6′-O-月桂酰京尼平苷的酶法合成及其抗炎活性評價

楊文猛,倪 芳，姚 忠，陸怡欣，孫 蕓，朱本偉，苑 蘅，熊 強

(南京工業(yè)大學 食品與輕工學院，江蘇 南京 211800)

京尼平苷(geniposide)是一種天然的環(huán)烯醚萜苷類化合物，廣泛分布于植物的果實、莖和葉等組織中。如，茜草科的梔子GardeniajasminoidesEllis[1]、水梔子GardeniajasminoidesEllis var.radicans(Thunb.) Makino[2]、大花梔子Gardeniajasminoidesform.grandiflora(Lour.) Makino[3]及朱如拉GardeniajasminodesEllis[4]，杜仲科的杜仲EucommiaulmoidesOliv.，衛(wèi)矛科陜西衛(wèi)矛EuonymusschensianusMaxim.[5]，列當科肉蓯蓉CistanchedeserticolaY.C.Ma[6]，莧科牛膝AchyranthesbidentataBl.[7]，鱗毛蕨科香鱗毛蕨Dryopterisfragrans(L.) Schott[8]和防己科云南青牛膽Tinosporasagittatavar.yunnanensis(S.Y.Hu)Lo[9]等。

京尼平苷是由1分子葡萄糖和1分子京尼平苷元組成(圖1)，其中的京尼平苷元含有活潑的羥基側鏈和環(huán)氧結構，具有護肝[10]、抗抑郁[11]、抗氧化[12]、降糖[10]和抗炎[3]等多種生理功能，是傳統(tǒng)中藥的重要成分之一。

圖1 京尼平苷的化學結構Fig.1 Chemical structure of geniposide

環(huán)烯醚萜苷類化合物家族成員眾多，其中大多數(shù)具有重要的生理活性。這些環(huán)烯醚萜苷類化合物的分子結構中含有多個羥基，是酰基化反應的理想底物，對其進行?；揎棽粌H有利于豐富化合物的結構多樣性，調(diào)整母體化合物的親油/親水平衡(HLB)，并可改善其生物活性、穩(wěn)定性和生物利用度[13-14]。

目前，常用于催化天然產(chǎn)物?；磻拿赣兴饷负王；D移酶2種。其中，脂肪酶(lipase)催化的酰化反應具有底物譜寬、對映選擇性和區(qū)域選擇性強、耐有機溶劑以及不需要輔因子等優(yōu)點，因而廣泛應用于催化多種天然產(chǎn)物，如黃酮類和皂苷等多酚類化合物的?；揎梉15-18]。Xanthakis等[19]以月桂酸乙烯酯為?；w，脂肪酶Novozyme 435為催化劑對紫蘇醇苷進行了?；揎?，獲得了葡萄糖苷C6位上的?；a(chǎn)物，轉化率高達84%，克服了紫杉醇的脂溶性差的問題并提高了其生物利用率。Singh等[13]以脂肪酶CAL-B作為催化劑，四氫呋喃作為溶劑，比較了不同的酰基供體對黃連糖苷的?；Ч?，結果發(fā)現(xiàn)，乙酰基或丁?；苌锏漠a(chǎn)率較高，其中胡黃連糖苷Ⅱ型糖基上的伯羥基被?；纬蓡熙；苌?；而黃連糖苷Ⅰ型中的酰基化發(fā)生在苷元上的仲羥基上，這可能是由于在黃連糖苷Ⅰ型中，糖基上的伯羥基空間位阻較大。

京尼平苷來源豐富，且具有重要的生理和藥理功能，但其脂溶性和生物利用度較差。為此本文中，筆者嘗試以月桂酸乙烯酯為酰基供體，對京尼平苷進行酰基化修飾，考察不同脂肪酶的催化效果，優(yōu)化6′-O-月桂酰基京尼平苷(6′-O-LGS)的酶法合成方法；在此基礎上，對反應產(chǎn)物進行純化和結構確證，并對6′-O-LGS的抗炎活性進行評價。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

京尼平苷(98%)，上海士鋒生物科技有限公司；月桂酸乙烯酯(99%)，上海梯希愛(上海)化成工業(yè)發(fā)展有限公司；四氫呋喃(THF，分析純)，上海國藥集團化學試劑有限公司；固定化南極假絲酵母脂肪酶A(CaLA)、固定化南極假絲酵母脂肪酶B(CaLB)、固定化疏棉狀嗜熱絲孢菌脂肪酶(TLIM)和固定化米黑根毛霉脂肪酶(RMIM)，丹麥諾維信公司；乙腈(色譜純)，美國默克公司。

1.2 儀器與設備

LCQ DECA XP PLUS型電噴霧質譜儀，美國賽默飛世爾公司；AVANCE AV-500型核磁共振儀，瑞士布魯克公司。

1.3 6′-O-LGS的制備和結構確證

將京尼平苷與月桂酸乙烯酯以摩爾比1∶ 4溶于預先經(jīng)4A分子篩脫水的THF中，加入TLIM作為催化劑，于40 ℃搖床中反應60 h。濾紙濾去反應液中TLIM及其他不溶雜質后，用氮吹儀吹干THF，加入乙腈復溶。以反相高效液相色譜(RP-HPLC)制備色譜(GP-C18，21.2 mm×150 mm)對產(chǎn)物進行純化，并利用質譜(MS)、1H NMR、13C NMR、H-H cosy、多鍵碳氫關系(HMBC)及異核單量子關系(HSQC)等方法分析以確定其結構。

1.4 HPLC分析

以HPLC對6′-O-LGS進行定量分析。色譜柱為Sepax Amethyst C18-H柱(4.6 mm×250 mm，5 μm)；流動相為V(乙腈)∶V(水)=80∶ 20；流速為1.0 mL/min；檢測波長為230 nm；進樣量為20 μL。在此條件下，6′-O-LGS的保留時間為5.993 min。6′-O-LGS的標準曲線線性方程為y=4.273x+1.337 3，R2=0.999 96。

1.5 6′-O-LGS的酶法合成

1)酶的選擇。在25 mL圓底燒瓶中加入40 mg底物京尼平苷，115 μL?；w月桂酸乙烯酯以及10 mL預干燥過的溶劑THF，并分別加入一定量的固定化 CaLA、固定化CaLB(Novozym 435)、TLIM和RMIM，酶活均為1 000 U左右，于40 ℃下攪拌反應48 h，轉速200 r/min，每組反應設置3個平行樣。反應完畢后以HPLC檢測反應液中6′-O-LGS含量，并計算反應轉化率。

2)酰基受體/供體比與反應時間的確定。在25 mL圓底燒瓶中分別加入40 mg底物京尼平苷、10 mL預干燥過的THF以及100 mg TLIM，加入不同量的月桂酸乙烯酯，使受體/供體摩爾比分別為1∶ 1、1∶ 2、1∶ 4、1∶ 6、1∶ 8和1∶ 10。將圓底燒瓶在40 ℃下攪拌反應(轉速200 r/min)，在反應時間為0.5、1、2、3和5 h時分別取樣，通過HPLC檢測反應液中6′-O-LGS含量，并計算反應轉化率。

3)溫度的選擇。在25 mL圓底燒瓶中加入40 mg底物京尼平苷,230 μL?；w月桂酸乙烯酯，10 mL預干燥過的反應溶劑THF以及100 mg TLIM作為催化劑。在不同的溫度條件下(30～50 ℃)攪拌反應2 h(轉速200 r/min)，反應結束后以HPLC檢測反應液中6′-O-LGS含量，并計算反應轉化率。

1.6 6′-O-LGS的體外抗炎免疫活性的測定

細胞株為巨嗜細胞RAW264.7，使用1 μg/mL脂多糖誘導炎癥的產(chǎn)生，誘導時間為24 h，試驗中使用的京尼平苷及6′-O-LGS濃度均為10 μmol/L。

1)溶液的配制。脂多糖(LPS)粉末溶于磷酸緩沖鹽溶液(PBS)中，配制成1.5 mg/mL儲備液待用。京尼平苷和6′-O-LGS均溶于二甲基亞砜(DMSO)中，儲備液濃度均為2 000 μmol/L。

2)細胞培養(yǎng)。將RAW264.7細胞分成control組、LPS組、京尼平苷組和6′-O-LGS組。待細胞生長狀態(tài)良好且長滿整個平皿的70%時，LPS組用1.0 μg/mL LPS處理，京尼平苷組和6′-O-LGS組分別用10 μmol/L的京尼平苷和6′-O-LGS與LPS聯(lián)合處理。24 h后收樣。

3)炎癥水平檢測。采用蛋白質免疫印跡法(Western blotting)檢測炎癥因子IL-6、COX2、IL-1β、p-NF-kB和TNF-α的表達水平。

2 結果與討論

2.1 6′-O-月桂?；┠崞杰盏慕Y構確證

按既定方法對京尼平苷進行?；揎棧磻Y束后以制備色譜分離反應產(chǎn)物，獲得了一種新的化合物(化合物1)，純度達98.97%(圖2)。

圖2 化合物1的HPLC分析譜圖Fig.2 HPLC analysis for compound 1

化合物1的質譜分析結果見圖3。由圖3可知：反應產(chǎn)物在正離子模式下的質荷比(m/z)為593.29，可能為京尼平苷的單月桂酰衍生物的加Na峰(570.3+23)。

圖3 化合物1的正離子質譜圖Fig.3 Positive ion mass spectrogram of compound 1

進一步對化合物1和京尼平苷進行1H NMR分析，結果見圖4。由圖4可知：化合物1低場氫的分布與京尼平苷類似，而高場區(qū)有新的氫出現(xiàn)，且數(shù)量與月桂?；械臍湟恢拢砻骰衔?確為京尼平苷的單月桂酰衍生物。

圖4 京尼平苷和化合物1的1H NMR譜圖Fig.4 1H NMR spectrum of geniposide and compound 1

化合物1的13CNMR、H-H cosy、HMBC及HSQC分析結果見圖5～8。

圖5 京尼平苷單月桂酰衍生物的13C NMR譜圖Fig.5 13C NMR spectrum of 6′-O-lauroylgeniposide

圖6 6′-O-月桂?；┠崞杰誋-H cosy譜圖Fig.6 H-H cosy spectrum of 6′-O-lauroylgeniposide

圖7 6′-O-月桂?；┠崞杰誋MBC譜圖Fig.7 HMBC spectrum of 6′-O-lauroylgeniposide

圖8 6′-O-月桂酰基京尼平苷HSQC譜圖Fig.8 HSQC spectrum of 6′-O-lauroylgeniposide

通過對化合物1核磁一級譜圖(1H NMR、13C NMR)與二級譜圖(H-H cosy、HMBC、HSQC)的解析，明確了月桂?；B接位點為京尼平苷糖基上的6′位伯羥基，因此可確定化合物1的結構為6′-O-月桂?；┠崞杰?6′-O-LGS)，其1HNMR和13C NMR數(shù)據(jù)的全歸屬見圖9。

6′-O-LGS核磁及質譜表征數(shù)據(jù)。

1H NMR (500 MHz,DMSO-d6) ：δ5.66 (s,1H),5.24～5.09 (m,3H),4.99 (d,J=7.1 Hz,1H),4.63～4.52 (m,2H),4.26 (dd,J=11.9,2.1 Hz,1H),4.13～3.93 (m,3H),3.64 (s,3H),3.20 (td,J=8.9,4.8 Hz,1H),3.12～2.98 (m,3H),2.75～2.62 (m,2H),2.28～2.21 (m,2H),2.03～1.94 (m,1H),1.48 (t,J=7.2 Hz,2H),1.31～1.21 (m,18H),0.86 (t,J=6.7 Hz,3H)。

13C NMR (126 MHz,Acetone-d6) ：δ125.58、76.36、73.88、73.14、50.97、45.60、40.04、39.96、39.87、 39.79、39.70、39.54、39.37、39.27、39.20、39.03、33.48、 31.27、28.95、28.60、28.41、24.41、22.06、13.91。

ESI-MS，C29H46O11[M+ Na+]+:理論值593.30,實測值為593.295 9。

綜合以上分析，在TLIM的催化下，京尼平苷糖基上6′位上的伯羥基被?；玫搅司┠崞杰昭苌?′-O-LGS，反應式如圖10所示。

圖9 6′-O-月桂?；┠崞杰战Y構及核磁譜圖歸屬Fig.9 The structure of 6′-O-lauroylgeniposide

圖10 6′-O-月桂酰基京尼平苷的合成Fig.10 Synthesis of 6′-O-lauroylgeniposide

2.2 6′-O-LGS的合成方法優(yōu)化

2.2.1 酶的選擇

分別以CaLA、Novozym 435、TLIM、RMIM為催化劑，對京尼平苷進行酰基化修飾，比較4種脂肪酶的催化效果，結果見圖11。由圖11可知：使用TLIM時反應轉化率最高，達到85.05%；Novozym 435催化效果低于TLIM，轉化率為39.18%；而RMIM和CaLA基本沒有催化京尼平苷?；?′-O-LGS的活性。

圖11 不同脂肪酶對酶促酰化反應的影響Fig.11 Effects of different lipases on enzymatic acylation reaction

2.2.2 ?；荏w/供體摩爾比對反應的影響

圖12為?；荏w/供體比對合成效率的影響。由圖12可知：隨著京尼平苷/月桂酸乙烯酯摩爾比的上升，?；磻俣群推胶廪D化率均迅速上升，平衡轉化率從摩爾比1∶ 1時的22.98%上升到摩爾比1∶ 4時的92.36%。當摩爾比高于1∶ 4時，反應初速度仍有提高，反應到達平衡的時間不斷縮短，而反應轉化率上升并不顯著(P>0.05)。當?shù)孜锬柋雀哂?∶ 8時，酶促?；磻茉? h內(nèi)迅速達到反應平衡狀態(tài)(93.26%)。綜合考慮試劑及時間成本的節(jié)約與后續(xù)分離純化的要求，選擇京尼平苷/月桂酸乙烯酯摩爾比為1∶ 8為最優(yōu)投料比。

圖12 不同投料比條件下轉化率-時間曲線Fig.12 The conversion rate-time curve under different feed ratios

2.2.3 溫度對反應的影響

在30～50 ℃范圍內(nèi)，考察不同溫度條件下酶催化反應轉化率，結果見圖13。由圖13可知:在30 ℃時反應初始速率略低于35～50 ℃時的反應初始速率，但是差別并不顯著(P>0.05)；溫度區(qū)間內(nèi)反應的2 h轉化率基本一致，溫度對反應轉化率影響不大。綜合考慮實驗條件、反應速率、達到反應平衡時間及能源節(jié)約等因素，選擇40 ℃作為反應溫度。

圖13 不同反應溫度對酶?；磻挠绊慒ig.13 Effects of different reaction temperature on enzymatic acylation reaction

2.3 6′-O-LGS抗炎活性評價

分別對京尼平苷和6′-O-LGS的體外抗炎活性進行了評價。本研究采用的方法是用脂多糖(LPS)處理巨嗜細胞系RAW264.7細胞，刺激炎癥的發(fā)生，建立炎癥模型，然后加入京尼平苷及6′-O-LGS對炎癥進行抑制，通過Western blotting 方法測定LPS組、Control組、京尼平苷組及6′-O-LGS組炎癥因子(IL-6、COX2、IL-1β、p-NF-kB、TNF-α)的表達，從而驗證京尼平苷及其衍生物的體外抗炎免疫活性并進行對比。實驗內(nèi)參為β-actin。

圖14為梔子苷和6′-O-月桂酰梔子苷的抗炎免疫活性。由圖14可知，炎性因子在各個實驗組中表達的不同。脂多糖處理模型組(LPS組)和未經(jīng)處理的空白對照組(Control組)相比，各個炎性因子的蛋白表達均增強。與模型組(LPS組)對比，京尼平苷組和6′-O-LGS組各個炎性因子的表達均減弱，其中6′-O-LGS組的抑制效果比京尼平苷組更為明顯，其中對炎性因子腫瘤壞死因子α(TNF-α)的抑制作用差距最為明顯，而對白介素-6(IL-6)的抑制效果則相差不大?？傮w來說，京尼平苷與6′-O-LGS均可以顯著抑制炎癥因子的表達，且相同濃度下6′-O-LGS的抑制效果更明顯。

圖14 梔子苷和6′-O-月桂酰梔子苷的抗炎免疫活性比較Fig.14 Comparation of anti-inflammatory immune activity of geniposide and 6′-O-lauroylgeniposide

京尼平苷的?；揎楇m然顯著提高了物質的脂溶性，但是并未對苷元部分結構造成很大的影響，因此認為抗炎活性的差異可能源自于京尼平苷與6′-O-LGS脂溶性的差異。京尼平苷水溶性極強，這限制了其透過生物膜的能力，而進行過?；揎椀?′-O-LGS是脂溶性的，更容易被細胞膜選擇性透過，其生物利用率也會更高，從而加強了其抗炎效果。

3 結論

以脂肪酶TLIM為催化劑，以月桂酸乙烯酯為酰基供體，對京尼平苷進行了酰基化修飾，確證了?；a(chǎn)物的分子結構，并優(yōu)化了酶促反應條件；在此基礎上，對?；a(chǎn)物6′-O-LGS的抗炎活性進行了評價，得到如下結論：

1)通過制備色譜純化，獲得了一種新的京尼平苷?；a(chǎn)物，純度達98.97%。

2)經(jīng)質譜(MS)、1H NMR、13C NMR、H-H cosy、HMBC及HSQC分析，確證其結構為6′-O-月桂?；┠崞杰?6′-O-LGS)。

3)在CaLA、Novozym 435、TLIM和RMIM這4種脂肪酶中，TLIM的催化效率最高，反應轉化率達到85.05%，而RMIM和固定化的 CaLA則幾乎沒有催化活性。

4)TLIM催化合成6′-O-LGS的最優(yōu)條件：溶劑四氫呋喃，京尼平苷/月桂酸乙烯酯投料摩爾比1∶ 8，反應溫度40 ℃，反應時間2 h，反應轉化率達93.26%。

5)在脂多糖誘導的RAW264.7細胞炎癥模型中驗證了6′-O-LGS的抗炎活性，結果顯示6′-O-LGS對5種炎癥因子(IL-6、COX2、IL-1β、p-NF-kB、TNF-α)均具有抑制作用，其中對TNF-α的抑制作用最為明顯，活性優(yōu)于相同濃度的京尼平苷。