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湖北中医学院学报
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2010年6月第12卷第3期
June20lO。V01.12,No.3
【文献综述】
五环三萜皂苷的合成途径及生物活性研究进展
廖一帆
(湖北中医学院基础医学院20cr7级硕士研究生,湖北武汉430065)
关键词:五环三萜皂苷;生物活性;综述中图分类号:R284.3
文献标识码:A
文章编号:1008.987X(2010)03JD060旬3
五环三萜皂苷是由三萜皂苷元和糖经糖苷键连接而成的配糖体,大多以游离或苷类的形式广泛存在于自然界,许多中药如人参、甘草、三七、远志等都含有五环三萜皂苷成分。依据苷元的不同,五环三萜皂苷可分为齐墩果烷(ole粕柚e)型、乌苏
成2,3一氧化鲨烯。
ss和sE是此过程中关键的两个酶。在环丙甲醇二磷酸中问体介导下,SS催化两个法呢二磷酸(FPP)分子以头对头的形式形成还原性的二聚体p。。sE则催化鲨烯在C=C双键之间插入一个氧原子形成环氧化物p。。1.2氧化鲨烯环化酶(0sC)
合成二萜类皂苷的第一步就是OsC的环化作用。2,3一氧化鲨烯在0sc催化下,经过一系列的质子化作用、环化、重排和去质子化作用形成三萜皂苷元。大多编码Osc的基因是由5个蛇麻脂醇合成酶基因和7个公认的五环三萜合成酶基因组成的”1。0sC的活性与微体有关,揭示了它们与细胞膜结合的特性。0sc不可逆抑制和变异分析表明,高保守的氨基酸模体DcIAE是底物结合所需的p。。大多数植物三萜类皂苷是从齐墩果烷和达玛烷衍化而来的,因此B—AS和达玛烯二醇合成酶(Ds)对五环三萜皂苷的合成非常重要。
植物产生了大约∞多种不同的0sC产物,三萜类0sC的多作用特性和改变单个氨基酸序列就改变了产物的特性表明,天然结构多样性可能是由“灵活”酶的核心部位产生的。从2,3一氧化鲨烯形成的环化产物合成皂苷还需要额外的修饰,包括各种氧化、取代以及在骨架的不同位置上糖基化”。。1.3细胞色素P450
三萜环碳环系统合成后,碳环骨架还必须经过复杂的修饰作用,对这一过程的具体步骤还不十分清楚。大多数研究表明,细胞色素P450依赖的单加氧酶和糖基转移酶参与了这一过程。细胞色素P450是一种b族细胞色素,大多数都催化羟化反应。这种酶是
烷(u黜)型、羽扇豆烷(1up锄e)型和木栓烷(fhedeiam)型等
多种不同类型的化合物。在植物中,五环三萜皂苷的主要功能是防御病原体和害虫;现代药理研究表明它具有抗肿瘤等多种生物活性。由于自然界中很多具有重要价值的五环三萜皂苷往往产量很低,因而对于五环三萜皂苷人工合成的研究成为该领域的热门。现仅就五环三萜皂苷的合成途径及生物活性的研究概况综述如下。
l五环三萜皂苷的合成途径
首先甲羟戊酸(Mevalonic∞id)生成的异戊烯二磷酸(IPP)
在香草二磷酸合成酶(GPS)作用下首先形成香叶二磷酸(GPP),接着利用二磷酸合成酶(FPs)转化成二磷酸(FPP),又在鲨烯合成酶(ss)的作用下合成鲨烯,然后经鲨烯环氧酶(sE)催化转变为2,3一氧化鲨烯(2,3一馘id08quale∞)“。。2,3一氧化鲨烯经过2,3一氧化鲨烯环化酶(0sC)的环化作用得到三萜类骨架。三萜类骨架依赖细胞色素P450单加氧酶、糖基转移酶(cT)和B一糖苷酶进行氧化、置换及糖基化等化学修饰,最终获得五环三萜类皂苷产物。
1.1
甲羟戊酸
甲羟戊酸途径是公认的皂苷三萜苷元合成途径。异戊烯
二磷酸依次在香叶二磷酸合成酶(GPs)、法呢二磷酸合成酶(FPs)、鲨烯合成酶(sS)和鲨烯环氧酶(sE)的催化下,最终合
作者简介:廖一帆(1984一)。男。湖北中医学院基础医学院200r7级硕士研究生。
[1l】Meierc,st明bJJ。RotllcB,eta1.TsHThempy
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[12]崔斌,黄岚,宋耀明,等.冠心病患者循环内皮祖细胞与尿酸检测及相关性[J】.中国动脉硬化杂志,2006。14(1):卯一∞.[13]成忠,彭定凤,余意君,等.血清尿酸水平与冠状动脉病变的相关性[J】.临床内科杂志,2004,21(11):777—778.
1收稿日期:加10一Ol一¨编辑:邵企红)
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膜定位蛋白,在细胞中的含量少且不稳定,很难提纯。直到1990年,第—个植物细胞色素P450才由燕麦果实中克隆出来”。。
通过密码和域的研究,Choi等¨。已经识别了25种细胞色素N50。其中一员包含在原人参萜二醇C一6位置上,催化形成原人参萜三醇(合成人参皂苷的主链)¨。。所识别的P450家族成员中,3个与cYP85A1家族(包含在油莱类固醇生物合成中)有高度的氨基酸序列同源性¨。。虽然许多酶有高度的底物专一性,但它们的同源就是由于有相似的底物化学结构“。。1.4糖基转移酶(GT)和B一糖苷酶
催化三萜皂苷元与糖通过糖苷键相连的是糖基转移酶。它是具有众多成员的大家族,具有高度的专一性。转移不同的糖基或糖基的受体不同,所需的糖基转移酶也不同。已知序列的糖基转移酶没有明显的同源性,但有相似的结构域。
从三萜苷元生物合成皂苷对于原人参萜二醇型骨架在C一3和C一20的羟基位置进行了糖基化,形成了原人参萜二醇型人参皂苷;而对于原人参萜三醇则在c一6和C一20位置上进行了糖基化,形成了原人参萜三醇型人参皂苷¨1。choi等”。用密码和域的研究,识别了5个B一糖苷酶候补物。有些人参皂苷山B一糖苷酶介导,裂解葡萄糖转变成其他的形式的皂苷。5个公认的B一糖苷酶中有3个编码的蛋白质与以前分离的酶(修饰呋甾烷苷和燕麦皂苷)相似。2五环三萜皂苷的生物活性
近年来,随着现代分离方法和结构测定技术的应用,三萜皂苷已成为天然产物研究中最活跃和进展最快的领域。大量的研究表明,五环三萜皂苷类化合物具有广泛的药理作用和重要的生物活性,尤其在抗炎、护肝、抗肿瘤以及机体免疫调节等方面备受人们的关注。2.1抗肿瘤活性
・
制¨“。菊科植物一枝黄花(岛脚n哂撇)中的三萜皂苷
VirgjⅡlreasaponinE可能通过促进血清肿瘤坏死因子TNF—q的
释放而抑制小鼠DBA/2一Mc、sC—l纤维肉瘤以及180纤维肉瘤的生长¨…。绞股蓝总皂苷经腹腔注射对小鼠kWis肺癌细胞具有明显的抑制作用”“。
从泻根(占,),Dn缸d幻玉口)的根中得到的三萜皂苷能很好地抑制11PA诱导的炎症反应,对11PA诱导的EB病毒早期抗原(EBV—EA)的半数抑制量为O.2—0.6IIg/ear。其中bryoni惦id鹤E显示出强烈的EBV—EA抑制作用,在1×10’molratio/-】甲^剂量时,抑制率可达到100%¨“。这类皂苷有望发展成为一类有效。的预防肿瘤药物。2.2护肝作用
研究表明,五环三萜皂苷化合物如熊果酸、齐墩果酸护肝效应的作用具体机制可能主要与其抗氧化、抗炎效应以及对药物代谢酶的作用有关。M毗ilI等¨到研究发现,熊果酸对CCl‘诱导的抗氧化酶改变有保护作用,能明显抑制由CCl4诱导的小鼠血清丙氨酸氨基转移酶(ALT)和天冬氨酸基转移酶(AsT)的升高。同时也能逆转过氧化物歧化酶、过氧化氢酶、谷光甘肽还原酶及谷光甘肽过氧化物酶的活性。以及保持谷光甘肽体内水平。体外实验中,对于由ccl.诱导中毒的肝细胞,熊果酸能显著降低谷草转氨酶及乳酸脱氢酶活性,并且发现熊果酸在羟基化后具有很强的自由基清除活性。2.3抗炎作用
研究表明,大多数五环三萜皂苷具有抗炎作用,并已应用于
临床。B棚。等唧。对枇杷提取物的研究发现其中大约有10余种
五环三萜皂苷对由.Ⅱ,A诱导的小鼠的耳水肿以及由其诱导的Raji细胞中E—B病毒早期抗体的活化具有明显的抑制作用,这可能与抑制髓过氧化物酶活性有关,并能使Raji细胞存活率更高。考察某些五环三萜皂替结构变化对其抗炎活性的影响,结果表明齐墩果酸以及其类似物C一3氧化后对5一脂氧化酶和体内的炎症过程具有更强的抑制作用H“。桦木酸及其衍生物则能通过抑制炎症过程中具有重要作用的磷脂酶A2(PLA:)的活性,从而抑制炎症进展…1。Isma甜圳从唇形科百里香属植物7A妒叫
2.1.1体外活性:五加科植物波斯常春藤(执幽伽如^池)中
具有新结构的齐墩果酸单糖苷(Hedercolchiside)A对肺癌A549
等6种肿瘤细胞系均有细胞毒效应,其IC如从4.5岫oL/L到
12Ⅳ∞L/L不等,构效关系研究表明其q位苷化,且糖的连接次序为O—q—L吡喃鼠李糖(1—观)一Ⅸ一L毗喃阿拉伯糖是保持
活性的基本结构单元p1。西南银莲花(An唧。地如”谈iF删nch)
中的3个三萜皂苷对人癌细胞体外生长有抑制作用”…。紫金牛科紫金牛属植物九节龙(Ardb∞pⅪ以缸)中的2个九节龙皂苷
6r0珊sD,let“和z"d№矗枝叶氯仿提取物中分离得到具有抗
炎活性的主要化学成分为齐墩果酸和熊果酸。2.4抗病毒作用
据报道,五环三萜皂苷甘草酸苷对sARs病毒复制具有非常强的抑制作用,且选择性抑制指数很高。甘草酸苷不仅抑制病毒的复制,而且在病毒复制早期还能抑制病毒的吸附和穿膜,因此其在病毒的吸附期及吸附期以后都是非常有效的。目前,
(ardipusiuoside)对小鼠肉瘤(S180)、小鼠艾氏腹水癌(队c)、
黑色素瘤(B16)以及小鼠肝癌(HEPA)均有抑制作用”“。
人参皂苷Rh。及其前体Rg。对小鼠宫颈癌(U14)和EAc有明显的抑制作用,具有很强的抗肿瘤作用,R_ll。抗肿瘤作用强于Rg。¨“;其二醇组皂苷Rh:经研究具有很高的抗肿瘤活性,对癌症细胞具有分化诱导、增殖抑制和诱导细胞凋亡等作用¨“。此外人参皂苷可通过阻止细胞增殖周期的Go/G,期或促使细胞死亡两种方式抑制肿瘤细胞U20s的增殖””。
2.1.2体内活性:据报道,移植了卵巢癌的裸鼠经腹膜内给予人参皂苷Rk,并同时给予顺铂(cisplatin),结果两者合用较之单用时,小鼠的生存时间明显延长,而肿瘤的生长受到明显抑
甘草酸苷的抗sAl玛病毒的作用机制仍不完全明确,推测其可能的作用机制是影响细胞的信号传导通路。陈国宝等”。研究发现,从番石榴叶中提取的熊果酸具有降低轮状病毒的能力,减弱其感染力,增强MA一104细胞抗轮状病毒感染的作用,同时对感染轮状病毒的MA一104细胞,也有明显的治疗作用。2.S其他生物活性
五环三萜皂苷其他生物活性包括心血管系统作用,如抗高
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血压、抗动脉粥样硬化、抗心律失常以及调脂、降糖等作用‘251。五环三萜皂苷对由环磷酰胺诱发的心脏毒性以及红藻氨酸盐诱导的小鼠海马神经元兴奋性中毒具有显著的保护作用。同时,能对抗由化学药物或胃酸分泌过多所致的胃溃疡,提高慢性胃损伤的治愈率汹埘1。3讨论
五环三萜皂苷具有广泛的生物活性和药理作用,尤其是抗肿瘤和抗病毒的作用,为其开发应用治疗AIDS、肿瘤等奠定了理论根据。另外五环三萜皂苷在心脑血管疾病方面的应用,也将有助于寻找和发现更有效的用于治疗心脑血管疾病的天然药物,应用前景广阔。
由于五环三萜皂苷结构复杂且类型众多,目前对其生物合成具体步骤仍不十分明了,合成途径会遇到工艺流程复杂、成本高、易产生同分异构体及受环境污染等问题。为此,进一步深入研究五环三萜皂昔的合成途径,不仅对于基础研究,而且对于增加中药有效成分的产量,实现工业化生产,提高社会和经济效益,都具有重要意义。参考文献:
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(收稿日期:2∞9一12一船编辑:任桂华)
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(湖北中医学院基础医学院20cr7级硕士研究生,湖北武汉430065)
关键词:五环三萜皂苷;生物活性;综述中图分类号:R284.3
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文章编号:1008.987X(2010)03JD060旬3
五环三萜皂苷是由三萜皂苷元和糖经糖苷键连接而成的配糖体,大多以游离或苷类的形式广泛存在于自然界,许多中药如人参、甘草、三七、远志等都含有五环三萜皂苷成分。依据苷元的不同,五环三萜皂苷可分为齐墩果烷(ole粕柚e)型、乌苏
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ss和sE是此过程中关键的两个酶。在环丙甲醇二磷酸中问体介导下,SS催化两个法呢二磷酸(FPP)分子以头对头的形式形成还原性的二聚体p。。sE则催化鲨烯在C=C双键之间插入一个氧原子形成环氧化物p。。1.2氧化鲨烯环化酶(0sC)
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植物产生了大约∞多种不同的0sC产物,三萜类0sC的多作用特性和改变单个氨基酸序列就改变了产物的特性表明,天然结构多样性可能是由“灵活”酶的核心部位产生的。从2,3一氧化鲨烯形成的环化产物合成皂苷还需要额外的修饰,包括各种氧化、取代以及在骨架的不同位置上糖基化”。。1.3细胞色素P450
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1.1
甲羟戊酸
甲羟戊酸途径是公认的皂苷三萜苷元合成途径。异戊烯
二磷酸依次在香叶二磷酸合成酶(GPs)、法呢二磷酸合成酶(FPs)、鲨烯合成酶(sS)和鲨烯环氧酶(sE)的催化下,最终合
作者简介:廖一帆(1984一)。男。湖北中医学院基础医学院200r7级硕士研究生。
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膜定位蛋白,在细胞中的含量少且不稳定,很难提纯。直到1990年,第—个植物细胞色素P450才由燕麦果实中克隆出来”。。
通过密码和域的研究,Choi等¨。已经识别了25种细胞色素N50。其中一员包含在原人参萜二醇C一6位置上,催化形成原人参萜三醇(合成人参皂苷的主链)¨。。所识别的P450家族成员中,3个与cYP85A1家族(包含在油莱类固醇生物合成中)有高度的氨基酸序列同源性¨。。虽然许多酶有高度的底物专一性,但它们的同源就是由于有相似的底物化学结构“。。1.4糖基转移酶(GT)和B一糖苷酶
催化三萜皂苷元与糖通过糖苷键相连的是糖基转移酶。它是具有众多成员的大家族,具有高度的专一性。转移不同的糖基或糖基的受体不同,所需的糖基转移酶也不同。已知序列的糖基转移酶没有明显的同源性,但有相似的结构域。
从三萜苷元生物合成皂苷对于原人参萜二醇型骨架在C一3和C一20的羟基位置进行了糖基化,形成了原人参萜二醇型人参皂苷;而对于原人参萜三醇则在c一6和C一20位置上进行了糖基化,形成了原人参萜三醇型人参皂苷¨1。choi等”。用密码和域的研究,识别了5个B一糖苷酶候补物。有些人参皂苷山B一糖苷酶介导,裂解葡萄糖转变成其他的形式的皂苷。5个公认的B一糖苷酶中有3个编码的蛋白质与以前分离的酶(修饰呋甾烷苷和燕麦皂苷)相似。2五环三萜皂苷的生物活性
近年来,随着现代分离方法和结构测定技术的应用,三萜皂苷已成为天然产物研究中最活跃和进展最快的领域。大量的研究表明,五环三萜皂苷类化合物具有广泛的药理作用和重要的生物活性,尤其在抗炎、护肝、抗肿瘤以及机体免疫调节等方面备受人们的关注。2.1抗肿瘤活性
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制¨“。菊科植物一枝黄花(岛脚n哂撇)中的三萜皂苷
VirgjⅡlreasaponinE可能通过促进血清肿瘤坏死因子TNF—q的
释放而抑制小鼠DBA/2一Mc、sC—l纤维肉瘤以及180纤维肉瘤的生长¨…。绞股蓝总皂苷经腹腔注射对小鼠kWis肺癌细胞具有明显的抑制作用”“。
从泻根(占,),Dn缸d幻玉口)的根中得到的三萜皂苷能很好地抑制11PA诱导的炎症反应,对11PA诱导的EB病毒早期抗原(EBV—EA)的半数抑制量为O.2—0.6IIg/ear。其中bryoni惦id鹤E显示出强烈的EBV—EA抑制作用,在1×10’molratio/-】甲^剂量时,抑制率可达到100%¨“。这类皂苷有望发展成为一类有效。的预防肿瘤药物。2.2护肝作用
研究表明,五环三萜皂苷化合物如熊果酸、齐墩果酸护肝效应的作用具体机制可能主要与其抗氧化、抗炎效应以及对药物代谢酶的作用有关。M毗ilI等¨到研究发现,熊果酸对CCl‘诱导的抗氧化酶改变有保护作用,能明显抑制由CCl4诱导的小鼠血清丙氨酸氨基转移酶(ALT)和天冬氨酸基转移酶(AsT)的升高。同时也能逆转过氧化物歧化酶、过氧化氢酶、谷光甘肽还原酶及谷光甘肽过氧化物酶的活性。以及保持谷光甘肽体内水平。体外实验中,对于由ccl.诱导中毒的肝细胞,熊果酸能显著降低谷草转氨酶及乳酸脱氢酶活性,并且发现熊果酸在羟基化后具有很强的自由基清除活性。2.3抗炎作用
研究表明,大多数五环三萜皂苷具有抗炎作用,并已应用于
临床。B棚。等唧。对枇杷提取物的研究发现其中大约有10余种
五环三萜皂苷对由.Ⅱ,A诱导的小鼠的耳水肿以及由其诱导的Raji细胞中E—B病毒早期抗体的活化具有明显的抑制作用,这可能与抑制髓过氧化物酶活性有关,并能使Raji细胞存活率更高。考察某些五环三萜皂替结构变化对其抗炎活性的影响,结果表明齐墩果酸以及其类似物C一3氧化后对5一脂氧化酶和体内的炎症过程具有更强的抑制作用H“。桦木酸及其衍生物则能通过抑制炎症过程中具有重要作用的磷脂酶A2(PLA:)的活性,从而抑制炎症进展…1。Isma甜圳从唇形科百里香属植物7A妒叫
2.1.1体外活性:五加科植物波斯常春藤(执幽伽如^池)中
具有新结构的齐墩果酸单糖苷(Hedercolchiside)A对肺癌A549
等6种肿瘤细胞系均有细胞毒效应,其IC如从4.5岫oL/L到
12Ⅳ∞L/L不等,构效关系研究表明其q位苷化,且糖的连接次序为O—q—L吡喃鼠李糖(1—观)一Ⅸ一L毗喃阿拉伯糖是保持
活性的基本结构单元p1。西南银莲花(An唧。地如”谈iF删nch)
中的3个三萜皂苷对人癌细胞体外生长有抑制作用”…。紫金牛科紫金牛属植物九节龙(Ardb∞pⅪ以缸)中的2个九节龙皂苷
6r0珊sD,let“和z"d№矗枝叶氯仿提取物中分离得到具有抗
炎活性的主要化学成分为齐墩果酸和熊果酸。2.4抗病毒作用
据报道,五环三萜皂苷甘草酸苷对sARs病毒复制具有非常强的抑制作用,且选择性抑制指数很高。甘草酸苷不仅抑制病毒的复制,而且在病毒复制早期还能抑制病毒的吸附和穿膜,因此其在病毒的吸附期及吸附期以后都是非常有效的。目前,
(ardipusiuoside)对小鼠肉瘤(S180)、小鼠艾氏腹水癌(队c)、
黑色素瘤(B16)以及小鼠肝癌(HEPA)均有抑制作用”“。
人参皂苷Rh。及其前体Rg。对小鼠宫颈癌(U14)和EAc有明显的抑制作用,具有很强的抗肿瘤作用,R_ll。抗肿瘤作用强于Rg。¨“;其二醇组皂苷Rh:经研究具有很高的抗肿瘤活性,对癌症细胞具有分化诱导、增殖抑制和诱导细胞凋亡等作用¨“。此外人参皂苷可通过阻止细胞增殖周期的Go/G,期或促使细胞死亡两种方式抑制肿瘤细胞U20s的增殖””。
2.1.2体内活性:据报道,移植了卵巢癌的裸鼠经腹膜内给予人参皂苷Rk,并同时给予顺铂(cisplatin),结果两者合用较之单用时,小鼠的生存时间明显延长,而肿瘤的生长受到明显抑
甘草酸苷的抗sAl玛病毒的作用机制仍不完全明确,推测其可能的作用机制是影响细胞的信号传导通路。陈国宝等”。研究发现,从番石榴叶中提取的熊果酸具有降低轮状病毒的能力,减弱其感染力,增强MA一104细胞抗轮状病毒感染的作用,同时对感染轮状病毒的MA一104细胞,也有明显的治疗作用。2.S其他生物活性
五环三萜皂苷其他生物活性包括心血管系统作用,如抗高
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湖北中医学院学报
2010年第12卷第3期
血压、抗动脉粥样硬化、抗心律失常以及调脂、降糖等作用‘251。五环三萜皂苷对由环磷酰胺诱发的心脏毒性以及红藻氨酸盐诱导的小鼠海马神经元兴奋性中毒具有显著的保护作用。同时,能对抗由化学药物或胃酸分泌过多所致的胃溃疡,提高慢性胃损伤的治愈率汹埘1。3讨论
五环三萜皂苷具有广泛的生物活性和药理作用,尤其是抗肿瘤和抗病毒的作用,为其开发应用治疗AIDS、肿瘤等奠定了理论根据。另外五环三萜皂苷在心脑血管疾病方面的应用,也将有助于寻找和发现更有效的用于治疗心脑血管疾病的天然药物,应用前景广阔。
由于五环三萜皂苷结构复杂且类型众多,目前对其生物合成具体步骤仍不十分明了,合成途径会遇到工艺流程复杂、成本高、易产生同分异构体及受环境污染等问题。为此,进一步深入研究五环三萜皂昔的合成途径,不仅对于基础研究,而且对于增加中药有效成分的产量,实现工业化生产,提高社会和经济效益,都具有重要意义。参考文献:
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