熊果酸衍生物构效关系研究进展

2011，Vol．35，No．123ProgressinPharmaceuticalSciences·综述与专论·2011年第35卷第1期第23页［接受日期］2010-11-04*通讯作者:冯锋，教授;研究方向:天然产物活性成分研究;Tel:[phone];E-mail:[e-mail]:10．3969/j．issn．1001－5094．2011．01．004熊果酸衍生物构效关系研究进展李彩莲，冯锋*(中国药科大学天然药物化学教研室，江苏南京210009)［摘要］综述了近年来对熊果酸的结构修饰及其衍生物构效关系的研究进展。熊果酸是一种广泛存在于天然植物中的五环三萜类化合物，具有抗肿瘤、降血糖、抗炎、抗HIV等药理活性，故而受到研究人员的广泛关注。对熊果酸进行结构修饰及构效关系探索，以获得高效低毒的候选化合物，已成为该化合物的研究热点之一。［关键词］熊果酸;结构修饰;构效关系［中图分类号］R284［文献标志码］A［文章编号］1001－5094(2011)01－0023－07AdvancesinResearchonStructure-activityRelationshipsofUrsolicAcidDerivativesLICai-lian，FENGFeng(DepartmentofPhytochemistry，ChinaPharmaceuticalUniversity，Nanjing210009，China)［Abstract］Theadvancesinresearchonthestructuralmodificationofursolicacidandthestructure-activityrelationships(SARs)ofursolicacidderivativeswerereviewedinthispaper.Ursolicacidisakindofpentacyclictriterpenoidwhichiswidelyfoundinnaturalplantsandhasavarietyofpharmacologicalac-ti-vitiessuchasanti-tumoractivity，anti-diabeticactivity，anti-inflammatoryactivityandanti-HIVactivity.Therefore，ithasbeenpaidagreatattentionbymoreandmoreresearchers.TheresearchonthestructuralmodificationofursolicacidandtheSARsofursolicacidderivativeshasbecomeahotspot，fromwhichtheidealcandidatecompoundsmightbeaquired.［Keywords］ursolicacid;structuralmodification;structure-activityrelationship熊果酸(ursolicacid，1)又名乌苏酸、乌索酸，属乌苏烷型三萜类化合物，其广泛分布于植物界，在女贞子、山楂、珍珠菜、夏枯草、车前草、甘草、连翘及苦丁茶等植物中均可分离得到该化合物。熊果酸具有多种生物活性，包括抗肿瘤、抗炎、抗病毒、抗氧化以及对肝损伤的保护等，且其资源较为丰富，价格低廉，故而具有良好的开发前景。为了进一步增强熊果酸的生物活性并改善其理化性质，研究人员对其展开了大量的结构修饰及构效关系研究。本文综述了近年来对熊果酸进行的结构修饰及其衍生物构效关系的研究成果，旨在为熊果酸的进一步利用和开发提供参考。·综述与专论·2011年第35卷第1期第24页242011，Vol．35，No．1ProgressinPharmaceuticalSciences1抗肿瘤作用的构效关系Muto等［1］曾报道，熊果酸对多种肿瘤细胞的生长和扩散具有抑制作用，同时可明显增强机体免疫功能，是一种潜在的较为理想的抗癌药。一般认为，熊果酸C3位羟基和C17位羧基是熊果酸维持抗肿瘤活性的关键基团。Meng等［2］发现，当熊果酸C3位羟基发生乙酰化后，其抗肿瘤活性增加:化合物2在10μmol·L－1下，对宫颈癌Hela细胞96h内的生长抑制率为37.84%，而熊果酸仅为12.36%。该课题组在化合物2的结构基础上，再将带有氨基的侧链连接到C17位羧基上，得到衍生物3～8，其抗肿瘤活性明显高于熊果酸和化合物2，在10μmol·L－1下对Hela细胞96h内的生长抑制率分别为59.90%、55.92%、51.53%、61.69%、73.50%和69.34%。Ma等［3］对熊果酸的C3位羟基和C17位羧基进行结构修饰，得到了化合物9～12，并通过人原髓白血病HL-60细胞、人胃癌BGC细胞、人肝癌Bel-7402细胞及Hela细胞对该类衍生物的细胞毒作用进行了评价。结果显示，化合物9对上述4种肿瘤细胞的ED50分别为19.5、60.0、58.5和76.5mg·L－1;化合物10分别为2.0、2.5、1.7和2.4mg·L－1;熊果酸则分别为72.0、53.7、45.0和49.4mg·L－1。分析构效关系可知，熊果酸C3位的羟基替换为酮基后，对HL-60细胞的活性增强，而对另外3种细胞的活性略微下降;替换为β-NH2后对上述4种细胞的抗肿瘤活性均显著增强。化合物11和12对HL-60细胞的ED50均为5.0mg·L－1，对BGC细胞分别为30.0和35.0mg·L－1，提示当熊果酸C17位羧基上连有带氨基的侧链时，不论C3位羟基游离还是乙酰化，化合物对HL-60及BGC细胞的抑制作用均不受影响;上述2种化合物对Bel-7402细胞的ED50分别为8.0和95.0mg·L－1，表明C3位乙酰化可使化合物对Bel-7402细胞的活性明显降低。熊果酸A环结构的改变也能影响其抗肿瘤活性。Chadalapaka等［4］对熊果酸A环进行结构修饰，合成了一系列衍生物，并通过膀胱癌KU7和253JB-V细胞株及胰腺癌Panc-1和Panc-28细胞株考察其抗肿瘤活性。结果，其中2种化合物显示有活性:化合物13对上述4种细胞的IC50为0.17～0.97μmol·L－1，化合物14则为0.17～1.13μmol·L－1，抗肿瘤活性较熊果酸提高了10～30倍。提示A环的烯酮结构及C2位的氰基和三氟甲基可使化合物抗肿瘤活性增强。Tu等［5］合成了一系列A环裂环的熊果酸衍生物，发现其对人体膀胱癌NTUB1细胞的生长抑制活性略强于熊果酸，如化合物15和16的IC50分别为25.49和15.63μmol·L－1，而熊果酸为29.44μmol·L－1。Finlay等［6］合成了一系列A环裂环的熊果酸衍生物，并用可作为前列腺癌癌前或早期的细胞研究模2011，Vol．35，No．125ProgressinPharmaceuticalSciences·综述与专论·2011年第35卷第1期第25页型、用于对前列腺癌变具有潜在预防作用的化合物筛选的NRP-152细胞株检测衍生物的活性，结果显示，衍生物17和18对NRP-152细胞的IC50分别为2.4和0.5μmol·L－1，而熊果酸则在5μmol·L－1以上，提示熊果酸A环裂环后，对细胞的增殖抑制作用有所增强，尤其是氨基衍生物活性较为显著。另外，Niesen等［7］合成熊果酸的内生过氧化物，并通过黑素瘤518A2细胞株、人表皮鳞状细胞癌A431细胞、结肠癌SW-480细胞等15种人肿瘤细胞对其进行抗肿瘤活性筛选。将上述内生过氧化物(30μmol·L－1)或白桦酸(30μmol·L－1)与受试肿瘤细胞共孵育48小时，然后用流式细胞仪检测48小时后细胞存活率以评价化合物的促细胞凋亡作用。结果显示，化合物19活性最佳，15种细胞的细胞存活率为0.76%～6.10%，白桦酸为6.41%～17.82%，表明化合物19促凋亡作用强于白桦酸。2降血糖作用的构效关系除抗肿瘤活性外，熊果酸还具有一定的降血糖作用。近年来，研究人员对其进行了大量的结构修饰工作，通过糖原磷酸化酶(glycogenphosphorylase，GP)活性抑制试验进行筛选，以期获得有更好降糖作用的化合物。糖原磷酸化酶是糖原分解为葡萄糖过程中的关键酶，在肝糖原代谢中发挥着重要作用，通过抑制糖原磷酸化酶活性减少肝糖原的分解，是抑制血糖升高、治疗2型糖尿病的有效途径之一。陈军等［8］以熊果酸为先导化合物进行结构修饰，并采用兔肌糖原磷酸化酶对所合成的衍生物进行了抑酶活性试验，结果显示，化合物20～24对该酶的IC50分别为131.0、27.6、911.0、188.0和4.1μmol·L－1，熊果酸为9.0μmol·L－1，提示C3位羟基酰化后化合物活性减弱;C17位羧基与乙醇形成酯键后，化合物活性会下降，但随着酯基的增大，活性又会提高，如化合物24对兔肌糖原磷酸化酶的抑制作用强于熊果酸。由此可见，C17位羧基作为熊果酸的修饰位点之一，对于化合物活性的改善具有十分重要的作用。熊果酸衍生物中羟基的数量和位置对化合物活性也有一定影响。Wen等［9］合成了一系列羟基数量和位置不同的熊果酸衍生物，亦采用兔糖原磷酸化酶对上述衍生物的降糖活性进行了测试。结果显示，化合物25～30对酶的IC50分别为19.0、20.0、213.0、216.0、97.0和106.0μmol·L－1，熊果酸为9.0μmol·L－1。提示:羟基数量并非越多越好，羟基数量增多，化合物降糖活性反而可能下降，上述化合物中仅化合物25和26活性较佳;羟基在母核上的取代位置对化合物活性也有一定影响。另外，在C17位羧基上连接糖环后也会导致熊果酸活性降低。·综述与专论·2011年第35卷第1期第26页262011，Vol．35，No．1ProgressinPharmaceuticalSciencesZhang等［10］以熊果酸为原料合成了3位去氧的五环三萜，并对其进行结构修饰得到一系列衍生物。体外抑酶试验结果显示，化合物31和32对兔肌糖原磷酸化酶的IC50分别为5.5和1.2μmol·L－1，而熊果酸为15.3μmol·L－1，提示熊果酸的C3位羟基转移到C2位后，可显著增强对兔肌糖原磷酸化酶的抑制作用。科罗索酸(corosolicacid，33)与熊果酸具有相同的母核，亦属于乌苏烷型三萜类化合物，本品能明显降低2型糖尿病的血糖水平，还具有减肥作用，已作为降糖药和减肥药在美国和日本上市［11］。科罗索酸在植物中含量极低，仅靠分离提纯无法满足生产需要，因此研究人员尝试通过相对廉价的原料来合成该化合物。2005年，Wen等［12］以熊果酸为原料，通过5步反应合成了科罗索酸，体外抑酶试验结果显示，其对兔肌糖原磷酸化酶的IC50为20μmol·L－1，活性明显强于对照品咖啡因(IC50为114μmol·L－1)。需注意的是，科罗索酸对糖原磷酸化酶的抑制活性不及熊果酸，但后者因细胞毒性大限制了其临床应用，相比而言科罗索酸的安全性更高，故而可直接作为药物上市。此后，Wen等［13］又对科罗索酸进行了结构修饰，所得衍生物对兔肌磷酸化酶的抑制活性显著增强，化合物34～36的IC50分别为7.31、5.1和3.26μmol·L－1，表明科罗索酸的C2位羟基酰化或C1～C3位形成烯酮结构能明显增强化合物对糖原磷酸化酶的抑制活性。3抗炎活性的构效关系现代医学研究发现，机体在急慢性炎症发生时可出现NO过量释放，后者会破坏正常的器官及组织，因此抑制巨噬细胞中NO的过量释放为抗炎药物开发的思路之一。近年来研究人员发现部分熊果酸衍生物具有这种生物活性，由此将其列为抗炎药物的候选化合物并加大了研发力度。Kwon等［14］分别对熊果酸的C3位羟基和C17位羧基进行烷基化和酰基化修饰，结果发现所得衍生物中有不少均能抑制巨噬细胞系RAW264.7中由脂多糖诱导的NO释放，但同时也存在一定的细胞毒性。所有衍生物中，化