天然產(chǎn)物結構新穎多樣，具有多種生物活性，是新藥開(kāi)發(fā)研究的重要來(lái)源之一，但是天然產(chǎn)物也存在很多缺點(diǎn)，如生物活性差、生物利用度低、發(fā)揮作用的特異性差以及毒副作用大等，因此需要通過(guò)結構修飾和改造來(lái)改善天然產(chǎn)物的性質(zhì)。天然產(chǎn)物的結構修飾和改造包括乙酰化、甲基化、糖基化、羥基化等，這些修飾可豐富天然產(chǎn)物的多樣性，同時(shí)可以不同程度地提高天然產(chǎn)物的生物活性和生物利用度，其中糖基化修飾在改善溶解度和提高穩定性等方面的效果顯著(zhù)。由于結構復雜多樣，天然產(chǎn)物的化學(xué)法糖基化修飾一直是難以解決的難題之一。相比之下，具有選擇性強、反應效率高和條件溫和等特征的酶法糖基化修飾在改善天然產(chǎn)物的溶解度、穩定性和生物活性等成藥性因素方面的優(yōu)勢逐漸凸顯，并取得了一定研究成果。

       改善溶解性

       白藜蘆醇苷是虎杖的主要功效成分，水中溶解度較低，為0.03g·L-1，需要進(jìn)行結構修飾以提高其生物水溶性，增加其生物利用度。利用熱解纖維素菌 DSM 6725 的麥芽糖基轉移酶和麥芽三糖供體對白藜蘆醇苷進(jìn)行糖基化修飾產(chǎn)生了4 種糖基化產(chǎn)物，其中主產(chǎn)物α-D-麥芽糖基-(1，4)-白藜蘆醇苷的溶解度達到了128.09 g /L，分別是白藜蘆醇與白藜蘆醇苷的8.54×10³和1.86×10³倍。同時(shí)，α-1，4-糖苷鍵容易被人體內的糖苷酶水解，提示α-D-麥芽糖基-(1，4)-白藜蘆醇苷在體內的代謝過(guò)程可能與白藜蘆醇苷或者白藜蘆醇類(lèi)似，能夠發(fā)揮良好的抗腫瘤和抗動(dòng)脈硬化的功效。紫檀芪母核為白藜蘆醇，是藍莓、葡萄等的提取物，生物活性較好，有抑菌、抗腫瘤、降低血脂等作用，但其水中溶解度低。使用一鍋法對紫檀芪進(jìn)行糖基化修飾，所得產(chǎn)物水溶性與紫檀芪相比明顯提高。

       大豆苷元具有治療腫瘤、心血管疾病和絕經(jīng)期綜合征等生物活性，但其極低的水溶性限制了其進(jìn)一步成藥開(kāi)發(fā)。有學(xué)者利用極端嗜熱菌海棲熱袍菌的麥芽糖基轉移酶 MTase 和麥芽三糖供體糖基化修飾大豆苷元產(chǎn)生了 4 種大豆苷元糖苷，其中主產(chǎn)物大豆苷元7-O-三葡萄糖苷的溶解度提高了7.5×10³倍，但產(chǎn)物不唯一的缺點(diǎn)有待改進(jìn)。

       金合歡素是一種二羥基甲氧基黃酮類(lèi)化合物。研究表明金合歡素有多種生物活性，如抗腫瘤、保護心臟等。以溴代葡萄糖為糖基供體，對金合歡素的7-OH 進(jìn)行糖基化修飾，合成了3 個(gè)主要目標單體化合物，并對每個(gè)目標單體化合物的水溶性進(jìn)行了測試，結果表明，糖基修飾后的金合歡素糖苷衍生物在水中溶解度提高了1000～18000倍。

       芒果苷是一種天然有機植物芒果多酚，藥理活性比較廣泛，如具有抗炎、抗氧化、抗急性糖尿病、抗惡性腫瘤、調節免疫功能和保護心臟肝功能等作用。據報道，芒果苷的某些代謝物可能發(fā)揮更強的作用，例如其Ⅱ相代謝物芒果苷-7-O-D-葡萄糖醛酸苷。然而，目前對芒果苷代謝物芒果苷-7-O-D-葡萄糖醛酸苷的生物學(xué)特性研究仍然有限，限制了對其藥理學(xué)性質(zhì)的進(jìn)一步研究，以天然產(chǎn)物芒果苷為起始原料，首次以化學(xué)半合成方法合成了芒果苷-7-O-D-葡萄糖醛酸，極大程度上改善了芒果苷的水溶性，為黃酮苷類(lèi)化合物的糖基化修飾提供了借鑒基礎。

       淫羊藿素是淫羊藿主要的活性成分，具有多種藥理活性。與大多數黃酮類(lèi)化合物一樣，缺點(diǎn)是溶解性較差。以乙酰溴葡萄糖作為糖基供體對淫羊藿的C7-OH進(jìn)行糖基化修飾，經(jīng)去乙酰基處理，得到淫羊藿次苷Ⅰ。研究結果表明，淫羊藿次苷Ⅰ比淫羊藿素的溶解性有所提高。

       利用嗜堿芽孢桿菌的環(huán)糊精葡萄糖基轉移酶和水溶性淀粉供體實(shí)現了柚皮苷、新橙皮苷和橙皮苷的定點(diǎn)葡萄糖基修飾，分別產(chǎn)生了 3-α-D-葡萄糖基柚皮苷、3-α-D-葡萄糖基新橙皮苷和 4-α-D-葡萄糖基橙皮苷，溶解度依次提高了1.0 × 10³倍、1.5 × 10³ 倍和0.3 × 10³ 倍，且3-α-D-葡萄糖基新橙皮苷的苦味降低 90% 。

       齊墩果酸是一種五環(huán)三萜類(lèi)化合物，從夏枯草、梔子果實(shí)等龍膽科植物獐牙菜屬的植物中分離得到，有游離和糖苷結合2種存在方式。其在抗腫瘤、保護肝 臟、延緩衰老等方面均有藥理作用，由于其在水中溶解度低的缺點(diǎn)，未能廣泛應用于臨床。以葡萄糖、半乳糖、氨基葡萄糖為糖基供體，對齊墩果酸的C3-OH進(jìn)行糖基化修飾，得到3個(gè)水溶性提高的目標化合物。

       增加穩定性

       花青素黃酮存在于整個(gè)自然界植物細胞中，是一種水溶性天然植物色素，具有較強的人體生物活性，如具有抗腫瘤、抗氧化等作用，廣泛應用于植物營(yíng)養品和保健食品領(lǐng)域。研究結果表明，獨立的一種花青素不能穩定地自然存在于各種環(huán)境中，需要經(jīng)過(guò)糖基化、酰基過(guò)氧化、甲基過(guò)氧化等化學(xué)修飾過(guò)程才能增加其化學(xué)穩定性。利用大腸埃希菌異源表達的3-O-葡萄糖基轉移酶 3GT 和糖基供體 UDP-G 對花青素的 3-位羥基進(jìn)行了葡萄糖基修飾，獲得了花青素 3-O-葡萄糖苷。花青素在 pH 大于3.0 的溶液中會(huì )迅速降解，但糖基化修飾顯著(zhù)提高了其穩定性，花青素3-O-葡萄糖苷能夠在pH 5.0 的溶液中穩定存在 96h以上。

       兒茶素是黃烷醇類(lèi)化合物，具有多種生物活性，如抗菌、抗氧化，存在于自然界及微生物環(huán)境中。但兒茶素不穩定，用葡萄糖基轉移酶（UDPG）對堿性?xún)翰杷剡M(jìn)行結構改造，與原料藥相比，兒茶素糖苷衍生物的穩定性得以改善，穩定存在平均可達80% 以上，所得糖基衍生物相較于（+）-兒茶素穩定性得到改善，很好地解決了（+）-各種同類(lèi)堿性?xún)翰杷馗鞣N產(chǎn)物化學(xué)穩定性差的臨床試驗難題。

       絡(luò )賽維是玫瑰、紅景天的活性成分和指標性成分，具有多種藥理活性，如抗輻射、抗氧化、抗腫瘤等。以全乙酰溴-α-D-葡萄糖為糖基供體，以肉桂醇為原料，經(jīng)過(guò)一系列反應合成得到絡(luò )賽維。通過(guò)基因分析工程等一系列反應，并進(jìn)行糖基化修飾，合成了非天然肉桂醇二葡萄糖苷（肉桂醇），與原料藥肉桂醇相比穩定性提高。

       增強藥理活性

       常春藤皂苷元是一種三萜類(lèi)化合物，水中溶解度低，生物利用度不高，大大限制了其應用。對常春藤皂苷元進(jìn)行結構改造，以常春藤皂苷元為先導化合物，通過(guò)甲基化、乙酰化等步驟得中間體g；以糖基為修飾基團，對中間體g進(jìn)行結構修飾，得到3種常春藤糖苷衍生物（h～j）。對化合物g～j進(jìn)行抗腫瘤活性研究，結果表明，常春藤糖苷衍生物對人膀胱癌細胞均有抑制作用；且在濃度為1×10-6mol·L-1時(shí)，糖苷衍生物的抑制率比常春藤皂苷中間體g增加了3～4倍。

       洋 地 黃 毒 苷是一種廣泛使用的強心苷類(lèi)藥物，其良好的抗腫瘤活性引起了廣泛關(guān)注。 針對洋地黃 毒 苷 毒 性大、治療窗口窄等問(wèn)題，需要對其進(jìn)行結構修飾。以洋 地 黃 毒 苷為起始原料，利用葡萄糖和木糖衍生物為糖基供體合成了一系列洋 地 黃 毒 苷的氨基糖苷衍生物，進(jìn)行抗腫瘤活性研究，發(fā)現大多糖苷衍生物活性提高1～10倍。

       喜樹(shù)堿是一種生物堿，從喜樹(shù)的果實(shí)中提取分離得到。 喜樹(shù)堿具有多種抗腫瘤活性，應用于多種惡性腫瘤的治療中。對喜樹(shù)堿進(jìn)行糖基化修飾，合成了幾種糖綴合物。對合成得到的喜樹(shù)堿糖基衍生物進(jìn)行抗腫瘤研究，對于所測試的5種腫瘤細胞株，糖苷衍生物大多具有比喜樹(shù)堿小2～10 倍的IC50值，因此經(jīng)修飾得到的喜樹(shù)堿糖苷衍生物比原形喜樹(shù)堿有同樣或更好的抗腫瘤活性。

       增強靶向性

       糖類(lèi)物質(zhì)具有對腫瘤細胞靶向特異性識別能力強等特點(diǎn)，所以經(jīng)糖基修飾后藥物載體的靶向性能將得以提升，進(jìn)而能以較低的不良反應提升腫瘤療效。研究發(fā)現紫杉醇膠束以甘露糖為糖基供體經(jīng)糖基修飾后，與普通膠束相比，在移植瘤小鼠肝 臟中積存量較高。馬蹄金在臨床上作為治療慢性肝炎的藥物使用，對馬蹄金素進(jìn)行結構修飾，發(fā)現馬蹄金糖苷衍生物不僅可以抑制Hep G-2細胞的乙肝病毒（HBV）DNA，并且此糖基衍生物有肝靶向性。10-羥基喜樹(shù)堿（10-HCPT）是從喜樹(shù)中分離得到的，具有顯著(zhù)的抗腫瘤活性。研究發(fā)現其對人SPC-A-1肺癌細胞株有凋亡作用，HCPT作為抗肺癌的藥物已在臨床上使用。由于 HCPT水溶解性較差，需使用鈉鹽注射液改善溶解性，這使得10-HCPT的結構發(fā)生變化，導致抗腫瘤活性改變。對羥基喜樹(shù)堿以甘露糖為糖基供體進(jìn)行結構改造，得到羥基喜樹(shù)堿糖基衍生物，此衍生物呈現明顯的肺靶向性。此外，研究發(fā)現以甘露糖作為糖基供體，脂質(zhì)體為藥物載體，修飾葛根素，葛根素脂質(zhì)體能特異性靶向大鼠腦缺血部位。

       根據生物藥劑學(xué)原理可知，藥物的口服吸收效果在很大程度上受限于其溶解度、溶出速率的影響。因此，將廉價(jià)易得的糖類(lèi)作為糖基供體引入具有藥用價(jià)值的天然產(chǎn)物結構中，可達到增強藥物的水溶性以及提高生物利用度的目的，實(shí)現天然藥物的開(kāi)發(fā)與應用。天然產(chǎn)物經(jīng)結構修飾后，由于結構的改變，導致其生物活性也發(fā)生了改變，甚至有可能顯現出新的生物活性。此外，利用化學(xué)或生物方法催化天然產(chǎn)物糖基化不僅增加了藥物結構的多樣性，也提供了具有可行性的結構修飾策略。

       參考資料：

       [1]蘭青,孫成新,王先恒,彭君軻,何芋岐,王玉和,趙長(cháng)闊.糖基化在天然產(chǎn)物結構修飾中的應用[J].中國新藥雜志,2022,31(16):1595-1601.

       [2]金月,吳旭日,陳依軍.糖基轉移酶在改善天然產(chǎn)物成藥性方面的應用[J].中國藥科大學(xué)學(xué)報,2017,48(05):529-535.

       作者簡(jiǎn)介：小米蟲(chóng)，藥品質(zhì)量研究工作者，長(cháng)期致力于藥品質(zhì)量研究及藥品分析方法驗證工作，現就職于國內某大型藥物研發(fā)公司，從事藥品檢驗分析及分析方法驗證。