陳 碩,王崇川,朱德強(qiáng),周愛萍,劉新利*

1.齊魯工業(yè)大學(xué)(山東省科學(xué)院) 生物工程學(xué)院 山東省微生物工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東 濟(jì)南 250353;2.山東博士倫福瑞達(dá)制藥有限公司,山東 濟(jì)南 250101

天然甾體化合物的存在十分普遍,是具有重要作用的一類化合物。它們在結(jié)構(gòu)上相同的特征是具有環(huán)戊烷多氫菲的基礎(chǔ)骨架,也被稱為甾核。按照在甾體母核17位上連接的側(cè)鏈不同,我們將天然甾體分成多個(gè)種類,包括強(qiáng)心苷類、甾體皂苷類、植物甾醇類等。

通過研究發(fā)現(xiàn),這幾類天然甾體化合物主要在植物莖葉、水果和谷物中提取出來,主要的生物活性包括抗癌、抗腫瘤、心臟疾病治療以及降低膽固醇和消炎止咳等[1]。天然甾體化合物領(lǐng)域的科研,促進(jìn)了相關(guān)學(xué)科的發(fā)展,并且對于醫(yī)學(xué)及制藥方面也有很深的影響。

1 強(qiáng)心苷類化合物

1.1 強(qiáng)心苷類的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

強(qiáng)心苷指通過強(qiáng)心苷元和糖縮合得到的產(chǎn)物,存在于被子植物中。強(qiáng)心苷的結(jié)構(gòu)通常以甾體母核為苷元,C17位連接不飽和內(nèi)酯環(huán),C3位連接糖基[2]。結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 強(qiáng)心苷結(jié)構(gòu)圖

強(qiáng)心苷的命名是由于它具有“強(qiáng)心”作用?！皬?qiáng)心”作用就是指此類化合物可以提高心肌的收縮功能,從而使心臟的機(jī)能增強(qiáng)、心率減慢。在臨床上主要被用作治療心臟方面的疾病,例如節(jié)律障礙和充血性心力衰竭等。

1.2 強(qiáng)心苷類藥物的提取

強(qiáng)心苷在植物界分布比較廣泛,主要存在于夾竹桃科、玄參科、百合科等10多個(gè)科的100多種植物中,通過對目前已有的研究成果分析發(fā)現(xiàn),強(qiáng)心苷常存在于一些有毒的植物中,如毒毛旋花子、毛花洋地黃、黃花夾竹桃、鈴蘭和海蔥等植物。

強(qiáng)心苷在植物體中主要存在于花、葉、種子、鱗莖、樹皮和木質(zhì)部等組織器官中。由于在植物中有水解苷類的酶于強(qiáng)心苷共存,因此原生苷常被酶水解生成多種次生苷,使結(jié)構(gòu)類似的強(qiáng)心苷數(shù)目增多,給提取分離強(qiáng)心苷帶來一定困難。

從毛花洋地黃等植物中可以提取出2種強(qiáng)心苷類甾體藥物,分別是洋地黃毒苷以及地高辛(圖2)。這2種甾體藥物可以說是治療心臟病最具有歷史的藥物[3]。在200多年前就作為治療心臟病的藥物應(yīng)用在臨床,即使到了現(xiàn)在也依然是首選的基礎(chǔ)藥物之一。

圖2 (1)洋地黃毒苷 R=H;(2)地高辛R=OH

從藤苦參中也可以提取出多種強(qiáng)心苷類化合物,例如杠柳苷元(圖3)、洋地黃毒苷以及相關(guān)的糖苷類物質(zhì)[4]。Zhu等[5]在藤苦參中提取了30個(gè)相關(guān)化合物,研究了其中23個(gè)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)并歸納了強(qiáng)心苷類成分的質(zhì)譜裂解規(guī)律。Luo等[6]通過UV-Vis得到各個(gè)地區(qū)采集到的藤苦參里強(qiáng)心苷含量,約為2.07 mg/g。最好的產(chǎn)地是廣西,最好的采摘時(shí)間是年末10月到12月,因?yàn)樵诖藭r(shí),強(qiáng)心苷的含量最高。

圖3 杠柳苷元

從杠柳屬植物中一共可以分離出18個(gè)強(qiáng)心苷類化合物,其中大多數(shù)的類型為甲型強(qiáng)心苷。1990年Hu等[7]從黑龍骨中鑒定得到了2個(gè)之前沒有報(bào)道過的成分,將它們分別命名為滇杠柳苷元和滇杠柳苷。圖4為目前已有的此類化合物的骨架類型和結(jié)構(gòu)。該屬植物里,研究得到的強(qiáng)心苷結(jié)構(gòu)及骨架如圖4。

圖4 杠柳屬植物中強(qiáng)心苷類骨架類型結(jié)構(gòu)

80年代,中國科研工作人員[8]從南葶藶子里提取出5種強(qiáng)心苷成分,分別為:毒毛旋花子配基、伊夫單苷、葶藶苷(圖5)、伊夫雙苷和糖芥苷。

圖5 葶藶苷

Wen等[9]通過UPLC-QTOF/MS,對黃花夾竹桃枝所含化合物進(jìn)行分離鑒定,發(fā)現(xiàn)其中包括了6種強(qiáng)心苷類,分別為黃花夾竹桃黃夾苷B、黃夾次苷D、黃花夾竹桃次苷甲、黃夾臭蟻醛苷、黃花夾竹桃次苷乙以及單乙酰次苷乙。

1.3 強(qiáng)心苷類化合物的活性機(jī)理

研究表明強(qiáng)心苷抗腫瘤的機(jī)制主要包括直接的細(xì)胞毒作用以及特異性結(jié)合Na+/K+-ATP從而調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖、肥大、分化和存活以及腫瘤細(xì)胞凋亡等多種生理、病理過程。常見的強(qiáng)心苷類化合物的活性機(jī)理如表1。

表1 強(qiáng)心苷類化合物的活性機(jī)理

2 甾體皂苷類化合物

2.1 甾體皂苷類的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

甾體皂苷在天然產(chǎn)物中的地位非常重要,具有止咳、鎮(zhèn)靜、抑菌、抗癌、解熱等多種功效,是合成甾體激素的重要原料,可以作為藥物中間體發(fā)揮藥用作用,在制備消炎、鎮(zhèn)痛、腦血管、避孕藥物中被廣泛應(yīng)用[16]。從植物原料中獲取甾體皂苷類化合物的方法,首先是用甲醇或含水乙醇進(jìn)行提取,在把醇浸膏懸浮于在水中,通過正丁醇來萃取,最后獲取總皂苷[17]。

甾體皂苷的結(jié)構(gòu)由兩部分組成,包括糖以及苷元。苷元有27個(gè)碳,可以在百合、石蒜以及薯蕷科里找到。很多中藥里也含有這種成分,比如天門冬和七葉一枝花等。甾體皂苷的基本結(jié)構(gòu)是螺甾烷,包括螺甾烷醇型(圖6)、異螺甾烷醇型(圖7)、呋甾烷醇型(圖8)和變形螺甾烷醇型。另外,甾體皂苷的皂苷元通常是螺甾醇,單羥基通常位于第3位,若F環(huán)裂開,就變成了呋甾醇?？梢酝ㄟ^酸水解和光譜確定具體種類。

圖6 螺甾烷醇型 圖7 異螺甾烷醇型

圖8 呋甾烷醇型

2.2 不同植物甾體皂苷類化合物的提取

2.2.1 百合科

(1)重樓

重樓屬植物系百合科(Liliaceae),在全球已知的有24種,主要生長在亞洲和歐洲的熱、溫帶區(qū)域,目前在中國發(fā)現(xiàn)了19種,大多數(shù)生長于我國的偏遠(yuǎn)地區(qū),例如貴州、四川和云南等。甾體皂苷在重樓植物中的地位十分重要,有文獻(xiàn)記載的種類高達(dá)12種。其中包括4種螺甾烷結(jié)構(gòu),分別為螺甾烷醇型(spirostanol)、異螺甾烷醇型(isosprirostanol)、呋甾烷醇型(furostanol)和變形螺甾烷醇型(pseudospirostand)。Wu等[18]在滇重樓里提取得到含有C-5和C-8位環(huán)二氧結(jié)構(gòu)的甾體皂苷,可以用來治療鼻咽癌。

(2)知母

知母又名毛知母,嘗起來比較苦,屬寒。知母可以祛熱去火,具有清熱瀉火、解渴除煩等作用[19]。通過實(shí)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn),知母根莖里皂苷占6%[20]。由于皂苷元母核結(jié)構(gòu)的區(qū)別,知母皂苷大多數(shù)都是螺甾或者呋甾型。黃彬彬[21]通過無水乙醇提取、重結(jié)晶和柱層析等方法將10種化合物從知母的非濕潤根莖里提取出來,通過NMR、MS等方式一共得到其中9個(gè)的結(jié)構(gòu),例如知母皂苷AⅣ、知母皂苷Ⅰ、知母皂苷BⅢ和知母皂苷AⅠ。

(3)麥冬

麥冬是百合科麥冬的塊根。在中國,麥冬的分布遍及各地,最大的產(chǎn)地包括浙江和四川等。不同區(qū)域產(chǎn)出的麥冬,我們將它們分別命名為川麥冬、杭麥冬和湖北麥冬[22]。遲宇昊等[23]利用回流、酶、超聲或者動(dòng)態(tài)逆流等多種提取法,在麥冬里提取得到大約70種甾體皂苷,大部分是螺甾烷醇型甾體皂苷,一小部分是呋甾烷醇型甾體皂苷。

2.2.2 薯芋科

在中國,薯芋皂苷元的分布十分廣泛,大部分的薯芋科植物中都能發(fā)現(xiàn)薯芋皂苷的存在(圖9)。在60余種薯芋科植物中,穿山龍和盾葉薯芋可作為主要原料提取薯芋皂苷元。Jun等[24]將盾葉薯芋根莖部位作原料,通過日常研究通用的酸水解法,在其中分離得到純度高的甾體皂苷元。

圖9 薯芋皂苷元

研究人員從黃藥子中發(fā)現(xiàn)了幾種化合物,例如薯芋次苷甲和薯芋皂苷元等。文獻(xiàn)[25]研究,云南產(chǎn)出的師宗的黃獨(dú),含1.69%的薯芋皂苷元。墨西哥的黃獨(dú)塊莖中有大概0.45%的薯芋皂苷元;巴西的黃獨(dú)株芽里,薯芋皂苷元含量為5.77%[26]。

2.3 甾體皂苷類藥物的活性機(jī)理

甾體皂苷具有很高的藥理活性。很多種中草藥的有效成分之一就是甾體皂苷。這些甾體皂苷對癌癥、糖尿病、心血管系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)等都具有藥理作用。如表2。

表2 甾體皂苷類活性機(jī)理

3 植物甾醇類化合物

3.1 植物甾醇類的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

天然植物甾醇廣泛分布在大自然中,主要源自植物油和一些加工物。在植物油的脫臭餾出物里,甾醇占據(jù)了主要地位,另外在谷物及其副產(chǎn)品堅(jiān)果中也能被發(fā)現(xiàn),我們?nèi)粘Ｊ秤玫墓咧幸埠行〔糠值闹参镧薮?。大多?shù)植物油中都能發(fā)現(xiàn)甾醇,含量高的植物油種類主要包括米糠油和一些谷物胚芽油,幾乎所有植物油里都含有占比極高的無甲基甾醇,含量達(dá)到了總甾醇的70%。其次,一些中草藥植物里甾醇也常被發(fā)現(xiàn),像是蒲黃、黃荃和人參等[34]。

植物甾醇的種類有很多,比如β—谷甾醇(圖10)、菜油甾醇(圖11)、菜籽甾醇(圖12)、豆甾醇(圖13),另外還有燕麥甾醇、菠菜甾醇、麥角甾醇(圖14)等。如圖所示,R基為甲基的植物甾醇有菜籽甾醇和菜油甾醇,R基為乙基的植物甾醇有谷甾醇和豆甾醇,而這兩類之間的區(qū)別則是有無位于側(cè)鏈的雙鍵。

圖10 β—谷甾醇

圖11 菜油甾醇

圖12 菜籽甾醇

圖13 豆甾醇

圖14 麥角甾醇

本文論述的3類天然甾體化合物,立體結(jié)構(gòu)都有所不同。強(qiáng)心苷的甾體母核,B/C環(huán)與其他甾醇相同為反式稠合,A/B環(huán)大多為順式稠合(5β-H),C/D環(huán)均為順式稠合(C14取代基β-構(gòu)型),若為反式則無強(qiáng)心活性(其他甾醇C/D環(huán)為反式稠合,C14取代基α-構(gòu)型)。具體區(qū)別見表3。

表3 天然甾體化合物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

3.2 植物甾醇類藥物的提取

劉佳等[35]在灰樹花的各個(gè)部位中提取出甾體化合物21個(gè),大部分為麥角甾醇及其衍生物,按照結(jié)構(gòu)的不同,包括:麥角甾醇22-二烯醇型甾類;麥角甾-8,22-二烯醇型甾類;麥角甾-7,9,22-三烯醇型甾類;三羥基麥角甾烯酮型甾類;羥基麥角甾烯酮型甾類;麥角甾-7,22-二烯型甾類;過氧麥角甾烯型甾體。

馬鞭草科過江藤屬植物在國內(nèi)外能發(fā)現(xiàn)的有10種左右,在中國發(fā)現(xiàn)的只有1種,稱作過江藤,生長在長江以南地區(qū)。Yang等[36]通過研究發(fā)現(xiàn),過江藤地上區(qū)域的甲醇提取物中,含有4種化合物,分別為4′,5′-dimethoxy-benzoloxystigmasterol、豆甾醇、β-谷甾醇和γ-谷甾醇。

牛油果(油梨)是綠植鱷梨的果實(shí),富含許多有益成分,包括維生素、礦物質(zhì)以及脂肪等。由于牛油果果實(shí)中含糖量極低,并且只有微量的膽固醇,所以它經(jīng)常被一些糖尿病人當(dāng)做日常的水果和保健品。Tian等[37]通過氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用法,發(fā)現(xiàn)了在牛油果里包含以下幾種植物甾醇:β-谷甾醇、菜油甾醇、膽固醇和豆甾醇。

葡萄籽含有良好的食用油脂,對于老人和小孩來說,也是十分有益的營養(yǎng)產(chǎn)品。Peng等[38]通過GC-MS第一次得到了葡萄籽油里植物甾醇的構(gòu)成和比例,發(fā)現(xiàn)在其中含有6種植物甾醇,有菜油甾醇、豆甾醇、β-谷甾醇、巖藻甾醇、豆甾烷醇和環(huán)木菠蘿烯醇。

3.3 植物甾醇類藥物的活性機(jī)理

植物甾醇是一種重要的天然甾體,有獨(dú)特的生物學(xué)活性及功能。對其活性機(jī)理的研究,關(guān)注點(diǎn)一開始是其降膽固醇的功效,之后相繼有其他方面的研究證實(shí),植物甾醇還具有抗癌、免疫調(diào)節(jié)、消炎、抑菌等生理功能。如表4。

表4 植物甾醇類活性機(jī)理

4 結(jié)語與展望

天然甾體化合物在我們的日常生活中隨處可見,主要被人們用來消炎、解毒、防止過敏以及治愈或減輕膠原性疾病和休克等,同時(shí)它被用來解決一些內(nèi)分泌方面的問題,并且它還可以成為解決一些癌癥必不可少的輔助類藥物。當(dāng)甾體化合物的甾核或者支鏈的構(gòu)造發(fā)生變化,它所展現(xiàn)的生物活性也會(huì)隨之改變,通過這種改變就可以將它用于治療各類的疾病。天然甾體化合物的來源范圍大、品類豐富、生物活性多、有多種結(jié)構(gòu),把這種富含明顯活性的化合物當(dāng)成制備藥物產(chǎn)品的先導(dǎo),從而開始一系列新型藥物的研發(fā)和生產(chǎn),將成為研究新型藥物領(lǐng)域具里有重大影響的一步。