天然產(chǎn)物結(jié)構(gòu)新穎多樣，具有多種生物活性，是新藥開發(fā)研究的重要來源之一，但是天然產(chǎn)物也存在很多缺點，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，因此需要通過結(jié)構(gòu)修飾和改造來改善天然產(chǎn)物的性質(zhì)。天然產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)修飾和改造包括乙?；?、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(wěn)定性等方面的效果顯著。由于結(jié)構(gòu)復(fù)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(yīng)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(wěn)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，需要進行結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)移酶和麥芽三糖供體對白藜蘆醇苷進行糖基化修飾產(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，α-1，4-糖苷鍵容易被人體內(nèi)的糖苷酶水解，提示α-D-麥芽糖基-(1，4)-白藜蘆醇苷在體內(nèi)的代謝過程可能與白藜蘆醇苷或者白藜蘆醇類似，能夠發(fā)揮良好的抗腫瘤和抗動脈硬化的功效。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一步成藥開發(fā)。有學(xué)者利用極端嗜熱菌海棲熱袍菌的麥芽糖基轉(zhuǎn)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)物不唯一的缺點有待改進。

       金合歡素是一種二羥基甲氧基黃酮類化合物。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 進行糖基化修飾，合成了3 個主要目標(biāo)單體化合物，并對每個目標(biāo)單體化合物的水溶性進行了測試，結(jié)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(diào)節(jié)免疫功能和保護心臟肝功能等作用。據(jù)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，為黃酮苷類化合物的糖基化修飾提供了借鑒基礎(chǔ)。

       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(shù)黃酮類化合物一樣，缺點是溶解性較差。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(jié)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(zhuǎn)移酶和水溶性淀粉供體實現(xiàn)了柚皮苷、新橙皮苷和橙皮苷的定點葡萄糖基修飾，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)三萜類化合物，從夏枯草、梔子果實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(jié)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，未能廣泛應(yīng)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進行糖基化修飾，得到3個水溶性提高的目標(biāo)化合物。

       增加穩(wěn)定性

       花青素黃酮存在于整個自然界植物細胞中，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(yīng)用于植物營養(yǎng)品和保健食品領(lǐng)域。研究結(jié)果表明，獨立的一種花青素不能穩(wěn)定地自然存在于各種環(huán)境中，需要經(jīng)過糖基化、?；^氧化、甲基過氧化等化學(xué)修飾過程才能增加其化學(xué)穩(wěn)定性。利用大腸埃希菌異源表達的3-O-葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶 3GT 和糖基供體 UDP-G 對花青素的 3-位羥基進行了葡萄糖基修飾，獲得了花青素 3-O-葡萄糖苷。花青素在 pH 大于3.0 的溶液中會迅速降解，但糖基化修飾顯著提高了其穩(wěn)定性，花青素3-O-葡萄糖苷能夠在pH 5.0 的溶液中穩(wěn)定存在 96h以上。

       兒茶素是黃烷醇類化合物，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(wěn)定，用葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶（UDPG）對堿性兒茶素進行結(jié)構(gòu)改造，與原料藥相比，兒茶素糖苷衍生物的穩(wěn)定性得以改善，穩(wěn)定存在平均可達80% 以上，所得糖基衍生物相較于（+）-兒茶素穩(wěn)定性得到改善，很好地解決了（+）-各種同類堿性兒茶素各種產(chǎn)物化學(xué)穩(wěn)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(biāo)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)過一系列反應(yīng)合成得到絡(luò)賽維。通過基因分析工程等一系列反應(yīng)，并進行糖基化修飾，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(wěn)定性提高。

       增強藥理活性

       常春藤皂苷元是一種三萜類化合物，水中溶解度低，生物利用度不高，大大限制了其應(yīng)用。對常春藤皂苷元進行結(jié)構(gòu)改造，以常春藤皂苷元為先導(dǎo)化合物，通過甲基化、乙?；炔襟E得中間體g；以糖基為修飾基團，對中間體g進行結(jié)構(gòu)修飾，得到3種常春藤糖苷衍生物（h～j）。對化合物g～j進行抗腫瘤活性研究，結(jié)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，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、治療窗口窄等問題，需要對其進行結(jié)構(gòu)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，進行抗腫瘤活性研究，發(fā)現(xiàn)大多糖苷衍生物活性提高1～10倍。

       喜樹堿是一種生物堿，從喜樹的果實中提取分離得到。 喜樹堿具有多種抗腫瘤活性，應(yīng)用于多種惡性腫瘤的治療中。對喜樹堿進行糖基化修飾，合成了幾種糖綴合物。對合成得到的喜樹堿糖基衍生物進行抗腫瘤研究，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堿小2～10 倍的IC50值，因此經(jīng)修飾得到的喜樹堿糖苷衍生物比原形喜樹堿有同樣或更好的抗腫瘤活性。

       增強靶向性

       糖類物質(zhì)具有對腫瘤細胞靶向特異性識別能力強等特點，所以經(jīng)糖基修飾后藥物載體的靶向性能將得以提升，進而能以較低的不良反應(yīng)提升腫瘤療效。研究發(fā)現(xiàn)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，對馬蹄金素進行結(jié)構(gòu)修飾，發(fā)現(xiàn)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-羥基喜樹堿（10-HCPT）是從喜樹中分離得到的，具有顯著的抗腫瘤活性。研究發(fā)現(xiàn)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(jié)構(gòu)發(fā)生變化，導(dǎo)致抗腫瘤活性改變。對羥基喜樹堿以甘露糖為糖基供體進行結(jié)構(gòu)改造，得到羥基喜樹堿糖基衍生物，此衍生物呈現(xiàn)明顯的肺靶向性。此外，研究發(fā)現(xiàn)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(jù)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，將廉價易得的糖類作為糖基供體引入具有藥用價值的天然產(chǎn)物結(jié)構(gòu)中，可達到增強藥物的水溶性以及提高生物利用度的目的，實現(xiàn)天然藥物的開發(fā)與應(yīng)用。天然產(chǎn)物經(jīng)結(jié)構(gòu)修飾后，由于結(jié)構(gòu)的改變，導(dǎo)致其生物活性也發(fā)生了改變，甚至有可能顯現(xiàn)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(jié)構(gòu)的多樣性，也提供了具有可行性的結(jié)構(gòu)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,趙長闊.糖基化在天然產(chǎn)物結(jié)構(gòu)修飾中的應(yīng)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(zhuǎn)移酶在改善天然產(chǎn)物成藥性方面的應(yīng)用[J].中國藥科大學(xué)學(xué)報,2017,48(05):529-535.

       作者簡介：小米蟲，藥品質(zhì)量研究工作者，長期致力于藥品質(zhì)量研究及藥品分析方法驗證工作，現(xiàn)就職于國內(nèi)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。