去氢吴茱萸碱的制备及其生物活性研究进展_赵楠.pdf

去氢吴茱萸碱的制备及其生物活性研究进展赵楠*王楠张春楠(牡丹江师范学院生命科学与技术学院牡丹江157011)*联系人，赵楠女，博士，讲师，主要从事天然产物研究与开发。E-mail:swxzn0 126com黑龙江省省属高校基本科研业务费(1452MSYQN008)和牡丹江师范学院科研项目(MNUB201710)资助2022-08-22 收稿，2022-09-08 接受摘要去氢吴茱萸碱是中药吴茱萸中的吲哚喹唑啉类生物碱，具有抗阿尔茨海默症、抗肿瘤、抗炎及抗菌等多种生物活性，具有巨大的开发潜力及应用价值。本文对去氢吴茱萸碱的提取分离、合成和生物活性的研究进展进行了综述，并对该化合物及其衍生物的研究方向及应用进行展望，以期为去氢吴茱萸碱及其衍生物的进一步开发利用提供参考。关键词去氢吴茱萸碱阿尔茨海默症生物活性esearch Progress in Preparation and Bioactivity of DehydroevodiamineZhao Nan*，Wang Nan，Zhang Chunnan(College of Life Science and Technology，Mudanjiang Normal University，Mudanjiang，157011)AbstractDehydroevodiamine is an indolequinazolone alkaloid isolated from Euodia rutaecarpa，which hasvarious biological activities such as anti-Alzheimer s disease，anti-tumor，anti-inflammatory and antibacterial，andhas great development potential and application value In this paper，the research progress in extraction and isolation，synthesis and biological activity of dehydroevodiamine is reviewed，and the research direction and application of thiscompound and its derivatives are prospected，so as to provide reference for the further development and utilization ofdehydroevodiamine and its derivativesKeywordsDehydroevodiamine，Alzheimer s disease，Bioactivity吴 茱 萸 为 芸 香 科 植 物 吴 茱 萸 Euodiarutaecarpa(Juss)Benth、石虎 Euodia rutaecarpa(Juss)Benth var officinalis(Dode)Huang 或疏毛吴茱萸 Euodia rutaecarpa(Juss)Benth varbodinieri(Dode)Huang 的干燥近成熟果实1。吴茱萸味辛、苦，有小毒，具有散寒止痛、降逆止呕、助阳止泻的功效2，其化学成分包括生物碱类、柠檬苦素类、黄酮及挥发油等3。去氢吴茱萸碱(Dehydroevodiamine，DHED)是吴茱萸中的天然吲哚喹唑啉类季胺型生物碱(化学结构见图式1)，由于其理化性质的特殊性，以及季胺氮上容易发生脱甲基反应，因此在提取分离过程中有别于其他类成分。现代药理学研究表明 DHED 具有广泛的药理活性，尤其在对抗阿尔茨海默症等相关病症表现出积极作用，本文对 DHED 的提取分离方法、合成及其生物活性研究进行了综述，并展望其应用。图式 1去氢吴茱萸碱(1)的化学结构Scheme 1Chemical structure of dehydroevodiamine(1)1DHED 的制备方法1.1DHED 的提取分离DHED 为中药吴茱萸主要的活性生物碱成分之一，1926 年 Asahina 等4 首次报道了 DHED 这一天然产物，1962 年 Nakasato 等5 首次在吴茱萸叶中发现 DHED 并通过化学方法鉴定了其结构。从化学结构上看，DHED 为吲哚喹唑啉类季胺型603化学通报2023 年 第 86 卷 第 3 期http:/wwwhxtborgDOI:10.14159/ki.0441-3776.2023.03.004生物碱，根据 DHED 具有中等极性及一定碱性的性质，开展了多种提取分离方法的研究。邹弢等6 通过响应面分析法优化了乙醇溶剂法提取 DHED 的工艺，优化的提取工艺条件为吴茱萸药材粉碎度 90 目、18.73 倍 65.22%的乙醇溶液提取 0.82h，其提取率为 6.97mg/g。刘倩等7 通过 pH 区带色谱法从中药吴茱萸中分离纯化 DHED，以加入三乙胺的碱性溶液作为流动相，加入盐酸的溶液作为固定相，从 2g 吴茱萸生物碱粗提物中纯化得到的 DHED 纯度达 93.1%，其提取率为 152mg/g。袁金斌等8 根据 DHED 的碱性这一性质，采用酸水溶剂进行提取，结合聚酰胺柱色谱、结晶及重结晶等方法，从吴茱萸中药材中提取纯化 DHED 的纯度达 98%以上，提取率约为2.2mg/g。王志奇等9 根据 DHED 的中等极性，采用醇溶剂提取，结合吸附柱色谱、脱色及重结晶等手段，从吴茱萸中提取纯化 DHED，当采用 AB型大孔树脂作为吸附柱色谱进行分离时提取率最高为 2.2mg/g，且发现 DHED 对多种农业病原菌具有较强的抑制活性。Schramm 等10 开发了一种可以纯化克级 DHED 的简单方法，仅通过阳离子交换树脂和制备型 P-HPLC(反相高效液相色谱)提纯得到的 DHED 纯度高达 95%以上。1.2DHED 的合成目前为止，对 DHED 的合成及其衍生物的研究报道较少，究其原因主要是由于在反应过程中容易发生脱甲基副反应，导致很难得到目标产物。1960 年，Pachter 等11 通过研究发现DHED 在碱性条件下以开环的二羰基形式(2)存在(图式 2)。Nakayama 等12 通过苯并内酰胺和邻氨基苯甲酸酯合成 DHED。Wehle 等13 通过相同的方法合成了 DHED 及其衍生物 3(图式 3)，且该衍生物的水溶性较 DHED 提高。活性研究表明吲哚结构为其抗氧化活性必须基团。Danieli 等14 在合成吴茱萸碱的过程中发现，吴茱萸碱经过多步复杂的氧化反应可以得到 DHED。图式 2DHED 的二羰基形式Scheme 2The dicarbonyl form of DHED目前，合成得到的 DHED 衍生物数量有限，且多为研究吴茱萸碱衍生物过程中的产物1517，多为其氧代或硫代衍生物，结构见图式 4。研究者主要评价了它们的体外抗肿瘤活性，在 4a 4ab、5a 5s 和 6a 6m 等氧代衍生物中，3-Cl 或10-OH 取代的衍生物活性最强，10-OCH3取代或其他取代形式的衍生物仅具有中等活性，而 3-位酰胺基团取代或骈合苯环对活性影响不大。在7a7m 硫代衍生物中，构效关系研究结果显示，3-Cl 或 10-OH 同样可以显著提高抗肿瘤活性。进一步对衍生物的抗癌谱进行研究，发现其中 7k对 A549(人肺癌细胞)、HCT116(人结肠癌细胞)、MDA-MB-435(人乳腺癌细胞)、PC-3(人前列腺癌细胞)、BEL7407(人肝癌细胞)等多种肿瘤细胞的细胞毒作用均强于阳性对照药喜树碱，研究表明该衍生物可同时抑制 Top I(抑制拓扑异构酶 I)、Top II(拓扑异构酶 II)及微管蛋白发挥抗肿瘤作用，具有巨大的开发价值。此外 Zhang 等18 认为 DHED 的存在形式影响其体内生物利用度，因此合成了多种 DHED 盐酸盐，通过改变 DHED 的存在形式来改变其稳定性，其中 DHED HCl 2H2O 形式稳定性最高。2生物活性2.1抗老年痴呆阿尔茨海默症(Alzheimer s disease，AD)为中枢神经系统退行性疾病，临床表现以渐进性记忆功能障碍和认知功能障碍为主，目前研究其发病机制包括中枢胆碱能损伤、基因突变或多型性学说、免疫功能突变等多种假说，其中 tau 蛋白异常学说和-淀粉样蛋白(A)学说被广泛认可，基于这两种学说开展了 DHED 对 AD 的作用机制研究，DHED 作为胆碱酯酶抑制剂，具有改善记忆障碍、提高认知能力以及保护神经等作用。糖原合酶激酶-3(GSK-3)过表达可导致小鼠 tau-蛋白的过度磷酸化及空间记忆障碍19，Peng 等20 的703http:/wwwhxtborg化学通报2023 年 第 86 卷 第 3 期图式 3DHED 的衍生物 3Scheme 3DHED derivative 3图式 4DHED 衍生物的化学结构式Scheme 4Chemical structures of DHED derivatives研究指出在 GSK-3 过表达的 AD 小鼠模型中，DHED 能够有效地抑制 tau 蛋白过度磷酸化，改善小鼠的空间记忆功能。在代谢活跃的大鼠脑片上，DHED 可 减 弱 多 个 AD 相 关 位 点 上 由Calyculin A(花萼海绵体诱癌素 A)诱导的 tau 蛋白过度磷酸化21。Noh 等22 发现，DHED 通过抑803化学通报2023 年 第 86 卷 第 3 期http:/wwwhxtborg制 A 蛋白产生，从而减缓 Tg2576 转基因小鼠的认知功能障碍。DHED 能够改变大鼠海马 CA1区的突触传递，持续兴奋突触传递23，有效地改善由东莨菪碱引起的大鼠健忘症状24。DHED减少原代皮层神经元中钙离子水平及 A 蛋白诱导的活性氧自由基(OS)的产生，降低神经细胞毒性，提高 A1-42大鼠模型的学习和记忆能力25。将 DHED 制成羧基化衍生物后，其水溶性增加，生物利用度提高，在阿尔茨海默症 5FAD 小鼠模型实验中，该衍生物能够减少 tau 蛋白磷酸化，提高突触稳定性，改善记忆障碍等26。随着研究的深入，针对 A 治疗的 AD 药物在临床中大多以失败告终27，A 沉积程度可能并不是 AD 的主要发病机制，越来越多的研究表明线粒体氧化应激可能参与了 AD 的多种病理机制28。DHED 对过氧化氢(H2O2)导致的 PC-12(大鼠嗜铬细胞瘤)细胞损伤有一定的保护作用29，对谷氨酸/H2O2诱导的大鼠原代神经细胞的损伤呈剂量依赖性的保护作用30。在 D-半乳糖致小鼠衰老模型中，DHED 可使该模型小鼠脑内 SOD(超氧化物歧化酶)明显提高，MDA(丙二醛)含量降低，同时使脑组织中的 A 含量降低，从而改善小鼠的空间学习记忆能力31，32。组织学研究表明，DHED 能够显著降低心肌缺血大鼠脑海马区 CA1 的神经元缺失，减少损伤性缺血的梗死范围，提示 DHED 也可用于血管型痴呆33。体内外实验研究表明，DHED 可缓解精神压力引起的记忆障碍及抑郁行为34。此外，DHED 可能会影响神经元和星形胶质细胞的发育，并调节谷氨酸能神经系统35。通过数据库筛选及分子对接等方式预测出 DHED 可作为乙酰胆 碱 酯 酶36 和 丁 酰 胆 碱 酯 酶 抑 制 剂37，Decker17 合成了 DHED 的衍生物，对乙酰胆碱酯酶和丁酰胆碱酯酶均具有一定的抑制作用。2.2抗肿瘤酪蛋白激酶 2(CK2)是由两个催化亚基和两个调节亚基组成的高度保守的磷酸化丝氨酸/苏氨酸激酶，它参与细胞生长、增殖、细胞周期调控以及 DNA 的修复等过程，同时在癌症发展及病毒感染过程中起重要作用，因此 CK2 被认为是癌症治疗的潜在靶点。Anjum 等38 通过 IMPPAT(印度药用植物、植物化学及治疗应用)在线数据库，从植物来源的天然产物中