天然黃酮類(lèi)化合物及其衍生物的構(gòu)效關(guān)系研究進(jìn)展-

1、天然黃酮類(lèi)化合物及其衍生物的構(gòu)效關(guān)系研究進(jìn)展鐘建青1, 李波2, 賈琦1, 李醫(yī)明1, 朱維良2*, 陳凱先1, 2*(1. 上海中醫(yī)藥大學(xué)中藥學(xué)院, 上海 201203; 2. 中國(guó)科學(xué)院上海藥物研究所藥物發(fā)現(xiàn)與設(shè)計(jì)中心, 上海 201203摘要: 天然黃酮類(lèi)化合物是廣泛分布于自然界的一大類(lèi)化合物, 已有文獻(xiàn)報(bào)道其具有抗癌、抗氧化、抗炎、保肝、抗血栓形成、舒張血管、抗病毒、抗菌和抗過(guò)敏等多種藥理活性。但該類(lèi)化合物因溶解度差、生物利用度不高等自身缺點(diǎn)而限制了臨床上的廣泛應(yīng)用。目前國(guó)內(nèi)外許多課題組選擇以天然黃酮為研究對(duì)象, 通過(guò)結(jié)構(gòu)改造研究其針對(duì)不同生理活性的構(gòu)效關(guān)系, 力求克服其自身缺點(diǎn), 開(kāi)

2、發(fā)出一批具有新穎結(jié)構(gòu)的黃酮類(lèi)藥物的先導(dǎo)化合物。本文總結(jié)分析了近幾年該類(lèi)化合物構(gòu)效關(guān)系的研究進(jìn)展, 期望為黃酮類(lèi)衍生物的設(shè)計(jì)合成提供參考。關(guān)鍵詞: 黃酮類(lèi)化合物; 衍生物; 構(gòu)效關(guān)系中圖分類(lèi)號(hào): R916 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào): 0513-4870 (2011 06-0622-09Advances in the structure-activity relationship study ofnatural flavonoids and its derivativesZHONG Jian-qing1, LI Bo2, JIA Qi1, LI Yi-ming1, ZHU Wei-liang2*,

3、 CHEN Kai-xian1, 2*(1. College of Chinese Materia Medica, Shanghai University of Traditional Chinese Medicine, Shanghai 201203, China;2. Drug Design and Discovery Center, Shanghai Institute of Materia Medica, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201203, ChinaAbstract: Flavonoids are a large class o

4、f compounds widely distributed in nature. Many pharmacological activities of flavonoids have been reported such as anti-cancer, antioxidant, anti-inflammatory, hepatoprotective, antithrombotic, vasodilator, antiviral, antibacterial, antiallergic, and so on. In recent years, domestic and foreign rese

5、arch groups choose natural flavonoids and optimize their chemical structures in order to develop a number of new derivatives with stronger pharmacological activities. As part of the mechanisms are not clear, we need to strengthen in-depth research in the SAR (structure-activity relationship study fo

6、r targeted and efficient structure optimization. This paper systematically summarize current researches in the SAR studies of flavonoids and their derivatives, which can serve as a reference for synthesizing new flavonoid derivatives.Key words: flavonoids; derivatives; structure-activity relationshi

7、p黃酮類(lèi)化合物 (flavonoids, 圖1 是一類(lèi)多酚類(lèi)抗氧化劑, 是葛根、補(bǔ)骨脂、黃芩、銀杏、沙棘、槐米等臨床常用中藥材的主要活性成分。該類(lèi)化合物不僅數(shù)量眾多, 而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜, 具有許多重要的生理活性, 如抗氧化、抗癌、抗炎、抗菌、抗病毒、抗過(guò)敏、抗糖尿病并發(fā)癥等, 特別是異黃酮類(lèi)化合物作為天然雌激素, 在治療婦女更年期綜合征方面已經(jīng)得到收稿日期: 2010-11-05.基金項(xiàng)目: 國(guó)家“重大新藥創(chuàng)制”科技重大專(zhuān)項(xiàng)資助項(xiàng)目(2009ZX09311. *通訊作者 Tel: 86-21-50806600-1205, 圖1黃酮類(lèi)化合物基本骨架結(jié)構(gòu)天然黃酮類(lèi)化合物雖然生理活性豐富并且廣泛存在于自

8、然界(圖2, 但因其溶解性差、生物利用度不高等缺點(diǎn)而限制了它們的臨床應(yīng)用2, 3。因此對(duì)自然界含量較高的天然黃酮進(jìn)行半合成的結(jié)構(gòu)修飾, 使之達(dá)到成藥要求, 是合理開(kāi)發(fā)利用該類(lèi)化合物的一條重要途徑, 并且該方法具有原料來(lái)源豐富、化學(xué)合成步驟少、生產(chǎn)成本相對(duì)較低等優(yōu)勢(shì)。因此, 國(guó)內(nèi)外許多課題組都選擇以天然黃酮為研究對(duì)象, 通過(guò)結(jié)構(gòu)改造和優(yōu)化研究其針對(duì)不同生理活性的構(gòu)效關(guān)系, 以求開(kāi)發(fā)出一批具有新穎結(jié)構(gòu)的黃酮類(lèi)藥物的先導(dǎo)化合物。 圖2 黃酮類(lèi)化合物7種主要結(jié)構(gòu)母核據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道, 目前黃酮類(lèi)化合物的結(jié)構(gòu)修飾主要集中在C環(huán)2、3位, A環(huán)5、6、7、8位, B環(huán)2、3、4位, 各種不同類(lèi)型的取代基如鹵素、

9、烷(氧基、芳基、吡啶基、氨基、羧基、磺酸基、磷酸基等及其他各種官能團(tuán)均被引入, 以此來(lái)豐富其種類(lèi)和改善其化學(xué)性質(zhì)。本文依據(jù)不同的藥理活性分類(lèi), 如抗腫瘤 (anticarcinogenic、抗氧化 (antioxidant、抗炎癥(anti-inflammatory、抗血栓形成 (antithrombotic、舒張血管 (vasodilating、抗病毒 (antiviral、抗菌(antisepsis 等, 總結(jié)分析近幾年黃酮類(lèi)化合物構(gòu)效關(guān)系的研究進(jìn)展, 期望為黃酮類(lèi)衍生物的設(shè)計(jì)合成提供參考。1 抗腫瘤 (anticarcinogenic黃酮類(lèi)化合物抗腫瘤活性最為引人注目。國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)報(bào)道也較

10、多, 涉及腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)、凋亡等各個(gè)過(guò)程, 與許多腫瘤細(xì)胞相關(guān)信號(hào)分子有關(guān)。Plochmann等4測(cè)定了23種不同的黃酮類(lèi)化合物在人白血球細(xì)胞系Jurkat E6-1的細(xì)胞毒性。實(shí)驗(yàn)推測(cè)出以下結(jié)論: C環(huán)4位羰基和2位、3位間的雙鍵是誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞毒性的活性結(jié)構(gòu); A環(huán)上各位點(diǎn)的甲氧基取代或者葡萄苷酸化可使所測(cè)化合物的腫瘤細(xì)胞毒性顯著提高。該實(shí)驗(yàn)所測(cè)23種黃酮化合物中, 黃腐酚 (xanthohumol (圖3 的腫瘤細(xì)胞毒性最強(qiáng), 其在A環(huán)6位上接有異戊二烯取代基, 該取代基提高了化合物的親脂性, 使其更易跨過(guò)生物膜, 從而具有更高的細(xì)胞毒性。 圖3 腫瘤細(xì)胞毒性最強(qiáng)的化合物黃腐酚Crdena

11、s等5測(cè)定了8種天然黃酮類(lèi)化合物、桂皮酸及其3個(gè)衍生物和20個(gè)人工合成的黃酮類(lèi)化合物對(duì)人HeLa、KB、MCF-7、SKMEL-28和鼠F3II、LM3、LP07、B16-F0細(xì)胞的體外抗增殖活性, 發(fā)現(xiàn)咖啡酸丁酯 (caffeic acid butyl ester、咖啡酸乙酯(caffeic acid ethyl ester、2-硝基黃酮 (2-nitroflavone、2, 6-二硝基黃酮 (2, 6-dinitroflavone、芹菜黃素(apigenin (圖4 具有較強(qiáng)的抗腫瘤細(xì)胞增殖活性, 并且這一系列黃酮類(lèi)化合物均具有選擇性作用在腫瘤細(xì)胞上的特點(diǎn), 對(duì)于正常細(xì)胞株不表現(xiàn)抗增殖活性

12、。進(jìn)一步分析這一系列化合物的構(gòu)效關(guān)系發(fā)現(xiàn): 對(duì)于天然黃酮類(lèi)化合物, B環(huán)4位羥基是活性必需基團(tuán), A環(huán)5位和7位甲氧基取代會(huì)降低其活性; 對(duì)于人工合成的黃酮類(lèi)化合物, A環(huán)6位的Cl或Br原子取代的化合物具有中等強(qiáng)度活性, 在此基礎(chǔ)上B 環(huán)2位引入F原子可以使其活性增強(qiáng)并且改變其在不同細(xì)胞系間的選擇性; B環(huán)2位的硝基取代可以大大提高活性, 其次為4位硝基取代。Lpez-Posadas等6采用休眠的和伴刀豆球蛋白A (concanavalin A 激活的鼠脾細(xì)胞作為模型, 研究了9種不同結(jié)構(gòu)的黃酮類(lèi)化合物和5種多酚類(lèi)黃酮化合物對(duì)白細(xì)胞的生存、增殖以及對(duì)環(huán)氧化酶 2 (cycloxygenase

13、、誘生型一氧化氮合酶 (inducible nitric oxide synthase, iNOS、促炎細(xì)胞因子 (TNF-a, 圖4 抗腫瘤細(xì)胞增值活性較強(qiáng)的化合物IFN-g, IL-2 表達(dá)的影響。結(jié)果顯示所測(cè)黃酮類(lèi)化合物都具有較強(qiáng)的抗白細(xì)胞增殖作用, 實(shí)驗(yàn)測(cè)得槲皮素(quercetin、木犀草素 (luteolin 和芹菜素 (apigenin (圖5 能顯著抑制細(xì)胞因子分泌。通過(guò)對(duì)黃酮類(lèi)化合物的構(gòu)效關(guān)系分析發(fā)現(xiàn): C環(huán)2, 3位間雙鍵、B環(huán)3, 4位、C環(huán)3位和A環(huán)5位的羥基可以增強(qiáng)活性; B環(huán)取代位置變化 (2或3位 對(duì)活性影響不大; C 環(huán)3位糖基化使活性幾乎完全喪失。 圖5 抑制

14、細(xì)胞因子分泌活性較強(qiáng)的化合物生理核苷和許多核苷類(lèi)藥物是親水性分子, 需要依靠特異性的跨膜蛋白即核苷轉(zhuǎn)運(yùn)子 (nucleoside transporter, NT 完成其跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。NT具有調(diào)節(jié)機(jī)體內(nèi)信號(hào)核苷局部濃度的重要功能, 此外其對(duì)于核苷類(lèi)藥物吸收也起著關(guān)鍵作用。NT包括兩個(gè)主要家族: ENT (equilibrative nucleoside transporters 家族和CNT (concentrative nucleoside transporters 家族。其中CNT家族的hCNTs (human concentrative nucleo-side transporters 在慢性

15、淋巴細(xì)胞白血病 (chronic lymphocytic leukemia, CLL 細(xì)胞中病理性的過(guò)度表達(dá)多發(fā)生于癌癥患者體內(nèi)并且影響抗代謝物質(zhì)的化學(xué)療法, 目前仍然沒(méi)有針對(duì)hCNTs的非核苷類(lèi)特異性抑制劑上市。Wang等7建立了穩(wěn)定表達(dá)人hCNT1、hCNT2和hCNT3的PK15NTD (nucleoside transporter deficient 細(xì)胞模型并測(cè)定了100個(gè)苯并吡喃酮衍生物對(duì)人hCNTs的抑制作用。該實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn): 黃酮類(lèi)化合物是高效的hCNT2和hCNT3抑制劑, 其中6-羥基-7-甲氧基黃酮活性最強(qiáng) (IC50 0.57 0.20 molL1, 其可以選擇性抑制hCN

16、T3, 抑制活性是CNT標(biāo)準(zhǔn)抑制劑根皮苷 (phloridzin, IC50 25 3.5 molL1 的40多倍; 查耳酮類(lèi)化合物可以中等強(qiáng)度選擇性抑制hCNT3。通過(guò)三維定量構(gòu)效關(guān)系研究方法(3D-QSAR 分析推出: 黃酮和異黃酮類(lèi)化合物苯并吡喃酮母核A環(huán)7、8位的羥基是抑制hCNTs的活性基團(tuán); 靜電作用、疏水性、氫鍵供體性質(zhì)對(duì)黃酮類(lèi)化合物與hCNTs間的相互作用影響較大; 3D-QSAR研究結(jié)果表明在黃酮和核苷這兩類(lèi)化合物與受體hCNT結(jié)合位點(diǎn)處氫鍵相互作用具有相似性, 提示今后黃酮類(lèi)化合物可作為最有潛力的非核苷類(lèi)CNT選擇性抑制劑深入研究。乳腺癌耐藥蛋白 (breast cance

17、r resistance protein, BCRP 是新近發(fā)現(xiàn)的一種腫瘤耐藥相關(guān)蛋白。Zhang 等8研究了5個(gè)系列的25種黃酮化合物與BCRP相互作用的構(gòu)效關(guān)系并建立了定量構(gòu)效關(guān)系方程, 結(jié)果發(fā)現(xiàn)C環(huán)上的2, 3位雙鍵、B環(huán)連接在2位、5位羥基、3位無(wú)羥基以及在6, 7, 8位或4位引入疏水取代基都能促進(jìn)黃酮化合物與BCRP的相互作用。PIM-1蛋白是pim-1腫瘤基因的產(chǎn)物, 屬于絲氨酸/蘇氨酸激酶。PIM-1蛋白失調(diào)與人惡性腫瘤淋巴瘤、白血球過(guò)多癥、前列腺癌等發(fā)病過(guò)程密切相關(guān)。Holder等9用15種黃酮化合物作為PIM-1蛋白抑制劑, 采用3D-QSAR研究方法建立了一個(gè)比較分子場(chǎng)分

18、析 (CoMFA 模型, 預(yù)測(cè)黃酮類(lèi)化合物與PIM-1蛋白結(jié)合時(shí)的立體和靜電化學(xué)性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明: 由于PIM-1蛋白結(jié)合位點(diǎn)處存在空間阻礙作用, 平面型分子更容易與PIM-1蛋白結(jié)合; A環(huán)8位正電性取代基和B環(huán)4位負(fù)電性取代基可以促進(jìn)黃酮化合物與PIM-1蛋白活性位點(diǎn)的結(jié)合。血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子 (vascular endothelial growth factor, VEGF 與腫瘤細(xì)胞血管生成有關(guān)。Anso等10研究了20種黃酮類(lèi)化合物在NCI-H157細(xì)胞上對(duì)于組織缺氧誘導(dǎo)的VEGF生成的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在較低的微摩爾級(jí)濃度下, 芹菜黃素、木犀草素、漆樹(shù)黃酮 (fisetin (圖6 和

19、槲皮素即可以抑制組織缺氧誘導(dǎo)的VEGF表達(dá)。構(gòu)效關(guān)系研究表明: A環(huán)5、7位和B環(huán)4位羥基是活性必需基團(tuán); B環(huán)3位羥基取代不能抑制VEGF表達(dá), 但能增加腫瘤細(xì)胞毒性;黃酮與黃酮醇較黃烷酮活性高出很多, 這說(shuō)明C 環(huán)2, 3位間的雙鍵對(duì)于活性非常重要。醛酮變位酶I (glyoxalase I, GLO I 是甲基乙二醛 (methylglyoxal, MG 解毒作用的限速酶, 作為糖酵解的副產(chǎn)物可以誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。該酶通常在大多數(shù) 圖6 抑制VEGF表達(dá)的活性化合物的腫瘤細(xì)胞里高表達(dá), 但在正常細(xì)胞中含量較低。針對(duì)GLO I這一特點(diǎn), 可將GLO I特異性抑制劑設(shè)計(jì)成有效的抗癌藥物。Takas

20、awa等11測(cè)定了一系列同時(shí)具有順式4位羰基和5位羥基的平面型分子構(gòu)型的天然黃酮類(lèi)化合物(這一特殊結(jié)構(gòu)與GLO I作用底物MG/GSH (methylglyoxal/glutathione 的過(guò)渡態(tài)具有結(jié)構(gòu)相似性 (圖7 對(duì)hGLO I (人醛酮變位酶I 的抑制活性, 構(gòu)效關(guān)系研究表明: B環(huán)上的羥基取代可以增強(qiáng)活性; C環(huán)3位、A環(huán)7位糖基取代降低活性; A環(huán)6位羥基取代較甲氧基等其他基團(tuán)取代活性更高; C環(huán)2, 3位間的雙鍵對(duì)活性貢獻(xiàn)不大。研究者還得出結(jié)論: 黃酮類(lèi)化合物較已知的hGLO I有效抑制劑BBG (S-p-bromobenzylglutathione 體外抑制活性更高, 但是對(duì)

21、于HL-60白血病細(xì)胞抗增殖活性卻弱于BBG, 這是由于該系列黃酮類(lèi)天然產(chǎn)物的生物膜透過(guò)率較低, 非平面型分子的溶解度優(yōu)于平面型分子, 但平面型分子更加有利于與GLO I結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合, 這一矛盾使得hGLO I藥物抑制劑設(shè)計(jì)產(chǎn)生了一定的難度。 圖7 A: 黃酮類(lèi)化合物4位羰基和5位羥基的平面構(gòu)型; B: MG/GSH的過(guò)渡態(tài)Src是一個(gè)抗癌藥物熱門(mén)靶標(biāo), 屬于非受體酪氨酸激酶, 參與癌癥早期上游信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo), 可在乳房、肺、胃、結(jié)腸、食管、皮膚等幾種人腫瘤中被激活。表皮生長(zhǎng)因子受體(epidermal growth factor receptor, EGFR 屬于蛋白酪氨酸激酶家族 (protei

22、n tyrosine kinases, PTKs, 已經(jīng)證實(shí)其在上皮細(xì)胞起源的許多腫瘤以及表皮細(xì)胞增殖紊亂引起的疾病(如銀屑病 中高水平表達(dá)。Huang等12半合成了15個(gè)新型槲皮素衍生物槲皮素-3-O-氨基酸酯(圖8。該實(shí)驗(yàn)比較了槲皮素及其新型衍生物對(duì)于Src和EGFR的選擇性抑制作用, 發(fā)現(xiàn)這一系列新型衍生物對(duì)于Src的抑制作用較槲皮素有所增強(qiáng) (IC50 3.39.9 molL1, 而其對(duì)于EGFR的抑制作用較槲皮素有所減弱。該實(shí)驗(yàn)采用LIGPLOT程序統(tǒng)計(jì)分析這些化合物與受體之間疏水和氫鍵相互作用發(fā)現(xiàn), 新型槲皮素衍生物與Src之間平均有14個(gè)疏水作用、3.5個(gè)氫鍵作用; 與EGFR平

23、均有9個(gè)疏水作用、2.5個(gè)氫鍵作用。結(jié)合生物實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果分析得出以下結(jié)論: 疏水作用和氫鍵作用對(duì)于不同激酶抑制活性強(qiáng)弱有重要影響; 疏水作用和氫鍵作用數(shù)目越多, 對(duì)于激酶的抑制作用越強(qiáng)。 圖8 Src抑制活性較強(qiáng)的槲皮素-3-O-氨基酸酯細(xì)胞色素P450 (cytochromo P450, CYP450 是肝臟中參與藥物代謝的最重要的一種多功能氧化還原酶系。其中, CYP1A2亞家族含量占CYP450總量的13%, 參與代謝5%10%的臨床常規(guī)藥物, 是近年來(lái)藥物代謝研究領(lǐng)域備受關(guān)注的熱點(diǎn)之一。CYP1A2參與代謝多種前致癌劑, 包括黃曲酶毒素、芳香化合物、芳香胺和雜環(huán)胺等氨基化合物, 將其激

24、活后生成各種致癌性物質(zhì)。因此深入研究CYP1A2抑制劑具有重要的意義。Li等13通過(guò)體外人肝微粒體法檢測(cè)黃酮類(lèi)化合物對(duì)CYP1A2的抑制活性, 采用3D-QSAR 研究方法研究不同類(lèi)型的黃酮類(lèi)化合物分子結(jié)構(gòu)參數(shù)與CYP1A2抑制活性之間的三維定量關(guān)系, 建立相應(yīng)的構(gòu)效關(guān)系模型, 分析了其抑制機(jī)制, 結(jié)果表明: 黃酮類(lèi)化合物和受體蛋白CYP1A2的靜電相互作用對(duì)化合物的抑制活性起支配作用; 羥基取代基的數(shù)目和位置對(duì)黃酮類(lèi)化合物的活性有顯著的影響, 適當(dāng)位置上兩個(gè)羥基取代可以大大增強(qiáng)其抑制活性, 而單羥基取代則使得化合物的抑制活性降低; C環(huán)上2位和3位之間的碳碳雙鍵變成單鍵, 破壞了黃酮的共軛體

25、系, 大大降低了其抑制活性; 異黃酮 (B環(huán)接在3位 對(duì)于CYP1A2的抑制能力遠(yuǎn)小于黃酮(B環(huán)接在2位; 相對(duì)于黃酮, -萘黃酮(圖9 的-共軛體系更有利于提高化合物的抑制活性, 在-萘黃酮基礎(chǔ)上, 6位、3位、4位引入帶正電基團(tuán)或疏水基團(tuán), 同時(shí)5位引入帶負(fù)電基團(tuán), 能有效改善化合物的CYP1A2抑制活性。 圖9 -Naphthoflavone的基本骨架結(jié)構(gòu)2 抗氧化 (antioxidantCai等14采用改進(jìn)的ABTS+和DPPH(2,2-di-phenyl- 1-picrylhydrazyl 方法測(cè)定了91種天然黃酮類(lèi)化合物及其多種衍生物的清除氧自由基活性, 這些化合物均提取自具有抗

26、癌相關(guān)活性的中草藥。該實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)這一系列天然黃酮類(lèi)化合物清除氧自由基活性差別較大, 某些具有較強(qiáng)活性, 某些似乎并無(wú)活性。對(duì)較強(qiáng)活性化合物(圖10 進(jìn)行構(gòu)效關(guān)系研究發(fā)現(xiàn): 黃酮類(lèi)化合物清除氧自由基活性的關(guān)鍵在于其基本骨架上羥基取代基的數(shù)目和位置, 相鄰位點(diǎn)的羥基取代基數(shù)目越多活性越強(qiáng), 無(wú)羥基取代基則無(wú)活性; A環(huán)、B環(huán)上的鄰苯二羥基和C環(huán)3位的-OH、-galloyl取代基是重要活性基團(tuán); 苯基色原酮 (C6-C3-C6是基本活性骨架, 骨架中心的吡喃環(huán)氧化狀態(tài)影響活性, C環(huán)上的2位和3位間的雙鍵和4位羰基共軛, 可以起到電子離域作用, 有利于骨架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定; 羥基取代基的糖基化降低了黃酮類(lèi)化

27、合物清除氧自由基活性, 甲氧基取代也會(huì)降低黃酮類(lèi)化合物的活性; 不同數(shù)目、不同布局的取代基對(duì)活性影響程度也不相同。Seyoum等15構(gòu)建了52種天然和半合成的黃酮類(lèi) 圖10 清除氧自由基活性最強(qiáng)化合物化合物清除自由基DPPH模型, 并采用軟件Gaussian 98W和Chem3D計(jì)算了自由基生成熱H f和自旋密度, 實(shí)驗(yàn)推測(cè): 黃酮化合物基本骨架上羥基取代基是清除自由基的活性基團(tuán), 羥基的取代位置和取代形式較取代基數(shù)目更能影響其活性。例如, 黃酮母核A環(huán)和B環(huán)相鄰位點(diǎn)兩個(gè)或3個(gè)羥基取代較單羥基取代和間位羥基取代活性大大提高; 對(duì)于黃酮苷類(lèi)化合物, 黃酮苷元是活性基團(tuán), 糖基無(wú)活性; 羥基取代基

28、清除自由基機(jī)制主要是通過(guò)電離出氫原子中和氧自由基并且與已經(jīng)電離的黃酮化合物結(jié)合成二聚體, 防止逆向結(jié)合從而穩(wěn)定的清除自由基。Amaral等16提取分離了兩種臨床常用治療癌癥和炎癥的藥用植物Geranium robertianum L.和Uncaria tomentosa (Willd. DC. 的黃酮類(lèi)活性成分, 采用ABTS/HRP和DPPH 方法研究了黃酮類(lèi)化合物抗氧化活性與清除自由基功能的相關(guān)性, 構(gòu)效關(guān)系研究發(fā)現(xiàn)這一系列天然黃酮化合物抗氧化活性的結(jié)構(gòu)特征(圖11 為: B環(huán)3, 4鄰位二羥基取代; B環(huán)與C環(huán)4位羰基通過(guò)2, 3位雙鍵產(chǎn)生共軛作用; 3位和5位羥基取代基和4位羰基之間的

29、共軛作用。 圖11 清除氧自由基活性相關(guān)3個(gè)結(jié)構(gòu)特征過(guò)氧化亞硝酸鹽 (ONOO 是一種高毒性的氧化和硝化基團(tuán), 通過(guò)超氧化物和一氧化氮的相互作用在機(jī)體內(nèi)產(chǎn)生。其在體內(nèi)可以氧化或者亞硝基化生物活性分子, 這種性質(zhì)與一些疾病具有相關(guān)性。Heijnen等17通過(guò)清除過(guò)氧化亞硝酸鹽自由基實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論: 多酚類(lèi)化合物清除自由基的活性受苯環(huán)上給電子取代基影響顯著; B環(huán)3, 4位羥基取代并且A、C環(huán)上同時(shí)具有3, 5, 7位3個(gè)羥基取代基的黃酮醇類(lèi)化合物具有最高的清除自由基活性; C環(huán)上的3位羥基基團(tuán)是活性中心, A環(huán)5, 7位給電子取代基團(tuán)可以促進(jìn)其清除自由基活性。Sadeghipour等18研究了11

30、種天然黃酮化合物抑制過(guò)氧化亞硝酸鹽誘導(dǎo)的酪氨酸硝化作用的構(gòu)效關(guān)系。實(shí)驗(yàn)測(cè)得一組最有效的天然黃酮類(lèi)化合物: 兒茶素、黃衫素、木犀草素、槲皮素和楊梅素, 這些化合物的共有結(jié)構(gòu)是B環(huán)上的3, 4位鄰二羥基; 第二組鐘建青等: 天然黃酮類(lèi)化合物及其衍生物的構(gòu)效關(guān)系研究進(jìn)展 627 較有效的天然黃酮類(lèi)化合物是: 柚皮素、山柰酚和桑 黃素, 這些化合物的共有結(jié)構(gòu)是 B 環(huán)上的 4 位的羥基 取代基。比較以上兩組化合物的抑制活性發(fā)現(xiàn), 第二 組較第一組減弱了 50%, 由此推測(cè)這兩組化合物可能 具有相同的活性必需基團(tuán), 即 B 環(huán)上的羥基取代。B 環(huán)上 3, 4 位鄰二羥基以及 4 位單羥基取代是抗氧化 活

31、性的重要活性基團(tuán), 但當(dāng) B 環(huán) 3 位單羥基取代則使 活性較弱或者消失。 環(huán)上 2, 3 位雙鍵和 4 位羰基則 C 較少影響活性。 Modak 等19從 Heliotropium sinuatum 樹(shù)脂狀滲 出液提取了黃酮類(lèi)化合物, 通過(guò)測(cè)定其抗氧化活性 并進(jìn)行理論計(jì)算得出結(jié)論: 黃酮類(lèi)化合物分子骨 架上羥基取代基的數(shù)目和位置與抗氧化活性密切相 關(guān), B 環(huán)上 3, 4 位羥基取代的黃酮化合物活性最高, 這類(lèi)化合物脫氫作用的 H 值最低; 根據(jù)自旋密 度圖分析, C 環(huán) 2, 3 位雙鍵有利于已形成自由基的共 振穩(wěn)定性。 3 抗炎 (anti-inflammatory 脂氧化酶 (lipo

32、xygenase, LO 抑制劑能保護(hù)血 脂免受因自由基引起的超氧化作用的破壞, 從而具 有抗炎作用。 已經(jīng)證實(shí)某些天然黃酮類(lèi)化合物具有有 效的脂氧化酶抑制活性, 但僅限于對(duì)天然存在的一 些黃酮化合物的實(shí)驗(yàn), 這些實(shí)驗(yàn)中的天然黃酮類(lèi)化 合物缺乏足夠的結(jié)構(gòu)差異性, 無(wú)法進(jìn)一步分析黃酮 類(lèi)化合物抑制 LO 的構(gòu)效關(guān)系。 Vasquez-Martinez 等 20 圖 12 hLO 抑制活性較強(qiáng)的化合物 4 保護(hù)心血管 (cadiovascular protection 黃酮類(lèi)化合物因其保護(hù)心血管作用受到廣泛關(guān) 以色原酮骨架作為模板, 注。 有文獻(xiàn)報(bào)道黃酮類(lèi)化合物可能是通過(guò)抗血栓形成 和舒張血管等機(jī)

33、制起到保護(hù)心血管的作用。 到目前為 止, 黃酮類(lèi)化合物保護(hù)心血管的作用機(jī)制和構(gòu)效關(guān) 系仍然沒(méi)有完全被闡明。 流行病學(xué)研究和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表 明日常飲食中攝入豐富的黃酮類(lèi)化合物可以降低患 心血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)。 4.1 抗血栓形成 (antithrombotic Jiang 等21挑選 了多種蔬菜和中草藥中具有代表性的 12 種天然黃酮 類(lèi) 化 合 物 , 通 過(guò) 實(shí) 驗(yàn) 研 究 其 對(duì) 凝 血 激 酶 組 織 因子 (thrombocinase tissue factor, TF 的抑制作用以及在 脂多糖 (lipopolysaccharide, LPS 誘導(dǎo)的人單核細(xì)胞 里的抑制凝血活性, 分析了這

34、12 種天然化合物抑制 TF 活性的構(gòu)效關(guān)系。結(jié)果發(fā)現(xiàn): B 環(huán) 3 位和 A 環(huán) 7 位的甲氧基取代可大大提高 TF 的抑制活性, 不同 取代基的促活性順序?yàn)? -OCH3 -OH -H; 甲氧基取 代之所以顯著提高 TF 抑制活性, 原因可能是引入甲 氧基后, 黃酮化合物的親脂性增加了, 從而增加了生 物膜透過(guò)率; 實(shí)驗(yàn)測(cè)得黃烷醇、 兒茶素、 表兒茶素 都具有抑制 TF 活性但不具有 C 環(huán) 2, 3 位雙鍵和 4 位 在 C 環(huán) 2, 3 位引入不同的烷基或芳香基, 在其他不同 的位點(diǎn)引入羥基合成了 41 種異黃酮類(lèi)衍生物 (圖 12, 并進(jìn)行了體外抑制人脂氧化酶 (human lipo

35、xygenase, hLO 同工酶 12-hLO、 15-hLO-1 和 15-hLO-2 的抑制 活性測(cè)試。測(cè)定結(jié)果與已知具有 hLO 抑制活性的槲 皮素、黃芩素、漆樹(shù)黃酮等天然黃酮化合物作比較, 構(gòu)效關(guān)系分析得出如下結(jié)論: 黃酮類(lèi)衍生物基本 骨架的芳香性和氧化狀態(tài)對(duì)于抑制活性和選擇性非 常重要, 修飾和改造黃酮基本骨架, 就可以使之成為 12-hLO、 15-hLO-1 的選擇性抑制劑; A 環(huán)、 環(huán)上 B 的鄰苯二酚結(jié)構(gòu)是活性必需基團(tuán); 異黃酮和異黃 烷酮更傾向于抑制 12-hLO, 異黃烷更傾向于抑制 15-hLO-1, 較少以 15-hLO-2 為靶標(biāo); 各種化合物 與受體蛋白的結(jié)合

36、方式不同, 當(dāng) B 環(huán)引入取代基后, 由于異黃烷 C 環(huán)柔性較高, 與受體蛋白結(jié)合方式發(fā) 生很大變化, 導(dǎo)致其衍生物的抑制活性消失, 而異黃 酮、 異黃烷酮 C 環(huán)剛性較強(qiáng), 其 B 環(huán)取代衍生物抑制 活性得以保留。 628 藥學(xué)學(xué)報(bào) Acta Pharmaceutica Sinica 2011, 46 (6: 622630 羰基這兩個(gè)典型結(jié)構(gòu)特征, 該結(jié)構(gòu)特征可能并不是 TF 抑制活性所必須的活性基團(tuán); A、 環(huán)上鄰位羥 B 基取代明顯提高 TF 抑制活性; 糖基取代降低了 TF 抑制活性, 根據(jù)現(xiàn)有的研究推測(cè), 不管糖基取代 的位置和結(jié)構(gòu)如何, 都極少提高黃酮苷元的活性。 4.2 舒張血管

37、 (vasodilating Dong 等 22 5 抗病毒 (antiviral 神經(jīng)氨酸酶 (neuraminidase, NA 屬于一個(gè)糖基 水 解 酶 家 族 , 可 以 釋 放 末 端 N- 乙 酰 神 經(jīng) 氨 酸 (N-acetylneuraminic acid, 糖蛋白類(lèi)、 糖脂類(lèi)和多糖類(lèi) 的殘基。病毒性 NA 是預(yù)防流行性感冒病毒傳播的 最受關(guān)注的有效靶標(biāo)之一, 被廣泛用做識(shí)別流感病 毒表面上的抗原決定簇, 延伸為 HxNx 標(biāo)記法。現(xiàn)在 急需研究出價(jià)廉易得的 NA 抑制劑來(lái)預(yù)防流感病毒 傳播。 Liu 等24研究了 25 種黃酮類(lèi)化合物抑制 3 種流 感病毒 NAs 的構(gòu)效關(guān)

38、系 (圖 14, 3 種 NAs 分別是: A/ PR/8/34 (H1N1、 A/Jinan/15/90 (H3N2 和 B/Jiangshu/ 10/2003。 推測(cè)出黃酮類(lèi)化合物抑制 NAs 潛能排序?yàn)? 橙酮 黃酮/黃酮醇 異黃酮 二氫黃酮/二氫黃酮 醇、黃烷/黃烷醇。構(gòu)效關(guān)系分析得出如下結(jié)論: A 環(huán) 7 位羥基、B 環(huán) 4 位羥基、C 環(huán) 4 位羰基和 2, 3 位 雙鍵是活性必需基團(tuán); 糖基取代基團(tuán)極大的降低 了 NAs 抑制活性。實(shí)驗(yàn)隨后采用致細(xì)胞病變效應(yīng)法 (cytopathic effect, CPE 測(cè)試 8 種黃酮類(lèi)化合物的體 外抗病毒活性, 結(jié)果與所推測(cè)構(gòu)效關(guān)系一致。

39、 設(shè)計(jì)并合 成了一系列黃酮衍生物 (圖 13, 通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和 3D-QSAR 預(yù)測(cè)了其促進(jìn)血管舒張活性與結(jié)構(gòu)的關(guān)系, 發(fā)現(xiàn)黃酮類(lèi)化合物的某些結(jié)構(gòu)特征可能與促血管舒 張活性相關(guān): C 環(huán) 4 位羰基和 2, 3 位雙鍵促進(jìn)血管 舒張; A、B 環(huán)同時(shí)具有羥基取代基可以顯著提高 生物活性; 糖基化基團(tuán)取代大大降低了擴(kuò)血管活 性; 具有較高生物活性的衍生物常常具有靠近色 原酮骨架的亞甲基、烯丙基或者亞甲二氧基取代。 圖 13 血管舒張活性較強(qiáng)的化合物 Xu 等23采用豬冠狀動(dòng)脈研究了 17 種天然黃酮 類(lèi)化合物的血管舒張效應(yīng)的構(gòu)效關(guān)系, 并采用密度 泛函理論方法計(jì)算了這些化合物的化學(xué)參數(shù)。 實(shí)驗(yàn)所

40、 得的黃酮類(lèi)化合物血管舒張效應(yīng)潛能排序如下: 黃 酮 (芹菜苷配基和木犀草素 黃酮醇 (山柰酚和槲 皮素 異黃酮 (染料木黃酮和大豆黃酮 二氫黃 酮醇 (柚皮素 查耳酮 (根皮素 花色素 (花葵 素 黃烷醇 (+-兒茶素和 (-表兒茶素。 構(gòu)效關(guān) 系研究顯示: A 環(huán) 5, 7 位羥基、B 環(huán) 4 位羥基、C 環(huán) 2, 3 位雙鍵和 4 位羰基是活性必需基團(tuán)。通過(guò)比較蘆 丁與槲皮素、染料木苷與染料木黃酮、葛根黃素和大 豆黃酮的活性得出: 糖基取代使活性大大降低。分子 體積和總能量也可以用于預(yù)測(cè)黃酮類(lèi)化合物的血管 舒張活性。 研究發(fā)現(xiàn)血管舒張活性最強(qiáng)的黃酮類(lèi)化合 物芹菜苷配基、木犀草素、山柰酚與

41、染料木黃酮的結(jié) 構(gòu)特征與實(shí)驗(yàn)所推測(cè)的構(gòu)效關(guān)系一致。 Ryu 等25從中草藥 Cudrania tricuspidata 的根部 提取了 6 種天然黃酮類(lèi)活性化合物, 測(cè)定了其抑制 NAs 活性的 IC50 值, 結(jié)合計(jì)算機(jī)虛擬分子對(duì)接方法進(jìn) 行構(gòu)效關(guān)系分析發(fā)現(xiàn): 這 6 種黃酮類(lèi)化合物與 NAs 相互作用的活性基團(tuán)是 B 環(huán)上的間苯二酚取代和 A 環(huán)上的極性取代基團(tuán)。極性取代基團(tuán)可與 NAs 受體 在活性位點(diǎn)處形成氫鍵作用, 從而提高相應(yīng)的抑制 活性。 嚴(yán)重急性呼吸綜合征 (severe acute respiratory syndromes, SARS 是一種因感染 SARS 相關(guān)冠狀病 毒

42、而導(dǎo)致的一種新型、傳染性強(qiáng)、病情進(jìn)展快速的呼 吸道傳染病。SARS 相關(guān)冠狀病毒 (SARS-associated 圖 14 NAs 抑制活性較強(qiáng)的化合物 鐘建青等: 天然黃酮類(lèi)化合物及其衍生物的構(gòu)效關(guān)系研究進(jìn)展 629 coronavirus, SARS-CoV 的 “3C” 狀 蛋 白 水 解 酶 (3CL , 因其在冠狀病毒生命周期的關(guān)鍵作用, 是 目前研發(fā)治療 SARS 特效藥物最有希望的靶標(biāo)。 Chen 等 26 pro 某些特定藥理活性作用機(jī)制中屬于活性必需基團(tuán); 絕大多數(shù)黃酮苷的活性不如黃酮苷元; 根據(jù)文獻(xiàn) 報(bào)道, 激酶活性較強(qiáng)的黃酮化合物其細(xì)胞活性不一 定強(qiáng); 極性取代基團(tuán)是激

43、酶活性的保障基團(tuán), 但是極 性取代基團(tuán)能夠降低生物膜透過(guò)率, 而細(xì)胞活性與 其生物膜透過(guò)率息息相關(guān)。因此, 建議設(shè)計(jì)新型黃酮 衍生物時(shí), 兼顧極性和生物膜透過(guò)率, 兩者必須平衡 才能使其具備成藥性。 天然黃酮類(lèi)化合物及其半合成衍生物的構(gòu)效關(guān) 系因其分子結(jié)構(gòu)和藥理作用機(jī)制的多樣性而變得相 當(dāng)復(fù)雜。這些化合物具有抗癌、抗氧化、抗炎、抗血 栓、舒張血管、抗病毒、抗菌等不同藥理活性和多靶 標(biāo)協(xié)同作用的特點(diǎn)。針對(duì)這些特點(diǎn), 筆者認(rèn)為借助網(wǎng) 絡(luò)藥理學(xué)的方法深入分析和探討黃酮類(lèi)化合物的體 內(nèi)作用機(jī)制與構(gòu)效關(guān)系將會(huì)大有可為。 以槲皮素-3-半乳糖苷為母核, 合成了一系列 pro 新型黃酮苷衍生物, 結(jié)合其抑制

44、 SARS-CoV 3CL 的 生物活性測(cè)定結(jié)果推測(cè): 槲皮素 A 環(huán)上 7 位羥基 取代是活性必需基團(tuán), 7 位無(wú)羥基取代的衍生物抑制 活性降低; 另外, 7 位引入一個(gè)較大的糖取代基, 衍 生物仍具有抑制活性; 糖取代基被乙?；笠种?活性降低; 不同種類(lèi)糖取代基替換半乳糖苷取代 基對(duì)抑制活性無(wú)影響。 6 抗菌 (antisepsis 黑色素可以保護(hù)真菌使其對(duì)抗自由基、毒素、紫 外線、X 射線、 射線、極端溫度和水解酶等環(huán)境 壓力, 因此黑色素是人體和植物感染致病性真菌的 重要致病因子。黑色素生物合成酶 (trihydroxynaphthalene reductase, 3HNR 由此成為

45、殺菌劑和選擇 性抗真菌劑的熱門(mén)靶標(biāo)。Brunskole 等 27 References 1 Yuan JP, Wang JH, Liu X. Research advance on the biological activities of soybean isoflavones (1 Metabolism and estrogenic behaviors of soybean isoflavones J. J Chin Inst Food Sci 測(cè)定了 27 種不同結(jié)構(gòu)母核的黃酮類(lèi)化合物在大腸桿菌模型中 抑制重組 3HNR 的活性。發(fā)現(xiàn)雞豆黃素 A (biochanin A 是活性最強(qiáng)的化合

46、物 (IC50 = 12 molL 。構(gòu)效 關(guān)系研究表明: 黃酮母核上 A 環(huán) 5 位和 7 位的羥 基是重要的抑制活性基團(tuán); C 環(huán) 3 位、A 環(huán) 6 位和 B 環(huán) 3 位羥基取代能降低抑制活性。 該實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)黃 酮類(lèi)化合物不僅可以在體內(nèi)抑制 3HNR, 還可在體外 抑制真菌生長(zhǎng), 具體機(jī)制有待進(jìn)一步研究。 7 結(jié)語(yǔ) 綜上所述, 目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于天然黃酮類(lèi)化合物 及其衍生物分別從動(dòng)物實(shí)驗(yàn)、細(xì)胞實(shí)驗(yàn)、激酶實(shí)驗(yàn)、 化學(xué)實(shí)驗(yàn)、 計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)等多方面進(jìn)行了構(gòu)效 關(guān)系研究。 研究發(fā)現(xiàn)黃酮類(lèi)化合物生理活性與其化學(xué) 結(jié)構(gòu)密切相關(guān), 母核、取代基、取代位置分布對(duì)其藥 理活性都可能會(huì)產(chǎn)生影響: 天然黃酮

47、類(lèi)化合物往 往具有較高的清除氧自由基活性; 天然黃酮化合物 母核上的羥基取代基數(shù)目越多, 其清除氧自由基活 性越強(qiáng), 特別是鄰位羥基取代可以大大提高其活性; 苯環(huán)上的鄰苯二酚結(jié)構(gòu)是其重要的活性基團(tuán); 對(duì) 于新型黃酮衍生物來(lái)說(shuō), A 環(huán)、B 環(huán)上的極性基團(tuán)取 代對(duì)于多種激酶活性具有促進(jìn)作用; 極性取代基團(tuán) 可與激酶受體在活性位點(diǎn)處形成氫鍵相互作用, 從 而提高相應(yīng)的活性; 不同激酶具有不同的“口袋” 結(jié)構(gòu), 需要不同結(jié)構(gòu)的配合物, 實(shí)驗(yàn)組要針對(duì)藥物作 用靶標(biāo)設(shè)計(jì)不同結(jié)構(gòu)的黃酮衍生物; C 環(huán)上 C4 位 羰基與 C2、C3 位雙鍵為選擇性活性必需基團(tuán), 即在 8 7 6 5 4 3 2 1 Te

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