黃酮類化合物的糖基化修飾

胥鑫萌，童天嬌，劉偉，劉軍海

（陜西理工大學(xué)化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，陜西 漢中 723000）

黃酮類化合物，屬植物二級(jí)代謝重要產(chǎn)物，是具有2-苯基色原酮結(jié)構(gòu)的一類黃色色素，包括黃酮的同分異構(gòu)體以及黃酮主要位置上的氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物等，也是沙棘、黃芩、青錢柳等多種常用道地藥材的主要活性成分。藥理研究表明，黃酮類化合物具有抗氧化、抗病毒、抗炎、抗腫瘤等多種生物活性，已在保護(hù)肝臟、治療心血管疾病等醫(yī)學(xué)臨床上廣泛應(yīng)用。

黃酮類化合物結(jié)構(gòu)復(fù)雜，天然存在著溶解性低、穩(wěn)定性差等缺陷，如游離苷元難溶或不溶于水；黃酮、黃酮醇以及查耳酮等分子之間排列緊密、引力較大而難溶于水；相比而言，二氫黃酮和二氫黃酮醇等略微利于水分子的進(jìn)入，但其溶解性也不高。因此，通過(guò)結(jié)構(gòu)修飾來(lái)增強(qiáng)黃酮類化合物的溶解性，對(duì)提高其生物利用度意義深遠(yuǎn)。目前，黃酮類化合物常見的結(jié)構(gòu)修飾有糖基化、甲基化、酰基化等，而糖基化修飾已成為近年來(lái)國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)和重點(diǎn)，其中黃酮苷糖鏈的長(zhǎng)短、糖基的種類，以及糖的結(jié)合方式和位置等都對(duì)其溶解性、穩(wěn)定性有著不同程度的改善作用。通過(guò)對(duì)天然黃酮進(jìn)行環(huán)上取代基的替換、定性的糖基化修飾等，來(lái)豐富黃酮類化合物的種類，改善其理化性質(zhì)，增強(qiáng)其生物活性，達(dá)到成藥活性良好的目的，進(jìn)而擴(kuò)大應(yīng)用范圍。因此，本文討論了近年來(lái)黃酮類化合物的糖基化修飾研究進(jìn)展，主要討論了修飾以后修飾物生物活性的變化和應(yīng)用，分析了其中存在的問(wèn)題，并提出了解決思路和今后的發(fā)展趨勢(shì)，以期為黃酮類化合物在醫(yī)學(xué)上的開發(fā)與應(yīng)用提供理論參考。

1 黃酮類化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)

黃酮類化合物是一類具有2-苯基色原酮結(jié)構(gòu)的黃色色素，其結(jié)構(gòu)上常見的取代基有—OH、—OCH3等；在植物界中，以苷類和碳糖基的形式廣泛存在，而游離態(tài)苷元的形式則較為稀有；根據(jù)其構(gòu)型的不同，主要分為黃酮及黃酮醇類、二氫黃酮及二氫黃酮醇類、黃烷醇類、異黃酮及二氫異黃酮類、雙黃酮類，以及查爾酮、花色苷等[1]。

2 黃酮類化合物的糖基化修飾

黃酮類化合物數(shù)量龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其中，結(jié)構(gòu)差異是影響其生物活性強(qiáng)弱的主導(dǎo)因素，如A、B、C三環(huán)上羥基、甲氧基等的數(shù)目和位置決定抗氧化性、抗炎活性等。為了改善天然黃酮自身的缺陷，通過(guò)糖基化對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造，在改變黃酮類化合物結(jié)構(gòu)的同時(shí)，也增強(qiáng)了生物活性，賦予其豐富的功能。

黃酮類化合物的糖基化是指糖基和化合物形成糖苷鏈的過(guò)程。糖苷鏈的合成一般是糖基供體和糖基受體在催化劑作用下進(jìn)行的，常用的糖基供體有糖基鹵化物、糖基三氯乙酰亞胺酯、鄰炔基苯甲酸糖基酯和硫苷[2]等。糖基化修飾主要是在天然黃酮的不同位置上引進(jìn)入糖基，其修飾位點(diǎn)受糖基供體的類型、活性、連接位置以及催化劑的選擇等影響。不同類型的黃酮其常用的修飾位點(diǎn)也有所差異，如葛根素重要的修飾位點(diǎn)是7位、4′位和6″位；兒茶素常用的修飾位點(diǎn)發(fā)生在3位、7位、3′位和4′的羥基上等。

目前，傳統(tǒng)的修飾方法有酶法和化學(xué)法。酶法主要圍繞酶的專一性以及底物的選擇性展開研究，相對(duì)來(lái)說(shuō)，研究成本高昂；化學(xué)法條件苛刻、選擇性強(qiáng)等對(duì)特定位點(diǎn)的修飾具有一定的難度。而近年來(lái)采用微生物、植物細(xì)胞等生物轉(zhuǎn)化備受歡迎，將成為今后糖基化修飾的發(fā)展趨勢(shì)。

2.1 黃酮或黃酮醇

黃酮和黃酮醇具有C2~C3雙鍵、C4有羰基、C環(huán)成環(huán)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。其中，黃酮醇是分布最廣泛的黃酮類物質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，以黃酮苷為原料，一般是經(jīng)過(guò)乙?；?、苯甲酰化或芐基化、酸水解等反應(yīng)得到保護(hù)基保護(hù)的黃酮苷元，再與糖基供體進(jìn)行糖基化反應(yīng)[2]。目前，合成黃酮3-O-糖苷產(chǎn)率較高，而合成黃酮5-O-糖苷產(chǎn)率特別低，甚至不反應(yīng)，原因是由于5-OH與4-C＝O形成分子內(nèi)氫鍵，使得5-OH反應(yīng)活性非常低[3]。

蘆丁可通過(guò)不同途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)改造。研究表明[4]，蘆丁經(jīng)芐基保護(hù)、水解、烷基化等一系列化學(xué)修飾之后，再對(duì)其C-7位上的羥基進(jìn)行糖基化修飾，可實(shí)現(xiàn)蘆丁向槲皮素糖苷的轉(zhuǎn)化；蘆丁也可經(jīng)醚化、水解反應(yīng)得到3羥乙基槲皮素[5]；此外，采用全細(xì)胞催化法[6]、黑曲霉發(fā)酵產(chǎn)生的α-L-鼠李糖苷酶[7]均可實(shí)現(xiàn)蘆丁水解制備異槲皮素。

槲皮素可被多種酶催化進(jìn)行糖基化修飾，且修飾以后的活性高于未修飾前。糖基供體蔗糖和糖基受體槲皮素在右旋糖酐蔗糖酶的催化下，可高效向槲皮素葡萄糖苷轉(zhuǎn)化[8]。來(lái)源于微生物的3種糖基轉(zhuǎn)移酶都能催化槲皮素生成異槲皮苷，其產(chǎn)物具有明顯的抗炎活性[9]。葉靜斯[10]等發(fā)現(xiàn)，槲皮素在葡萄柚中糖基轉(zhuǎn)移酶的催化下，可與UDP-葡萄糖、UDPN-乙酰-D-氨基葡萄糖反應(yīng)生成槲皮素-3-Oβ-D葡萄糖苷、槲皮素3-O-β-D-N-乙酰-D-氨基葡萄糖苷。SEO[11]等合成了槲皮素-3-O-木糖苷，并對(duì)槲皮素苷元和槲皮素3-O-木糖苷的生物活性進(jìn)行了評(píng)價(jià)和比較，發(fā)現(xiàn)槲皮素3-O-木糖苷具有抗胰腺炎活性。此外，相轉(zhuǎn)移催化法也可實(shí)現(xiàn)黃酮醇3-糖苷的合成[12]。

糖基化修飾是一種形成糖苷鍵的過(guò)程，其中，羥基被糖基化修飾后，在水中溶解度明顯增大。不僅可以豐富黃酮類化合物的種類，而且還能有效改善其生物活性。目前，與槲皮素和蘆丁糖基化修飾相關(guān)的研究報(bào)道頗多，已取得了一定的研究進(jìn)展。但由于修飾產(chǎn)物多且復(fù)雜，導(dǎo)致相關(guān)報(bào)道僅停留于修飾表面的研究，而未能深入到黃酮分子內(nèi)部的研究，今后，應(yīng)明確其修飾途徑和修飾機(jī)理，以拓展糖基化修飾在黃酮類化合物中的應(yīng)用。

2.2 二氫黃酮或二氫黃酮醇

天然二氫黃酮和二氫黃酮醇主要存在于植物和中草藥中，生物活性較強(qiáng)。二氫黃酮是一種C環(huán)2、3位雙鍵氫化后的黃酮類衍生物，而二氫黃酮醇C環(huán)無(wú)雙鍵，是一類結(jié)構(gòu)母核3位有羥基取代的黃酮類化合物。其糖基轉(zhuǎn)化主要集中于3位、7位羥基上的修飾，糖基化修飾的典型代表有橙皮苷和水飛薊素。

糖基化修飾的柑橘源黃酮具有較高的生物轉(zhuǎn)化率，劉傲璐[13]以糖基轉(zhuǎn)移酶為催化劑對(duì)天然柑橘黃酮雙糖苷進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化，發(fā)現(xiàn)糖基轉(zhuǎn)化產(chǎn)率高達(dá)80%。左珊珊[14]以環(huán)糊精葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶（CGTaes）為催化劑，β-環(huán)糊精為糖基供體，實(shí)現(xiàn)柑橘源黃酮的生物轉(zhuǎn)化，水溶性考察發(fā)現(xiàn)糖基化修飾產(chǎn)品的溶解度提高了1000倍左右。王幻[15]等以來(lái)源于青霉和黑曲霉的橙皮苷酶對(duì)橙皮苷進(jìn)行糖基化修飾，修飾位點(diǎn)為橙皮苷的7位羥基，發(fā)現(xiàn)該酶可催化橙皮苷轉(zhuǎn)化為橙皮素-7-O-葡萄糖苷。

目前，水飛薊素糖基化修飾的相關(guān)研究報(bào)道不是很多。Kim[16]等研究了康寧木霉對(duì)水飛薊素A和水飛薊素B的微生物轉(zhuǎn)化，在水飛薊素的3位和7位羥基實(shí)現(xiàn)了糖基化修飾。汪艷麗[17]以水飛薊素為原始材料，對(duì)其進(jìn)行乳糖修飾，最終得到水飛薊賓糖苷化衍生物。

橙皮苷和水飛薊素的保肝作用使得其修飾產(chǎn)物被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。近年來(lái)，國(guó)外有關(guān)水飛薊素糖基化反應(yīng)的報(bào)道較多，且相關(guān)技術(shù)路線已成熟化。相比之下，國(guó)內(nèi)對(duì)于這方面的研究具有一定的滯后性。今后，需要更多的相關(guān)人員來(lái)總結(jié)前人在這方面的工作，分析并深入研究，為水飛薊素等二氫黃酮醇深而廣的應(yīng)用開辟新的道路。

2.3 異黃酮或異黃酮醇

染料木素、葛根素是異黃酮類化合物的重要代表，主要存在于豆科植物中。其中，染料木素平面型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，具有脂溶性和水溶性差的缺點(diǎn)，進(jìn)而降低了藥效；葛根素具有降低血糖的功效，故對(duì)低血糖人群不適用。因此，結(jié)構(gòu)修飾對(duì)改善以上化合物的不足尤為關(guān)鍵?，F(xiàn)如今，糖基化修飾已成為新藥物研發(fā)的熱點(diǎn)之一，可有效實(shí)現(xiàn)難溶或不溶物向易溶物之間的轉(zhuǎn)化，應(yīng)用于染料木素和葛根素中，必將會(huì)提高其生物利用度。

染料木素的多靶向性降低了與受體結(jié)合的選擇性，而糖分子結(jié)構(gòu)本身具有靶向性，故對(duì)染料木素進(jìn)行糖基化修飾可以增強(qiáng)染料木素精準(zhǔn)的靶向性，從而提高生物活性[18]。Sordon[19]等采用微生物球孢白僵菌對(duì)染料木素的C-4″位和C-7位羥基進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化，糖基化修飾產(chǎn)物為C-4″-甲氧基-7-O-葡萄糖苷衍生物和7-O-葡萄糖苷衍生物。Szeja[20]等首先合成3，4-二-O-乙?；?L-鼠李烯糖，然后在染料木素的C-7位羥基進(jìn)行糖基化修飾，最后對(duì)糖基化衍生物進(jìn)行抗腫瘤活性測(cè)試，發(fā)現(xiàn)糖基化修飾的產(chǎn)物對(duì)結(jié)腸癌細(xì)胞和前列腺癌細(xì)胞的抑制作用均高于染料木素。

已報(bào)道的葛根素黃酮經(jīng)糖基化修飾后水溶性顯著提高。在黃國(guó)棟[21]的實(shí)驗(yàn)中，采用氧化微桿菌的靜息細(xì)胞及細(xì)胞提取液將葛根素轉(zhuǎn)化為葛根素-7-O-葡萄糖苷。朱盼[22]等將葛根素轉(zhuǎn)化為4′-羥乙基葛根素和3′，5′-二羥甲基葛根素，發(fā)現(xiàn)其溶解性分別是葛根素的5倍和10倍。許慶兵[23]等先將葡萄糖酰化、鹵化和醚化得到7-羥基-4′-(2,3,4,6-四乙?；?β-D-吡喃葡萄糖苷基)葛根素，然后在Na2CO3的作用下醇解得到7-羥基-4′-(β-D-吡喃葡萄糖苷基)葛根素，經(jīng)溶解性測(cè)試發(fā)現(xiàn)，葛根素衍生物的溶解性是葛根素的15.2倍。Li[24]等以來(lái)源于嗜熱脂肪芽孢桿菌的麥芽淀粉酶為催化劑，在葛根素的6″位羥基上進(jìn)行糖基化修飾，得到兩種產(chǎn)物葡萄糖基-α-(1,6)-葛根素和麥芽糖基-α-(1,6)-葛根素，相比葛根素，其修飾產(chǎn)物的水溶性分別增加了14倍和168倍。

糖基化對(duì)提高藥物的活性和靶向性具有主導(dǎo)作用。染料木素的糖基化修飾更偏重于抗腫瘤活性的增強(qiáng)，而葛根素的糖基化修飾更偏重于溶解性的提高，總的來(lái)看，其修飾后的理化性質(zhì)都得到了一定的改善。就目前的研究狀況來(lái)看，修飾物的應(yīng)用性質(zhì)發(fā)生了巨大變化，但染料木素的研究主要集中在抗腫瘤方面，而其他生物活性方面少有研究，今后，應(yīng)著眼于修飾產(chǎn)物的其他活性研究，使染料木素被廣泛應(yīng)用于其他醫(yī)學(xué)研究。

2.4 黃烷醇

兒茶素是黃烷醇類化合物的典型代表物，廣泛分布于植物界中，尤其在茶葉中的含量較為豐富。兒茶素雖然具有很多親水性羥基，但在水中溶解度并不高，通過(guò)引入一個(gè)或數(shù)個(gè)親水性糖苷基團(tuán)可有效提高其水溶性[25]。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在兒茶素生物轉(zhuǎn)化方面作出了許多研究。

兒茶素糖基化修飾位點(diǎn)多樣，修飾物性能突出。Kimura[26]等使用2,4,6-三羥基苯乙酮作為原料，全合成得到(-)-表兒茶素-3-O-β-吡喃葡萄糖苷。Gao[27]等以麥芽糖為糖基供體，以來(lái)源于嗜熱脂肪芽胞桿菌中的α-葡萄糖苷酶對(duì)(+)-兒茶素進(jìn)行糖基化修飾，得到(+)-兒茶素-5-O-α-D-吡喃葡萄糖苷和(+)-兒茶素-7-O-α-D-吡喃葡萄糖苷。Romanov-Michailidis[28]等以間苯三酚和肉桂醇的衍生物為起始原料，經(jīng)過(guò)傅-克烷基化、Sharpless不對(duì)稱二羥基化、選擇性地保護(hù)和脫保護(hù)、環(huán)化、氧化、還原等步驟，合成了(-)-表兒茶素-3′-O-D-葡萄糖醛酸苷。Zhang[29]等以2,3,4,6-四-O-乙酰基-α-D-溴代葡萄糖為糖基供體，以表沒食子兒茶素沒食子酸酯(EGCG)為糖基受體，糖基化修飾得到EGCG-4′-O-β-D-葡萄糖苷和EGCG-4′,4″-O-β-D-二葡萄糖苷，水溶性分別增加了15倍和31倍。

兒茶素糖基化修飾產(chǎn)物復(fù)雜，對(duì)其性質(zhì)的深入研究具有一定的局限性。與國(guó)外相比，我國(guó)對(duì)兒茶素糖基化修飾方面的研究起步較晚，研究力度極其不足，導(dǎo)致近年來(lái)相關(guān)研究鮮有報(bào)道，因此，后續(xù)應(yīng)在現(xiàn)有的研究基礎(chǔ)上，借助高科技的生物化學(xué)技術(shù)，繼續(xù)研究并不斷完善兒茶素修飾物的其他變化，進(jìn)一步推動(dòng)兒茶素的應(yīng)用。

2.5 花色苷

花色苷屬天然色素，是由花色素和一些糖基以糖苷鍵連接而成的產(chǎn)物，主要存在于桑葚、黑枸杞、葡萄、擬南芥等植物體內(nèi)，使植物呈現(xiàn)不同的色彩，能有效幫助植物抵御和適應(yīng)不同的環(huán)境。花色素[30]的穩(wěn)定性較花色苷差，需要在類黃酮3-O-葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶(3GT)的作用下經(jīng)糖基化生成花色苷后才能穩(wěn)定存在于植物體內(nèi)。糖基化花色苷[31]主要包括花色素的3-O-葡萄糖基和3,5-O-雙葡萄糖基，即花色素單糖苷和花色素雙糖苷。

花色苷類多在3′-OH連糖。研究發(fā)現(xiàn)[32]，類黃酮3-O-葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶在花色素3′羥基上能夠?qū)崿F(xiàn)向花色苷的轉(zhuǎn)化。此外，在擬南芥中過(guò)量表達(dá)紫薯類黃酮3-O-葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶基因，也有利于擬南芥中花色素向花色苷的迅速轉(zhuǎn)化[33]。

人們對(duì)花色苷糖基化修飾的認(rèn)知不夠深入，相關(guān)研究機(jī)制尚不明確，導(dǎo)致其目前處于實(shí)驗(yàn)研究階段。雖然花色苷的糖基化結(jié)構(gòu)修飾對(duì)色素的增加和生物活性的提高具有積極作用，但不同植物中花色素的修飾或合成仍存在一定的差異，因此，研究其中的個(gè)性和共性是今后的研究重點(diǎn)。此外，修飾后的產(chǎn)物缺乏臨床應(yīng)用，因此，探索花色苷在人體內(nèi)如何吸收、代謝等過(guò)程就顯得尤為重要。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著科技的發(fā)展和科研人員的不懈努力，越來(lái)越多的黃酮類化合物被不斷發(fā)現(xiàn)并應(yīng)用。多數(shù)作為藥劑被應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)，雖然已取得了較好的研究，但仍有潛在價(jià)值尚待開發(fā)。以黃酮類化合物為先導(dǎo)物，對(duì)其進(jìn)行糖基化修飾，并對(duì)結(jié)構(gòu)修飾的產(chǎn)物進(jìn)行功效性評(píng)價(jià)，已成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)和重點(diǎn)，愈發(fā)引起越來(lái)越多的研究者關(guān)注，但其存在的問(wèn)題接踵而至。（1）黃酮類化合物糖基化修飾的修飾產(chǎn)物較為復(fù)雜，對(duì)其結(jié)構(gòu)無(wú)法全面分析和檢測(cè)，進(jìn)而限制了對(duì)其深入研究；（2）相比國(guó)外，國(guó)內(nèi)有關(guān)黃酮類化合物糖基化修飾方面的研究不是很多，且目前的研究多數(shù)停留于基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)階段；（3）不同類型的黃酮，糖的結(jié)合方式、位置等對(duì)其修飾結(jié)果均有影響；（4）有關(guān)其糖基化修飾的構(gòu)效關(guān)系尚不明確，研究缺乏針對(duì)性和選擇性，如供體和受體之間是如何選擇的、修飾位點(diǎn)對(duì)修飾物活性之間是如何影響的；（5）雖然大多數(shù)研究表明修飾產(chǎn)物的理化性得到有效改善，但多數(shù)報(bào)道仍集中于修飾產(chǎn)物一種活性的研究，而忽略了其他生物活性的研究，導(dǎo)致未能全面推廣應(yīng)用。若能有效克服以上問(wèn)題，黃酮類化合物新藥物的成果開發(fā)指日可待。