甘草次酸的结构修饰及生物活性研究进展

    张光辉 龙旭 张拴

    摘 ? ? ?要：甘草次酸是甘草中重要的黄酮之一，其具有明显的抗炎、抗溃疡、抗肿瘤、抗病毒、抗氧化、美白等活性，在食品、药品等行业得到广泛应用，并越来越受到科研人员的关注。目前，甘草次酸结构修饰主要集中在C-3、C-30、C-11位。就甘草次酸结构修饰及甘草次酸衍生物的生物活性进行了探讨，为甘草次酸衍生物的合成及甘草次酸的开发提供参考依据。

    关 ?键 ?词：甘草次酸;结构修饰;活性

    中图分类号：TQ 463 ? ? ? 文献标识码： A ? ? ? 文章编号： 1671-0460（2020）02-0393-05

    Abstract： Glycyrrhetinic acid is one of the important flavonoids in licorice， which has obvious anti-inflammatory， anti-ulcer， anti-tumor， anti-virus， anti-oxidation， whitening and other activities. At present， the structural modification of glycyrrhetinic acid mainly focuses on c-3， c-30 and c-11 positions. In this paper， structural modification of glycyrrhetinic acid and biological activity of its derivatives were discussed， providing reference for the synthesis of the derivatives and the development of glycyrrhetinic acid.

    Key words： Glycyrrhetinic acid; Structural modification; Activity

    甘草是豆科植物甘草、胀果甘草或光果甘草的干燥根茎，是我国一种宝贵的传统中药，主要分布于宁夏、甘肃、新疆、内蒙古等地。其干燥根茎中活性成分主要为黄酮类化合物甘草酸、甘草次酸、甘草素、异甘草素等。现代药理研究表明，甘草次酸具有阻遏细胞周期、诱导肿瘤细胞的分化和凋亡，抑制肿瘤细胞侵袭和多药耐药等途径发挥抗癌作用，还具有抗炎、抗氧化、抗病毒、抗溃疡、抗过敏等活性，在毒性肝炎、艾滋病、非典的治疗方面发挥作用[1-5]。

    近年来，关于甘草次酸的研究越来越受到人们的重视，目前，对于甘草次酸的结构修饰改造，主要集中在C-3羟基、C-30羧基及C-11羰基，甘草次酸骨架上，经过修饰改造，人们得到了一系列具有生理活性的衍生物。本文就甘草次酸结构修饰及其活性研究进展进行简述，为甘草次酸的结构修饰与开发提供参考依据。

    1 ?甘草次酸衍生物的结构修饰

    1.1 ?甘草次酸C-30羧基结构修饰

    Wang J W等[6，7]利用加成、消除等反应对取代苯甲醛进行修饰，得到取代甲胺中间体。然后分别与甘草次酸、脱氧甘草次酸反应，得到C-30位为酰胺键的杂环类甘草次酸及脱氧甘草次酸衍生物（图1）。

    对这类化合物的活性测试结果显示，它们的镇痛、抗炎及止咳活性均很高，而且更加安全。结果还表明，1（3-邻甲氧基苯基-异噁唑-5-基）甲胺基的脱氧甘草次酸具有一定的保护肝脏作用，剂量100 mg/kg时，可有效降低甲型流感病毒小鼠死亡率。

    Kuo-Hsiung Lee等[8]在甘草次酸的C-30位引入脱氢姜油酮合成了11种甘草次酸衍生物，活性测试表明该类甘草次酸衍生物具有显著的抑制肿瘤细胞复制的作用，发挥抗肿瘤作用，部分衍生物体现较强的细胞毒素活性，而且将1、2化合物中的甲氧基替换为乙氧基后，得到化合物5、6的细胞毒性活性降低（图2）。

    张妍[9]等用甘草次酸与甲醇、乙醇通过酯化反应，得到了甘草次酸甲酯和甘草次酸乙酯，甘草次酸及其衍生物与PPC反应，C-3羟基可被氧化为羰基，得到氧化甘草次酸及其甲酯和乙酯衍生物。并对其催化烯烃不对称环氧化活性进行了测试，发现活性关系为：氧化甘草次酸>氧化甘草次酸衍生物>甘草次酸衍生物，并且，甘草次酸衍生物不能催化位阻较大的烯烃反应。

    1.2 ?甘草次酸C-3羟基和C-30羧基结构修饰

    张娜[10]等人通过乙酰化反应，在C-3上引入乙酰基，然后在（COCl）2下分别与化合物1、化合物2作用，得到化合物a、b，以苦参碱、18α-甘草次酸和美法仑为对照，发现化合物a和b对肝癌细胞SMMC-7721具有明显的抑制作用，IC50值分别为85.7、178.2 mol?L，动物实验表明对正常肝细胞几乎无毒（图3）。

    金健民[11]等将甘草次酸酯化后，与具有抗癌性的氮芥通过-P-O-键连接，设计合成了活性高、毒性低的新化合物，合成路线如下，通过抗癌活性测试表明：化合物I、II体外测试比对照盐酸氮芥具有更高的抗癌活性;体内测试显示，抑制率与剂量呈现正比关系，化合物I、II口服效果優于盐酸氮芥，表明甘草次酸对氮芥有明显的增效作用（图4）。

    通过抗癌活性测试表明：化合物I、II体外测试比对照盐酸氮芥具有更高的抗癌活性;体内测试显示，抑制率与剂量呈现正比关系，化合物I、II口服效果优于盐酸氮芥，表明甘草次酸对氮芥有明显的增效作用。

    Csuk等[12]在甘草次酸甲酯的基础上，通过与氯乙酰氯的反应，产物再分别与二胺类缩合对C-3羟基进行修饰，得到了一系列含有直链氨基的甘草次酸衍生物。抗肿瘤活性测试结果显示，C-3位引入直链氨基可以提高甘草次酸的活性，并且当碳原子数n=6时，活性最高，IC50：0.6-3.0 mol?L（图5）。

    Schwarz等[13]通过酯化反应，在甘草次酸的C-30的位引入甲氧基、乙氧基、苄氧基等，得到甘草次酸的衍生物，并在C-3位引入不同构型的丙氨酸，得到一系列C-3、C-30甘草次酸衍生物，并以甘草次酸为对照，其对肿瘤细胞的选择性和活性均高于对照組（图6）。

    申利红[14]等通过GA与1，2-二溴乙烷，再与AgNO3在乙腈中回流得到亲核取代产物甘草次酸-2-硝氧乙酯，然后通过与氯乙酰氯的酰化反应在C-3位引入氯酰基，进一步在四氢呋喃和三乙胺作用下与二乙胺反应盐酸酸化得3-O-（2-二乙胺基-乙酰基）-甘草次酸-2-硝氧乙酯。改变溴代烷和胺，得到12种甘草次酸衍生物。

    通过对这些化合物抗肿瘤活性测试筛选显示，这些化合物均有不同程度的抑制肿瘤细胞的作用。其中化合物b1～b8活性显著高于a1～a4甘草次酸硝基化合物。b4、b6化合物在HL-60细胞中抗肿瘤活性大于甘草次酸，b2、b3活性与甘草次酸相当;MCF-7、HepG2细胞实验中，b3化合物活性大于甘草次酸，b7化合物与甘草次酸活性相当。因此，b3化合物具有较广谱的抗肿瘤活性，可以作为抗肿瘤药物设计重点关注对象（图7）。

    Gao Y等[15]对甘草次酸C-30羧基和C-3羟基同时进行改造，通过氧化、酯化、取代、水解反应，得到2化合物，化合物2通过亲核取代反应，在羧基引入不同N取代基团，得到酰胺类化合物3a-3c。化合物2通过C-3与C-2位通过关环，亲核取代得到化合物4a-4d，再经过开环消除、还原得到了不同结构的氧化甘草次酸酰胺衍生物5a-5d、6a-6d。活性研究结果显示，此类化合物具有较强的抑制白血细胞HL-60的增长作用（图8）。

    1.3 ?甘草次酸C-11羰基结构修饰

    孟艳秋等[16]通过锌汞齐将C-11位羰基还原，得到脱氧甘草次酸，然后通过酯化反应在C-30位引入酯键，然后在二氯甲烷和三乙基胺介质中，低温与对甲基苯磺酰氯反应，在C-3的羟基上引入苯磺酰基，最后在四氢呋喃中与叠氮化钠回流反应得到产物5a-5g。以紫杉醇和吉非替尼为对照，体外抗肿瘤活性测试表明，5a、5c、5e对人体乳腺癌细胞MCF-7和肺癌细胞A549均具有一定的抑制作用;在10 μmol/L时，对MCF-7的抑制率分别为71.57%、14.53%、22.02%。

    其中5a化合物的对乳腺癌细胞抑制能力比甘草次酸显著提高，IC50为4.29±0.07 μmol/L。在10 μmol/L时，对A549的抑制率分别为24.91%、26.60%、19.97%，并且活性均高于甘草次酸。从5a、5c、5e的活性测试结果还可看出，C-30位的酯键不同，对MCF-7抑制明显不同（图9）。

    汤立达等[17]参考文献[18]，对甘草次酸经锌汞齐还原，合成了11-脱氧甘草次酸，并在此基础上，通过与1-羟基苯并三氮唑在二氯甲烷和DMF溶液中反应，然后冰水浴搅拌，加入溶解在DCC的二氯甲烷，搅拌30 min后，再加入5-氨甲基-3-（R-基-苯基）异噁唑冰水浴反应2 h，提纯得到11-脱氧甘草次酸-30酰胺衍生物（图10）。

    动物抗炎实验表明，以二甲苯为阳性对照，这些衍生物对二甲苯引起的小鼠耳水肿具有显著的抑制作用。小鼠腹膜炎模型表明，11-脱氧甘草次酸衍生物可以明显降低血管的通透性，使燃料渗出减少，说明其具有较强的抗炎活性。

    高成等[19]人通过氧化、脂化等反应，得到氧化甘草次酸脂，然后在甲酸乙酯、四氢呋喃溶液中通过NaH还原，在乙二酸、85%肼中关环，得到的甘草次酸脂A环C-2，C-3位稠合上取代基吡唑、噻二唑、嘧啶、噁唑、氨基噻唑等五元六元芳香杂环，活性测试结构表明，当R基团为6基团，并且n=3这个化合物对8种肿瘤细胞株的平均IC50位8.02 μmol/L，比高草酸提高近11倍，并且流式细胞实验显示其具有显著的诱导肿瘤细胞凋亡的作用。此外，甘草次酸衍生物还对肿瘤细胞具有抑制迁移作用，特别是n=3这个化合物抑制迁移作用比甘草次酸提高了近20倍（图11）。

    Su X D等[20]对甘草次酸11位羰基和30位羧基进行修饰，得到两种甘草次酸衍生物1和2，其对11β-HSD1活性具有很强的抑制作用，IC50值分别为0.4和1.1 μmol/L，其中30位羧基的存在，有助于对11β-HSD1活性的抑制（图12）。

    2 ?甘草次酸结构与生物活性关系

    通过以上文献研究分析可以发现，甘草次酸衍生物的结构和药理生物活性之间的存在着一定的关联：

    （1）甘草次酸和其衍生物因存在类似于醛甾酮骨架结构，绝大部分都具有抗炎活性。

    （2）在甘草次酸3位上羟基被取代后，其抗炎活性、抗溃疡活性较为显著。

    （3）3-羟基位置引入酰基、糖配基或者30-羧基引入烷氧基、糖配基、酰胺等，其抗溃疡、抗炎活性均得到提高。3-羟基和30-羧基同时引入基团，抗炎、抗病毒活性有一定提高。

    （4）A环变成五元环后，抗炎抗病毒活性有所下降。A环2号位引入羟基，抗菌活性有所提高。

    （5）甘草酸11─位羟基脱去后，可以消除或减弱其副作用，增强药理活性。

    3 ?结果与展望

    甘草次酸来源丰富，成本低廉，甘草次酸经过结构修饰，体现出显著的抗炎、抗病毒、抗肿瘤活性，特别是对SARS病毒、HSV病毒、HIV病毒及乙肝病毒等具有较强的抑制活性。对甘草次酸的结构修饰改造，研发高效低毒的抗肿瘤药物，越来越受到科研人员的重视，特别是随着甘草次酸抗肿瘤作用机制的进一步深入研究，其在肿瘤临床治疗中将具有广阔的应用前景。

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