白樺酸及其衍生物的生物效應和制取方法

摘要：白樺酸及其衍生物在抗HIV、抗腫瘤、抗炎等方面表現(xiàn)出多種生物活性以及與以往藥物不同的作用機制， 已成為當今一個研究熱點。查閱了國、內(nèi)外近幾年來有關(guān)白樺酸及其衍生物的近20篇文獻，闡述了白樺酸及其衍生物的生物活性、白樺酸的制取及其結(jié)構(gòu)修飾方法，并對其研究前景進行了展望。

關(guān)鍵詞：白樺酸及其衍生物；生物活性；白樺酸的制備

文章編號：1005–6629（2013）11–0075–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1 問題的提出

艾滋?。ˋIDS）和腫瘤（tumor）已成為威脅人類健康的兩大重要疾病，且發(fā)病人數(shù)呈逐年上升趨勢。目前，臨床用于艾滋病和腫瘤治療的藥物大都存有毒副作用以及耐藥性等問題。因此探索抗艾滋病病毒（HIV）和抗腫瘤機制、研制新的抗艾滋病病毒（HIV）和抗腫瘤藥物是十分迫切的任務。

白樺樹在我國分布很廣，從東北、華東到西北、西南都有（國外則主要生長在北歐和北美北部），其樹皮、樹葉、嫩芽作為草藥早已廣泛用于民間。如將白樺樹皮在常溫下蒸煮，至水分全部蒸發(fā)后，剩下的殘留物可用來治療皮膚疣、濕疹等皮膚病。嫩芽泡茶可用來利尿、鎮(zhèn)靜、治療風濕病、痛風和腎結(jié)石。樺木葉可用來治療脫發(fā)和配合其他藥物去頭皮屑。一個有趣的例子是在一具5300年前凍結(jié)于瑞士阿爾卑斯山上尸體的個人財物中找到了醫(yī)用樹皮，經(jīng)驗證，此樹皮取自白樺樹。

科學研究發(fā)現(xiàn)，白樺醇（又名樺木醇、樺木酯醇）——從白樺樹皮提取的一種羽扇烷類五環(huán)三萜類化合物（見圖1），具有抗炎、抗病毒、抗腫瘤活性[1]，并且顯示出了與以往藥物不同的作用機制，但是由于受到水溶性差的限制（37℃條件下，白樺醇在水中溶解度<0.001 mg·mL^{-1 [2]}），生物利用率低，阻礙了其在臨床的應用研究。為了尋找更多、更好的抗HIV和抗腫瘤藥物，研究者以白樺醇為底物合成了白樺酸（又名樺木酸、樺木酯酸，見圖2），并對其結(jié)構(gòu)進行修飾，制得了一系列白樺酸的衍生物，不僅增強了水溶性，且生物活性增強、不良反應降低。

2 白樺酸衍生物

對白樺酸的修飾，主要部位集中在活性較強的C-3位、C-28位和C-20位。迄今，對C-20位的修飾雖已獲得了成功，但結(jié)果還不令人滿意，而對C-3位和C-28位的修飾已制得了的一些活性很高的化合物。

2.1 C-3位修飾化合物

3位碳原子上的官能團羥基，可發(fā)生取代反應和氧化反應，因此可用OR、NR、=NR、=O等基團修飾（R可以為相同或不同的各類烷基或環(huán)烷基、烯基、炔基；還

3.1 抗腫瘤活性

目前，化療仍是藥物治療腫瘤的有效方法之一。眾所周知，傳統(tǒng)的化療藥物是通過影響DNA合成和細胞有絲分裂而發(fā)揮作用的，藥物作用雖然較強，但因缺乏選擇性，在殺死腫瘤細胞的同時，也同樣殺死正常細胞，對機體造成損害，毒副作用較大。

1995年美國伊利諾伊大學的Pisha等人[3]，報道了白樺酸通過誘導細胞凋亡可以完全抑制移植在裸鼠身上的人黑色素瘤的生長。后來人們發(fā)現(xiàn)，除黑色素瘤外，白樺酸對一些兒童常見的，諸如神經(jīng)外胚層腫瘤、顱內(nèi)腦瘤、惡性骨髓瘤；對乳腺癌、結(jié)腸癌、肝癌、卵巢癌、宮頸癌、血癌等具有廣泛的抑制活性，且選擇性好，對正常細胞幾乎不顯示毒性。

白樺酸之所以有這樣的功能是因為它引起細胞凋亡的機制不同于傳統(tǒng)藥物，它直接作用于細胞凋亡調(diào)控中心——細胞線粒體，使其內(nèi)、外膜之間發(fā)生去極化及通透性改變，釋放凋亡誘導因子到細胞質(zhì)中[4]，從而激活細胞凋亡。

3.2 抗艾滋病毒HIV-1

在全球范圍流行的艾滋病（AIDS）主要是由于人免疫缺陷病毒Ⅰ型（HIV-1）感染導致的。目前臨床上普遍使用的治療艾滋病的方法是雞尾酒療法（HAART）[5]，即逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑和蛋白酶抑制劑聯(lián)合用藥，在病毒（HIV-1）進入靶細胞后抑制其轉(zhuǎn)錄、復制[6]。此療法雖能大大提高艾滋病患者的生活質(zhì)量，但藥物還存有依賴藥物劑量而產(chǎn)生的毒性（如骨髓毒性、外周神經(jīng)疾病、胰腺炎、肌肉及肝臟異常、超敏反應等）以及病毒變異導致的耐藥性等諸多缺陷。

實驗已經(jīng)證實，白樺酸及其衍生物在預防和治療HIV-1感染方面具有其獨特的優(yōu)勢：C-28位修飾化合物是HIV-1融合抑制劑，抑制方式有：抑制HIV-1與靶細胞的表面受體結(jié)合和抑制HIV-1與靶細胞發(fā)生膜融合兩種[7]。由于在病毒復制早期發(fā)揮作用，所以能在感染的最初階段抑制病毒的傳播。C-3位修飾化合物則為HIV-1成熟抑制劑[8]，可在病毒生命周期的晚期阻斷HIV-1的復制，使得裝配完成的病毒顆粒出現(xiàn)缺損，引起病毒的下一代變異或不能照原樣復制，從而喪失對宿主細胞的感染能力[9]。C-3位和C-28位修飾化合物兼具上述二者的功能，同時具有抗融合和抗成熟活性，其活性有的至少是單純抗成熟抑制劑DSB和抗融合抑制劑IC9564的10～20倍[10]。

3.3 其他生物活性

除上述生物活性外，白樺酸及其衍生物還具有抗炎、抗菌、鎮(zhèn)咳祛痰，清熱利濕，消腫解毒，提高機體免疫力，降血脂[11]和抑制惡性瘧原蟲[12]等生物活性。

4 白樺酸的制備

目前，白樺脂酸制備的方法主要有以下3種：直接提取法、化學合成法和微生物轉(zhuǎn)化法。

4.1 直接提取法

即是用二氯甲烷、乙酸乙酯、丙酮、氯仿、乙醇等有機溶劑浸泡白樺樹皮來提取白樺酸。這種方法因白樺樹皮中含白樺酸量少（據(jù)有關(guān)文獻報道僅為0.025%～2%[13]），原料消耗量大，且所得到的白樺酸雜質(zhì)含量較高，不易除去，因而無法滿足商業(yè)需要。

4.2 微生物轉(zhuǎn)化法

這種方法是近年來新興起的（2009年，ChenQH，LiuJ，ZhangHF，etal首次報道了通過微生物發(fā)酵的方法將白樺醇轉(zhuǎn)化成白樺酸[14]）利用有生物轉(zhuǎn)化能力的微生物自身代謝產(chǎn)生的某個或某一系列的酶將白樺醇轉(zhuǎn)化為白樺酸。盡管目前該法的研究還較少，有待于科學家的進一步探討，但該法具有高立體選擇性與區(qū)域選擇性、反應條件溫和、費用低、污染小等優(yōu)點，很具發(fā)展?jié)摿?。（最近的文獻資料請見：“黃綠蜜環(huán)菌生物催化白樺脂醇合成白樺脂酸的研究”[15]）

4.3 化學合成法

方法包括：3-OH保護多步合成、通過中間體（白樺酮酸或白樺醛）合成、由樺木醇一步合成。相比之下，以白樺酮酸為中間體的合成方法具有路線短、產(chǎn)率高、操作方便、方法成熟、適用于大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點。該法是先用Jnoes試劑（瓊斯試劑，由三氧化鉻、硫酸和水配成）將白樺醇氧化成白樺酮酸，然后再用選擇性還原劑（硼氫化鈉/四氫呋喃NaBH /THF）還原白樺酮酸至白樺酸（見圖8）。

2010年華東師范大學湯杰、仇文衛(wèi)、楊帆等[16]對中間體白樺桐酸的合成進行了改進：先用選擇性氧化劑2-碘?；郊姿幔?-Iodoxybenzoicacid，IBX）氧化白樺醇至白樺酮醛，進而用四丁基高錳酸銨（Bu NMnO ）進一步氧化得白樺酮酸（見圖9）。該法極具產(chǎn)業(yè)化前景。

5 結(jié)語

白樺酸及其衍生物具有抗腫瘤、抑制HIV-1病毒、抗炎及抗瘧等多種生物活性，但由于白樺酸的缺乏，直接影響了它們作為臨床用藥的研究和開發(fā)。努力的方向：（1）加大微生物轉(zhuǎn)化法制取白樺酸的研究力度，一旦取得實質(zhì)性突破，由于其底物——白樺醇，植物資源豐富（干燥白樺樹皮中白樺醇的含量高達22%～ 30%[17]）就會大大降低生產(chǎn)成本，產(chǎn)生明顯的社會效益和經(jīng)濟效益。（2）對白樺酸分子，在現(xiàn)有部位結(jié)構(gòu)修飾的基礎上，積極探索其他部位的結(jié)構(gòu)修飾，以期制造出毒性更低、生物活性更強、使用更加安全的新的白樺酸衍生物制品。（3）借助其他學科（如基因組學、蛋白組學、藥代動力學等）的研究成果對白樺酸類衍生物的生物活性機理進行協(xié)同研究，以期更詳細地揭示其誘導細胞凋亡和抗融合、抗成熟作用的具體過程。

總之，白樺酸及其衍生物具有很好的應用開發(fā)潛力，對其制取方法、生物效應和作用機制進行深入的研究和臨床開發(fā)，定能為預防和治療威脅人類公眾健康的各種疾病作出新的貢獻。

參考文獻：

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