黄酮类化合物的糖基化修饰

胥鑫萌，童天娇，刘伟，刘军海

（陕西理工大学化学与环境科学学院，陕西 汉中 723000）

黄酮类化合物，属植物二级代谢重要产物，是具有2-苯基色原酮结构的一类黄色色素，包括黄酮的同分异构体以及黄酮主要位置上的氧化产物和还原产物等，也是沙棘、黄芩、青钱柳等多种常用道地药材的主要活性成分。药理研究表明，黄酮类化合物具有抗氧化、抗病毒、抗炎、抗肿瘤等多种生物活性，已在保护肝脏、治疗心血管疾病等医学临床上广泛应用。

黄酮类化合物结构复杂，天然存在着溶解性低、稳定性差等缺陷，如游离苷元难溶或不溶于水；黄酮、黄酮醇以及查耳酮等分子之间排列紧密、引力较大而难溶于水；相比而言，二氢黄酮和二氢黄酮醇等略微利于水分子的进入，但其溶解性也不高。因此，通过结构修饰来增强黄酮类化合物的溶解性，对提高其生物利用度意义深远。目前，黄酮类化合物常见的结构修饰有糖基化、甲基化、酰基化等，而糖基化修饰已成为近年来国内外的研究热点和重点，其中黄酮苷糖链的长短、糖基的种类，以及糖的结合方式和位置等都对其溶解性、稳定性有着不同程度的改善作用。通过对天然黄酮进行环上取代基的替换、定性的糖基化修饰等，来丰富黄酮类化合物的种类，改善其理化性质，增强其生物活性，达到成药活性良好的目的，进而扩大应用范围。因此，本文讨论了近年来黄酮类化合物的糖基化修饰研究进展，主要讨论了修饰以后修饰物生物活性的变化和应用，分析了其中存在的问题，并提出了解决思路和今后的发展趋势，以期为黄酮类化合物在医学上的开发与应用提供理论参考。

1 黄酮类化合物的化学结构

黄酮类化合物是一类具有2-苯基色原酮结构的黄色色素，其结构上常见的取代基有—OH、—OCH3等；在植物界中，以苷类和碳糖基的形式广泛存在，而游离态苷元的形式则较为稀有；根据其构型的不同，主要分为黄酮及黄酮醇类、二氢黄酮及二氢黄酮醇类、黄烷醇类、异黄酮及二氢异黄酮类、双黄酮类，以及查尔酮、花色苷等[1]。

2 黄酮类化合物的糖基化修饰

黄酮类化合物数量庞大、结构复杂，其中，结构差异是影响其生物活性强弱的主导因素，如A、B、C三环上羟基、甲氧基等的数目和位置决定抗氧化性、抗炎活性等。为了改善天然黄酮自身的缺陷，通过糖基化对其进行结构改造，在改变黄酮类化合物结构的同时，也增强了生物活性，赋予其丰富的功能。

黄酮类化合物的糖基化是指糖基和化合物形成糖苷链的过程。糖苷链的合成一般是糖基供体和糖基受体在催化剂作用下进行的，常用的糖基供体有糖基卤化物、糖基三氯乙酰亚胺酯、邻炔基苯甲酸糖基酯和硫苷[2]等。糖基化修饰主要是在天然黄酮的不同位置上引进入糖基，其修饰位点受糖基供体的类型、活性、连接位置以及催化剂的选择等影响。不同类型的黄酮其常用的修饰位点也有所差异，如葛根素重要的修饰位点是7位、4′位和6″位；儿茶素常用的修饰位点发生在3位、7位、3′位和4′的羟基上等。

目前，传统的修饰方法有酶法和化学法。酶法主要围绕酶的专一性以及底物的选择性展开研究，相对来说，研究成本高昂；化学法条件苛刻、选择性强等对特定位点的修饰具有一定的难度。而近年来采用微生物、植物细胞等生物转化备受欢迎，将成为今后糖基化修饰的发展趋势。

2.1 黄酮或黄酮醇

黄酮和黄酮醇具有C2~C3双键、C4有羰基、C环成环的结构特点。其中，黄酮醇是分布最广泛的黄酮类物质。研究发现，以黄酮苷为原料，一般是经过乙酰化、苯甲酰化或苄基化、酸水解等反应得到保护基保护的黄酮苷元，再与糖基供体进行糖基化反应[2]。目前，合成黄酮3-O-糖苷产率较高，而合成黄酮5-O-糖苷产率特别低，甚至不反应，原因是由于5-OH与4-C＝O形成分子内氢键，使得5-OH反应活性非常低[3]。

芦丁可通过不同途径来实现其结构改造。研究表明[4]，芦丁经苄基保护、水解、烷基化等一系列化学修饰之后，再对其C-7位上的羟基进行糖基化修饰，可实现芦丁向槲皮素糖苷的转化；芦丁也可经醚化、水解反应得到3羟乙基槲皮素[5]；此外，采用全细胞催化法[6]、黑曲霉发酵产生的α-L-鼠李糖苷酶[7]均可实现芦丁水解制备异槲皮素。

槲皮素可被多种酶催化进行糖基化修饰，且修饰以后的活性高于未修饰前。糖基供体蔗糖和糖基受体槲皮素在右旋糖酐蔗糖酶的催化下，可高效向槲皮素葡萄糖苷转化[8]。来源于微生物的3种糖基转移酶都能催化槲皮素生成异槲皮苷，其产物具有明显的抗炎活性[9]。叶静斯[10]等发现，槲皮素在葡萄柚中糖基转移酶的催化下，可与UDP-葡萄糖、UDPN-乙酰-D-氨基葡萄糖反应生成槲皮素-3-Oβ-D葡萄糖苷、槲皮素3-O-β-D-N-乙酰-D-氨基葡萄糖苷。SEO[11]等合成了槲皮素-3-O-木糖苷，并对槲皮素苷元和槲皮素3-O-木糖苷的生物活性进行了评价和比较，发现槲皮素3-O-木糖苷具有抗胰腺炎活性。此外，相转移催化法也可实现黄酮醇3-糖苷的合成[12]。

糖基化修饰是一种形成糖苷键的过程，其中，羟基被糖基化修饰后，在水中溶解度明显增大。不仅可以丰富黄酮类化合物的种类，而且还能有效改善其生物活性。目前，与槲皮素和芦丁糖基化修饰相关的研究报道颇多，已取得了一定的研究进展。但由于修饰产物多且复杂，导致相关报道仅停留于修饰表面的研究，而未能深入到黄酮分子内部的研究，今后，应明确其修饰途径和修饰机理，以拓展糖基化修饰在黄酮类化合物中的应用。

2.2 二氢黄酮或二氢黄酮醇

天然二氢黄酮和二氢黄酮醇主要存在于植物和中草药中，生物活性较强。二氢黄酮是一种C环2、3位双键氢化后的黄酮类衍生物，而二氢黄酮醇C环无双键，是一类结构母核3位有羟基取代的黄酮类化合物。其糖基转化主要集中于3位、7位羟基上的修饰，糖基化修饰的典型代表有橙皮苷和水飞蓟素。

糖基化修饰的柑橘源黄酮具有较高的生物转化率，刘傲璐[13]以糖基转移酶为催化剂对天然柑橘黄酮双糖苷进行生物转化，发现糖基转化产率高达80%。左珊珊[14]以环糊精葡萄糖基转移酶（CGTaes）为催化剂，β-环糊精为糖基供体，实现柑橘源黄酮的生物转化，水溶性考察发现糖基化修饰产品的溶解度提高了1000倍左右。王幻[15]等以来源于青霉和黑曲霉的橙皮苷酶对橙皮苷进行糖基化修饰，修饰位点为橙皮苷的7位羟基，发现该酶可催化橙皮苷转化为橙皮素-7-O-葡萄糖苷。

目前，水飞蓟素糖基化修饰的相关研究报道不是很多。Kim[16]等研究了康宁木霉对水飞蓟素A和水飞蓟素B的微生物转化，在水飞蓟素的3位和7位羟基实现了糖基化修饰。汪艳丽[17]以水飞蓟素为原始材料，对其进行乳糖修饰，最终得到水飞蓟宾糖苷化衍生物。

橙皮苷和水飞蓟素的保肝作用使得其修饰产物被广泛应用于医学领域。近年来，国外有关水飞蓟素糖基化反应的报道较多，且相关技术路线已成熟化。相比之下，国内对于这方面的研究具有一定的滞后性。今后，需要更多的相关人员来总结前人在这方面的工作，分析并深入研究，为水飞蓟素等二氢黄酮醇深而广的应用开辟新的道路。

2.3 异黄酮或异黄酮醇

染料木素、葛根素是异黄酮类化合物的重要代表，主要存在于豆科植物中。其中，染料木素平面型的结构特点，具有脂溶性和水溶性差的缺点，进而降低了药效；葛根素具有降低血糖的功效，故对低血糖人群不适用。因此，结构修饰对改善以上化合物的不足尤为关键。现如今，糖基化修饰已成为新药物研发的热点之一，可有效实现难溶或不溶物向易溶物之间的转化，应用于染料木素和葛根素中，必将会提高其生物利用度。

染料木素的多靶向性降低了与受体结合的选择性，而糖分子结构本身具有靶向性，故对染料木素进行糖基化修饰可以增强染料木素精准的靶向性，从而提高生物活性[18]。Sordon[19]等采用微生物球孢白僵菌对染料木素的C-4″位和C-7位羟基进行生物转化，糖基化修饰产物为C-4″-甲氧基-7-O-葡萄糖苷衍生物和7-O-葡萄糖苷衍生物。Szeja[20]等首先合成3，4-二-O-乙酰基-L-鼠李烯糖，然后在染料木素的C-7位羟基进行糖基化修饰，最后对糖基化衍生物进行抗肿瘤活性测试，发现糖基化修饰的产物对结肠癌细胞和前列腺癌细胞的抑制作用均高于染料木素。

已报道的葛根素黄酮经糖基化修饰后水溶性显著提高。在黄国栋[21]的实验中，采用氧化微杆菌的静息细胞及细胞提取液将葛根素转化为葛根素-7-O-葡萄糖苷。朱盼[22]等将葛根素转化为4′-羟乙基葛根素和3′，5′-二羟甲基葛根素，发现其溶解性分别是葛根素的5倍和10倍。许庆兵[23]等先将葡萄糖酰化、卤化和醚化得到7-羟基-4′-(2,3,4,6-四乙酰基-β-D-吡喃葡萄糖苷基)葛根素，然后在Na2CO3的作用下醇解得到7-羟基-4′-(β-D-吡喃葡萄糖苷基)葛根素，经溶解性测试发现，葛根素衍生物的溶解性是葛根素的15.2倍。Li[24]等以来源于嗜热脂肪芽孢杆菌的麦芽淀粉酶为催化剂，在葛根素的6″位羟基上进行糖基化修饰，得到两种产物葡萄糖基-α-(1,6)-葛根素和麦芽糖基-α-(1,6)-葛根素，相比葛根素，其修饰产物的水溶性分别增加了14倍和168倍。

糖基化对提高药物的活性和靶向性具有主导作用。染料木素的糖基化修饰更偏重于抗肿瘤活性的增强，而葛根素的糖基化修饰更偏重于溶解性的提高，总的来看，其修饰后的理化性质都得到了一定的改善。就目前的研究状况来看，修饰物的应用性质发生了巨大变化，但染料木素的研究主要集中在抗肿瘤方面，而其他生物活性方面少有研究，今后，应着眼于修饰产物的其他活性研究，使染料木素被广泛应用于其他医学研究。

2.4 黄烷醇

儿茶素是黄烷醇类化合物的典型代表物，广泛分布于植物界中，尤其在茶叶中的含量较为丰富。儿茶素虽然具有很多亲水性羟基，但在水中溶解度并不高，通过引入一个或数个亲水性糖苷基团可有效提高其水溶性[25]。近年来，国内外学者在儿茶素生物转化方面作出了许多研究。

儿茶素糖基化修饰位点多样，修饰物性能突出。Kimura[26]等使用2,4,6-三羟基苯乙酮作为原料，全合成得到(-)-表儿茶素-3-O-β-吡喃葡萄糖苷。Gao[27]等以麦芽糖为糖基供体，以来源于嗜热脂肪芽胞杆菌中的α-葡萄糖苷酶对(+)-儿茶素进行糖基化修饰，得到(+)-儿茶素-5-O-α-D-吡喃葡萄糖苷和(+)-儿茶素-7-O-α-D-吡喃葡萄糖苷。Romanov-Michailidis[28]等以间苯三酚和肉桂醇的衍生物为起始原料，经过傅-克烷基化、Sharpless不对称二羟基化、选择性地保护和脱保护、环化、氧化、还原等步骤，合成了(-)-表儿茶素-3′-O-D-葡萄糖醛酸苷。Zhang[29]等以2,3,4,6-四-O-乙酰基-α-D-溴代葡萄糖为糖基供体，以表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)为糖基受体，糖基化修饰得到EGCG-4′-O-β-D-葡萄糖苷和EGCG-4′,4″-O-β-D-二葡萄糖苷，水溶性分别增加了15倍和31倍。

儿茶素糖基化修饰产物复杂，对其性质的深入研究具有一定的局限性。与国外相比，我国对儿茶素糖基化修饰方面的研究起步较晚，研究力度极其不足，导致近年来相关研究鲜有报道，因此，后续应在现有的研究基础上，借助高科技的生物化学技术，继续研究并不断完善儿茶素修饰物的其他变化，进一步推动儿茶素的应用。

2.5 花色苷

花色苷属天然色素，是由花色素和一些糖基以糖苷键连接而成的产物，主要存在于桑葚、黑枸杞、葡萄、拟南芥等植物体内，使植物呈现不同的色彩，能有效帮助植物抵御和适应不同的环境。花色素[30]的稳定性较花色苷差，需要在类黄酮3-O-葡萄糖基转移酶(3GT)的作用下经糖基化生成花色苷后才能稳定存在于植物体内。糖基化花色苷[31]主要包括花色素的3-O-葡萄糖基和3,5-O-双葡萄糖基，即花色素单糖苷和花色素双糖苷。

花色苷类多在3′-OH连糖。研究发现[32]，类黄酮3-O-葡萄糖基转移酶在花色素3′羟基上能够实现向花色苷的转化。此外，在拟南芥中过量表达紫薯类黄酮3-O-葡萄糖基转移酶基因，也有利于拟南芥中花色素向花色苷的迅速转化[33]。

人们对花色苷糖基化修饰的认知不够深入，相关研究机制尚不明确，导致其目前处于实验研究阶段。虽然花色苷的糖基化结构修饰对色素的增加和生物活性的提高具有积极作用，但不同植物中花色素的修饰或合成仍存在一定的差异，因此，研究其中的个性和共性是今后的研究重点。此外，修饰后的产物缺乏临床应用，因此，探索花色苷在人体内如何吸收、代谢等过程就显得尤为重要。

3 结语

随着科技的发展和科研人员的不懈努力，越来越多的黄酮类化合物被不断发现并应用。多数作为药剂被应用于临床医学，虽然已取得了较好的研究，但仍有潜在价值尚待开发。以黄酮类化合物为先导物，对其进行糖基化修饰，并对结构修饰的产物进行功效性评价，已成为近年来的研究热点和重点，愈发引起越来越多的研究者关注，但其存在的问题接踵而至。（1）黄酮类化合物糖基化修饰的修饰产物较为复杂，对其结构无法全面分析和检测，进而限制了对其深入研究；（2）相比国外，国内有关黄酮类化合物糖基化修饰方面的研究不是很多，且目前的研究多数停留于基础性实验阶段；（3）不同类型的黄酮，糖的结合方式、位置等对其修饰结果均有影响；（4）有关其糖基化修饰的构效关系尚不明确，研究缺乏针对性和选择性，如供体和受体之间是如何选择的、修饰位点对修饰物活性之间是如何影响的；（5）虽然大多数研究表明修饰产物的理化性得到有效改善，但多数报道仍集中于修饰产物一种活性的研究，而忽略了其他生物活性的研究，导致未能全面推广应用。若能有效克服以上问题，黄酮类化合物新药物的成果开发指日可待。