付之文，吳 斌，薛 睿

(1.上海中醫(yī)藥大學附屬曙光醫(yī)院，上海 201203；2.中國科學院上海藥物研究所，上海 201203)

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知母皂苷類化合物及其結構修飾研究進展

付之文1,2，吳 斌2，薛 睿2

(1.上海中醫(yī)藥大學附屬曙光醫(yī)院，上海 201203；2.中國科學院上海藥物研究所，上海 201203)

知母皂苷是知母中的重要藥效成分，其具有改善記憶力、抑制血小板聚集、抗氧化和降血糖等藥理作用。綜述近年來關于知母皂苷類化學成分及其結構修飾的研究進展，為知母皂苷及其他甾體皂苷類化合物的研究提供科學依據。

知母皂苷；化學成分；結構修飾；研究進展

1 背景介紹

知母為百合科植物知母AnemarrhenaasphodeloidesBge.的干燥根莖[1]，始載于《詩經·爾雅》，《神農本草經》中將其列為中品良藥。其味苦、甘，性寒，歸肺、胃、腎經，具有清熱瀉火、滋陰潤燥等功效[2]，臨床上主要用于外感熱病、高熱煩渴、肺熱燥咳、骨蒸潮熱、內熱消渴、腸燥便秘的治療。甾體皂苷是知母的重要有效成分之一，其在知母中含量高，種類也較多，迄今為止已經被分離鑒定的甾體皂苷有60多種。近年來，國內外各研究者針對知母皂苷進行了多項藥理活性研究，發(fā)現其在改善老年癡呆癥狀、抗動脈粥樣硬化、抗血小板聚集以及改善骨質疏松等方面有顯著作用[3]。因此，將知母皂苷作為新藥進行研究和開發(fā)十分必要，具有很好的應用前景。

2 知母皂苷類成分化學結構與分類

甾體皂苷(Steroidal Saponins)是一類螺旋甾烷類化合物與糖結合的寡糖苷，常見的糖有葡萄糖、半乳糖、木糖、阿拉伯糖、鼠李糖以及巖藻糖等。糖多與苷元C3-OH結合成苷，苷元由27個碳原子組成。知母皂苷的基本骨架為螺旋甾烷及其衍生物，主要有15種常見類型，相關基本母核以及糖取代基類型如圖1所示。

其中40種有代表性的知母皂苷的化學結構信息如表1所示。

圖1 知母甾體皂苷成分基本母核骨架以及糖取代基類型

序號類型RH5C25名稱參考文獻1BS1βS15OH-timosaponinN[5],[16]2BS1βR15OH-macrostemonosideJ[7],[16]3AS1βSTimosaponinN[5]4AS1βRMacrostemonosideJ[7]5DS5Δ5(6)S25S-karataviosideC[5]6DS5Δ5(6)RKarataviosideC[12]7DS5αRPurpureagitosid[5],[8]8CS1βSTimosaponinE1[9]9ES1βR27OH-timosaponinBII[6],[16]10FS1βΔ25(27)TimosaponinM[5]11FS4βRCuriliosideH[14],[15]12FS11βRAsparagosideG[16]13FS1βSTimosaponinBII[5]14FS12αSPetuniosideN[5],15FS2βROfficinalisnin-I[5],[10],[11]16FS6αSTimosaponinBV[16]17FS5αSAsparagosideH[14],[16]18FS5Δ5(6)STimosaponinH1[16]19FS5αSTimosaponinI1[16],[17]20FS5αRTimosaponinI1[16]21FS11αSTrigoneosideIIa[10],[13]22IS1βSTimosaponinD[16]23GS13αSIsomerofTrigoneosideIIa[10],[13]24GS13αR25R-trigoneosideIIa[10],[13]25JS2βSTimosaponinC[16]26JS1βSTimosaponinB[16]27JS2βRMacrostemonosideF[16]28JS1βRAnemarsaponinC[16]29JS3βSTimosaponinBIV[16]30HS1β-IsomeroftimosaponinG[16]31MS1βSTimosaponinG[16]32KS115OH-AnemarrhenasaponinI[5],[16]33KS115OH-AnemarrhenasaponinII[5],[16]34KS115OHΔ25(27)AnemarrhenasaponinIII[16]35LS1βSAnemarrhenasaponinA2[5],[16]36LS8αSF-gitonin[16]37OS1βR22-timosaponinAIII[16]38NS8βSTimosaponinAIV[16]39NS1βSTimosaponinAIII[4],[5],[11]40NS9αSXilingsaponinB[16]

3 知母皂苷類化合物結構修飾

在藥物研發(fā)過程中，有些新藥雖然藥理作用顯著，但一些影響其療效發(fā)揮的因素，如體內藥代動力學過程欠佳、毒副作用過大或藥物本身穩(wěn)定性差等，往往成為制約藥物正常研發(fā)的重大障礙。因此，我們很有必要對該類物質的結構進行適當修飾，以期改善上述不利因素，開發(fā)出更適合臨床使用的新藥。

知母皂苷具有廣泛的藥理活性，如防治老年癡呆癥[18]、改善腦缺血損傷[19]、抗凝血[20]、抗氧化[21]、抗腫瘤[22]、抗骨質疏松[23]等，均已有文獻報道，其開發(fā)利用具有廣泛的市場前景。然而，從知母中直接分離得到的大部分皂苷都存在溶解性差、生物利用度低、毒副作用過大等問題。因此，對知母皂苷進行結構修飾已逐漸成為天然藥物結構改造研究領域中的一個重要研究方向。筆者對近年來有關知母皂苷結構修飾方面的研究作一概述，以期為知母皂苷及其他類似甾體皂苷類化合物的進一步研發(fā)提供思路。

3.1 酸水解法

酸水解是用于制備次級皂苷或皂苷元的最常用方法，適用于工業(yè)化大量生產，且具有較高的可操作性和經濟可行性。在前期知母皂苷BIII體內代謝實驗的指導下，筆者發(fā)現BIII在大鼠體內主要進行脫糖化代謝反應。Wu等[24]使用稀硫酸對知母皂苷BIII進行水解，反應7h，萃取處理后得到3個水解產物，分別為Timosaponin BIII-a、Timosaponin BIII-b和Timosaponin BII-a，其中Timosaponin BIII-a和Timosaponin BIII-b為新化合物。同樣，Liu等[25]在此基礎上，使用濃度不同的稀硫酸對BIII進行水解，另外得到一個新的水解產物，即Timosaponin BIII-c。

3.2 生物轉化法

生物轉化法是指利用動植物離體器官或細胞以及生物酶對目標化合物進行結構修飾的一種方法。該法成本高，難以實現工業(yè)生產等因素限制，但其具有反應選擇性強、反應條件溫和、副產物少、不造成環(huán)境污染和后處理簡單等優(yōu)勢，因此生物轉化法也是天然產物結構修飾過程中廣泛采用的一種手段。劉艷平等[26]研究發(fā)現可利用葡萄糖苷酶水解知母皂苷BII制備AIII，并針對反應條件進行了優(yōu)化，最終確定了條件溫和、轉化率高的反應路線。Zhou等[27]從黑曲霉菌AS3.0739中提取出一種粗酶，并利用該酶對知母皂苷BII進行水解，結果發(fā)現，隨著反應時間的延長，可相繼得到Timosaponin BII-b、Timosaponin BII-a、Timosaponin BII-c三種轉化產物。該團隊后續(xù)又使用另一種Toruzyme 3.0L 商品化環(huán)糊精葡萄糖基轉移酶對BII進行反應，結果得到9種不同的糖基化衍生物，同時也證實了GH13家族中的淀粉酶以及CGTase等對BII的糖基衍生化有促進作用[28]。Jiang等[29]利用葡萄糖苷酶對知母皂苷BIII進行水解后得到3種轉化產物，即除知母皂苷AIII外，還得到timosaponin BIII-a以及另外一個AIII異構體(20R,25S)-5-spirostane-3-ol-3-O-D-glucopy-ranosyl-(1→2)-D-galacopyanoside。其還對上述三種轉化產物以及BIII進行了抗抑郁活性篩選，初步總結了知母皂苷抗抑郁的構效關系：其中C-3和C-26位的糖基可增強活性，C-22的R構型當為螺甾烷構型，C-20的S構型以及C-20和C-22之間的雙鍵可能為活性必需基團。

3.3 其他化學方法

除上述兩類常用方法以外，López等[30]從菝葜皂苷元出發(fā)，在5%NaNO2/BF3醋酸水溶液催化下，修飾得到一種新型的二呋喃型衍生物——(22S,23S)-22,23-dihydroxy-23,26-epoxyfurostane。狄維等[31]對菝葜皂苷元的C3-位羥基進行了糖基化修飾，利用1-位活化的單糖與菝葜皂苷元聯結，得到一系列不同糖基的皂苷衍生物，這些糖包括D-葡萄糖、D-半乳糖、D-甘露糖、D-阿拉伯糖、L-阿拉伯糖、D-核糖和L-鼠李糖，這為篩選知母皂苷類化合物抗老年癡呆活性以及構型關系研究提供了化學基礎。彭纓等[32]則對菝葜皂苷元C-3位點羥基進行了-Br、-Cl、-SO3OH等不同基團的取代反應，分別得到8種不同的取代基產物，然后對其進行抗衰老活性篩選，發(fā)現8種產物均有不同程度的抗衰老活性，結合MTT和-gal染色實驗，最終篩選出抗衰老作用強同時毒性小的為硫酸酯化菝葜皂苷元。此外，Fang等[33]采用一種很巧妙的方法合成了知母皂苷AIII的5種衍生物(如圖2)，其反應的關鍵在于使用了一種半保護的半乳糖硫苷。

圖2 知母皂苷AIII系列衍生物合成路線

4 結語

綜上所述，知母皂苷作為知母中的一類重要藥效成分，在防治老年癡呆癥和保護腦缺血損傷等方面效果顯著，但其作為新藥進行開發(fā)仍存在較大不足。因此，如何對其進行合理的結構修飾，在保證藥效的同時，改善其體內藥代動力學過程欠佳、毒副作用過大或藥物穩(wěn)定性差等缺陷，是研究知母皂苷及其他甾體皂苷類似物的重要方向。隨著相關研究的不斷深入，相信皂苷類藥物將很快走向市場，造?；颊?。

[1] 國家藥典委員會.中華人民共和國藥典[M].一部.北京:化學工業(yè)出版社,2010.

[2] 路軍章,魏峰.神農本草經[M].北京:中醫(yī)古籍出版社,2013.

[3] 王穎異,郭寶林,張立軍.知母化學成分的藥理研究進展[J].科技導報,2010,28(12):110-115.

[4] Y J KANG, H J CHUNG, J W NAM, et al. Cytotoxic, Antineoplastic activity of timosaponin AIII for human cancer cells [J]. Journal of Natural Products, 2011(74):701-706.

[5] L P KANG, J ZHANG, Y CONG,et al. Steroidal glycosides from the rhizomes of Anemarrhena asphodeloides and their anti-platelet aggregation activities [J].Planta Medica,2012(78): 611-616.

[6] L P KANG, K YU, Y ZHAO, et al. Characterization of steroidal glycosides from the extract of Paris Polyphylla var. Yunnanensis by UPLC/Q-TOF MSE [J]. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis, 2012(63):235-249.

[7] J P PENG, X S YAO, Y OKADA, et al. Further studies on new furostanol saponins from the bulbs Allium macrostemon [J]. Chemical and Pharmaceutical Bulletin,1994(42): 2180-2182.

[8] R TSCHESCHE, A M JAVELLANA, G WULFF, Steroidsaponine wit mehr als einer Zuckerkette, IX Purpureagitosid, ein bisdesmosidicsches 22-hydroxyfurostanol-glycoside aus den blattern von Digitalis purepure L [J]. Chemische Berichte,1974(10):2828-2834.

[9] Z Y MENG, S X XU, L H MENG. Timosaponins E1 and E2 [J]. Acta pharmacologica Sinica,1998(33): 693-696.

[10] X. PANG, L.P. KANG, H.S. YU, et al. Furostanol saponins from Chniese fenugreek (Trigonella foenum-graecum.L) seeds: isolation and LC-MS profiling bases on UPLC-ESI-Q/TOF MSE [J]. Journal of Separation Science, 2012(35): 1538-1550.

[11] J ZHANG, B P MA, L P KANG, et al. Furostanol saponins from the fresh rhizomes of Polygonatum kingianum [J]. Chemical and Pharmaceutical Bulletin, 2006(54): 931-935.

[12] Y S VOLLERNER, M B GOROVITS, T T GOROVITS, et al. Steroidal saponins and sapogenins of Allium. XVII. Structure of karatavioside C [J]. Khimiya Prirodnykh Soedinenii, 1980(3): 355-359.

[13] L P KANG, Y ZHAO, X PANG, et al. Characterization and identification of steroidal saponins from the seeds of Trigonella foenum-graecum by ultra-high-performance liquid chromatography and hybrid time-of-flight mass spectrometry [J]. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis, 2013(74):257-267.

[14] S C SHARMA, H C SHARMA.Oligofurostanosides from Asparagus curillus leaves [J]. Phytochemistry, 1993(33):683-686.

[15] Z BELHOUCHET, M SAUTOUR, T MIYAMOTO, et al. Steroidal saponins from the roots of Smilax aspera subsp. mauritanica [J]. Chemical and Pharmaceutical Bulletin,2008(56) 1324-1327.

[16] X JI, Y F FENG. Advances in studies on saponins in Anemarrhena asphodeloides [J]. Chinese Traditional Herb Drugs, 2010(41): S12-S15.

[17] Z Y MENG, S X XU Three new furostanol saponins from Anemarrhena asphodeloides Bge. [J]. Journal of Shenyang Pharmaceutical University, 1998(15):130-131.

[18] T J LI, Y QIU, P Y YANG, et al. Timosaponin B-II improves memory and learning dysfunction induced by cerebral ischemia in rats [J]. Neuroscience Letters,2007,421(2):147-151.

[19] J K OH, S Y HYUN, H R OH, et al. Effects of Anemarrhena asphodeloides on focal ischemic brain injury induced by middle cerebral artery occlusion in rats [J]. Biological & Pharmaceutical Bulletin, 2007, 30(1): 38-43.

[20] A NIWA, O TAKEDA, M ISHIMARU, et al. Screening test for platelet aggregation inhibitor in natural products. The active principle of Anemarrhenae Rhizoma [J]. Yakugaku Zasshi,1988, 108(6): 555-561.

[21] Z Y MENG, J Y ZHANG, S X XU, et al. Steroidal saponins from Anemarrhena asphodeloides and their effects on superoxide generation [J].Planta Medica,1999,65(7):661-663.

[22] P TROUILLAS, C CORBIRE, B LIAGRE, et al. Structure-function relationship for saponin effects on cell cycle arrest and apoptosis in the human 1547 osteosarcoma cells: a molecular modelling approach of natural molecules structurally close to diosgenin [J]. Bioorganic & Medicinal Chemistry, 2005,13(4):1141-1149.

[23] H NIAN, L P QIN, W S CHEN, et al. Protective effect of steroidal saponins from rhizome of Anemarrhena asphodeloides on ovariectomy-induced bone loss in rats [J]. Acta Pharmacologica Sinica,2006,27(6):728-734.

[24] B WU, Z Y LIU, M S FAN, et al. The structural elucidation of two new artificial steroidal saponins [J]. Chinese Chemical Letter,2012(23): 332-334.

[25] Z Y LIU, W X JIANG, B WU, et al. New saponins from timosaponin BIII by acid hydrolysis [J]. Asian Journal of Chemistry,2013(5):2503-2505.

[26] 劉艷平,楊軼舜,張彤,等.知母皂苷AIII酶解工藝優(yōu)選[J].中國實驗方劑學雜志,2013,19(2): 1-3.

[27] W B ZHOU, B FENG, H Z HUANG, et al. Hydrolysis of timosaponin BII by the crude enzyme from Aspergillus niger AS 3.0739 [J]. Journal of Asian Natural Products Research,2010(12): 955-961.

[28] W B ZHOU, B FENG, H Z HUANG, et al. Enzymatic synthesis of -glucosyl-timosaponin BII catalyzed by the extremely thermophilic enzyme: Toruzyme 3.0L [J]. Carbohydrate Research, 2010(345):1752-1759.

[29] W X JIANG, J GUO, R XUE, et al. Anti-depressive activities and biotransformation of timosaponin B-III and its derivatives [J].Natural Product Research,2014(22): 1-8.

[31] 狄維,王林,彭濤,等.知母菝葜皂苷元3-位糖基化衍生物的合成[J].中國藥物化學雜志, 2003,13(6):324-328.

[32] 彭纓,李玲芝,李成磊,等.知母中菝葜皂苷元分離、其衍生物合成及活性[J].沈陽藥科大學學報,2012,29(12):927-932.

[33] M FANG, L GU, G F GU, et al. Facile Synthesis and Antitumor Activities of Timosaponin AIII and Its Analogs [J]. Journal of Carbohydrate Chemistry, 2012(31):187-202.

(責任編輯：尹晨茹)

2014-07-14

國家自然科學基金項目(81274055)

付之文(1990-)，男，上海中醫(yī)藥大學附屬曙光醫(yī)院碩士研究生，研究方向為中藥藥效物質。

薛睿(1986-)，女，中國科學院上海藥物研究所博士后，研究方向為中藥及其復方藥效物質。

R284

A

1673-2197(2014)18-0029-04