白藜芦醇及其代谢物的研究进展 |
发布时间:2013-12-10 信息来源:admin 发布人:admin 点击次数:1640 |
摘 要:白藜芦醇是一些植物在受到生物和非生物胁迫时产生的一种植物抗毒素.它在植物体内会迅速被代谢而生产紫檀芪、云杉新苷、viniferins等代谢物.这些代谢物与白藜芦醇一样具有抗菌、消炎、抗血小板凝集、防止细胞癌变等一系列的生物活性,且有些代谢物的选择性、稳定性远远大于白藜芦醇.本文对白藜芦醇代谢物中几种主要代谢物的合成途径、生物活性、代谢调控、检测方法等进行了综述. 关键词:白藜芦醇代谢物 紫檀芪 云杉新苷 viniferins Advances in the Research of Resveratrol Metabolins Abstract:Resveratrol is a phytoalexin produced by some plant species in response to biotic and abiotic stresses. It quickly metabolize into pterostilbene, piceid, viniferins etc in vivo. These metabolins also have a wide-array of biological activities like resveratrol, such as antimicrobial, anti-inflammatory, platelet antiaggregating. They are also reported to be potentially important cellular events associated with carcinogenesis. The selectivity and stability of these metabolins are also better than that of resveratrol. The synthesis approach,bioactivities,metabolic regulation,detection methods of the main metabolins were reviewed in this paper. Key words:resveratrol metabolins ; pterostilbene; piceid; viniferins 白藜芦醇(resveratro1)是一些植物在受到病原 菌侵染或环境恶化时产生的一种植物抗毒素,它具 有抗菌、抗癌、抗氧化、抑制血小板凝集和血管舒张、 调节脂蛋白代谢、提高机体免疫力等特性n。但是 近年来的研究发现植物抗病能力的大小和白藜芦醇 在植物体内的代谢有关,因此,对白藜芦醇代谢 物的研究已经成为芪类次生代谢物研究的一个新 热点。 白藜芦醇在植物体内通过代谢会迅速生成紫檀 芪(pterostilbene)、云杉新苷(piceid,又叫白藜芦醇苷、白藜芦醇甙)、viniferins等,与白藜芦醇一样, 这些代谢物也都具有一系列的生理、药理活性,如抗 菌、抗炎、抗HIV等口。而且,有些代谢物如紫檀芪 和占一viniferin的生物活性远远大于白藜芦醇。但 由于这些代谢物在植物体内的含量特别低,所以对 它们的研究特别是生物活性方面的研究相对比较滞 后,本文综述了近年来这方面的研究进展,讨论当前 白藜芦醇代谢物研究中存在的问题,展望了白藜芦醇代谢物研究的发展前景,为j!}一步开展白藜芦醇 代谢物的生理药理活性研究提供参考。 1 白藜芦醇代谢物的合成途径 1.1 白藜芦醇代谢物在植物体内的合成途径 白藜芦醇是植物通过苯丙氨酸代谢途径合成 的嘲。在苯丙氨酸代谢途径中,苯丙氨酸在苯丙氨 酸裂解酶(PAL)催化作用下可裂解为反一肉桂酸,然 后在肉桂酸一4一羟基化酶(C H)的催化下合成反一香 豆酸,1分子的香豆酰一CoA和3分子的丙二酰一CoA可在白黎芦醇合酶的作用下合成白藜芦醇。白藜 芦醇在植物体内会被迅速代谢而生成紫檀芪、云杉 新苷、vinifreins等。它们在植物体内的具体合成 途径如图1所示,其中紫檀芪是白藜芦醇通过二 甲基化而形成的,而e-viniferin和6一viniferin是由 两分子的白藜芦醇自由结合而形成的,白藜芦 醇也可以糖基化而形成不具抗菌性的云杉新苷. 图1 白藜芦醇代谢物在植物体内的合成途径 Fig.1 The synthesis approach of resveratrol metabolins in plant 白藜芦醇代谢物的合成受到一系列酶的调控。 首先,植物在受到胁迫合成白藜芦醇时会受到 PAL、4CL(香豆酰一CoA 连接酶)、C H、RS(白藜芦 醇合酶)等多个酶促反应的调节控制,其中最关键的 调节酶是RS,而RS的合成受病原菌侵染及诱发因 子(包括uV、o。等)的诱导 。因此,通过uV 照 射等方法可以提高白藜芦醇的表达 引。合成白藜 芦醇后其在体内的代谢也受到一系列酶的作用口, 如图1所示,它可以在糖苷酶的作用下形成不具抗 菌性的云杉新苷,还可以在过氧化物酶的作用下合 成8-viniferin和£一viniferin,也可以在甲基化酶的作 用下形成紫檀芪,但是植物在体内是怎样调节这些 转化的,具体的调控目前研究的还不是太清楚。 Pezet等认为在植物中可能存在着一种操纵蛋白, 植物是在操纵蛋白和这些酶的共同作用下将白黎芦 醇转化为不同的代谢产物的,而且操纵蛋白在防御 体系中可能起着非常重要的作用。但所有这些都还处于推测阶段,具体的调控途径还需要做进一步的 研究。 1.3 白藜芦醇代谢物在植物体外的合成途径 云杉新苷几乎不具有抗菌活性,它的药理作用 与白藜芦醇基本一致Its。由于人体消化道内具有 糖苷酶,可以在消化过程中使云杉新苷中的反式白 藜芦醇单体释放出来,发挥对人体的保健作用口 , 所以对云杉新苷的体外合成研究的比较少。Robert 等L1印用蜡质芽孢杆菌UI1477作用于底物白藜芦 醇,生物合成了云杉新苷,但产量仅达到11 。 紫檀芪由于广泛存在于广西血竭(Dragon’S Blood)、葡萄(grapevine)和蜂胶(propolis)中,所以 对紫檀芪研究较多为从植物中直接提取,体外合成 的报道很少。 白藜芦醇的二聚体viniferins的体外合成途径 主要有化学合成法和生物合成法。Wang等 将白 藜芦醇用DPPH 处理后得到了其脱氢二聚体6一 viniferin,产量为18 。Huang等¨报道,如果将白藜芦醇用FeC1。处理,将会得到£一viniferin。关于 viniferin生物合成的方法目前报道的有4种:(1) Pezet等n 在培养灰色葡萄孢霉(Botrytis cinerea) 过程中发现了一种与漆酶(1accase)类似的芪合物氧 化酶,这种氧化酶会将白藜芦醇脱氢氧化而形成其 二聚体viniferin;(2)Langcake等 9用辣根过氧化 物酶(horseradish peroxidase)作用于底物白藜芦醇 也催化合成了3-viniferin;(3)Pinto等 阳用大豆脂 肪氧化酶(soybean lipoxygenase)氧化降解白藜芦 醇也合成了 一viniferin;(4)Silvia等 用Mycelio— phtora thermophyla 和绒毛栓菌(Trametes pubescens) 中分离出的漆酶作用于白藜芦醇,也催化合 成了 viniferin,且产量分别为31%和18 。 2 白黎芦醇代谢物的生物活性及其与 结构的关系 2.1 白藜芦醇代谢物的生物活性 2.1.1 云杉新苷的生物活性 云杉新苷是白藜芦醇的代谢物中研究得相对比较早也比较彻底的一 种。它的药理作用主要包括:对心血管的保护作 用;保肝作用 船 ;降血脂、抗脂质过氧化 。;对多 种因素等引起的组织器官损伤的保护作用f2 。其 中对心血管的保护作用、保肝作用最引人注目。 (1)对心血管的保护作用 金春华等 通过云 杉新苷对大鼠心肌细胞的研究表明它不但使心肌收 缩更有力,而且使心肌舒张更彻底,从而大大提高心 肌工作效率。研究_2 还发现,当病者休克时,云杉 新苷可以降低血管张力使血管扩张;并能通过促进 细胞外钠离子内流使细胞去极化来调节血管。 (2)保肝作用 云杉新苷有保护肝脏,抑制类脂 质过氧化物在肝脏堆积的作用。黄兆胜等研究 云杉新苷对CC1 损伤原代培养大鼠肝细胞的保护 作用发现它能有效地保护损伤的肝细胞,在1× 1O ~1×10-4 mol/L浓度范围内使细胞存活率显 著提高,1×10 mol/L浓度使肝细胞存活率达 88.17 ,接近于正常培养肝细胞水平。 2.1.2 紫檀芪的生物活性 紫檀芪是受到广泛关 注的白藜芦醇的代谢物,具有抗氧化、抗细胞增殖、 降血脂 。 、中等强度抑制CoX-1和CoX-2(IC 。 分别为19.8 timol/L和83.9 timol/L)、诱导人早幼 粒白血病细胞HL-6O凋亡(IC 。一70 timol/L)、预 防DMBA(_~甲基苯并蒽)诱发的皮肤癌变(ED:4.8 timol/L)[3o3、降血糖和抗真菌(其抗真菌活性 为白藜芦醇的5倍)的作用n 。而且紫檀芪的抗细胞增殖作用较白藜芦醇强,并具有高选择性,能抑制 一和X-DNA 聚合酶及猴病毒4O DNA 的复制,其抑 制活性与a—DNA、3-DNA和e-DNA 三重聚合酶抑 制剂蚜肠霉素(aphidicolin)相近。Fereer等研究表明每天用40,umol/L的紫檀芪处理恶性黑 色素瘤细胞B16M—F10 60 min,可产生显著的抑制 作用,抑制率达56 。Tolomeo等研究表明,紫 檀芪及4,-羟基紫檀芪能诱导耐多药和具融合蛋白 BCR—ABL表达的白血病细胞显著凋亡,而对正常 细胞几乎没有影响,并认为其分子结构中的3,5-二 甲氧基是其活性必需的结构,本实验室也得出与以 上数据类似的结果。这些结果表明,当白藜芦醇经 代谢而形成其甲基化产物紫檀芪后,其生物活性及 选择性均远远大于白藜芦醇,且生物活性的提高与 甲基的存在有着密切的关系。 2.1.3 viniferin的生物活性 与白藜芦醇一样,其 二聚体viniferins也被发现是植物在受到感染或胁 迫时产生的一种植物抗毒素,而且低聚体芪合物具 有更广泛的生物学活性,如:抗菌、抗HIV、消炎口 , 另外它还是一种潜在的重要的化学保护剂,能抑制 与癌症发生相关的细胞的生长. 抗菌性:Pezet等口的研究显示,当葡萄感染霜 霉病时,7 h后,无论是抗病性植株还是敏感性植株 都合成了白藜芦醇,48 h后,抗性植株中积累了大 量的£一viniferin和3-viniferin,而敏感性植株则将白 藜芦醇代谢成了不具抗菌性的云杉新苷,这表明对 霜霉病病原菌葡萄单生轴霉孢子来说,白藜芦醇并 不是一个毒性化合物,这可能与它的亲水性有 关L3 ,而白黎芦醇的氧化产物viniferin对葡萄单 生轴霉孢子有作用,3-viniferin的毒性是£一viniferin 的5倍,紫檀芪像8-viniferin一样有毒,但它在植物 体内通常不形成或浓度太低而与防御机制无关. 生理活性:Bertrand 等n 的研究表明,£一 viniferin对细胞色素P450酶表现出比白黎芦醇更 强的抑制效果。另外,£一viniferin和 viniferin等也 具有不同程度的抗氧化作用,£一viniferin在DMSo/ Oz-的极性系统(ICs。一0.14 mmol/L)中表现出最大 的抗氧化活性,而3-viniferin则在o/W/Loo系统 中表现出最大的抗氧化活性(使 胡萝卜素的漂白 率被抑制82 ),进一步的研究表明白藜芦醇低 聚体的这些抗氧化作用与其对癌症发生、发展的抑 制作用以及对人类心血管疾病的治疗作用有着密切 的关系。这表明与白藜芦醇相比,其脱氢二聚体 viniferin具有更强的抗氧化性及抗癌活性。 2.2 白藜芦醇代谢物生物活性的分子结构基础及 作用机制 白藜芦醇代谢物的杀菌活性与其分子结构中电 子共轭系统及由此而形成的电荷转移复合体 (charge transfer complexes,CTCs)有关 。 CTCs有利于它们与蛋白质结合并产生亲和力(af— finity),特别是蛋白质中的芳香族氨基酸与电子受 体结合成CTCs的能力更强[4引。它们可充当电子 传递的解耦联剂,与细胞酶蛋白作用形成多酚一蛋白 质复合体,使质体上电子传递和光合磷酸化解耦 联 。羟基一芪上的电子共轭系统也可导致CTCs, 它的生物活性依赖于d值(d表示基团吸收或提供 电子的能力),当取代基吸收电子的能力增强时,分 子的极性也增强,例如,当取代基为甲氧基时(即紫 檀芪),它比CH、C1、oH 等其它取代基更能扰乱分 子间键,甲氧基的存在可能导致氢键的形成,CTCs 和氢键使紫檀芪等更容易与细胞膜蛋白结合 。 表明白藜芦醇的代谢物紫檀芪和viniferin由于分 子结构中存在甲氧基和氢键而使得它们的生物活性 远远大于白藜芦醇。那么,在以后有可能通过人为 改变一些取代基而获得一些高活性的芪类化合物。 前人研究还发现,植物多酚的化学结构及分子 量的大小也影响其活性,而且酚羟基在苯环上的数 目及位置也影响酚类物质的相对毒性E4e,羟基化程 度增强导致毒性增强[4 。Scalbert发现氧化程度高 的酚类物质具有更强的抑制性[4 。多酚经过改性 可以提高抑菌性,多酚的一部分酚羟基发生甲基化, 可增强毒性[4引。另外,在一定范围内,分子量相对 大者,常体现出较大的抑菌性,但分子量过大者,往 往不显示出抑菌性[4 。因此当低分子量的多酚如 白藜芦醇经氧化聚合而形成viniferin后毒性增强, 但是聚合度超过一定值后其毒性反而会降低. 3 白藜芦醇代谢物的检测方法 由于白藜芦醇的代谢物在植物体内的含量非常低,所以用普通的HPLC等方法很难直接检测到它 们在植物体内的含量。Pezet等 用一种快速、灵 敏度高的液相色谱一大气压光离子质谱(LC-APPI— MS)法从霜霉病侵染的葡萄叶片中检测到了8一 viniferin、£一viniferin、紫檀芪、云杉新苷、白藜芦醇等 一系列的代谢物。该方法的优点是:可以对顺、反两 种代谢物进行检测,且灵敏度极高,仅需要极少量的 样品(1~2 mg的叶片)即可进行检测。 另外,相对于高压液相色谱(HPLC)来说,高速 逆流色谱(HSCCC)和FCPC逆流色谱是近年来研 究白藜芦醇代谢物的一种新兴的方法。Xavier 等[5 用FCPC法从葡萄酒中分离其中的芪合物,当 采用200 mL容量的柱子,1 000 r/min,流速为3 mL/min,流动相为:水/乙醇/己烷/乙酸乙酯一3/ 3/4/5的检测条件时,从葡萄酒中检测到了白藜芦醇、云杉新苷、8-viniferin、e-viniferin等物质。 4 结语 白藜芦醇代谢物的研究是当今芪类次生代谢物 研究的一个新热点。但由于这些代谢物在植物体内 的含量特别低,且有些化合物的结构不稳定,受热或 见光易降解,所以它们的药理活性等方面的研究相 对比较滞后。目前白藜芦醇代谢物的研究已经取得 了一定的进展,3-viniferin和紫檀芪的抗菌性,特别 是它们对霜霉病的活性远远大于白藜芦醇,且紫檀 芪的选择性、稳定性也好于白藜芦醇。因此,对白藜 芦醇代谢物的研究特别是对应用研究具有非常重要 的意义。如:在作物育种方面,可以通过检测被灰霉 病侵染后的植物叶片中是否含有viniferins或紫檀 芪来筛选优良抗性品种;在药品开发方面,可以通过 生物或非生物途径来人为地合成高活性的 viniferins和紫檀芪,也可通过采取一些化学保护措 施来增强这些化合物的稳定性,从而研发出一些高 活性的抗癌、抗HIV新药。 |