構修飾

孟艷秋等[16]通過鋅汞齊將C-11位羰基還原，得到脫氧甘草次酸，然后通過酯化反應在C-30位引入酯鍵，然后在二氯甲烷和三乙基胺介質中，低溫與對甲基苯磺酰氯反應，在C-3的羥基上引入苯磺酰基，最后在四氫呋喃中與疊氮化鈉回流反應得到產物5a-5g。以紫杉醇和吉非替尼為對照，體外抗腫瘤活性測試表明，5a、5c、5e對人體乳腺癌細胞MCF-7和肺癌細胞A549均具有一定的抑制作用;在10 μmol/L時，對MCF-7的抑制率分別為71.57%、14.53%、22.02%。

其中5a化合物的對乳腺癌細胞抑制能力比甘草次酸顯著提高，IC50為4.29±0.07 μmol/L。在10 μmol/L時，對A549的抑制率分別為24.91%、26.60%、19.97%，并且活性均高于甘草次酸。從5a、5c、5e的活性測試結果還可看出，C-30位的酯鍵不同，對MCF-7抑制明顯不同（圖9）。

湯立達等[17]參考文獻[18]，對甘草次酸經鋅汞齊還原，合成了11-脫氧甘草次酸，并在此基礎上，通過與1-羥基苯并三氮唑在二氯甲烷和DMF溶液中反應，然后冰水浴攪拌，加入溶解在DCC的二氯甲烷，攪拌30 min后，再加入5-氨甲基-3-（R-基-苯基）異噁唑冰水浴反應2 h，提純得到11-脫氧甘草次酸-30酰胺衍生物（圖10）。

動物抗炎實驗表明，以二甲苯為陽性對照，這些衍生物對二甲苯引起的小鼠耳水腫具有顯著的抑制作用。小鼠腹膜炎模型表明，11-脫氧甘草次酸衍生物可以明顯降低血管的通透性，使燃料滲出減少，說明其具有較強的抗炎活性。

高成等[19]人通過氧化、脂化等反應，得到氧化甘草次酸脂，然后在甲酸乙酯、四氫呋喃溶液中通過NaH還原，在乙二酸、85%肼中關環，得到的甘草次酸脂A環C-2，C-3位稠合上取代基吡唑、噻二唑、嘧啶、噁唑、氨基噻唑等五元六元芳香雜環，活性測試結構表明，當R基團為6基團，并且n=3這個化合物對8種腫瘤細胞株的平均IC50位8.02 μmol/L，比高草酸提高近11倍，并且流式細胞實驗顯示其具有顯著的誘導腫瘤細胞凋亡的作用。此外，甘草次酸衍生物還對腫瘤細胞具有抑制遷移作用，特別是n=3這個化合物抑制遷移作用比甘草次酸提高了近20倍（圖11）。

Su X D等[20]對甘草次酸11位羰基和30位羧基進行修飾，得到兩種甘草次酸衍生物1和2，其對11β-HSD1活性具有很強的抑制作用，IC50值分別為0.4和1.1 μmol/L，其中30位羧基的存在，有助于對11β-HSD1活性的抑制（圖12）。

2 ?甘草次酸結構與生物活性關系

通過以上文獻研究分析可以發現，甘草次酸衍生物的結構和藥理生物活性之間的存在著一定的關聯：

（1）甘草次酸和其衍生物因存在類似于醛甾酮骨架結構，絕大部分都具有抗炎活性。

（2）在甘草次酸3位上羥基被取代后，其抗炎活性、抗潰瘍活性較為顯著。

（3）3-羥基位置引入酰基、糖配基或者30-羧基引入烷氧基、糖配基、酰胺等，其抗潰瘍、抗炎活性均得到提高。3-羥基和30-羧基同時引入基團，抗炎、抗病毒活性有一定提高。

（4）A環變成五元環后，抗炎抗病毒活性有所下降。A環2號位引入羥基，抗菌活性有所提高。

（5）甘草酸11─位羥基脫去后，可以消除或減弱其副作用，增強藥理活性。

3 ?結果與展望

甘草次酸來源豐富，成本低廉，甘草次酸經過結構修飾，體現出顯著的抗炎、抗病毒、抗腫瘤活性，特別是對SARS病毒、HSV病毒、HIV病毒及乙肝病毒等具有較強的抑制活性。對甘草次酸的結構修飾改造，研發高效低毒的抗腫瘤藥物，越來越受到科研人員的重視，特別是隨著甘草次酸抗腫瘤作用機制的進一步深入研究，其在腫瘤臨床治療中將具有廣闊的應用前景。

參考文獻：

[1]Satomi Y，Nishino H，Shibata S. Glycyrrhetinic acid and related compounds induce G1 arrest and apoptosis in human hepatocellular carcinoma HepG2[J].Anticancer Res，2005，25 （6B）：4043.

[2]黃煒，陳新美，張志凌，等.18β-甘草次酸誘導人乳腺癌細胞凋亡及其細胞內Ca2+水平的變化[J].中國癌癥雜志2006，16（ 2）：102.

[3]吳越，張玉彥，李學強，等.18β-甘草次酸吡啶酰胺衍生物體外抗腫瘤活性研究[J]《中國畜牧獸醫》2015，42（11）：2822-2832.

[4]張寶恒.甘草藥理作用研究的進展[J].藥學學報，1963，10（11）：688-700.

[5]LI J，XU H，KE X，et al. The anti-tumor performance of docetaxel liposomes surface-modified with glycyrrhetinic acid[J].Journal of Drug Targeting，2012，5（20） ：467-473.

[6]Wang J W，Xu W R，Yong J P，et al.Glycyrrhetinic acid-30 amide derivatives and their use [P].2007.

[7]雍建平.甘草酸、甘草次酸衍生物的合成及生物活性研究進展[J].時珍國醫國藥，2012，23（6）：1495-1498.

[8] Lee K H，Tatsuzaki J，Taniguchi M，et al.Antitumor agents glycyrrhetinic acid dehydrozingerone conjugates as cytotoxic agents[J].Bioorg.Med. Chem，2007，15：619.3

[9]張妍.新型半乳糖和甘草次酸衍生物的手性酮及含異惡唑環和苯并咪唑環異羥肟酸的研究[D].山東大學，2007.12.12，58-64.

[10]張娜，崔曉燕，趙秀梅等.甘草次酸衍生物的合成及其抗肝癌活性[J].中國實驗方劑學雜志，2015.10：21（19），37-41.

[11]金健民， 劉秀芳， 徐漢生. 甘草次酸衍生物的合成及其抗癌活性[J]. 應用化學， 2001，18（11）： 869-872.

[12]Csuk R，Schwarz S，Kluge R，et al. Structure-Activity Relationships of Glycyrrhetinic Acid Derivatives Modified at Position C-11[J].Arch. Pharm.，2012，345（1）：28-32.

[13]Schwarz S，Csuk R.ed al. Synthesis and antitumour activity of glycyrrhetinic acid derivatives[J].Bioorg. Med.Chem.，2010， 18（21）：7458-7474.

[14] 申利紅，賴宜生，張奕華，等. 硝酸酯類甘草次酸衍生物的合成及抗腫瘤活性[J].中國藥科大學學報，2008，39（2）：103-107.

[15]Gao Y，Guo X，Zhao L X，et al. The Synthesis of Glycyrrhetinic Acid Derivatives Containing A Nitrogen Heterocycle and Their Antiproli- ? ?ferative Effects in Human LeukemiaCells[J].Molecules，2010，15：443.

[16]孟艷秋，楊哲，張萌.甘草次酸 C3、C11、C30衍生物的合成及其體外抗腫瘤活性研究[J].現代藥物與臨床，2014，29（1）：6-10.

[17]湯立達，王建武，雍建平.新型11-脫氧甘草次酸-30-酰胺衍生物的研究[J].中草藥，2006，37（1）：20-25.

[18]Maruzea Pharmaceutical Co.Ltd.11-deoxyl glycyrrhetinic acid：58180455[P]， 1983-10-21.

[19]高成.甘草次酸和白樺脂酸衍生物的設計合成及其抗腫瘤活性研究[D].華東師范大學2014，14-25

[20]Su X D，Vicker N，Potter B V L，et al. Inhibition of human and rat 11β-hydroxysteroid dehydrogenase type 1 by 18β-glycyrrhetinic acid derivatives[P].J.Steroid Biochem.Molecu. Biology，2007，104：312.