甘草次酸结构改造的研究进展

代 静

(中国矿业大学 银川学院煤化工研究所，宁夏 银川 750021)

甘草(Glycyrrhiza uralensis)属于豆科植物，分布于我国西部及俄罗斯等欧州国家，始载于神农本草经，列为上品。 其性味甘平。主要治疗脾胃虚弱，中气不足，咳嗽、气喘，食物药物的中毒等症状[1]。 甘草的主要药理学活性物质是甘草酸( Glycyrrhizic acid，简称 GR)、苷元甘草次酸( Glycyrrhetinic acid，简称 GA)及甘草黄酮等成分[2]，其中甘草酸的药理学活性最强，在这方面的研究也相对广泛。

甘草次酸(Glycyrrhetic acid，简写GA)是从甘草的根茎中提取出来的的五环三萜类的化合物[3]Ruzicka[4]小组和Beaton小组[5-7]最早确认了甘草次酸的分子结构，它的结构存在不同的光学异构体如18α-型、18β-型(结构见图1)，目前甘草次酸及其衍生物的研究主要是18β-甘草次酸。

图1 甘草次酸结构

现代研究表明18β-甘草次酸具有抗炎、防治肿瘤、抗溃疡、降血脂、抗病毒(肝炎病毒、艾滋病毒等)等作用。但是，临床实验表明，长时间 ，大用量的服用这类药物的时候，会产生一系列的副作用。经过一系类的研究表明可能是18β-甘草次酸在体内抑制氢化可的松的代谢酶11β-羟基类固醇脱氢酶( 11β- HSD- I、11β- HSD- II)的活性所引起的。除此以外， 甘草次酸也有降低基础代谢率的作用。并且水溶性差以及高浓度时对正常细胞的毒性也制约了其在临床上的应用。基于上述种种原因，国内外学者利用对甘草次酸结构的改造修饰，力图筛选出更加高效、毒副作用低的新药。

从分子的结构上来看来，甘草次酸有三个主要的官能团，分别位于 A、 C、 E环上，因此，所以他们的化学修饰及骨架环系的改造修饰也大多在这三个官能团上。 其主要结构修饰位点详见图2所示。

图2 结构修饰位点

1 甘草次酸A环结构修饰

对 A环的修饰时，主要在2位、3位羟基、 A环骨架的重构上， Siegfried Gottfried等[8]在无水吡啶中，甘草次酸和琥珀酸酐进行反应，随后用 NaOH水溶液处理，最终产物为甘珀酸钠，一种常用的抗溃疡药。王彩兰等[9]在无水吡啶中，加入甘草次酸甲酯和邻苯二甲酸酐加热回流，得到甘草次酸甲酯-3- O-邻苯二甲酸单酯，产物具有一定的生物活性。武汉大学的金健民、刘秀芳等[10]以磷酰基作为桥联基团将氮芥与11β-脱氧甘草次酸进行结合，得到了一系列有抗癌活性的甘草次酸衍生物。随后将该衍生物进行体外抗癌活性测试，结果表明甘草次酸对氮芥有明显的增效作用。 Turner John Cameron等[11]在无水吡啶环境中，将甘草次酸甲酯和反式邻环己烷二甲酸进行加热回流，产物为甘草次酸甲酯-3- O-反式邻环己烷二甲酸单酯，它具有抗溃疡作用。 Kiyoshi Takiura等[12]将甘草次酸甲酯、燥石膏、氧化银、碘加入氯仿中，在室温搅拌下与溴乙酰葡萄糖的氯仿溶液进行反应，最后用甲醇钠脱去乙酰基，得到甘草次酸甲酯-3- O-葡萄糖苷，明显提高了水溶性、抗炎、抗病毒活性。Sachiko Esaki等[13]通过类似的方法引入了二糖配基。Hirooka Motoko等[14]合成了具有抗炎和免疫活性的甘草次酸甲酯糖配合物。

2011年6月，赵龙铉[15]等人在甘草次酸的C-3位进行了化学修饰，偶联了氨基酸，将水溶性进行提高。同时改善了它的生物利用度，降低其毒副作用。 具体路线见图3所示。

图3 反应路线

近几年的研究，科研工作者把焦点从合成视角转向了生命活性物质的研究。2011年，林凯威[16]等人将甘草次酸经过氧化、酯化后在m-CPBA作用下合成了内酯，它在对甲苯磺酸作用下，进行换裂解，在催化剂作用下，再与各种卤代烃或烷基胺合成目标化合物。最终得到的新型甘草次酸衍生物经过活性测试，发现对 NTUB1细胞(人膀胱癌细胞株)都有不同程度的抑制作用.

2 甘草次酸C环结构修饰

图4 甘草次酸化合物合成路线

目前，科研工作者们对甘草次酸C环上的结构修饰主要集中在11位羰基上。日本学者Shibata[17]等研究表明， 造成甘草次酸的假醛固酮增多症副作用的原因可能与它的分子结构中的共轭系统有关。 Shoji等也发现，当甘草次酸11位羰基被还原为亚甲基后，明显降低了类醛固酮样副作用，韩永生，彭宇[18-19]等在1994年和1995年将甘草次酸11位羰基用 Zn或 Zn- Hg齐还原，得到脱氧甘草次酸，之后又合成了多种甘草次酸脱氧酯化产物及其盐类。为进一步开发利用甘草次酸提供多种可能。

2010年，Igor Beseda[20]等人将甲基化的11β-甘草次酸在过量锂的六甲基磷酸三胺(HMPT)环境下，通过PtO2或在锌和HCl作用催化还原为15，经过重氮甲烷甲基化得到16。1在含氢氧化钠的四氢呋喃水溶液中经NaBH4还原得到11β-GA和11α-GA 17的差相异构体混合物，可以经过合成相应的酯来分离。17又与二苯基重氮甲烷反应可生成18b、18c。在甲基重氮试剂过量的情况下可生成19，在醋酸和盐酸的混合物回流可脱水得到22。20在含有催化量盐酸的THF溶剂中与重氮甲烷甲基化获得21. 18α-GA 23是1在酸性或碱性条件下获得。23再与二苯基重氮甲烷或重氮甲烷反应得到24、25.合成的这些甘草次酸化合物经过生物活性测试具有明显的抗炎活性，抗炎活性接近于氢化可的松，部分化合物的活性甚至高于氢化可的松。具体合成路线见(图4)。

3 甘草次酸E环结构修饰

金健民等[21]在有机溶剂中将甘草次酸甲酯与1-二( 2-氯乙基)2-氨基磷酰二氯, 加热回流, 并通入氨气, 合成出甘草次酸磷酰胺化合物, 其抑癌效果比对照品盐酸氮芥要好。汤立达等[22]将甘草次酸与3取代苯基5-异嗯唑甲胺进行偶联, 得到一类新型的含有异嗯唑杂环的甘草次酰胺类衍生物, 均具有较高的抗炎活性。Pfizer公司所研制的4、2取代哌嗪脱氧甘草次酸酰胺衍生物几乎无甲醛固酮副作用, 而且具有较强的抗胃、肠溃疡等活性[23]。洪玮等[24]将甘草次酸的羧基与氨基聚乙二醇的氨基缩合形成轭合物, 抗肿瘤活性与对照物甘草次酸相当, 水溶性则比其高280倍左右。

Jin Tatsuzaki,Masahiko Taniguchi等人研究合成一系列新型GA-DZ偶联化合物，具体合成路线见图5，并使用9种不同的人类肿瘤细胞进行体外抗癌实验，研究表明；大多数的GA-DZ偶联化合物都有着显著的细胞毒作用，特别是化合物5、29、30.对LN-CAP，1A9和KB细胞都有明显的抑制作用。所以，GA-DZ偶联化合物标志着新化学实体的产生，为新抗癌药物的发现和开发提供了一个有意义的思路(图6 GA-DZ偶联化合物结构式)。

5; 4-OGA,R1=3-OMe,R2=Me 29; 2-OGA,R1=3-OMe, R2=Me 30; 3-OGA, R1=4-OMe, R2=Me

图5 GA-DZ偶联化合物

图6 GA-DZ偶联化合物结构式

Attilio Bonati等将3-O-乙酰-甘草次酸在氯仿中与异丙醇铝的氯仿溶液反应，得到3-O-乙酰-甘草次酸的铝盐。同时他们还得到了3-O-乙酰-甘草次酸的镁盐。S．Rozen等[25]将3-O-乙酰-甘草次酰氯、三乙胺在二氯甲烷中与甘氨酸乙酯盐酸盐常温反应，得到N-(3-O-乙酰-甘草次酰基)甘氨酸乙酯，用于抗溃疡剂。Fewer Salat[26]通过用甘草次酸与有机胺反应，制得一种抗呕吐和调节肠紊乱的药物。该类化合物均具有潜在的药理学活性，有可能开发成新药。此外，甘草次酸同各种氨基酸的酰胺化反应也日渐成为专家们关注的课题。S Rozen等[27]从1971年以来通过各种氨基酸和甘草次酸及其衍生物反应制得了十几种甘草次酸酰胺，如N-18β-甘草次酸-谷氨酸作为抗炎、抗过敏的药；3-O-乙酰-18β-甘草次酸-L-谷氨酸二甲酯，实验证明其具有抗溃疡疗效。 Kiyoshi Takiura等[28]将甘草次酸钠在DMF中与溴乙酰葡萄糖常温反应，再脱去乙酰基得到甘草次酸葡萄糖酯，其有较好的抗炎活性同时水溶性有所提高。

4 甘草次酸多环同时结构修饰

毛声俊等[29]将硬脂醇与甘草次酸在N, N-二环己基碳二亚胺( DCC )下缩合, 再和琥珀酸酐在吡啶中反应, 得到3-O -琥珀酰基-甘草次酸硬脂醇酯,可用作制备肝靶向脂质体的导向分子;。Kiyosh iT akiura等[30]将甘草次酸与溴乙酰葡萄糖在催化剂下常温反应, 再脱去乙酰基得到3-O-葡萄糖基-甘草次酸葡萄糖酯。具有一定的抗炎、抗病毒活性同时水溶性有所提高。具体合成路线如图7所示。

2010年，Zhi Yao Heb, Xi Zheng[31]等人根据分析构效关系，对甘草次酸进行一系列酯化反应合成出甘草次酸修饰的隐形阳离子脂质体(GA-PEG-CLs)。(GA-PEG-CLs)是由脂质体(DOTAP)、胆固醇(Chol)和甘草次酸聚乙二醇共轭体(GA-PEG-Chol)组成。生物活性研究发现，它在无血清或含血清培养基中被发现对人肝癌细胞株HepG2的转染有较高的效率，但在人类胚胎肾脏细胞株的HEK 293没有显着性差异。5%浓度的GA- PEG - CLS对人正常肝细胞株L02细胞毒性最低，含有5%GA-PEG-Chol的GA-PEG-CLS可能作为最有潜力的肝癌靶向治疗基因载体之一。

a. 硬脂醇, DCC, CuCl DM F, 8 h; b. 琥珀酸酐, 吡啶, 20min; c. Ag2O, I2, 燥石膏, 氯仿,溴乙酰葡萄糖, 常温过夜; d. M eOH - (M eO)2B a, 离子交换树脂

图7 3-O-葡萄糖基-甘草次酸葡萄糖酯合成路线

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