白藜蘆醇的研究進展

張凌素,臧春暉,侯學振

(1.江蘇原創藥物研發有限公司,江蘇 連云港 222000;2.江蘇恒瑞醫藥股份有限公司,江蘇 連云港 222000)

白藜蘆醇是一種植物抗毒素, 它具有多種生物活性和藥理作用, 在抗腫瘤和抗癌、抗氧化、抗菌消炎、心血管保護等方面有非常顯著的作用;它的合成方法主要有植物提取法、生物發酵和轉基因法、化學合成法。

1 白藜蘆醇的來源和性質

白藜蘆醇結構式見圖1。

圖1 白藜蘆醇結構式

白藜蘆醇最早是在1940年從毛葉藜蘆的根部中提取得到,因此被命名為白藜蘆醇[1]。它又稱為芪三酚,是一類多酚化合物,主要存在于葡萄、虎杖、藜蘆等植物中。其化學名稱為(E)-5-[2-(4-羥苯基)-乙烯基]-1,3-苯二酚。白藜蘆醇為無色針狀結晶,在水中的溶解度較低,在乙醇、丙酮、二甲基亞砜和苯等溶劑中易溶。

白藜蘆醇具有強大的抗氧化活性,可以清除體內自由基和抑制細胞氧化損傷。此外,白藜蘆醇還具有抗癌、抗炎、抗衰老、降血糖、降血脂、解毒等多種生物活性和藥理作用,被廣泛應用于醫藥和保健品等領域[2-3]。白藜蘆醇還能夠抑制病菌和病毒的生長,是一種潛在的天然抗菌、抗病毒的藥物。因此,白藜蘆醇的應用前景非常廣闊。

2 白藜蘆醇的合成方法

目前,白藜蘆醇的合成方法主要有植物提取法、生物發酵和轉基因法、化學合成法等。

2.1 植物提取法

植物提取法是一種制備白藜蘆醇的常用方法,利用植物中天然存在的白藜蘆醇來進行提取和純化。選擇富含白藜蘆醇的植物作為原料,如松樹、葡萄皮、可薩柏樹和花生皮等。將植物材料進行粉碎和研磨,以增大表面積,有利于提取過程中活性成分的釋放。將粉碎和研磨后的植物材料用有機溶劑(如乙醇、甲醇或醚類溶劑)進行浸提。將浸提液通過過濾,去除固體殘渣和植物顆粒。隨后,通過蒸發或冷凍濃縮的方法,將溶劑從提取液中去除,得到白藜蘆醇的濃縮溶液。對濃縮溶液進行進一步純化,可以利用色譜技術,如凝膠過濾色譜、液相色譜或柱層析等分離和純化白藜蘆醇[4]。用適當的溶劑進行結晶,得到白藜蘆醇的晶體。最后將晶體干燥,得到純凈的白藜蘆醇。

2.2 生物發酵和轉基因法

生物發酵法是一種利用微生物(如酵母、細菌或真菌)來合成目標化合物的方法。對于白藜蘆醇的制備,可以使用一種名為白藜蘆醇合成酵母(Pichia pastoris)的酵母菌株。通過基因工程手段,將從植物中提取的白藜蘆醇合成酶基因導入到酵母菌株中,使其能夠在發酵過程中產生白藜蘆醇。

轉基因法是通過改變植物的基因組,使其能夠在自身合成白藜蘆醇。這種方法涉及將植物中擁有白藜蘆醇合成能力的基因導入到目標植物中。常用的目標植物包括大豆、水稻和葡萄,因為它們在基因工程方面較為成熟。通過基因導入和轉化過程,可以使目標植物自身合成白藜蘆醇。科學家[5]通過從葡萄中分離克隆芪合酶基因,并將其導入番茄中,成功得到了含有白藜蘆醇的轉基因植株。

2.3 化學合成法

2.3.1 Wittig 法和 Wittig-Horner 法

Wittig反應是一種常用于有機合成中雙鍵的合成,通過磷葉立德與醛、酮反應生成氧化膦及烯烴。在1985年,Moreno-Manas等[6]用3,5-二羥基甲苯作為起始原料,再經過羥基保護和溴代等步驟,合成了相應的Wittig鹽,并與4-三甲基硅氧基苯甲醛反應,成功合成了白藜蘆醇。然而,Wittig反應制備白藜蘆醇存在收率低,順反異構選擇性不夠高,生成的副產物氧化三苯基磷難以除去的缺點。

Wittig-Horner反應的基本反應過程是通過烯醇醚(Horner試劑)與膦酸酯(Wittig試劑)反應,生成烯烴化合物。在反應中,膦酸酯的親核性膦原子攻擊醚中的α-位上的碳原子,形成五元環中間體。隨后,五元環中間體發生開環和質子遷移,最終生成烯烴產物。Wittig-Horner反應的反應條件溫和,反應選擇性好,且反應步驟簡單,因此在有機合成中得到廣泛應用。這種反應用于合成白藜蘆醇具有較好的經濟價值。

2.3.2 Perkin 反應

Perkin反應是一種經典的有機合成反應,用于合成芳香醛與芳香酸的α,β-不飽和酸類化合物。在反應中,芳香醛和芳香酸在堿性條件下先生成α-羥基酸,然后羥基酸分解失水,生成α,β-不飽和酸類化合物。在1941年,Spath和Kromp[7]首次利用Perkin反應成功合成了白藜蘆醇。然而,Perkin反應的脫羧步驟在反應條件上比較苛刻,這限制了它在合成中的應用。

2.3.3 碳負離子和羰基化合物的縮合反應

碳負離子和羰基化合物的縮合反應中碳負離子具有親電性,能夠與羰基化合物中的電荷親核性碳原子發生縮合反應。這種縮合反應可以導致C-C鍵的形成,生成具有擴展碳骨架的化合物。白藜蘆醇也可以用這種縮合反應來合成。

2.3.4 Heck 反應

Heck反應是一種重要的鈀催化的偶聯反應,通過將有機鹵化物(如烷基或芳基鹵化物)與不飽和化合物(如烯烴、炔烴或芳烴)進行反應,以構建碳-碳鍵。在反應過程中,鈀催化劑和配體的存在下,有機鹵化物先與鈀形成配合物,然后通過反應,與烯烴或芳烴進行烯丙基化反應,生成烯烴或芳烴與有機基團相連的產物。反應條件溫和,立體選擇性也高。在2002年,Guiso等[8]用乙酰氧基碘苯和3,5-二乙酰氧基苯乙烯反應后,再進行水解,合成了白藜蘆醇,總收率70%。

2.3.5 鈀催化一鍋法

鈀催化一鍋法合成白藜蘆醇是一種有潛力的新的合成方法。這種方法結合了金屬催化和有機合成,可以將多個反應步驟組合成一個復雜的反應中心,從而減少了反應過程中的操作步驟和反應時間。這種方法具有優勢,因為它可以通過一個反應步驟來合成白藜蘆醇,而不需要多個獨立的步驟。這種方法的反應條件容易控制,具有較高的選擇性和產率,并且使用的催化劑通常很少,具有較低的成本和環境影響。在2003年,Jeffery和Ferber[9]采用鈀催化一鍋法成功地合成了白藜蘆醇,總收率達到80%。該法在近年來受到了廣泛的關注,也成為最具應用前景的方法。

3 白藜蘆醇的應用

白藜蘆醇具有多種生物活性和藥理作用,尤其在抗腫瘤、抗癌、抗氧化、抗自由基、抗菌消炎、心血管保護、抗老年癡呆癥、抗產后抑郁癥等方面有非常顯著的作用。

3.1 抗腫瘤和抗癌作用

白藜蘆醇是一種天然存在于許多植物中的化合物,已被廣泛研究并顯示出具有抗癌作用的潛力。研究表明,白藜蘆醇能夠對多種類型的癌細胞產生不同程度的抑制作用。這種抗癌作用主要通過以下方式實現:白藜蘆醇可以通過中和體內自由基,減少氧化應激對細胞的損傷,從而有助于預防癌癥的形成;白藜蘆醇可以通過抑制炎癥反應、降低炎癥介質的釋放來發揮抗炎作用,從而降低癌癥的風險;白藜蘆醇可以通過調節細胞周期、促進細胞凋亡和抑制血管生成等方式抑制腫瘤細胞的增殖,從而減緩癌癥的進展;白藜蘆醇可以影響多個與癌癥發生和發展相關的信號通路,從而阻斷癌癥的生長和擴散。

3.2 抗氧化、抗自由基作用

白藜蘆醇是自然界中一種強效的抗氧化劑,具有抑制自由基生成、清除自由基的能力,從而發揮抗氧化和抗自由基作用。自由基是一種具有不成對電子的分子,它們可以在代謝過程中或外界環境中產生,并與生物體內的其他分子發生相互作用,產生氧化反應,導致細胞膜、蛋白質和DNA等結構和功能的損傷,促進衰老和疾病的發生。而抗氧化劑可以捕獲自由基、中和有害物質的作用,從而減輕細胞受到自由基攻擊的損傷,有助于維持細胞和組織的正常功能和生理狀態。白藜蘆醇可以通過多種機制發揮抗氧化和抗自由基作用,包括:白藜蘆醇可以與自由基發生反應,從而抑制自由基對細胞和組織的損傷;白藜蘆醇可以促進細胞內多種抗氧化酶的表達和活性增強,如超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽過氧化物酶(GPx)和谷胱甘肽轉移酶(GST),從而增強細胞的自我修復能力;白藜蘆醇可以作用于傳遞細胞信號的關鍵分子,如NF-kB、MAPK等,發揮細胞保護作用。

3.3 抗菌消炎作用

白藜蘆醇具有一定的抗菌消炎作用。白藜蘆醇可以廣泛地抑制多種細菌和真菌的生長,包括常見的金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、鏈球菌、白色念珠菌等。白藜蘆醇還能夠有效地抑制一些病毒的復制和感染,例如乙型肝炎病毒、流感病毒等。白藜蘆醇可以通過調節腸道菌群來改善腸道炎癥。腸道菌群失調與許多炎癥相關疾病的發生和進展密切相關,而白藜蘆醇可以調節腸道菌群的平衡,減少有害菌的生長并促進有益菌的增加,從而改善腸道的炎癥狀態。白藜蘆醇的抗菌消炎作用主要與其作為一種天然多酚類物質具有多種生物學活性有關。白藜蘆醇可以抑制菌體壁的合成、破壞細胞膜的完整性、抑制真菌的萌發和擴散。另外,白藜蘆醇還能夠調節免疫系統的功能,促進機體的免疫力,使機體對病原體的侵染抵抗能力增強。

3.4 心血管保護作用

白藜蘆醇具有一定的心血管保護作用。多項研究表明,白藜蘆醇可以對心血管系統產生多種積極影響。白藜蘆醇有助于降低心血管疾病的風險因素。它可以抑制氧化應激和炎癥反應,減少血管內膜的損傷和動脈粥樣硬化的發展。白藜蘆醇還具有降低膽固醇和三酰甘油水平,改善血脂代謝的作用。白藜蘆醇還能夠調節血壓。研究發現,它可以擴張血管、促進一氧化氮的合成,從而降低血壓水平。這對于預防和治療高血壓有一定的益處。白藜蘆醇還有抗血小板聚集和抗凝血作用。它可以防止血小板在血管內部的凝聚,降低血栓形成的風險,并減少心腦血管事件的發生。

3.5 抗老年癡呆癥作用

目前認為,老年癡呆的主要病變機理與體內的β-淀粉樣蛋白異常堆積和神經元網絡的蛋白質異常聚集有關,β-淀粉樣蛋白是一種可以在大腦中進行異常堆積的蛋白質片段。在老年癡呆中,β-淀粉樣蛋白的形成和沉積會導致神經元網絡的毒性損害,促進突觸功能的紊亂和神經元的逐漸死亡。

近年來,白藜蘆醇被認為具有一定的抗老年癡呆癥作用。老年癡呆癥是一種神經系統退行性疾病,主要包括阿爾茨海默病和血管性癡呆癥。首先,白藜蘆醇具有抗氧化和抗炎作用。它可以中和自由基,減少氧化應激對腦細胞的損傷。此外,白藜蘆醇還能夠抑制炎癥反應,減少炎癥對腦細胞的損傷,從而保護神經系統的健康。其次,白藜蘆醇對于神經元的保護和修復具有一定的作用。白藜蘆醇可以促進神經細胞的生長和發育,增強細胞的抵抗力和活力。它還可能通過調節信號轉導通路、抑制淀粉樣蛋白的沉積以及清除腦內垃圾物質等途徑,對神經系統進行修復和保護。

3.6 抗抑郁癥作用

抑郁癥是一種常見的心理健康障礙,它會對人的情緒、思維和行為產生消極的影響。人們可能會感到長期的悲傷、沮喪和對日常活動失去興趣,導致日常功能的受損。

研究指出,白藜蘆醇可以促進線粒體的生物合成并增加線粒體的數量。線粒體是細胞中的重要結構,它們參與能量產生和細胞代謝等過程。線粒體功能紊亂與多種神經退行性疾病和認知功能障礙有關。因此,通過增加線粒體數量和提高其功能,白藜蘆醇可能有助于維持神經元的正常功能。此外,白藜蘆醇對認知功能和抗抑郁作用具有一定的潛力。白藜蘆醇可以影響多種信號通路,例如產生抗氧化和抗炎作用,調節神經遞質的水平,抑制神經元的凋亡等。這些活性可能有助于改善認知功能,并在一定程度上緩解抑郁癥狀。

4 結語

目前對白藜蘆醇的開發利用程度還有很大的提升空間。進一步研究和開發白藜蘆醇可以拓展其應用領域,為治療更多種類的疾病提供可能。進一步的研究還有助于優化白藜蘆醇的藥理特性,包括改進其生物利用度、增強穩定性和減少不良反應。這將為開發更有效的白藜蘆醇制劑提供基礎,從而更好地滿足患者需求并促進藥物的臨床應用。在經濟層面,白藜蘆醇的進一步研究和開發將促進醫藥產業的發展。這可能涉及藥物研發、生產和銷售,從而刺激相關產業鏈的增長并創造就業機會。