热议：糖基化修饰在天然产物中的研究应用

天然产物结构新颖多样，具有多种生物活性，是新药开发研究的重要来源之一，但是天然产物也存在很多缺点，如生物活性差、生物利用度低、发挥作用的特异性差以及毒副作用大等，因此需要通过结构修饰和改造来改善天然产物的性质。天然产物的结构修饰和改造包括乙酰化、甲基化、糖基化、羟基化等，这些修饰可丰富天然产物的多样性，同时可以不同程度地提高天然产物的生物活性和生物利用度，其中糖基化修饰在改善溶解度和提高稳定性等方面的效果显著。由于结构复杂多样，天然产物的化学法糖基化修饰一直是难以解决的难题之一。相比之下，具有选择性强、反应效率高和条件温和等特征的酶法糖基化修饰在改善天然产物的溶解度、稳定性和生物活性等成药性因素方面的优势逐渐凸显，并取得了一定研究成果。

改善溶解性

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白藜芦醇苷是虎杖的主要功效成分，水中溶解度较低，为0.03g·L-1，需要进行结构修饰以提高其生物水溶性，增加其生物利用度。利用热解纤维素菌 DSM 6725 的麦芽糖基转移酶和麦芽三糖供体对白藜芦醇苷进行糖基化修饰产生了4 种糖基化产物，其中主产物α-D-麦芽糖基-(1，4)-白藜芦醇苷的溶解度达到了128.09 g /L，分别是白藜芦醇与白藜芦醇苷的8.54×10³和1.86×10³倍。同时，α-1，4-糖苷键容易被人体内的糖苷酶水解，提示α-D-麦芽糖基-(1，4)-白藜芦醇苷在体内的代谢过程可能与白藜芦醇苷或者白藜芦醇类似，能够发挥良好的抗肿瘤和抗动脉硬化的功效。紫檀芪母核为白藜芦醇，是蓝莓、葡萄等的提取物，生物活性较好，有抑菌、抗肿瘤、降低血脂等作用，但其水中溶解度低。使用一锅法对紫檀芪进行糖基化修饰，所得产物水溶性与紫檀芪相比明显提高。

大豆苷元具有治疗肿瘤、心血管疾病和绝经期综合征等生物活性，但其极低的水溶性限制了其进一步成药开发。有学者利用极端嗜热菌海栖热袍菌的麦芽糖基转移酶 MTase 和麦芽三糖供体糖基化修饰大豆苷元产生了 4 种大豆苷元糖苷，其中主产物大豆苷元7-O-三葡萄糖苷的溶解度提高了7.5×10³倍，但产物不唯一的缺点有待改进。

金合欢素是一种二羟基甲氧基黄酮类化合物。研究表明金合欢素有多种生物活性，如抗肿瘤、保护心脏等。以溴代葡萄糖为糖基供体，对金合欢素的7-OH 进行糖基化修饰，合成了3 个主要目标单体化合物，并对每个目标单体化合物的水溶性进行了测试，结果表明，糖基修饰后的金合欢素糖苷衍生物在水中溶解度提高了1000～18000倍。

芒果苷是一种天然有机植物芒果多酚，药理活性比较广泛，如具有抗炎、抗氧化、抗急性糖尿病、抗恶性肿瘤、调节免疫功能和保护心脏肝功能等作用。据报道，芒果苷的某些代谢物可能发挥更强的作用，例如其Ⅱ相代谢物芒果苷-7-O-D-葡萄糖醛酸苷。然而，目前对芒果苷代谢物芒果苷-7-O-D-葡萄糖醛酸苷的生物学特性研究仍然有限，限制了对其药理学性质的进一步研究，以天然产物芒果苷为起始原料，首次以化学半合成方法合成了芒果苷-7-O-D-葡萄糖醛酸，极大程度上改善了芒果苷的水溶性，为黄酮苷类化合物的糖基化修饰提供了借鉴基础。

淫羊藿素是淫羊藿主要的活性成分，具有多种药理活性。与大多数黄酮类化合物一样，缺点是溶解性较差。以乙酰溴葡萄糖作为糖基供体对淫羊藿的C7-OH进行糖基化修饰，经去乙酰基处理，得到淫羊藿次苷Ⅰ。研究结果表明，淫羊藿次苷Ⅰ比淫羊藿素的溶解性有所提高。

利用嗜碱芽孢杆菌的环糊精葡萄糖基转移酶和水溶性淀粉供体实现了柚皮苷、新橙皮苷和橙皮苷的定点葡萄糖基修饰，分别产生了 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% 。

齐墩果酸是一种五环三萜类化合物，从夏枯草、栀子果实等龙胆科植物獐牙菜属的植物中分离得到，有游离和糖苷结合2种存在方式。其在抗肿瘤、保护肝 脏、延缓衰老等方面均有药理作用，由于其在水中溶解度低的缺点，未能广泛应用于临床。以葡萄糖、半乳糖、氨基葡萄糖为糖基供体，对齐墩果酸的C3-OH进行糖基化修饰，得到3个水溶性提高的目标化合物。

增加稳定性

花青素黄酮存在于整个自然界植物细胞中，是一种水溶性天然植物色素，具有较强的人体生物活性，如具有抗肿瘤、抗氧化等作用，广泛应用于植物营养品和保健食品领域。研究结果表明，独立的一种花青素不能稳定地自然存在于各种环境中，需要经过糖基化、酰基过氧化、甲基过氧化等化学修饰过程才能增加其化学稳定性。利用大肠埃希菌异源表达的3-O-葡萄糖基转移酶 3GT 和糖基供体 UDP-G 对花青素的 3-位羟基进行了葡萄糖基修饰，获得了花青素 3-O-葡萄糖苷。花青素在 pH 大于3.0 的溶液中会迅速降解，但糖基化修饰显著提高了其稳定性，花青素3-O-葡萄糖苷能够在pH 5.0 的溶液中稳定存在 96h以上。

儿茶素是黄烷醇类化合物，具有多种生物活性，如抗菌、抗氧化，存在于自然界及微生物环境中。但儿茶素不稳定，用葡萄糖基转移酶（UDPG）对碱性儿茶素进行结构改造，与原料药相比，儿茶素糖苷衍生物的稳定性得以改善，稳定存在平均可达80% 以上，所得糖基衍生物相较于（+）-儿茶素稳定性得到改善，很好地解决了（+）-各种同类碱性儿茶素各种产物化学稳定性差的临床试验难题。

络赛维是玫瑰、红景天的活性成分和指标性成分，具有多种药理活性，如抗辐射、抗氧化、抗肿瘤等。以全乙酰溴-α-D-葡萄糖为糖基供体，以肉桂醇为原料，经过一系列反应合成得到络赛维。通过基因分析工程等一系列反应，并进行糖基化修饰，合成了非天然肉桂醇二葡萄糖苷（肉桂醇），与原料药肉桂醇相比稳定性提高。

增强药理活性

常春藤皂苷元是一种三萜类化合物，水中溶解度低，生物利用度不高，大大限制了其应用。对常春藤皂苷元进行结构改造，以常春藤皂苷元为先导化合物，通过甲基化、乙酰化等步骤得中间体g；以糖基为修饰基团，对中间体g进行结构修饰，得到3种常春藤糖苷衍生物（h～j）。对化合物g～j进行抗肿瘤活性研究，结果表明，常春藤糖苷衍生物对人膀胱癌细胞均有抑制作用；且在浓度为1×10-6mol·L-1时，糖苷衍生物的抑制率比常春藤皂苷中间体g增加了3～4倍。

洋 地 黄 毒 苷是一种广泛使用的强心苷类药物，其良好的抗肿瘤活性引起了广泛关注。 针对洋地黄 毒 苷 毒 性大、治疗窗口窄等问题，需要对其进行结构修饰。以洋 地 黄 毒 苷为起始原料，利用葡萄糖和木糖衍生物为糖基供体合成了一系列洋 地 黄 毒 苷的氨基糖苷衍生物，进行抗肿瘤活性研究，发现大多糖苷衍生物活性提高1～10倍。

喜树碱是一种生物碱，从喜树的果实中提取分离得到。 喜树碱具有多种抗肿瘤活性，应用于多种恶性肿瘤的治疗中。对喜树碱进行糖基化修饰，合成了几种糖缀合物。对合成得到的喜树碱糖基衍生物进行抗肿瘤研究，对于所测试的5种肿瘤细胞株，糖苷衍生物大多具有比喜树碱小2～10 倍的IC50值，因此经修饰得到的喜树碱糖苷衍生物比原形喜树碱有同样或更好的抗肿瘤活性。

增强靶向性

糖类物质具有对肿瘤细胞靶向特异性识别能力强等特点，所以经糖基修饰后药物载体的靶向性能将得以提升，进而能以较低的不良反应提升肿瘤疗效。研究发现紫杉醇胶束以甘露糖为糖基供体经糖基修饰后，与普通胶束相比，在移植瘤小鼠肝 脏中积存量较高。马蹄金在临床上作为治疗慢性肝炎的药物使用，对马蹄金素进行结构修饰，发现马蹄金糖苷衍生物不仅可以抑制Hep G-2细胞的乙肝病毒（HBV）DNA，并且此糖基衍生物有肝靶向性。10-羟基喜树碱（10-HCPT）是从喜树中分离得到的，具有显著的抗肿瘤活性。研究发现其对人SPC-A-1肺癌细胞株有凋亡作用，HCPT作为抗肺癌的药物已在临床上使用。由于 HCPT水溶解性较差，需使用钠盐注射液改善溶解性，这使得10-HCPT的结构发生变化，导致抗肿瘤活性改变。对羟基喜树碱以甘露糖为糖基供体进行结构改造，得到羟基喜树碱糖基衍生物，此衍生物呈现明显的肺靶向性。此外，研究发现以甘露糖作为糖基供体，脂质体为药物载体，修饰葛根素，葛根素脂质体能特异性靶向大鼠脑缺血部位。

根据生物药剂学原理可知，药物的口服吸收效果在很大程度上受限于其溶解度、溶出速率的影响。因此，将廉价易得的糖类作为糖基供体引入具有药用价值的天然产物结构中，可达到增强药物的水溶性以及提高生物利用度的目的，实现天然药物的开发与应用。天然产物经结构修饰后，由于结构的改变，导致其生物活性也发生了改变，甚至有可能显现出新的生物活性。此外，利用化学或生物方法催化天然产物糖基化不仅增加了药物结构的多样性，也提供了具有可行性的结构修饰策略。

参考资料：

[1]兰青,孙成新,王先恒,彭君轲,何芋岐,王玉和,赵长阔.糖基化在天然产物结构修饰中的应用[J].中国新药杂志,2022,31(16):1595-1601.

[2]金月,吴旭日,陈依军.糖基转移酶在改善天然产物成药性方面的应用[J].中国药科大学学报,2017,48(05):529-535.

作者简介：小米虫，药品质量研究工作者，长期致力于药品质量研究及药品分析方法验证工作，现就职于国内某大型药物研发公司，从事药品检验分析及分析方法验证。