植物药黄酮苷类化合物的分离及其构效关系研究进展

植物药黄酮苷类化合物的分离及其构效关系研究进展作者：应龙彬,池玉梅作者单位：南京中医药大学,江苏南京210046国家自然科学基金(20475027)【关键词】植物药；黄酮苷；综述黄酮类化合物是广泛存在于自然界的一大类化合物,是色原烷的衍生物,其特点是具有C6-C3-C6的基本骨架,并可根据中间吡喃环的不同氧化水平和两侧A、B环上连接的各种取代基而分为不同的黄酮类型,如黄酮、黄酮醇、二氢黄酮、二氢黄酮醇、查尔酮、二氢查尔酮、异黄酮、二氢异黄酮、花色素、黄烷醇、双黄酮、橙酮等。实验证明,其具有广泛的生理和药理活性(包括抗病毒、抗癌、抗氧化、抗炎、抗衰老等)。因此,对该化合物的研究已成为国内外医药界研究的热门话题,是一类具有广泛开发前景的天然药物。笔者现就对黄酮类化合物的分离及构效关系作系统概述。1111提取分离1.1提取黄酮苷类化合物多存在于植物的花、叶、果等组织中,一般可用丙酮、乙酸乙酯、乙醇、水或某些极性较大的混合溶剂进行提取,其中用得最多的是甲醇-水(1∶1)或甲醇。一些多糖苷类则可以用沸水提取。常用的提取方法有：煎煮法、冷浸法、回流、渗漉等经典方法。刘氏[1]对银杏叶总黄酮水浸提法作了研究,采取正交设计实验,确定了最佳水浸提条件。煎煮法常用的溶剂为水,煎煮次数为2～3次；冷浸常用溶剂为95%乙醇、甲醇和水。郭氏[2]运用超声技术提取黄酮苷是目前比较新的提取方法,此方法大大缩短了提取时间,提高了有效成分的提出率及药材的利用率。1.2分离纯化黄酮苷类的分离方法主要用各种柱层析法。①聚酰胺柱层析法：聚酰胺对各种黄酮苷类有较好的分离效果,其层析容量较大,适合于制备性分离,洗脱剂常用水-甲醇,也有用水-乙醇和甲醇-氯仿。②硅胶柱层析法：此法的应用范围最广,不仅可以分离黄酮苷,也可以分离各种黄酮苷元。③葡聚糖凝胶柱层析：它主要靠分子筛作用分离黄酮苷类,在洗脱时,一般按分子量的大小顺序洗出柱体。李氏等[3]从夏至草乙醇提取物的乙酸乙酯部位中,利用Sephadex柱色谱从中分离出2个黄酮类化合物。杨氏等[4]利用SephadexLH-20柱色谱对分蘖葱头进行分离纯化,分得4个黄酮苷类化合物,其中一个为新的黄酮类化合物。戴氏[5]利用SephadexLH-20从烈香杜鹃中分得8个黄酮单体。④大孔吸附树脂：它是一种不含交联基团的、具有大孔结构的高分子吸附剂,多为白色球状颗粒。大孔吸附树脂本身由于范德华力或氢键的作用具有吸附性,又具有网状结构和很高的比表面积,而有筛选性能,是一类不同于离子交换树脂的吸附和筛性能相结合的分离材料。黄酮的提取分离,精制纯化常用此技术。曹氏等[6]在研究大孔树脂吸附纯化沙棘籽渣总黄酮的条件及参数中,发现2101大孔树脂对沙棘籽渣总黄酮的吸附性能最好。潘氏等[7]选择10种大孔吸附树脂,比较其对葛根黄酮的吸附率与解吸率,筛选较优的葛根黄酮吸附剂。研究结果表明,AB-8树脂较宜于葛根黄酮的提纯,经AB-8树脂吸附分离后,提取物中黄酮含量提高近1倍。⑤HPLC法：应用HPLC法分离黄酮苷类化合物的报道较多。邬氏等[8]对18种黄酮及黄酮苷类化合物在C8、C18和CN3种固定相上的梯度洗脱、RP-HPLC法分离做了研究,结果表明,C18柱基本可以对植物黄酮苷元和配基实现分离,但对极性大的苷部分洗脱出慢峰,总洗脱时间增长和分离效果不太理想,而C8填料极性介于C18和CN二者之间,因而对黄酮苷类的分离比较理想,峰形和分离度也最好。还有离心薄层层析法、制备性薄层层析法、纸层析法和超临界流体色谱分离等。2222药理活性与结构的关系黄酮类化合物大量存在于植物界,实验证明具有很多药理活性,如抗氧化、抗炎、抗肿瘤、抗HIV作用等。它在不同碳位上发生羟基或甲氧基取代,即成为各种类黄酮色素,有不同的理化性质,它也可以与糖相连形成苷而具有其他药理活性。故不同的化学结构产生不同的药理作用,而目前对这方面即构效关系的研究还不多,而了解黄酮类化合物的构效关系对从自然界中寻找黄酮先导化合物和进行结构改造或修饰,以及对创制新药都具有重要意义。2.1抗氧化作用的构效关系黄酮类物质在抗氧化反应中,不仅可以清除引发链反应的活性自由基和起催化作用的金属离子,还能直接捕捉链传递阶段的过氧自由基,阻断链反应,是很好的预防型和阻断型抗氧化剂。其抗氧化的作用机制是通过酚羟基与自由基反应生成共振稳定的半醌式自由基结构,从而终止自由基链式反应,其反应式可表达为[9]：[flavone-OH]＋R.―→[flavone-O.]＋RH。影响黄酮类抗氧化活性的结构因素有很多,其中主要包括：羟基取代模式和位置；羟基成苷甲基化；C2、C3位双键；C环电子性质等。2.1.1羟基的位置黄酮类化合物抗氧化性取决于羟基的位置和羟基化程度。大量研究表明,B环上的羟基是黄酮类物质抗氧化、清除自由基的主要活性部位。当B环酚羟基数目相同时,含邻二酚羟基黄酮的抗氧化活性明显优于B环含间二酚羟基的黄酮,如槲皮素和芦丁的抗氧化活性显著高于结构类似的桑色素[10],它的主要结构差别仅在B环上的酚羟基取代方式：槲皮素和芦丁是邻二酚羟基,桑色素是间二酚羟基。前者自由基可借形成分子内氢键得以稳定,而且它还可共振形成邻苯醌,这使自由基更加稳定[11]。2.1.2羟基的数目黄酮类化合物分子中酚羟基数目越多,抗氧化性越强。其一,可与活性自由基结合的氢原子也越多。其二,羟基中氧原子的pπ共轭效应具有强烈的斥电子作用,使得与活性自由基反应后生成的黄酮自由基更稳定。生成的自由基越稳定,对该化合物的抗氧化活性也越强。其三,由于羟基的数目增多,形成的氢键的数量增加,抗氧化活性明显增强。Husain等[12]通过各物质清除H2O2在紫外光照射下光解产生的羟自由基的结果显示,清除自由基活性与B环上羟基数目直接相关,随B环上羟基数目的增加而增加,特别是C3羟基尤为重要。但当B环酚羟基数目增加到一定量时,抗氧化活性不再随酚羟基数目的增加而增大[13]。2.1.3C2、C3双键的作用具有色原酮结构的黄酮2-3位上不饱和双键。关于此双键的作用存在分歧,但大多数人认为△2(3)双键的存在延长了A、B环的共轭体系,使苯氧自由基更加稳定。特别是对于4′位和7位羟基,△2(3)双键的存在使该位置上的自由基参与了更长的共轭体系,整个分子通过π键移动形成共振,从而大大增强了稳定性。当双键氢化后,这种延长的共轭体系被打断,相应的抗氧化活性也会有不同程度的下降。2.1.4C环性质的影响除了△2(3)双键和3-羟基,4-羰基以外,C环的电子性质也是影响黄酮抗氧化活性的因素。总的来说,当C环表现为供电子的性质时,会使A、B环羟基活性升高,反之,则会使之削弱。2.1.5羟基成苷许多实验表明,一般7位氧糖苷和6,8位碳糖苷对活性不利[14-15],Cholbi等[16]用四氯化碳诱发大鼠肝微粒体脂质过氧化实验中,100μmoL的木犀草素抑制率为72.7%,而在6,8位碳糖苷物Isooreientin和Orientin的抑制率分别为37.3%和43.7%,这表明在羟基旁连接上大体积的糖取代基,由于空间位阻的影响将导致这些羟基抑制效力下降。而3位羟基的甲基化、糖基化对活性的影响不大,因为C3是醇羟基,其与酚羟基相比较稳定,不易失电子,可增加化合物的水溶性而对抗氧化活性意义不大。2.2抗炎作用的构效关系黄酮类化合物主要通过影响细胞的分泌过程、有丝分裂及细胞间的相互作用起到抗炎免疫作用。前苏联学者研究表明,氨基乙酰香豆素(glycycoumarin)有较强的消炎和抗变态作用,比磺胺和抗生素的药效要好。许氏等[17]从穿心草中分离得到的1,6-二羟基3,5-二甲氧基酮(CX)具有直接的抗炎作用,研究表明,CX对二甲苯所致的小鼠耳肿胀、乙酸所致的小鼠腹腔毛细血管通透性增加、鸡蛋清致大鼠足肿胀这三种急性炎症都有明显的抑制作用。Wang等[18]的实验表明,樱桃花青素具有强的抗炎作用,可有效缓解关节疼痛。Pathong等[19]发现,黄酮A环的5和7位有甲氧基时,显示最强的抗炎活性；5位上有羟基活性明显降低；C环的2和3位双键对活性并不重要；3位甲氧基对活性无影响；B环上的甲氧基可使抗炎活性有中等程度的降低。SartorL等[20]通过27种黄酮化合物抑制白细胞胰肽酶E和白明胶酶的实验发现,抑制白细胞胰肽酶E活性对应的结构是由C3位为羟基或半酰基、B环上的3个羟基、C-4′位上1个羟基,并且C2、C3位是双键结合的；抑制白明胶酶的作用是由A环或B环的3个羟基决定的,并且C3位的半酰基是必需的。2.3抗肿瘤作用的构效关系Ryu等[21]的研究结果表明,苦参中15种黄酮类化合物对肺癌、子宫癌、皮肤癌和结肠癌细胞都有不同程度的抑制和杀伤作用,具有抗肿瘤活性。他们首次观察了48h内黄酮类化合物对A549、SK-OV-3、SK-MEL-2、XF-498、HCT-16等5种人肿瘤细胞的抑制作用,发现黄酮母核上有异戊烯基或薰衣草基取代的化合物都具有抑制肿瘤细胞的活性；同时他们还得出二氢黄酮的ED50仅为二氢黄酮醇的12,说明二氢黄酮抗癌活性更强,并且C3位为A-羟基的二氢黄酮醇在C5位有甲氧基取代时活性再一次降低。黄酮化合物抗肿瘤作用的活性与苯环上的取代基有关,A酚环上的糖结合物的类型起重要作用。研究表明,黄酮抗癌抗肿瘤作用与其抗氧化抗自由基作用有很大关系。朱氏等[22]研究了12种黄酮的构效关系,发现羟基在B环上时比羟基在A环上具有更强的抗自由基能力；C3位的羟基或配糖体也影响其清除自由基的活性。2.4抗HIV的构效关系抗HIV的构效关系研究表明,黄酮骨架上有无羟基将影响化合物的活性和毒性。黄酮与3-羟基黄酮等结构中含有羟基数目的比较发现,黄酮骨架上无羟基的活性低且毒性小。3-羟基黄酮与4′-溴-5,7-二羟基黄酮比较,3位有一个羟基活性较低。羟基取代的位置对活性的影响较大,羟基在A环C5、C7位抗HIV效果较为理想。C环有不同卤原子取代时,活性变化不大,而毒性有所变化,毒性大小顺序是氟氯溴。A环上的氢被硝基或氨基取代时,活性下降,且取代越多则下降越明显。日本学者OneK等[23-24]在对各种黄酮类化合物进行抗HIV活性筛选过程中,首次发现黄芩素(Baicalein)在浓度为2μg/mL时,对HIV逆转录酶有70%的抑制率。为了找到该类化合物抗HIV的活性部位,他们又筛选到了栎精(Quercetin)、栎草亭(Quercetagetin)、杨梅黄酮(myricetin)[23],发现该类化合物抗HIV活性与B环C2和C3之间有无不饱和双键及A环C5和C7有无羟基取代有一定的关系。若A环C5、C7有羟基取代且C6上也有羟基取代时,则化合物的活性明显升高,黄酮骨架上的氢若被甲氧基、硝基、氨基取代或B环C3位有取代基时,则化合物的活性明显下降。3333结语在我国传统中药复方制剂中,有很多以黄酮作为主要成分,因此,深入研究植物中黄酮成分不仅具有理论上的意义,而且有其巨大的实用价值。但其结构复杂,并且作用位点较多,在体内的吸收和代谢都不十分明了,对一些病症缺乏针对性和选择性,因此,利用多科学交叉的优势,加强关于其构效关系的研究,在弄清构效关系的基础上以黄酮类化合物为先导化合物来进行结构改造和结构优化,使其具有针对性和高效性,这样将对新药的发展产生重大的影响。而对黄酮类化合物构效关系的研究以及在体内的吸收和代谢的研究必将愈加深入。因而对黄酮类成分药效本质的认识也将不断加深,也相信将不断有良好的黄酮类药物服务于人类的健康。【参考文献】[1]刘峥.银杏叶总黄酮水浸提方法研究[J].化学世界,1996,37(7)：355－358.[2]郭孝武.超声技术在提取中药甙类成分中的应用[J].中草药,1996,27(增刊)：234－236.[3]李佳,陈玉婷.夏至草中两种黄酮苷类化合物的研究[J].药学学报,2002,37(3)：186[4]杨晓红,刘银燕,刘丽娟,等.分蘖葱头中新黄酮苷的结构鉴定[J].药学学报,2000,35(10)：752.[5]戴胜军.烈香杜鹃中的黄酮类成分研究[J].