曲酸衍生物的生物活性研究進(jìn)展

劉褚雯，劉進(jìn)兵

(邵陽(yáng)學(xué)院 食品與化學(xué)工程學(xué)院，湖南 邵陽(yáng) 422000)

曲酸是由葡萄糖經(jīng)曲霉念珠菌在30～32℃下好氧發(fā)酵產(chǎn)生的具有抗菌作用的有機(jī)酸，分子結(jié)構(gòu)為帶取代基的γ-吡喃酮,它是合成具有生物活性曲酸衍生物的重要原料[1]。曲酸具有多種生物活性，如抑制酪氨酸酶活性、抗菌消炎活性、抗腫瘤活性等。曲酸及其衍生物可以用作防止酶促褐變的食品添加劑和皮膚美白的化妝品[2-3]；在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域可作為生物殺蟲劑[4]、植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑等[5-6]。本文綜述了近幾年來(lái)曲酸及其衍生物的生物活性研究進(jìn)展。

1 抑制酪氨酸酶活性

酪氨酸酶是黑色素形成過(guò)程中的重要酶，是食品酶促褐變的重要因素，為了提高食品品質(zhì)，開發(fā)新型高效、低毒的酪氨酸酶抑制劑是一種重要途徑，曲酸及其衍生物是一類重要的酪氨酸酶抑制劑。

2015年Wenlin Xie等[7]發(fā)現(xiàn)了一系列的對(duì)蘑菇酪氨酸酶有抑制作用的化合物，在這些化合物中，苯環(huán)上含鹵素取代基的化合物對(duì)酪氨酸酶的抑制作用比含甲基、甲氧基和無(wú)取代基的化合物強(qiáng)，氯取代化合物的抑制活性強(qiáng)于溴取代化合物，結(jié)果表明吸電子基團(tuán)對(duì)抑制酪氨酸酶作用是有利的。特別是化合物1(圖1)的IC50值達(dá)到(4.50±0.34) μmol/L，是所有化合物中抑制酪氨酸酶活性最強(qiáng)的，作者推測(cè)苯環(huán)第4位的氯原子有助于提高酪氨酸酶的抑制活性。

圖1 化合物1

2016年Wenlin Xie等[8]設(shè)計(jì)并合成了兩個(gè)系列具有良好酪氨酸酶抑制活性的新型含曲酸結(jié)構(gòu)的化合物，其IC50值在(1.35±2.15)～(17.50±2.75) μmol/L，比陽(yáng)性對(duì)照曲酸的IC50(20.00±1.08 μmol/L)值小，其中含兩個(gè)酚羥基的化合物2(圖2)表現(xiàn)出最強(qiáng)的酪氨酸酶抑制活性，IC50值為(1.35±2.15) μmol/L。從所合成化合物的構(gòu)效關(guān)系可以確定1,2,4-三唑環(huán)上帶有苯環(huán)取代基類型和位置對(duì)酪氨酸酶抑制效果有明顯的影響。

圖2 化合物2

2016年Ming-Jen Chen等[9]報(bào)道的化合物3(圖3)5-羥基-2-{[(1-甲基-1H-咪唑-2-基)硫]甲基}-4H-吡喃-4-酮對(duì)單酚酶活性(IC50=0.03 mmol/L)有較強(qiáng)的抑制作用，酚酶活性呈劑量依賴性，對(duì)雙酚酶活性的抑制作用較小(IC50=1.29 mmol/L)，但強(qiáng)于曲酸(IC50=1.80 mmol/L)。文中另一種化合物將化合物3吡喃結(jié)構(gòu)上的羥基變成甲氧基后對(duì)酪氨酸酶無(wú)活性，作者推測(cè)曲酸結(jié)構(gòu)上的5-位烯醇羥基結(jié)構(gòu)對(duì)酪氨酸酶抑制有一定的影響。

圖3 化合物3

2017年Le-Le Shao等[10]以曲酸為原料合成了一系列含肟醚羥基吡啶酮衍生物,并進(jìn)行了對(duì)蘑菇酪氨酸酶單酚酶的抑制活性測(cè)試。結(jié)果表明這些化合物的酪氨酸酶抑制活性隨著它們的阻斷P值的增加而增加，其中4和5(圖4)對(duì)蘑菇酪氨酸酶單酚酶活性的抑制作用最強(qiáng)，由于它們的高親脂性，使它們很容易進(jìn)入酪氨酸酶活性部位的疏水口袋。

圖4 化合物4和5

2019年Yan-Mei Chen等[11-12]合成了具有抑制酪氨酸酶活性的新型的曲酸衍生物，其中化合物6(圖5)對(duì)二烯醇酶和單酚酶的抑制效果最好，IC50分別為7.50 μmol/L和20.51 μmol/L。通過(guò)分子模擬對(duì)接的結(jié)果得知，化合物6與酪氨酸酶形成氫鍵，與酶的活性部位更加緊密而且還直接與活性部位的銅離子結(jié)合，從而對(duì)酪氨酸酶活性位點(diǎn)附近的微環(huán)境產(chǎn)生影響來(lái)達(dá)到控制酪氨酸酶的活性。

圖5 化合物6

圖6 化合物7

2 抗氧化活性

2016年Ming-Jen Chen等[9]化合物3的自由基清除活性(8.83%～55.23%)強(qiáng)于曲酸的自由基清除活性(4.63%～30.04%)，且用于DPPH自由基清除活性的化合物3的IC50值為4.09 mmol/L，顯著高于用于抑制酪氨酸酶活性的化合物3的IC50值(0.03 mmol/L)，從中可能是抗氧化性質(zhì)部分地助利于抑制酪氨酸酶活性。

2018年Liu Xiaoli等[14]合成了水溶性殼寡糖-N-曲酸聚合物(COS-N-KA)，然后對(duì)其進(jìn)行了抗氧化活性評(píng)價(jià)。由于COS的活性氨基酸和KA的5-羥基吡喃酮在COS-N-KA骨架中的存在，在自由基清除反應(yīng)中可能充當(dāng)電子供體，與自由基相結(jié)合，表現(xiàn)出對(duì)DPPH自由基的強(qiáng)烈抑制作用。

2019年Yan-Mei Chen等[12]合成的化合物6，抗氧化能力測(cè)試結(jié)果表明：該類化合物具有較好的降低自由基能力，DPPH的IC50為227.80 μg/mL，ABTS+的IC50為126.63 μg/mL，抗氧化活性優(yōu)于對(duì)照曲酸，但比抗壞血酸弱。

3 抗菌活性

2014年Warren Andrew Andayi等[15]合成了氨基氯喹啉-曲酸雜化物，對(duì)惡性瘧原蟲耐藥株(K1)和敏感株(3D7)進(jìn)行了B-血紅素抑制和抗瘧原蟲活性評(píng)價(jià)，文中得出對(duì)3D7菌株的抗瘧原蟲活性隨親脂性的增加而增加?；衔?(圖7)在兩株(IC503D7=0.004 μm；IC50K1=0.03 μm)中均為最強(qiáng)化合物，對(duì)B-血紅素的抑制活性最好。

圖7 化合物8

2010年Mutlu Dilsiz Aytemir等[16]報(bào)道了一系列6-氯甲基-3-羥基-2-取代-4氫-吡喃-4-酮衍生物,并測(cè)試了它們的抗菌和抗病毒活性。當(dāng)濃度為1～2 mg/mL時(shí)，部分化合物對(duì)枯草芽孢桿菌和金黃色葡萄球菌活性有抑制作用，另外部分化合物表現(xiàn)出對(duì)大腸桿菌、銅綠假單胞菌、肺炎克雷伯菌和鮑曼不動(dòng)桿菌的活性有顯著的抑制作用。此外，當(dāng)濃度為4～8 mg/mL時(shí)，大部分化合物對(duì)抗白色念珠菌和準(zhǔn)西洛念珠菌也有明顯效果。

2015年Chiranjeevi Bingi等[17]對(duì)所合成的化合物進(jìn)行了抗菌和抗生物膜活性評(píng)價(jià)。其中有對(duì)金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌和大腸桿菌有很強(qiáng)的抗菌活性的化合物，有對(duì)枯草芽孢桿菌和大腸桿菌、對(duì)枯草芽孢桿菌和大腸桿菌有很好的抑制作用的化合物。

2017年Mahnaz Saraei等[18]合成了兩種新型含曲酸結(jié)構(gòu)的丙烯酸酯單體，化合物[5-(芐氧基)-4-氧-4H-吡喃-2-基]丙烯酸甲酯、5-(芐氧基)-2-{[4-(羥甲基)-1,2,3-三唑-1-基]甲基}-4H-吡喃-4-酮和{1-[(5-(苯氧基)-4-氧代-4H-吡喃-2-基)甲基]-1,2,3-三唑-4-基}丙烯酸甲酯具有良好或顯著的抗真菌活性，抑菌區(qū)約為9.6～17 mm。這些化合物對(duì)抑菌區(qū)為8～9 mm的革蘭氏陽(yáng)性菌具有中等的抗菌活性。

2019年Xin-Rui Wang等[19]報(bào)道的在Zn-Ti層狀雙氫氧化物中的插入曲酸的新型納米雜化物對(duì)大腸桿菌、銅綠假單胞菌和金黃色葡萄球菌有較強(qiáng)的抗菌活性。

4 抗炎、抗癌和抗腫瘤活性

2010年Dae Sung Yoo等[20]研究幾種新合成的曲酸衍生物，一種化合物具有抗炎、抗增殖和抗氧化特性，能夠調(diào)節(jié)膠質(zhì)瘤細(xì)胞增殖和Toll樣受體(TLR)4介導(dǎo)的巨噬細(xì)胞活化的腫瘤微環(huán)境的功能激活。在所測(cè)試的各種衍生物中，化合物9(圖8)對(duì)C6膠質(zhì)瘤細(xì)胞的增殖抑制作用最強(qiáng)，IC50值為4.7 μmol/L。

圖8 化合物9

2016年Miri Lee等[21]研究合成了曲酸與對(duì)香豆酸的酯衍生物5-羥基-4-氧代-4h-吡喃-2-基-甲基(e)-3-(3-羥基苯基)丙烯酸酯(化合物10)(圖9)，并評(píng)價(jià)了對(duì)脂多糖(LPS)刺激的RAW264.7巨噬細(xì)胞中抗炎活性。研究表明化合物3在濃度為100 μmol/L時(shí)抑制率為60%。而當(dāng)濃度為25 μmol/L時(shí)，化合物10對(duì)NF-κB的激活抑制作用約為32% μm，優(yōu)于曲酸和香豆素。

圖9 化合物10

2019年Gulsah Karakaya等[22]報(bào)道了一系列在抑制A375細(xì)胞的細(xì)胞毒性方面比KA、CKA、ALM更具有明顯效果的曲酸曼尼希堿衍生物，且大多數(shù)化合物具有干擾癌細(xì)胞增殖的能力，而對(duì)健康細(xì)胞沒(méi)有損害，如含有3,4-二氯芐基(化合物11和13)和2,6-二氯芐基(化合物12)(圖10)R′基團(tuán)的化合物明顯地顯示了這種性質(zhì)。

圖10 化合物11、12和13

2018年Samer Hasan Hussein-Al-Ali等[23]合成的Kj-CH-MNPs 和Kj-PG-MNPs納米復(fù)合型材料，評(píng)價(jià)了其對(duì)皮膚癌細(xì)胞(B16-F10黑色素瘤細(xì)胞)和正常皮膚細(xì)胞(人真皮成纖維細(xì)胞鼠)的潛在細(xì)胞毒性。當(dāng)濃度達(dá)到50 μg/mL時(shí)，游離曲酸的細(xì)胞活力曲線不低于50%，而Kj-CH-MNPs和Kj-PG-MNPs納米復(fù)合材料的細(xì)胞活力曲線隨著濃度的增加而迅速下降。在50 μg/mL濃度下觀察到Kj-CH-MnPS和Kj-PG-MnPS納米復(fù)合材料的最大抑制效果，分別顯示細(xì)胞存活率分別為49.4%和39.2%，IC50分別為47.1 μg/mL和8.4 μg/mL。通過(guò)比較曲酸、Kj-CH-MNPs、Kj-PG-MNPs納米復(fù)合材料在66%細(xì)胞活力點(diǎn)的濃度值，可以確定納米材料能降低劑量水平。曲酸在50 μg/mL劑量下顯示66%的細(xì)胞活力，而Kj-CH-MNPs和Kj-PG-MNPs納米復(fù)合物分別為3.125 μg/mL和1.562 μg/mL以下。

2019年Selin Oncul等[24]研究了曲酸及其10種不同衍生物在肝癌株HEPG2中的抗腫瘤作用，SRB活力測(cè)定結(jié)果顯示，10個(gè)衍生物中7個(gè)能夠在100 μmol/L的IC50濃度下減少HEPG2細(xì)胞增殖，這是KA不能達(dá)到的效果?；衔?4(IC50=37.18 μmol/L)和化合物15(IC50=32.68 μmol/L)(圖11)的IC50值最低?；衔?4被證明是治療肝癌細(xì)胞的替代劑，它通過(guò)增加細(xì)胞內(nèi)ROS濃度而觸發(fā)固有的p53凋亡途徑。

圖11 化合物14和15

5 展望

綜上所述，曲酸衍生物的曲酸骨架上的吡喃結(jié)構(gòu)2-位甲羥基取代基不同，對(duì)酪氨酸酶抑制效果不同，其取代基中有鹵素芐氧基一般為有助于酪氨酸酶的抑制。經(jīng)過(guò)對(duì)曲酸結(jié)構(gòu)的修飾，與其它具有生物活性的化合物相結(jié)合，合成出綜合了具有曲酸生物活性和另外一種化合物生物活性的曲酸衍生物，是廣大研究者的一個(gè)合成思路。根據(jù)上述表達(dá)，發(fā)現(xiàn)曲酸衍生物的抑制酪氨酸酶活性，抗菌性、抗氧化活性、細(xì)胞無(wú)毒性為我們使其在醫(yī)藥、食品、化妝品等領(lǐng)域廣泛運(yùn)用提供了理論依據(jù)。