天然甾体皂甙研究进展 |
| 发布时间：2005-09-13 |
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甾体皂甙 (Steroidal saponins)是植物中一类重要的生物活性物质，甾体皂甙的研究在天然产物化学中一直占有重要的地位。有关甾体皂甙的分离、鉴定和结构测定的研究已有较多报道。据不完全统计，已研究了近150种植物中的约200多种天然甾体皂甙。甾体皂甙的甙元是含有27个碳原子的螺甾醇或呋甾醇，大多存在于单子叶植物的百合科，石蒜科和薯蓣科等植物中。常用中药知母、天门冬、麦门冬、七叶一枝花等都含有大量甾体皂甙。由于甾体皂甙元是合成甾体避孕药及激素类药物的原料，国内外学者在50～60年代在寻找资源、改进工艺等方面做了大量工作。到目前为止我国已是大量生产薯蓣皂甙元(diosgenin)、替告皂甙元(tigogenin)和海柯皂甙元(hecogenin)的重要国家。70年代，随着分离技术及结构研究手段的迅速发展，对于皂甙的化学研究越来越引起人们的重视，尤其是对极性较大，糖链较长，结构较复杂皂甙的研究有了突破性的进展。苏联学者 Vollerner 等［1，2］对百合科葱属和龙舌兰属植物的甾体皂甙作了研究，发现近30种新结构。我们实验室也对6种薯蓣属植物和1种龙舌兰属植物中的天然甾体皂甙做了系统研究，鉴定了近20个甾体皂甙的结构并初步探索了它们的生物活性［3～7］。
1 提取分离
皂甙是一类极性较强的大分子化合物，不容易结晶，易溶于水和醇，难溶于有机溶剂，而且在同一植物中往往有很多结构相近的皂甙共存，更增加了分离纯化的困难。一般采取先用甲醇或含水乙醇提取，然后将醇浸膏悬浮于水，用水饱和的正丁醇萃取，即得到总皂甙。粗皂甙的分离除使用常规的正相硅胶柱层析外，还可选用反相硅胶、大孔吸附树脂及葡聚糖凝胶柱层析等，可使分离效果显著提高。反相柱层析在皂甙的分离和纯化时使用比较多，最常用的是ODS （C18反相填料），该法主要选用水和醇以不同的比例洗脱，对于极性大的化合物有较好的分离效果，而且对样品的吸附比较少，可减少样品损失。凝胶柱层析是60年代发展起来的分离水溶性化合物的常用方法，主要根据分子大小进行分离。当植物提取物中同时含皂甙、黄酮、香豆精及内酯等成分时，可用Sephadex LH-20进行组分分离。大孔吸附树脂为多孔性的聚合体,常用的有Diaion HP-20, D-101，RA树脂，一般用于皂甙的粗分。将醇提物悬浮于水，直接通过大孔吸附树脂柱，皂甙被吸附，再用不同浓度的醇洗脱，可将总皂甙分成几部分，而且可以有效去除叶绿素。有时仅靠一种柱层析的方法很难解决所有的分离问题，所以要得到一个纯皂甙往往需要几种方法配合使用，才能达到满意的分离效果。随着各种新型填料的出现，皂甙的提取、分离及纯化目前已达到高效、快速，可在短时间内从同一植物中分离一系列结构及化学性质极为相近的皂甙。刘承来等［3～5］从叉蕊薯蓣的根茎中分离得到4个约莫皂甙元(yamogenin)的甾体皂甙，又从盾叶薯蓣的根茎中得到5个甾体皂甙，甙元为薯蓣皂甙元(diosgenin)。此外，我们从东一号剑麻叶汁的发酵物中分离到5个替告皂甙元(Tigogenin)的多糖甙［6，7］。
2 结构研究
甾体皂甙的结构研究主要包括两部分内容，即糖和甙元。早期对于甾体皂甙的研究主要集中在甙元部分，现在甙元的结构已经基本清楚。甾体皂甙元一般为螺甾醇，单羟基取代多在3位，而当F环开裂时，则形成呋甾醇。将皂甙进行酸水解，分离甙元，经光谱测定可以确定甙元的种类。已知甙元可通过薄层层析，混和熔点和红外光谱的比较来确定。
甾体皂甙中所含糖的种类较多，这一点显著地区别于三萜皂甙。迄今发现的已有10余种，包括己糖、戊糖、去氧糖、酮糖、糖醛酸等。其中以D-葡萄糖、D-半乳糖、D-木糖、L-鼠李糖和L-阿拉伯糖最为常见。糖链多与甙元的3-羟基成甙。原始皂甙在26位连接一个葡萄糖。在糖的连接方式上，当糖单元超过3个时，糖链多呈分支状态。关于糖的结构研究经常使用波谱分析（UV, IR, MS, JH1，D，Z-NMR, JC13，D，Z-NMR）及一些化学修饰反应（酸水解、碱水解、酶水解、甲基化、乙酰化、还原等）。过去甾体皂甙的结构研究主要依靠经典的化学反应。比如，通常用酶解的方法来研究F环开裂的呋甾皂甙，将呋甾皂甙与β-葡萄糖甙酶在37°保温2h，26位甙键可水解，从而将呋甾皂甙转化为相应的螺甾皂甙，其余位置的甙键多不发生变化。另外，选择具有特异性的酶进行酶水解也能确定末端糖的种类。酸水解分完全水解和部分水解。将皂甙用2N或4N的矿酸进行水解，水解液经薄层层析或制备成衍生物后气相层析，通过与标准单糖做对照即可确定含糖种类。如进行薄层扫描和气相层析定量还可获知各种糖的比例。对于含糖数较多的皂甙用稀酸进行部分酸水解，分离和鉴定水解后得到的一系列减掉不同糖的次级甙可以确定糖的连接顺序。全甲基化用于确定多糖甙中糖与糖之间的连接位置，甙键的构型以及糖的构象。乙酰化在皂甙的结构研究中应用很普遍，通常采用醋酐-吡啶进行全乙酰化，测定全乙酰化物的JH1，D，Z-NMR及H-HCOSY谱，与成甙羟基相连碳上的氢位于高场，而其它与乙酰化羟基相连碳上的氢明显向低场位移，可由此判断糖的连接位置。随着结构测定技术的不断完善和发展，波谱的方法日益显示出它的优越性。特别是近10年在核磁共振和质谱方面的进展尤为突出。应用快速原子轰击质谱（FAB-MS）可以得到皂甙的分子离子峰和一系列分子离子减去糖的碎片峰，由此可以确定糖与糖之间的连接顺序。二维核磁共振谱的出现，为解决含糖较多的甾体皂甙中甙键构型、糖与糖之间的连接顺序、连接位置等一系列结构研究中的问题，提供了简单、快速的方法。目前，我们鉴定一个皂甙，不需水解和衍生化，只要测定JC13，G，Z-NMR谱，C-H相关谱和HMBC谱就可以得到有关糖部分的全部结构信息。因此，可以节省样品和时间，加快了鉴定化合物的速度。
3 药理活性
天然甾体皂甙的生物活性研究及其临床应用，最早为法国的专利，报道薯蓣皂甙元（diosgenin）及其甙有抗关节炎作用。前苏联的科研人员发现高加索薯蓣中的皂甙提取物有降胆固醇的作用，临床实验也有证明。80年代 Ravikumer 等［8］发现云南白药中的薯蓣皂甙有抗癌活性。从龙舌兰科的植物(Dracaena afromontan)中分离出的新甾体皂甙(afromontoside)具有抑制KB细胞的活性［9］。另外，美国Pfizer制药公司用替告皂甙元（tigogenin）和海柯皂甙元（Hecogenin）为甾体母核所合成的纤维双糖甙有很强的降血脂作用［10］。我国也有很多有关甾体皂甙生物活性的报道。例如，从重楼属植物中分离出的甾体皂甙，具有止血、免疫调节、抗肿瘤及对心血管系统的作用［11］。从叉蕊薯蓣(Dioscorea collettii)中分离得到的叉蕊皂甙Ⅱ有很明显的降胆固醇活性。从穿龙薯蓣(D. nipponica)中分得的薯蓣皂甙(dioscin)有明显的止咳、祛痰、平喘活性。目前，国内以不同种的薯蓣属植物为原料，提取其总甾体皂甙作为临床上的降血脂药已有数家工厂生产，其中用盾叶薯蓣(D. zingibernsis)为原料研制成功的新药“盾叶冠心宁”，临床治疗冠心病、心绞痛有一定疗效。已上市的“地奥心血康”也是一种降血脂的药物，该药是以黄山药(D.panthaica)的根茎为原料提取的薯蓣皂甙的混合物，其中包括单糖甙、二糖甙等，但至今作者尚未见证明其中有效成分的报道。
系统的研究甾体皂甙的化学及生物活性，寻找有活性的先导化合物，进一步开发成为新药，一直是我们的目标。但是通过分离纯化甾体皂甙的工作，我们发现从植物中将那些含量很低的混合皂甙一个个分离纯化获得纯品，再筛选其药理活性，是既费时、费力又不经济的方法。因为皂甙在植物中含量很低，且分离过程复杂，很难用于工业化生产。而皂甙元相对于皂甙来说，容易分离得到，且分离纯化过程易于工业化。因此可以采用甾体皂甙元为母核，参考已知的天然甾体皂甙中糖的连接方式，定向的半合成甾体皂甙，筛选药理活性，进而研究结构与活性的关系，开发疗效好而毒副作用小的新药。通过对皂甙元进行糖基化来大量合成具有药理活性的各种皂甙，既有利于新药的开发，又可推动甾体皂甙研究的进一步深化。所以研究天然及半合成的甾体皂甙是药物创新中一个值得开发的领域。
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