银杏内酯

天然产物银杏内酯
摘要：天然药物不论过去还是现在都为人类的健康发展做出了重要贡献，近年来天然药物化学在新药研发中的作用又重新受到科学家的重视，天然产物的抗
衰老研究也越来越受到关注。

主要介绍天然来源的著名抗衰老药物银杏内酯的
研究与发现。

关键词：银杏内酯；合成；天然药物；抗衰老
Synthesis on natural medicinal chemistry of ginkgolides Abstract: Natural medicines play an important role in keeping the healthy of human beings from past till now. Recently, the importance of natural medicines in research and development of new drugs has been attracted the attention of scientists. The research and development of anti-aging drugs from natural products have captured more and more attention. In this paper, synthesis and study of the famous natural anti-aging drug—ginkgolides is summarized.
Key words: ginkgolides; synthesis ; natural medicines; anti-aging
概述
银杏（GinkgobilobaL.）属于银杏科银杏属，又名白果﹑公孙树，素有“活化石”之称[1]。

银杏叶提取物主要生物活性成分包括黄酮类化合物和萜内酯类化合物，其中萜内酯类化合物包括银杏内酯A（GA）﹑银杏内酯B（GB）﹑银杏内酯C（GC）﹑银杏内酯J（GJ）﹑银杏内酯M（GM）及白果内酯（BB），它们是银杏叶提取物中的特征性成分，至今尚未发现存在于任何其它植物中。

如图1所示，银杏内酯类化合物是由六个五元环组成的刚性笼状结构，其中包括一个螺环[4，4]-壬烷（A和B)，一个四氢呋喃环D，三个五元γ-内酯环C、E、F，其中B环侧链上含有一个叔丁基；它们只是在羟基的数目和位置上有所差异。

BB由相互稠合的四个五元环组成，其中包括三个五元内酯环和一个连有叔丁基结构的五元碳环。

compound R1 R2 R3 GA H H OH GB OH H OH GC OH OH OH GJ H OH OH GM OH OH H 图 1 银杏内酯和白果内酯的分子结构图。

（a）银杏内酯；（b）白果内酯。

银杏内酯的检测方法
建立快速、灵敏、可靠的分析检测方法，对于银杏内酯的分离纯化、药学性质研究具有重要意义。

考虑到银杏内酯独特的分子结构，国内外专家建立了多种分析检测方法，例如核磁共振法（nuclear magnetic resonance, NMR），气相色谱质谱联用法（gas chromatography with mass spectrometry, GC-MS），反相高效液相色谱法（reverse phase high performance liquid chromatography, RP-HPLC) ，液相色谱质谱联用法（liquid chromatography with mass spectrometry, LC-MS）等[2-8]。

在制药领域中，HPLC可以说是最简单的生物活性成分定量检测工具，然而银杏内酯结构中无共轭双键，紫外吸收弱，同时存在的黄酮类物质有较强干扰，很难使用紫外吸收检测器[9]；选择示差折光检测器（refractive index detection, RID）时，由于流动相基线过高，漂移等问题导致定量不准[10-12]；蒸发光散射检测器evaporative light scattering detection, ELSD）适用于分析含发色基团少的非挥发性化合物，已应用于银杏内酯的检测[13-15]，但是ELSD检测器灵敏度相对较低，无法满足某些生物样品的检测。

NMR和GC-MS虽然灵敏度较高，然而这两种方法的样品前处理过程复杂，检测时间长，维护费用昂贵，使得它们暂时在日常分析中尚未普及。

近年来，随着接口技术和计算机自动化技术的高速发展，LC-MS和LC-MS/MS已广泛用于银杏内酯的检测[16-19]，上述两种方法具有较高的灵敏度，尤其是LC-MS/MS可以精准地确定分析物母子离子对，减少不相关杂质的干扰，实现多种物质的同步高效检测，同时大大简短样品的分析时间，特别适合大规模生物样品的常规检测，该方法具有重要的研究意义和广阔的应用前景。

银杏内酯的药理作用
银杏内酯的药理作用一直都是研究的热点，其对CNS的药理作用主要表现在以下几个方面：第一，拮抗PAF受体作用。

1985年，quet等人发现银杏内酯均是天然的PAF受体拮抗剂，其中GB活性最高。

第二，对脑缺血损伤的保护作用。

大量研究证明银杏内酯对脑缺具有保护作用，其作用机制小结如下：抑制由PAF引发的各种病理生理过程，改善脑缺血状态[20,21]；降低缺血大脑的乳酸，丙二醛水平，降低大脑脂质过氧化速率，同时通过提高超氧化物歧化酶OD，还原型谷胱甘肽GSH活性，清除自由基[22]；降低细胞内游离钙离子浓度，抑制钙离子的超载[23,24]；抑制一氧化氮NO合成酶的活性，降低NO的神经毒性[25]。

第三，拮抗中枢抑制性受体作用。

电生理学研究表明GB是有效的，选择性的甘氨酸受体拮抗剂，它可以和离子通道的中心孔洞相结合，选择性阻断使用依赖性甘氨酸门控氯离子通道[26-28]。

Brochet等人[29]研究发现GA和GB可以缩短由巴比妥类药物引起的大鼠睡眠时间，GB能加强由蝇蕈醇刺激引起的氯离子摄取；Huang等人[30]利用两极电压钳法发现GB是γ-氨基丁酸GABA）受体强有力的非竞争性拮抗剂。

除了对CNS的保护作用，银杏内酯还具有其它一系列的药理活性，如抗休克作用[31]，抗过敏作用[31,32]，抗炎症作用[33,34]，抗器官移植中的排斥作用[31,35]等。

上述研究证明了银杏内酯具有良好的临床价值和广阔的药物开发前景。

银杏内酯B的全合成
1967年中西香尔教授发现银杏内酯类化合物后，即刻引起了合成化学家的极大关注，银杏内酯类化合物这样具有复杂结构的二萜内酯类化合物无疑成为有机合成化学家难以逾越的高峰。

但是在1988年，哈佛大学的Corey教授领导的研究团队成功地完成了银杏内酯B的全合成[35,36-38]。

正如很多化学家的共识：银杏内酯B全合成研究工作的完成推动了复杂天然分子全合成学科的发展。

Corey教授全合成的路线大致战略：从环戊酮和一个醛基被保护的乙二醛的缩合开始，经过几步得到一个螺双环化合物，螺双环化合物用原酸酯衍生物及草酰氯等试剂反应构造了含有2个环的化合物，然后通过分子内的[2＋2]环加成反应完成建造4个环的骨架；再通过Beyer-Villiger反应及分子内的缩酮反应形成第5个环即含有氧原子的桥环；最后一个内酯环也是通过Baeyer-Villiger反应即采用过氧酸氧化双键得到的环氧化物再开环生成，最终完成了银杏内酯B的全合成（图2），整个全合成主要历经近30步复杂的反应。

后来，Corey教授又完成了银杏内酯AginkgolideA）的全合成[35,38]，也有其他合成化学家完成了这类神奇结构小分子的全合成[39]。

Corey教授正是在全合成银杏内酯B和前列腺素类化合物（prostanoids）的研究过程中创立及应用了逆合成分析法（retrosyntheticalysis），同时发现了很多新的合成反应路线和方法及合成试剂，因此获得了1990年的诺贝尔化学奖。

不过，尽管近年来国内外学者对银杏内酯类化合物的全合成研究进行了深入的研究，但由于其结构复杂因而
合成工艺复杂繁琐、工业化成本过高，目前仍仅限于实验室研究，因此银杏叶仍是提取银杏内酯类化合物的主要来源。

图2 Corey全合成银杏内酯B的合成路线
Fig. 5 Corey’s total synthesis route of ginkgolide B
内酯的结构修饰与抗PAF活性
活性检测显示银杏内酯类化合物均为血小板活化因子(PAF)拮抗剂，其中银杏内酯B是目前自然界中存在的活性最强的PAF拮抗剂，具有良好的药用前景。

但银杏内酯是由6个五元环组成的刚性结构，不溶于水，生物利用度差，使得药效难以充分发挥。

为了提高其生物活性，改善其药代动力学性质，国内外学者针对银杏内酯类化合物进行了大量的结构修饰研究，取得了不少有意义的成果。

银杏Park等[40]等最早对银杏内酯与PAFR间的构效关系进行了系统的研究，合成了200余个银杏内酯衍生物，主要通过银杏内酯B与相应的卤代苄基化物在碱性条件下选择性的于C10-OH处引入芳香取代基团。

活性结果表:C-10位引入苄基的银杏内酯B衍生物的抗PAF活性普遍优于银杏内酯B，如化合物11(IC50=0.0245μmol/L)的活性比银杏内酯B增强了近10倍;当苯环上有强吸电子取代基(如化合物12)时，其活性比有弱吸电子取代基(如化合物13、14)的活性更好，结构式见图3。

但是，在C-1、C-10同时引入芳香基团时，其活性比银杏内酯B却有所降低。

此外，引入饱和烷基链对银杏内酯B的活性影响不大。

随后，HuLihong等[41]也对银杏内酯B进行了结构修饰，得到了结构类似于Park合成的衍生物，活性检测再次证实，当C-10位引入芳香基团时有助于银杏内酯B抗PAF活性的提高。

图 3 银杏内酯衍生物11 ～14结构式
Strmgaard研究组[42]首次运用photolabeling法对银杏内酯类化合物及其衍生物与克隆的PAFR之间的相互作用进行检测，合成了含有荧光基团的衍生物15～18(结构式见图4)，其活性Ki值为90～150nM，比银杏内酯(Ki值为560nM)提高了约3～6倍。

这类衍生物是研究PAFR与银杏内酯间作用机制的重要工具。

此外，该项研究首次在分子水平上运用放射性配体结合的方法证实了银杏内酯与克隆的PAFR间的相互作用。

随后，该研究组进一步通过控制反应条件，对银杏内酯C的羟基进行了选择性乙酰化反应，得到了C-1、C-3、C-7、C-10位等一系列单位点及多位点乙酰化衍生物，但是该类乙酰化衍生物均使银杏内酯对PAFR的抑制作用降低，说明银杏内酯的乙酰化衍生物并不适用于pho-tolabeling法[43]。

图 4银杏内酯衍生物15 ～18结构式
Braquet等[44]对银杏内酯C-1、C-10位进行了烷基化修饰，结果显示银杏内酯B的C-1、C-10位甲醚化衍生物抗PAF活性与银杏内酯B相当，而乙醚化衍生物的活性则有所下降;银杏内酯A的C-10位烷基醚衍生物活性比银杏内酯A均明显降低，而银杏内酯C的C-10位甲醚化衍生物活性略有提高，乙醚化衍生物活性降低。

此外，C-1位的烷基醚化衍生物活性通常不如C-10位烷基醚化衍生物的活性好。

Park等〔19〕将银杏内酯B在强酸条件下与甲醛反应，得到C-1位与C-10位环合衍生物19～21(结构式见图5)，其结构新颖独特，但抗PAF活性却大大减弱(IC50值均大于1μmol/L)。

图 5银杏内酯 B 衍生物 19 ～21 结构式
Vogensen课题组[45]发现，7α-取代比7β-取代衍生物的抗PAF活性略好，其中化合物7-α-Cl-GB的抗PAF活性Ki值为0.11μmol/L，比银杏内酯B(Ki值为0.88μmol/L)提高了8倍，是目前得到的活性最好的非芳香银杏内酯衍生物。

徐仁生等〔24〕通过脱水、氧化、催化氢化等方法对银杏内酯的C环和F环进行修饰得到一系列化合物，测定其抗PAF活性发现，无C环的银杏内酯类似物活性大大降低。

同时，无C环衍生物2位的立体构型对抗PAF活性有一定的影响，通常α-型比β-型衍生物活性略好。

综上所述，银杏内酯类化合物抗PAF活性的构效关系如图7所示:在C-1、C-10位引入大基团或芳香基团时有助于活性的提高;C-7位引入其他基团(氯除)时会使活性降低;内酯环(C环、F环)及叔丁基结构为活性必需。

图7银杏内酯抗 PAF 活性构效关系图
讨论
近年来国内外学者对银杏内酯类化合物的药理活性、全合成、构效关系以
及类似物等仍在进行深入的研究，在细胞生物工程及生物合成途径的研究方面
取得令人瞩目的成绩并展现了广阔前景，工业化生产前景诱人。

相信随着人们
对银杏研究的进一步深入，银杏内酯资源的开发和应用将会成为下一步研究的
热点。

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