白藜芦醇衍生物的结构与活性综述

朱小桂 李 立 苏慧珊 刘谋德 薛超云

（西安医学院药学院 陕西西安 710021）

白藜芦醇是以二苯乙烯为母核的多酚类植物抗毒素，又称为芪三酚[1]。1939年，其首次由日本学者Takaota从植物白藜芦的根部提取并鉴定而得[2]。20世纪70年代，葡萄酒中也发现了白藜芦醇，并用来解释“法国悖论”现象[3]，即法国人在高脂高热饮食下，心脑血管疾病发病率却低于欧美其他地区的现象，流行病研究发现葡萄酒消费量与心脑血管发病率呈负相关。随后，研究者又相继在虎杖、花生、大黄、桑椹等多种植物中发现了白藜芦醇。一直以来，白藜芦醇因其具有的多种药理作用[4-6]而被广泛关注。

为了进一步开发研究白藜芦醇，大量学者对白藜芦醇类似物或衍生物的活性及构效关系进行了研究，以更深入认识二苯乙烯类化合物的构效关系，并发现具有更好开发前景的化合物。本文将白藜芦醇衍生物的结构与活性做一综述，根据白藜芦醇衍生物的结构特点，将其分为：(一) 酚羟基数目与位置不同的二苯乙烯衍生物；（二）烷氧基取代或酯基取代的白藜芦醇衍生物；（三）白藜芦醇多倍体衍生物；（四）卤代及其他白藜芦醇衍生物。

一、酚羟基数目与位置不同的二苯乙烯衍生物

Tania Coppa等[7]在研究白藜芦醇（RES）及其二苯乙烯类似物抗心脑血管疾病的活性时发现，(反)-4,4’-二羟基二苯乙烯（DHS）能够抑制内皮素-1的释放，并降低前内皮素-1基因的转录水平（白藜芦醇仅能够抑制内皮素-1的释放，而在转录水平上无影响）；同时，DHS还能够降低内皮素转换酶-1的表达和抑制内皮素转换酶-1的活性，从而抑制内皮素原-1转换为内皮素-1。基于这两方面机制，DHS表现了比白藜芦醇更好的内皮素抑制活性，有望成为心血管疾病的化学预防剂。

另外，已有许多实验证据表明，RES抗氧化活性与血管保护活性之间的相关性可能不那么直接。羟基的数目和位置对白藜芦醇及其二苯乙烯衍生物的生物活性，及对正常细胞或癌症细胞的抗增殖作用起着至关重要的作用。

图1 白藜芦醇（RES）及其衍生物DHS的结构

Haitao Li等[8]在研究RES及其衍生物的抗肿瘤特性时，制备了多羟基白藜芦醇衍生物，并评价了其对人结直肠癌HT-29细胞的细胞毒作用，具体结果如表1所示。其中，（反）-3,3’,4,5,5’-五羟基二苯乙烯(PHS)表现出最强的细胞毒性，并引发HT-29细胞凋亡，表现为多聚ADP-核糖聚合酶(PARP)裂解增加，胞质核小体水平升高和DNA片段化。进一步的机制研究表明，PHS诱导的细胞凋亡依赖于caspase，通过上调细胞内活性氧物种的生成和细胞内谷胱甘肽的耗竭而发生促氧化作用，最终通过氧化应激介导的细胞凋亡，有效地抑制人结肠癌细胞的增殖。

在一些更早的研究中，研究者也发现了多羟基二苯乙烯衍生物，特别是具有邻苯二酚结构的衍生物。其表现出比白藜芦醇更强的细胞毒性，并能诱导癌细胞凋亡[9-10]。

表1 系列多羟基二苯乙烯衍生物的抗癌活性[8-10]

Jager W等[11]在研究RES及其衍生物的选择性环氧合酶-2 (COX-2)抑制剂活性时，制备了一系列羟基化和甲氧基化白藜芦醇衍生物（见表2），并通过测定前列腺素E2(PGE2)的产生，分别评价了其体外抑制COX-1和COX-2这两种酶的抑制能力。其中，羟基化的RES衍生物表现了良好的选择性COX-2抑制活性，与塞来昔布相当或更好，且IC50也明显低于塞来昔布。但甲氧基化的RES衍生物抑制作用较差，其没有表现出COX-2的特异性。

表2 系列羟基化和甲氧基化的白藜芦醇衍生物[11]

S o o h w a n Y u m 等[12]研 究 了R E S 衍 生 物，（反）-3,3’,4’,5-四羟基二苯乙烯(PIC)的免疫抑制活性。对右旋糖酐硫酸钠(DSS)诱导的结肠炎模型小鼠给予口服PIC连续7天，小鼠的体重减轻和临床体征明显减弱。其推测与结肠结构破坏的显著改善、结肠髓过氧化物酶(MPO)活性显著降低与炎症介质如一氧化氮(NO)、前列腺素E2(PGE2)和促炎细胞因子的产生减少有关。

在进一步的机制研究中，Yum S等[13]发现RES及其衍生物的抗结肠炎活性是通过抑制HPH诱导HIF-1a，导致细胞内HIF-1的激活，从而增加HIF-1靶基因产物HO-1和VEGF的水平，参与改善肠道炎症。其结构分析表明，邻苯二酚结构为抑制HPH和随后激活HIF-1所必需。

二、烷氧基取代或酯基取代的白藜芦醇衍生物

Connie M.Remsberg等[14]研究了Pterostilbene的临床前药代动力学性质以及其抗肿瘤、抗炎、抗氧化和镇痛活性。Pterostilbene的XLog P=4.1，主要经肝脏代谢，其在大鼠中的药代动力学数据如下表。Pterostilbene可对5种癌细胞株表现出浓度依赖性的抗癌活性；在体外结肠炎模型中浓度依赖性的抑制HT-29细胞培养液中PGE2的产生；在犬软骨细胞炎症中表现出良好抗炎活性，与对照组相比，MMP3、SGAG和TNF-α水平均发生下降；在甩尾和热板镇痛试验中，延长了反应潜伏期；在ABTS法检测中表明具有浓度依赖性的抗氧化能力。

图2 白藜芦醇多羟基衍生物的结构式

Won Young OH等[15]制备了一系列白藜芦醇脂肪酸酯的衍生物，并考察其在食品和生物模型体系中的抗氧化活性。脂肪酸包括丙酸、丁酸、己酸、辛酸、癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、油酸、二十碳二烯酸（EPA）、二十二碳六烯酸（DHA），产物包括单取代和双取代的酯类衍生物。这些白藜芦醇的酯类衍生物均表现出较好的抗氧化活性，比白藜芦醇具有更好的H2O2清除活性，能抑制铜诱导的低密度脂蛋白氧化，还能有效地抑制羟自由基诱导的DNA断裂。

Dae-Won Kim等[16]在研究白藜芦醇及其三甲氧基衍生物（TMS）的神经保护作用时发现，白藜芦醇对小鼠海马神经HT22细胞具有浓度依赖性的保护作用，使其免受谷氨酸诱导的细胞毒作用，并增加细胞中HO-1的表达和SIRT1的活性。这一保护作用可以被HO-1的特异性表达抑制剂所逆转，但不能被SIRT1抑制剂逆转。而甲氧基替代羟基的衍生物TMS和无羟基取代的母核二苯乙烯均未能保护HT22细胞免受谷氨酸诱导的细胞毒性，并未能增加HO-1的表达和SIRT1的活性。由此得出，白藜芦醇的细胞保护作用至少部分与HO-1的表达有关，但与SIRT1的激活无关，而羟基的存在是该活性所必需的。

F. Peter Guengerich等[17]研究细胞色素P450 1B1的选择性抑制剂。P450 1B1在许多发生癌症的人体组织(如前列腺、卵巢、子宫、乳腺)中表达，能够激活多种环境诱变剂，也能催化雌激素的4-羟基化，被认为是激素致癌过程中的重要一步。白藜芦醇是P450酶家族的抑制剂，而甲氧基化白藜芦醇类似物（Rhapontigenin、TMS、PMS）可以具有更好的抑制活性与选择性。其中，TMS是P450 1B1的选择性抑制剂，能够阻断17β-雌二醇的4-羟基化，抑制P450 1B1的表达，以及抑制人乳腺肿瘤细胞的生长。相反地，PMS则是P450 1A1的选择性抑制剂，对HepG2细胞P450 1A1的表达也有抑制作用。取代的二苯乙烯类化合物在预防雌激素或外源物质引起的癌症方面可能是有用的。

三、白藜芦醇多倍体衍生物

Sang Hyun SUNG等[18]在筛选天然产物抗乙酰胆碱酯酶(AChE)活性的过程中发现，豆科植物Caragana chamlague的甲醇提取物对AChE有明显的抑制作用。进一步的分离鉴定确定了两个活性二苯乙烯低聚物(+)-α-Viniferin和Kobophenol A，二者均呈剂量依赖性抑制AChE活性，IC50值分别为2.0和115.8µM。其中(+)-α-Viniferin的乙酰胆碱酯酶抑制活性具有特异性、可逆性和非竞争性。

图3 白藜芦醇多倍体衍生物的结构式

Matharage Gayani Dilshara等[19]用从铁线莲花中提取的α-Viniferin处理小胶质细胞，可减少脂多糖诱导的一氧化氮(NO)和前列腺素E2(PGE2)的产生。机制研究表明，α-Viniferin在炎症早期通过抑制AKT/PI3K依赖的NF-κB活化抑制促炎基因iNOS和COX-2的表达，在晚期通过刺激NRF2介导的HO-1信号通路抑制促炎介质NO和PGE2的产生。

龚福恺等[20]发现α-viniferin能抑制K562细胞增殖，其抗增殖活性呈剂量和时间依赖性，IC50为13.61mg/L。作用机制研究表明，α-viniferin可引起K562细胞出现死亡并伴随有染色质聚集、核破碎、凋亡小体等典型的细胞凋亡形态学特征，同时伴有线粒体膜电位显著降低，caspase-9、caspase-3活性升高等现象；α-viniferin可引起K562细胞caspase-3mRNA表达持续升高，和Bax、Bad、Bim、Bid促凋亡基因mRNA表达增加，同时Bcl-2、Bcl-xL抗凋亡基因mRNA表达持续下降。α-viniferin通过线粒体途径诱导K562细胞凋亡。

NamHui Yim等[21]从山葡萄(Vitis amurensis Rupr.)叶和茎中分离得到多个二苯乙烯多倍体衍生物（见图3）。其中，反式E葡萄素（trans-ε-viniferin）对与龋病和牙周病有关的变形链球菌和血链球菌抑制活性最强，MIC值分别为25和12.5µg/mL。其他几种二苯乙烯多倍体衍生物也具有较好的抗菌活性，提示从山葡萄中提取的天然抗菌化合物可能有利于口腔健康，作为预防龋病和牙周病的菌斑控制剂。

Nahla Zghonda 等[22]比较了白藜芦醇及其二倍体ε-Viniferin对自发性高血压大鼠(SHR)血管内皮细胞(VECs)功能、血压和心脏质量的影响。用ε-Viniferin处理的血管内皮细胞（VECs）可以通过生成一氧化氮以促进细胞增殖，也可以通过抑制细胞内的氧化物质，保护细胞免受氧化应激的影响，并且活性均高于白藜芦醇。ε-Viniferin还可以在体外抑制血管紧张素转换酶的活性，而白藜芦醇不具有此活性。用ε-Viniferin（5 mg/kg）治疗SHR大鼠3周，可有效降低收缩压，改善整体心脏质量和左心室质量指数。而白藜芦醇(2.5 mg/kg)未能降低血压并显著改善这些质量指数。

四、卤代及其他白藜芦醇衍生物

Jasmine George等[23]研究发现，(反)-3,5-二羟基-4’-溴二苯乙烯（4’-BR）具有SIRT1和SIRT3双重抑制活性，作为小分子抑制剂对人黑色素瘤细胞系(G361、SK-MEL-28和SK-MEL-2)具有显著的抑制增殖作用。用4’-BR处理黑色素瘤细胞可导致：1.增殖和克隆存活率下降；2.诱导凋亡，同时伴随着caspase-3和proaspase-8的减少，caspase-3和多聚(ADP-核糖)聚合酶(PARP)的裂解增加；3.增殖细胞核抗原(PCNA)的显著下调；4.黑色素瘤细胞的迁移受到抑制。此外，4’-BR可引起黑色素瘤细胞G0/G1期阻滞，同时伴有WAF-1/P21表达增加和Cyclin D1/Cyclin依赖激酶6蛋白水平降低。SIRT1和SIRT3双重抑制剂4’-BR通过代谢重编程和影响细胞周期和凋亡信号，在黑色素瘤细胞中赋予抗增殖作用。

图4 白藜芦醇卤代衍生物的结构式

Jin-yi WU等[24]研究了(反)-3,5-二羟基-4’-氯二苯乙烯（4’-CR）对肺腺癌A549细胞的抑制作用。4’-CR可以诱导细胞内活性氧迅速且持续的增加，并能引起亚G1期细胞形成，线粒体膜电位降低，聚腺苷二磷酸核糖聚合酶降解，诱导细胞内酸性空泡增多、LC3-II形成和GFP-LC3聚集。此外，4’-CR可诱导细胞泛素化结合物的积累，并抑制蛋白酶体的活性。在体内研究中，4’-CR可以抑制裸鼠肿瘤生长。

Eun-Jin Lee等[25]研究发现，(顺)-3,4,5-三甲氧基-4’-溴二苯乙烯（BCS）相比于其反式对映体（BTS）和白藜芦醇，能够更有效地抑制癌细胞的生长。其以人肺癌细胞(A549)为研究对象，探讨其作用机制发现，BCS早期可诱导细胞周期阻滞于G2/M期，随后亚G1期DNA含量呈时间依赖性增加，提示诱导细胞凋亡，形态学观察呈圆整状，DNA片段化，也可见凋亡现象。BCS处理可上调促凋亡蛋白p53、细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂p21的表达水平和胞浆中细胞色素c的释放。这些数据提示BCS可能通过阻滞细胞周期和诱导人肺癌细胞凋亡而作为癌症化疗或化学预防药物。

Xiu-Zhuang Li等[26]研究了白藜芦醇的卤化反应并获得了一系列卤代白藜芦醇衍生物（合成方法与衍生物如图6）。所有衍生物均比白藜芦醇具有更强的抗溶血活性，并且2-氯白藜芦醇和2-溴白藜芦醇在抗真菌测试中，对白色念珠菌的抗菌活性优于白藜芦醇和阳性对照药物氟康唑。

图6 卤代白藜芦醇的合成路线

五、小结

人们普遍认为白藜芦醇属于酚类抗氧化剂。酚羟基能够结合自由基和给出质子，以阻断自由基链式反应，因而具有抗氧化活性。但是，白藜芦醇衍生物的广泛生物活性绝不仅仅来源于其抗氧化能力，而是针对不同药理活性具有不同的作用靶点，也存在同时作用于多个靶点并产生协同效应的情况。因此，白藜芦醇衍生物的活性不单是取决于其酚羟基的多少，而是羟基的取代位置与数量同时影响其活性。综述，在白藜芦醇衍生物的活性与构效关系中还有一些共性的特点。比如，对羟基的修饰有利于延长其体内代谢的半衰期；芳环上的卤代有可能增加衍生物的细胞毒作用；具有邻二酚结构有利于增加衍生物的抗增殖和抗炎活性；多倍体衍生物活性普遍优于单倍体等。白藜芦醇作为二苯乙烯类化合物最有特点的化合物之一，随着对其衍生物的活性及构效关系研究，其活性的作用机制也将更加明确。这必将有助于白藜芦醇的开发应用，以白藜芦醇为先导化合物的活性分子的发现。