小檗红碱药理作用及其结构修饰研究进展

2021-06-23齐飞王国胜

药学研究 2021年5期

齐飞，王国胜

(沈阳化工大学，辽宁沈阳 110142)

小檗红碱又称巴马汀红碱，是一种异喹啉类生物碱，因其为暗红色针状晶体而得名，存在于黄连、黄柏等植物，最早发现于欧小檗碱中[1]。由于小檗红碱的高共轭醌式结构，使其具有多种药理作用和生物化学作用。有关小檗红碱抗肿瘤、降压、降血糖、降血脂、抗心律失常、抗菌、抗氧化、镇静的功能，文献都有报道[2-4]，有很好的潜在药物开发价值。很多研究致力于对其结构进行改造，以期待得到更好的药物活性。本文对小檗红碱的药理作用及结构修饰进行综述。

1 药理作用研究

1.1 抗肿瘤小檗碱作为中药黄连的主要成分，具有显著的抗癌活性。1976年Hoshi等[5]提出，小檗碱抗肿瘤作用的本质是在生物体内发生化学转化，9-位羟基被氧化为甲氧基，最终发挥抗肿瘤作用的物质为小檗红碱。Kim等[6]利用结肠癌细胞菌株研究小檗红碱在体内对拓扑异构酶Ⅱ的作用，结果表明，小檗红碱对拓扑异构酶Ⅱ具有毒性，通过抑制其合成抑制癌细胞增殖。

近年来，随着对肿瘤细胞增殖机制研究进一步深入，新的理论也不断被发现，通过稳定G-四联体结构抑制端粒酶的活性被认为是一种潜在的抗癌药物开发策略。Khan等[7]对小檗红碱的13位进行结构修饰，并进行生物实验测试，结果表明，小檗红碱作为端粒酶抑制剂，控制癌细胞增殖，达到抗癌的效果。13位修饰后的衍生物抗肿瘤活性明显提高。

1.2 抗炎小檗红碱可抑制中性粒细胞和原始巨噬细胞迁移，通过抑制炎症因子表达和产生相关抗炎因子起到抗炎效果。小檗红碱能剂量依赖性地抑制ARPE-19细胞内IL-8和MCP-1蛋白浓度，下调其mRNA的表达。通过抑制NF-κB的转运实现抗炎[8]。Yu等[9]在小檗红碱减轻小鼠结肠炎的黏膜病变和炎症的研究中表明，小檗红碱通过减轻炎症细胞浸润、抑制过氧化物酶和细胞因子(TNF-α、IL-1B、IL-6、IL-4和IL-10)的产生，减轻小鼠结肠炎症。小檗红碱处理后，粘蛋白mRNA表达上调，Bax/Bcl-2比值降低。同时，小檗红碱对于炎症相关疾病如阿尔兹海默病、癌症等具有预防作用[10]。

1.3 抗神经焦虑研究表明，小檗红碱对神经系统的焦虑症状具有调节作用[11]。Liang等[17]通过小鼠给药动物模型研究表明，小檗红碱作用于脑内多巴胺和5-羟色胺系统，并具有多巴胺D2拮抗、5-羟色胺部分激动的内在活性，有效地改善动物的焦虑行为。李诺敏等[12]合成并提出四氢小檗红碱(THB)有很好的抗焦虑效果，且对中枢神经没有损伤。彭真珍等[13]对THB进行结构修饰，在9位羟基上乙酰化得到前药9-乙酰四氢小檗红碱硫酸盐，提高了小檗红碱的口服生物利用率。药代性质评价显示，在生物体内，结构修饰的小檗红碱可以迅速地转化为活性产物，提高生物利用率。达到26.6%。通过对小檗红碱进行结构修饰，改善吸收，具有研发抗焦虑药物潜能。

1.4 降血压降血脂心血管疾病目前已经成为老年人常见的高发性危险疾病。主要有高血压、高血脂、心律失常等。研究表明小檗红碱调节Na+、K+通道起到降压[14]抗心律失常作用[15]。小檗红碱通过细胞外信号调节信号通路，调控肝脏低密度脂蛋白和前蛋白转化酶的表达发挥降脂功能。Yang[16]研究表明小檗红碱作为钙阻滞剂适应上调低密度脂蛋白受体，调控降脂靶点，清除胆固醇降低血脂。他汀类药物是高脂血症治疗的关键药物，小檗红碱可导致血液中胆固醇水平降低和他汀类药物疗效的增加。小檗红碱9位结构修饰后，在人为诱导高脂血症小鼠体内测试实验中，总胆固醇水平降低了33%。与小檗碱相比，具有更明显的降血脂作用[17-19]。

1.5 抗真菌感染异喹啉类生物碱对于抑制真菌感染一直发挥重要作用。Hong等[20]合成了小檗红碱的9-位酰基和苯甲酰取代衍生物，并对其抗菌活性进行了考察。9-月桂酰小檗红碱对粪肠球菌、金黄色葡萄球菌、链球菌、黄体微球菌、枯草芽孢杆菌及革兰阴性菌具有抑制作用。并表明，一定范围内增加9-位取代基的长度提高抗菌活性。Park等[21]在小檗红碱的13-位引入不同的芳香族结构，并鉴定了一系列13-取代苄基小檗红碱衍生物的抗真菌活性。对白色念珠菌、金黄色葡萄球菌、卢氏假丝酵母、克鲁氏假丝酵母、烟曲霉、土曲霉、新型隐球菌、耻垢分枝杆菌等都有抑制作用。9-取代衍生物和13-取代衍生物的抗菌活性都强于小檗红碱，取代基的存在使亲脂性更高，细胞膜通透性更好，利于动物的吸收，可能是增强小檗红碱抗菌活性的关键。当小檗红碱与其他抗真菌药物联合使用，活性明显增强。

1.6 降血糖 2型糖尿病是一种复杂的代谢型体质紊乱，由于胰岛素分泌受阻导致血糖升高。小檗红碱抗糖尿病的作用机制已被广泛研究。Li等[22]合成一系列的12-氨基甲基取代小檗红碱衍生物，并对其抗2型糖尿病活性进行了评价，结果表明，大部分的化合物具有良好的抗糖尿病活性，可与黄连素相媲美，甚至优于黄连素。特别是化合物C-12上带有N-甲基哌嗪4-甲基基团，其抗糖尿病活性最强。最新的报道[23-24]认为小檗红碱的抗糖尿病机制与活化蛋白激酶(AMPK)的激活、葡萄糖转运蛋白的葡萄糖转运活性急性启动以及培养细胞中胰岛素抵抗肌管中胰岛素信号转导改善相关。

2 结构修饰

目前有关小檗红碱的结构修饰多有报道，按照修饰位置可划分四氢小檗红碱，9-位修饰小檗红碱，13-位修饰小檗红碱，8-位修饰小檗红碱，12-位修饰小檗红碱和环化小檗红碱6类，合成路线如图1所示。

图1 小檗红碱结构修饰路线图

小檗红碱的获得主要有天然提取法和人工合成法。天然存在的含量较少，提取困难。文献报道的人工合成方法多以小檗碱为原料，脱除9-位甲基制备，Iwasa等[25]提出了真空热解法，在190 ℃真空下反应15 min,小檗红碱产率为69%，延长反应时间可增加产率，合成路线如图2所示。将真空热解法进行改进，在氮气氛围中，190 ℃反应5 h，大大提高收率。2002年Das等[26]首次提出微波辐射法，微波辐射下三氧化二铝介质加热获得小檗红碱，收率达到98%；2013年刘丽贤等[27]对微波辐射法进行改进，提出以DMF为介质，400 W微波，辐射15 min快速合成小檗红碱，收率93%，纯度达到98%，合成路线如图3所示。上述方法由于原材料小檗碱自身的产量受到限制，小檗红碱的产量则更低。为了解决此问题，又提出了一种以邻位香兰素和胡椒乙胺为原料，经加氢缩合，环化步骤合成小檗红碱的方法，合成路线如图4所示。此外，小檗碱在生物体内经过转化，也会生成小檗红碱[1]。

图2 真空裂解法合成小檗红碱

图3 微波辐射法合成小檗红碱

图4 邻位香兰素法合成小檗红碱

2.1 四氢小檗红碱四氢小檗红碱在神经系统镇静作用研究中表现了很好的药物活性，其合成方法为在甲醇溶剂中，硼氢化钾为还原剂，室温反应4 h，可根据还原程度可以选择二氢还原和四氢还原[28]。

手性药物是近年来药物研究开发的热点之一，由于左旋和右旋化合物分子空间结构的不同，使药物可能具有完全不同的性质。获得手性药物的方法有手性合成和手性拆分两种。张海峰等[29]以(+)-二对甲苯甲酰酒石酸(DTTA)为拆分剂，在95%乙醇中，运用成盐拆分法对四氢小檗红碱进行拆分,得到了2种对映异构体经，纯化后，收率大于50%。

2.2 9-位修饰小檗红碱及其活性小檗红碱的9-位修饰分为烷氧基取代，酰氧基取代和9-氧糖苷化取代三种。具有很多的生物活性，如抗真菌，抗肿瘤，降低血脂，降低动物胆固醇，抗炎。结构修饰更复杂。

2.3 小檗红碱9-位烷氧基取代在乙腈溶剂中，190 ℃下，小檗红碱与烷基溴反应，在9-位引入链式烷烃[30]。9-位的烷氧基含氮取代物具有显著抗癌活性,同时抗菌活性明显增强。Jue等[31]以DMF为溶剂，氮气保护条件下，小檗红碱与烷基溴反应得到9-位取代小檗红碱衍生物，并对其在阿霉素的抗癌活性中发挥作用进行了生物学研究，结果表明，烷基化小檗红碱可以作为线粒体靶向配体来克服癌症的多药耐药，推进了脂质体给药在耐药癌症治疗中的主动靶向研究。

2.4 小檗红碱9-位酰氧取代 Huang等[32]以小檗红碱在缚酸剂吡啶或三乙胺作用下,与相应的酰氯反应得到9-位酰氧取代小檗红碱衍生物。并对其抗炎效果进行评价，相较于未修饰的小檗红碱，活性提高。

2.5 小檗红碱9-位糖苷化取代陈竹等[33-34]将小檗红碱氮气保护下，DMF为溶剂，冰水浴条件下，K2CO3碱性环境中，加入糖苷化试剂反应得到两种9-O-小檗红碱糖苷。取代后的衍生物具有降血脂作用。

2.6 8-位修饰小檗红碱根据酮与烯醇互变异构的原理，小檗红碱在不同pH的条件下有酮式、烯醇式和季铵式三种结构，碱性环境中以烯醇式存在。NaOH存在下，微波辐射1 h，8位的活泼氢与丙酮发生反应，生成8-位酰基取代小檗红碱[35]。反应完成后，由于酰基的引入，活化了对位13号碳，13号碳与其他化合物反应，可得到系列取代产物。8-位修饰的小檗红碱为其他结构修饰提供了中间体。

2.7 12-位修饰小檗红碱 Li等[36]在180 ℃的真空条件下，盐酸小檗碱转化为小檗红碱，加入适当的脂肪族氨基或芳基胺与甲醛，在80 ℃或室温下反应，得到12-C氨基甲基化的小檗红碱衍生物，经纯化后收率65%～85%。引入了氨基甲基的12位衍生物显著提高了小檗红碱的降血糖活性，治疗糖尿病的活性强于小檗碱。

2.8 13-位修饰小檗红碱王道武等[37]以8-乙酰基小檗红碱为原料，与苄基氯代化合物消除HCl反应得到小檗红碱的13位取代衍生物，如图9所示。小檗红碱的13位修饰多为烷基苯基取代和联苯取代。Park等[21]研究表明，13位修饰小檗红碱也明显提高了小檗红碱的抗真菌活性。

2.9 环化小檗红碱的合成小檗红碱为异喹啉类生物碱，母体中含有ABCD四个环。近期针对环状化合物的研究越来越多。范田运等[38]以小檗碱为起始原料经硼氢化钠还原得到二氢小檗碱，再乙二醛取代得到小檗碱13-位醛基取代物，在浓盐酸∶甲醇(1∶3)环境中完成环化反应，得到环化小檗碱,对得到的环化小檗碱脱除 9-位甲基，合成环化小檗红碱，合成路线如图5所示。在缚酸剂作用下与相应的酰氯反应得到9-位酯类化合物。并对环化小檗红碱进行了生物活性测试，结果表明，增加E环后抗真菌活性显著提高，而且具有抗MRSA病毒活性。