小檗紅堿藥理作用及其結(jié)構(gòu)修飾研究進(jìn)展

齊飛，王國勝

(沈陽化工大學(xué)，遼寧 沈陽 110142)

小檗紅堿又稱巴馬汀紅堿，是一種異喹啉類生物堿，因其為暗紅色針狀晶體而得名，存在于黃連、黃柏等植物，最早發(fā)現(xiàn)于歐小檗堿中[1]。由于小檗紅堿的高共軛醌式結(jié)構(gòu)，使其具有多種藥理作用和生物化學(xué)作用。有關(guān)小檗紅堿抗腫瘤、降壓、降血糖、降血脂、抗心律失常、抗菌、抗氧化、鎮(zhèn)靜的功能，文獻(xiàn)都有報道[2-4]，有很好的潛在藥物開發(fā)價值。很多研究致力于對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，以期待得到更好的藥物活性。本文對小檗紅堿的藥理作用及結(jié)構(gòu)修飾進(jìn)行綜述。

1 藥理作用研究

1.1 抗腫瘤 小檗堿作為中藥黃連的主要成分，具有顯著的抗癌活性。1976年Hoshi等[5]提出，小檗堿抗腫瘤作用的本質(zhì)是在生物體內(nèi)發(fā)生化學(xué)轉(zhuǎn)化，9-位羥基被氧化為甲氧基，最終發(fā)揮抗腫瘤作用的物質(zhì)為小檗紅堿。Kim等[6]利用結(jié)腸癌細(xì)胞菌株研究小檗紅堿在體內(nèi)對拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ的作用，結(jié)果表明，小檗紅堿對拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ具有毒性，通過抑制其合成抑制癌細(xì)胞增殖。

近年來，隨著對腫瘤細(xì)胞增殖機(jī)制研究進(jìn)一步深入，新的理論也不斷被發(fā)現(xiàn)，通過穩(wěn)定G-四聯(lián)體結(jié)構(gòu)抑制端粒酶的活性被認(rèn)為是一種潛在的抗癌藥物開發(fā)策略。Khan等[7]對小檗紅堿的13位進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾，并進(jìn)行生物實(shí)驗測試，結(jié)果表明，小檗紅堿作為端粒酶抑制劑，控制癌細(xì)胞增殖，達(dá)到抗癌的效果。13位修飾后的衍生物抗腫瘤活性明顯提高。

1.2 抗炎 小檗紅堿可抑制中性粒細(xì)胞和原始巨噬細(xì)胞遷移，通過抑制炎癥因子表達(dá)和產(chǎn)生相關(guān)抗炎因子起到抗炎效果。小檗紅堿能劑量依賴性地抑制ARPE-19細(xì)胞內(nèi)IL-8和MCP-1蛋白濃度，下調(diào)其mRNA的表達(dá)。通過抑制NF-κB的轉(zhuǎn)運(yùn)實(shí)現(xiàn)抗炎[8]。Yu等[9]在小檗紅堿減輕小鼠結(jié)腸炎的黏膜病變和炎癥的研究中表明，小檗紅堿通過減輕炎癥細(xì)胞浸潤、抑制過氧化物酶和細(xì)胞因子(TNF-α、IL-1B、IL-6、IL-4和IL-10)的產(chǎn)生，減輕小鼠結(jié)腸炎癥。小檗紅堿處理后，粘蛋白mRNA表達(dá)上調(diào)，Bax/Bcl-2比值降低。同時，小檗紅堿對于炎癥相關(guān)疾病如阿爾茲海默病、癌癥等具有預(yù)防作用[10]。

1.3 抗神經(jīng)焦慮 研究表明，小檗紅堿對神經(jīng)系統(tǒng)的焦慮癥狀具有調(diào)節(jié)作用[11]。Liang等[17]通過小鼠給藥動物模型研究表明，小檗紅堿作用于腦內(nèi)多巴胺和5-羥色胺系統(tǒng)，并具有多巴胺D2拮抗、5-羥色胺部分激動的內(nèi)在活性，有效地改善動物的焦慮行為。李諾敏等[12]合成并提出四氫小檗紅堿(THB)有很好的抗焦慮效果，且對中樞神經(jīng)沒有損傷。彭真珍等[13]對THB進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾，在9位羥基上乙酰化得到前藥9-乙酰四氫小檗紅堿硫酸鹽，提高了小檗紅堿的口服生物利用率。藥代性質(zhì)評價顯示，在生物體內(nèi)，結(jié)構(gòu)修飾的小檗紅堿可以迅速地轉(zhuǎn)化為活性產(chǎn)物，提高生物利用率。達(dá)到26.6%。通過對小檗紅堿進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾，改善吸收，具有研發(fā)抗焦慮藥物潛能。

1.4 降血壓降血脂 心血管疾病目前已經(jīng)成為老年人常見的高發(fā)性危險疾病。主要有高血壓、高血脂、心律失常等。研究表明小檗紅堿調(diào)節(jié)Na+、K+通道起到降壓[14]抗心律失常作用[15]。小檗紅堿通過細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)信號通路，調(diào)控肝臟低密度脂蛋白和前蛋白轉(zhuǎn)化酶的表達(dá)發(fā)揮降脂功能。Yang[16]研究表明小檗紅堿作為鈣阻滯劑適應(yīng)上調(diào)低密度脂蛋白受體，調(diào)控降脂靶點(diǎn)，清除膽固醇降低血脂。他汀類藥物是高脂血癥治療的關(guān)鍵藥物，小檗紅堿可導(dǎo)致血液中膽固醇水平降低和他汀類藥物療效的增加。小檗紅堿9位結(jié)構(gòu)修飾后，在人為誘導(dǎo)高脂血癥小鼠體內(nèi)測試實(shí)驗中，總膽固醇水平降低了33%。與小檗堿相比，具有更明顯的降血脂作用[17-19]。

1.5 抗真菌感染 異喹啉類生物堿對于抑制真菌感染一直發(fā)揮重要作用。Hong等[20]合成了小檗紅堿的9-位酰基和苯甲酰取代衍生物，并對其抗菌活性進(jìn)行了考察。9-月桂酰小檗紅堿對糞腸球菌、金黃色葡萄球菌、鏈球菌、黃體微球菌、枯草芽孢桿菌及革蘭陰性菌具有抑制作用。并表明，一定范圍內(nèi)增加9-位取代基的長度提高抗菌活性。Park等[21]在小檗紅堿的13-位引入不同的芳香族結(jié)構(gòu)，并鑒定了一系列13-取代芐基小檗紅堿衍生物的抗真菌活性。對白色念珠菌、金黃色葡萄球菌、盧氏假絲酵母、克魯氏假絲酵母、煙曲霉、土曲霉、新型隱球菌、恥垢分枝桿菌等都有抑制作用。9-取代衍生物和13-取代衍生物的抗菌活性都強(qiáng)于小檗紅堿，取代基的存在使親脂性更高，細(xì)胞膜通透性更好，利于動物的吸收，可能是增強(qiáng)小檗紅堿抗菌活性的關(guān)鍵。當(dāng)小檗紅堿與其他抗真菌藥物聯(lián)合使用，活性明顯增強(qiáng)。

1.6 降血糖 2型糖尿病是一種復(fù)雜的代謝型體質(zhì)紊亂，由于胰島素分泌受阻導(dǎo)致血糖升高。小檗紅堿抗糖尿病的作用機(jī)制已被廣泛研究。Li等[22]合成一系列的12-氨基甲基取代小檗紅堿衍生物，并對其抗2型糖尿病活性進(jìn)行了評價，結(jié)果表明，大部分的化合物具有良好的抗糖尿病活性，可與黃連素相媲美，甚至優(yōu)于黃連素。特別是化合物C-12上帶有N-甲基哌嗪4-甲基基團(tuán)，其抗糖尿病活性最強(qiáng)。最新的報道[23-24]認(rèn)為小檗紅堿的抗糖尿病機(jī)制與活化蛋白激酶(AMPK)的激活、葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)活性急性啟動以及培養(yǎng)細(xì)胞中胰島素抵抗肌管中胰島素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)改善相關(guān)。

2 結(jié)構(gòu)修飾

目前有關(guān)小檗紅堿的結(jié)構(gòu)修飾多有報道，按照修飾位置可劃分四氫小檗紅堿，9-位修飾小檗紅堿，13-位修飾小檗紅堿，8-位修飾小檗紅堿，12-位修飾小檗紅堿和環(huán)化小檗紅堿6類，合成路線如圖1所示。

圖1 小檗紅堿結(jié)構(gòu)修飾路線圖

小檗紅堿的獲得主要有天然提取法和人工合成法。天然存在的含量較少，提取困難。文獻(xiàn)報道的人工合成方法多以小檗堿為原料，脫除9-位甲基制備，Iwasa等[25]提出了真空熱解法，在190 ℃真空下反應(yīng)15 min,小檗紅堿產(chǎn)率為69%，延長反應(yīng)時間可增加產(chǎn)率，合成路線如圖2所示。將真空熱解法進(jìn)行改進(jìn)，在氮?dú)夥諊校?90 ℃反應(yīng)5 h，大大提高收率。2002年Das等[26]首次提出微波輻射法，微波輻射下三氧化二鋁介質(zhì)加熱獲得小檗紅堿，收率達(dá)到98%；2013年劉麗賢等[27]對微波輻射法進(jìn)行改進(jìn)，提出以DMF為介質(zhì)，400 W微波，輻射15 min快速合成小檗紅堿，收率93%，純度達(dá)到98%，合成路線如圖3所示。上述方法由于原材料小檗堿自身的產(chǎn)量受到限制，小檗紅堿的產(chǎn)量則更低。為了解決此問題，又提出了一種以鄰位香蘭素和胡椒乙胺為原料，經(jīng)加氫縮合，環(huán)化步驟合成小檗紅堿的方法，合成路線如圖4所示。此外，小檗堿在生物體內(nèi)經(jīng)過轉(zhuǎn)化，也會生成小檗紅堿[1]。

圖2 真空裂解法合成小檗紅堿

圖3 微波輻射法合成小檗紅堿

圖4 鄰位香蘭素法合成小檗紅堿

2.1 四氫小檗紅堿 四氫小檗紅堿在神經(jīng)系統(tǒng)鎮(zhèn)靜作用研究中表現(xiàn)了很好的藥物活性，其合成方法為在甲醇溶劑中，硼氫化鉀為還原劑，室溫反應(yīng)4 h，可根據(jù)還原程度可以選擇二氫還原和四氫還原[28]。

手性藥物是近年來藥物研究開發(fā)的熱點(diǎn)之一，由于左旋和右旋化合物分子空間結(jié)構(gòu)的不同，使藥物可能具有完全不同的性質(zhì)。獲得手性藥物的方法有手性合成和手性拆分兩種。張海峰等[29]以(+)-二對甲苯甲酰酒石酸(DTTA)為拆分劑，在95%乙醇中，運(yùn)用成鹽拆分法對四氫小檗紅堿進(jìn)行拆分,得到了2種對映異構(gòu)體經(jīng)，純化后，收率大于50%。

2.2 9-位修飾小檗紅堿及其活性 小檗紅堿的9-位修飾分為烷氧基取代，酰氧基取代和9-氧糖苷化取代三種。具有很多的生物活性，如抗真菌，抗腫瘤，降低血脂，降低動物膽固醇，抗炎。結(jié)構(gòu)修飾更復(fù)雜。

2.3 小檗紅堿9-位烷氧基取代 在乙腈溶劑中，190 ℃下，小檗紅堿與烷基溴反應(yīng)，在9-位引入鏈?zhǔn)酵闊N[30]。9-位的烷氧基含氮取代物具有顯著抗癌活性,同時抗菌活性明顯增強(qiáng)。Jue等[31]以DMF為溶劑，氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下，小檗紅堿與烷基溴反應(yīng)得到9-位取代小檗紅堿衍生物，并對其在阿霉素的抗癌活性中發(fā)揮作用進(jìn)行了生物學(xué)研究，結(jié)果表明，烷基化小檗紅堿可以作為線粒體靶向配體來克服癌癥的多藥耐藥，推進(jìn)了脂質(zhì)體給藥在耐藥癌癥治療中的主動靶向研究。

2.4 小檗紅堿9-位酰氧取代 Huang等[32]以小檗紅堿在縛酸劑吡啶或三乙胺作用下,與相應(yīng)的酰氯反應(yīng)得到9-位酰氧取代小檗紅堿衍生物。并對其抗炎效果進(jìn)行評價，相較于未修飾的小檗紅堿，活性提高。

2.5 小檗紅堿9-位糖苷化取代 陳竹等[33-34]將小檗紅堿氮?dú)獗Ｗo(hù)下，DMF為溶劑，冰水浴條件下，K2CO3堿性環(huán)境中，加入糖苷化試劑反應(yīng)得到兩種9-O-小檗紅堿糖苷。取代后的衍生物具有降血脂作用。

2.6 8-位修飾小檗紅堿 根據(jù)酮與烯醇互變異構(gòu)的原理，小檗紅堿在不同pH的條件下有酮式、烯醇式和季銨式三種結(jié)構(gòu)，堿性環(huán)境中以烯醇式存在。NaOH存在下，微波輻射1 h，8位的活潑氫與丙酮發(fā)生反應(yīng)，生成8-位酰基取代小檗紅堿[35]。反應(yīng)完成后，由于酰基的引入，活化了對位13號碳，13號碳與其他化合物反應(yīng)，可得到系列取代產(chǎn)物。8-位修飾的小檗紅堿為其他結(jié)構(gòu)修飾提供了中間體。

2.7 12-位修飾小檗紅堿 Li等[36]在180 ℃的真空條件下，鹽酸小檗堿轉(zhuǎn)化為小檗紅堿，加入適當(dāng)?shù)闹咀灏被蚍蓟放c甲醛，在80 ℃或室溫下反應(yīng)，得到12-C氨基甲基化的小檗紅堿衍生物，經(jīng)純化后收率65%～85%。引入了氨基甲基的12位衍生物顯著提高了小檗紅堿的降血糖活性，治療糖尿病的活性強(qiáng)于小檗堿。

2.8 13-位修飾小檗紅堿 王道武等[37]以8-乙酰基小檗紅堿為原料，與芐基氯代化合物消除HCl反應(yīng)得到小檗紅堿的13位取代衍生物，如圖9所示。小檗紅堿的13位修飾多為烷基苯基取代和聯(lián)苯取代。Park等[21]研究表明，13位修飾小檗紅堿也明顯提高了小檗紅堿的抗真菌活性。

2.9 環(huán)化小檗紅堿的合成 小檗紅堿為異喹啉類生物堿，母體中含有ABCD四個環(huán)。近期針對環(huán)狀化合物的研究越來越多。范田運(yùn)等[38]以小檗堿為起始原料經(jīng)硼氫化鈉還原得到二氫小檗堿，再乙二醛取代得到小檗堿13-位醛基取代物，在濃鹽酸∶甲醇(1∶3)環(huán)境中完成環(huán)化反應(yīng)，得到環(huán)化小檗堿,對得到的環(huán)化小檗堿脫除 9-位甲基，合成環(huán)化小檗紅堿，合成路線如圖5所示。在縛酸劑作用下與相應(yīng)的酰氯反應(yīng)得到9-位酯類化合物。并對環(huán)化小檗紅堿進(jìn)行了生物活性測試，結(jié)果表明，增加E環(huán)后抗真菌活性顯著提高，而且具有抗MRSA病毒活性。

圖5 環(huán)化小檗紅堿的合成

3 結(jié)語

近年來對于小檗紅堿的藥理活性的研究發(fā)現(xiàn)，其具有抗腫瘤、抗菌、抗炎、降血糖、降血脂等作用，對多種疾病的治療有積極作用，具有開發(fā)成藥物的廣闊前景。以小檗紅堿為先導(dǎo)化合物，對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾和改造，以期尋找活性好，副作用小的藥物將是一個有廣闊發(fā)展前景的研究方向。