張凌素,臧春暉,侯學(xué)振

(1.江蘇原創(chuàng)藥物研發(fā)有限公司,江蘇 連云港 222000;2.江蘇恒瑞醫(yī)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(hù)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(fā)酵和轉(zhuǎn)基因法、化學(xué)合成法。

1 白藜蘆醇的來源和性質(zhì)

白藜蘆醇結(jié)構(gòu)式見圖1。

圖1 白藜蘆醇結(jié)構(gòu)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(xué)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(jié)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(qiáng)大的抗氧化活性,可以清除體內(nèi)自由基和抑制細(xì)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(yīng)用于醫(yī)藥和保健品等領(lǐng)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(yīng)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(fā)酵和轉(zhuǎn)基因法、化學(xué)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(jìn)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(jìn)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(jī)溶劑(如乙醇、甲醇或醚類溶劑)進(jìn)行浸提。將浸提液通過過濾,去除固體殘?jiān)椭参镱w粒。隨后,通過蒸發(fā)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(duì)濃縮溶液進(jìn)行進(jìn)一步純化,可以利用色譜技術(shù),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(dāng)?shù)娜軇┻M(jìn)行結(jié)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(fā)酵和轉(zhuǎn)基因法

生物發(fā)酵法是一種利用微生物(如酵母、細(xì)菌或真菌)來合成目標(biāo)化合物的方法。對(duì)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?qū)氲浇湍妇曛?使其能夠在發(fā)酵過程中產(chǎn)生白藜蘆醇。

轉(zhuǎn)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?qū)氲侥繕?biāo)植物中。常用的目標(biāo)植物包括大豆、水稻和葡萄,因?yàn)樗鼈冊(cè)诨蚬こ谭矫孑^為成熟。通過基因?qū)牒娃D(zhuǎn)化過程,可以使目標(biāo)植物自身合成白藜蘆醇?？茖W(xué)家[5]通過從葡萄中分離克隆芪合酶基因,并將其導(dǎo)入番茄中,成功得到了含有白藜蘆醇的轉(zhuǎn)基因植株。

2.3 化學(xué)合成法

2.3.1 Wittig 法和 Wittig-Horner 法

Wittig反應(yīng)是一種常用于有機(jī)合成中雙鍵的合成,通過磷葉立德與醛、酮反應(yīng)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(jīng)過羥基保護(hù)和溴代等步驟,合成了相應(yīng)的Wittig鹽,并與4-三甲基硅氧基苯甲醛反應(yīng),成功合成了白藜蘆醇。然而,Wittig反應(yīng)制備白藜蘆醇存在收率低,順反異構(gòu)選擇性不夠高,生成的副產(chǎn)物氧化三苯基磷難以除去的缺點(diǎn)。

Wittig-Horner反應(yīng)的基本反應(yīng)過程是通過烯醇醚(Horner試劑)與膦酸酯(Wittig試劑)反應(yīng),生成烯烴化合物。在反應(yīng)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(huán)中間體。隨后,五元環(huán)中間體發(fā)生開環(huán)和質(zhì)子遷移,最終生成烯烴產(chǎn)物。Wittig-Horner反應(yīng)的反應(yīng)條件溫和,反應(yīng)選擇性好,且反應(yīng)步驟簡(jiǎn)單,因此在有機(jī)合成中得到廣泛應(yīng)用。這種反應(yīng)用于合成白藜蘆醇具有較好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

2.3.2 Perkin 反應(yīng)

Perkin反應(yīng)是一種經(jīng)典的有機(jī)合成反應(yīng),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(yīng)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(yīng)成功合成了白藜蘆醇。然而,Perkin反應(yīng)的脫羧步驟在反應(yīng)條件上比較苛刻,這限制了它在合成中的應(yīng)用。

2.3.3 碳負(fù)離子和羰基化合物的縮合反應(yīng)

碳負(fù)離子和羰基化合物的縮合反應(yīng)中碳負(fù)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(fā)生縮合反應(yīng)。這種縮合反應(yīng)可以導(dǎo)致C-C鍵的形成,生成具有擴(kuò)展碳骨架的化合物。白藜蘆醇也可以用這種縮合反應(yīng)來合成。

2.3.4 Heck 反應(yīng)

Heck反應(yīng)是一種重要的鈀催化的偶聯(lián)反應(yīng),通過將有機(jī)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(jìn)行反應(yīng),以構(gòu)建碳-碳鍵。在反應(yīng)過程中,鈀催化劑和配體的存在下,有機(jī)鹵化物先與鈀形成配合物,然后通過反應(yīng),與烯烴或芳烴進(jìn)行烯丙基化反應(yīng),生成烯烴或芳烴與有機(jī)基團(tuán)相連的產(chǎn)物。反應(yīng)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(yīng)后,再進(jìn)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(jié)合了金屬催化和有機(jī)合成,可以將多個(gè)反應(yīng)步驟組合成一個(gè)復(fù)雜的反應(yīng)中心,從而減少了反應(yīng)過程中的操作步驟和反應(yīng)時(shí)間。這種方法具有優(yōu)勢(shì),因?yàn)樗梢酝ㄟ^一個(gè)反應(yīng)步驟來合成白藜蘆醇,而不需要多個(gè)獨(dú)立的步驟。這種方法的反應(yīng)條件容易控制,具有較高的選擇性和產(chǎn)率,并且使用的催化劑通常很少,具有較低的成本和環(huán)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(dá)到80%。該法在近年來受到了廣泛的關(guān)注,也成為最具應(yīng)用前景的方法。

3 白藜蘆醇的應(yīng)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(hù)、抗老年癡呆癥、抗產(chǎn)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?qū)Χ喾N類型的癌細(xì)胞產(chǎn)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(shí)現(xiàn):白藜蘆醇可以通過中和體內(nèi)自由基,減少氧化應(yīng)激對(duì)細(xì)胞的損傷,從而有助于預(yù)防癌癥的形成;白藜蘆醇可以通過抑制炎癥反應(yīng)、降低炎癥介質(zhì)的釋放來發(fā)揮抗炎作用,從而降低癌癥的風(fēng)險(xiǎn);白藜蘆醇可以通過調(diào)節(jié)細(xì)胞周期、促進(jìn)細(xì)胞凋亡和抑制血管生成等方式抑制腫瘤細(xì)胞的增殖,從而減緩癌癥的進(jìn)展;白藜蘆醇可以影響多個(gè)與癌癥發(fā)生和發(fā)展相關(guān)的信號(hào)通路,從而阻斷癌癥的生長和擴(kuò)散。

3.2 抗氧化、抗自由基作用

白藜蘆醇是自然界中一種強(qiáng)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(fā)揮抗氧化和抗自由基作用。自由基是一種具有不成對(duì)電子的分子,它們可以在代謝過程中或外界環(huán)境中產(chǎn)生,并與生物體內(nèi)的其他分子發(fā)生相互作用,產(chǎn)生氧化反應(yīng),導(dǎo)致細(xì)胞膜、蛋白質(zhì)和DNA等結(jié)構(gòu)和功能的損傷,促進(jìn)衰老和疾病的發(fā)生。而抗氧化劑可以捕獲自由基、中和有害物質(zhì)的作用,從而減輕細(xì)胞受到自由基攻擊的損傷,有助于維持細(xì)胞和組織的正常功能和生理狀態(tài)。白藜蘆醇可以通過多種機(jī)制發(fā)揮抗氧化和抗自由基作用,包括:白藜蘆醇可以與自由基發(fā)生反應(yīng),從而抑制自由基對(duì)細(xì)胞和組織的損傷;白藜蘆醇可以促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)多種抗氧化酶的表達(dá)和活性增強(qiáng),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(zhuǎn)移酶(GST),從而增強(qiáng)細(xì)胞的自我修復(fù)能力;白藜蘆醇可以作用于傳遞細(xì)胞信號(hào)的關(guān)鍵分子,如NF-kB、MAPK等,發(fā)揮細(xì)胞保護(hù)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(xì)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(fù)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(diào)節(jié)腸道菌群來改善腸道炎癥。腸道菌群失調(diào)與許多炎癥相關(guān)疾病的發(fā)生和進(jìn)展密切相關(guān),而白藜蘆醇可以調(diào)節(jié)腸道菌群的平衡,減少有害菌的生長并促進(jìn)有益菌的增加,從而改善腸道的炎癥狀態(tài)。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(zhì)具有多種生物學(xué)活性有關(guān)。白藜蘆醇可以抑制菌體壁的合成、破壞細(xì)胞膜的完整性、抑制真菌的萌發(fā)和擴(kuò)散。另外,白藜蘆醇還能夠調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)的功能,促進(jìn)機(jī)體的免疫力,使機(jī)體對(duì)病原體的侵染抵抗能力增強(qiáng)。

3.4 心血管保護(hù)作用

白藜蘆醇具有一定的心血管保護(hù)作用。多項(xiàng)研究表明,白藜蘆醇可以對(duì)心血管系統(tǒng)產(chǎn)生多種積極影響。白藜蘆醇有助于降低心血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)因素。它可以抑制氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng),減少血管內(nèi)膜的損傷和動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)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(diào)節(jié)血壓。研究發(fā)現(xiàn),它可以擴(kuò)張血管、促進(jìn)一氧化氮的合成,從而降低血壓水平。這對(duì)于預(yù)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(nèi)部的凝聚,降低血栓形成的風(fēng)險(xiǎn),并減少心腦血管事件的發(fā)生。

3.5 抗老年癡呆癥作用

目前認(rèn)為,老年癡呆的主要病變機(jī)理與體內(nèi)的β-淀粉樣蛋白異常堆積和神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的蛋白質(zhì)異常聚集有關(guān),β-淀粉樣蛋白是一種可以在大腦中進(jìn)行異常堆積的蛋白質(zhì)片段。在老年癡呆中,β-淀粉樣蛋白的形成和沉積會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的毒性損害,促進(jìn)突觸功能的紊亂和神經(jīng)元的逐漸死亡。

近年來,白藜蘆醇被認(rèn)為具有一定的抗老年癡呆癥作用。老年癡呆癥是一種神經(jīng)系統(tǒng)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(yīng)激對(duì)腦細(xì)胞的損傷。此外,白藜蘆醇還能夠抑制炎癥反應(yīng),減少炎癥對(duì)腦細(xì)胞的損傷,從而保護(hù)神經(jīng)系統(tǒng)的健康。其次,白藜蘆醇對(duì)于神經(jīng)元的保護(hù)和修復(fù)具有一定的作用。白藜蘆醇可以促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞的生長和發(fā)育,增強(qiáng)細(xì)胞的抵抗力和活力。它還可能通過調(diào)節(jié)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路、抑制淀粉樣蛋白的沉積以及清除腦內(nèi)垃圾物質(zhì)等途徑,對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)行修復(fù)和保護(hù)。

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(huì)對(duì)人的情緒、思維和行為產(chǎn)生消極的影響。人們可能會(huì)感到長期的悲傷、沮喪和對(duì)日?；顒?dòng)失去興趣,導(dǎo)致日常功能的受損。

研究指出,白藜蘆醇可以促進(jìn)線粒體的生物合成并增加線粒體的數(shù)量。線粒體是細(xì)胞中的重要結(jié)構(gòu),它們參與能量產(chǎn)生和細(xì)胞代謝等過程。線粒體功能紊亂與多種神經(jīng)退行性疾病和認(rèn)知功能障礙有關(guān)。因此,通過增加線粒體數(shù)量和提高其功能,白藜蘆醇可能有助于維持神經(jīng)元的正常功能。此外,白藜蘆醇對(duì)認(rèn)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(hào)通路,例如產(chǎn)生抗氧化和抗炎作用,調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)的水平,抑制神經(jīng)元的凋亡等。這些活性可能有助于改善認(rèn)知功能,并在一定程度上緩解抑郁癥狀。

4 結(jié)語

目前對(duì)白藜蘆醇的開發(fā)利用程度還有很大的提升空間。進(jìn)一步研究和開發(fā)白藜蘆醇可以拓展其應(yīng)用領(lǐng)域,為治療更多種類的疾病提供可能。進(jìn)一步的研究還有助于優(yōu)化白藜蘆醇的藥理特性,包括改進(jìn)其生物利用度、增強(qiáng)穩(wěn)定性和減少不良反應(yīng)。這將為開發(fā)更有效的白藜蘆醇制劑提供基礎(chǔ),從而更好地滿足患者需求并促進(jìn)藥物的臨床應(yīng)用。在經(jīng)濟(jì)層面,白藜蘆醇的進(jìn)一步研究和開發(fā)將促進(jìn)醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。這可能涉及藥物研發(fā)、生產(chǎn)和銷售,從而刺激相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的增長并創(chuàng)造就業(yè)機(jī)會(huì)。