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西北大学硕士论文-二氢槲皮素

积善产业联盟2019-05-14 13:12:38

2016-11-19 


二氢槲皮素最早由美国学者Kurth,Ervin F从松科植物花旗松(拉丁名Pseudotsugamenzicsii)的树皮中提取出来。在近几年的研究中发现,二氢槲皮素具有许多重要的生物学活性,同时二氢槲皮素还是一种有用的医药中间体,可用于合成一系列二氢黄酮醇和黄烷醇类化合物。

在这一章中将介绍二氢槲皮素(Dihydroquercetin)的基本理化性质以及近年来对于它生物学活性和工业化应用的研究成果,以便大家了解二氢槲皮素并认识到研究和改进它的生产工艺的重要性。

1.I二氢槲皮素的基本结构和理化性质

1.1.1基本结构

  


    二氢槲皮素是一种黄酮醇类化合物,因为在它的分子结构中比槲皮素(Quercetin)多了两个氢原子而得名。二氢槲皮素分子中有两个手性碳原子,分别在图l所示中的2,3位,这里简称为C2和C3,所以理论上它应该有四个手性异构体,分别是:I(C⒉ S,C3S){CAS编号:11003—33—9),II(C2S,C3R){CAS编号:153666—25--2},Ill(C2R,C3S){CAS编号:114716—89--6)和IV(C2R,C3R){CAS编号:480—18--2),这四种异构体的外消旋体的CAS编号为{24198—97—8),本文因为分离手段以及标准品的限制,只对它的外消旋体进行研究。

1.1.2理化性质


    二氢槲皮素的化学名为3,5,7,3’,4’一五羟基二氢黄酮,又被称为花旗松素或紫杉叶素(Taxifolin)。分子量:304.25;分子式:C15H1207;熔点:240-242℃(热水)或208-210℃(50%乙醇);外观为白色粉末(热水)或无色结晶(50%乙醇),没有任何气味。二氢槲皮素不溶于苯,乙醚等非极性溶剂,易溶于乙醇,乙酸等极性溶剂。特别值得注意的是,二氢槲皮素有较好的水溶性,极易溶于热水,在冷水中也比大多数黄酮类物质更易溶解,这也或许是它能发挥其生理活性的重要原因。

1.2二氢槲皮素的生物学活性


    1.2.1二氢槲皮素能通过调节酶的活性来影响脂肪的代谢

    最近Andre Theriault等人的一些研究数据显示,二氢槲皮素能够抑制肝脏中脂肪的合成。通过对人肝癌细胞(HepG2)的实验发现,当该细胞用浓度为200µM的二氢槲皮素溶液处理24小时后发现,细胞内胆固醇合成的抑制率达到86+3%,这种抑制作用具有剂量和时间依赖性。研究者们认为这种对胆固醇合成的抑制作用与增加了载脂蛋白A—l(ApolipoproteinA-1)的分泌和减少了载脂蛋白B(Apolipoprotein B)的分泌有关。通过对载脂蛋白A--I与载脂蛋白B进行脉冲追踪试验(Pulse.chase Experiment)发现,载脂蛋白A一I的分泌量增加了36+8%,而载脂蛋白B的分泌量减少了61+8%。进一步的研究还显示,二氢槲皮素对载脂蛋白B分泌的影响不是在转录时期,而是在该蛋白降解的早期阶段,并且这种影响作用对二硫苏糖醇(Dithiothreit01)敏感,而对N—acetyl—leucyl—1eucyl—norleucinal(ALLN)不敏感,这表明该降解过程涉及了至少一种对二硫苏糖醇敏感的酶。另外,研究还显示二氢槲皮素能使3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A(HMG-CoA)还原酶的活性受到抑制(47±7%);它对人肝癌细胞(HcpG2)中胆固醇的酯化以及三酯酰甘油和磷脂的合成也具有明显地抑制作用;此外还发现二氢槲皮素具有激活磷酸二酯酶活性的作用等。

1.2.2二氢槲皮素对淋巴细胞的影响


     Devi MA等人研究了11种植物属天然活性物质对于普通淋巴细胞和两类由人淋巴组织分化而来的细胞系(人急性淋巴白血病细胞系(Molt-4)和人成淋巴细胞系(IM-9))细胞的生长影响,发现当这些物质的浓度在10-50µM范围时,包括二氢槲皮素在内的多酚类化合物对Molt-4细胞和普通淋巴细胞的增殖均产生不同程度的抑制,但对非恶性IM-9细胞没有影响。例如当二氢槲皮素作用于Molt-4细胞时,白介素-2(IL-2)的水平升高,当它作用于IM-9细胞时,IL-2的水平则保持不变,而当它作用于普通淋巴细胞时可抑制IL-2的分泌。由于IL-2的分泌水平直接同Molt-4细胞的生长抑制百分率有关,因此这一发现有望为二氢槲皮素等天然多酚类化合物用于治疗恶性淋巴细胞病变提供理论基础。

1.2.3二氢槲皮对白血病细胞的影响


    Kawaii S等人于1999年发表文章称,通过观察人类早幼粒白血病细胞(HL-60)中氯化硝基四氮唑蓝(Nitro blue tetrazolium)值的减少以及特异性酯酶、非特异性酯酶和噬细胞活性的变化等指标,发现在所研究的27种柠檬属植物黄酮中,有10种黄酮具有诱导HL-60细胞分化的特性,其中也包括二氢槲皮素。当这些黄酮在40µM浓度时,硝基四氮唑蓝细胞的百分比均可减少40%左右。用这些黄酮处理后的HL-60细胞分化为成熟的单核或巨噬细胞,这些黄酮类化合物的作用有剂量依赖性。Kandaswami C等人的研究还发现,在二氢槲皮素浓度为8mg/ml以上时,可以有效地抑制磷状癌细胞(HTB43)的生长,在它的浓度为2-8mg/ml的范围内可以温和地抑制HTB43细胞的生长。

1.2.4二氢槲皮素对病毒酶的抑制作用


1987年,Biziagos E等人用培养的cF53系肝炎A病毒(HAV),研究了二氢槲皮素等几种化合物对于感染和细胞抗体的效应,同时检测了这些化合物对于非感染细胞的毒性。在加二氢槲皮素进入被感染的细胞15天时,发现浓度依赖的HAV病毒抗体减少,当二氢槲皮素的浓度达到59µɡ/ml时,能使病毒的滴度减少0.77㏒。Chu SC等人于1992年发表的文章提到,他们在研究了几种黄酮对于莫洛尼氏小鼠白血球增多症病毒(Moloney Murine Leukemia Virus)的逆转录酶活性的作用后发现,二氢槲皮素对该病毒的逆转录酶表现出了极高的抑制效应。通过进一步的构效关系分析后发现,二氢槲皮素的3位和4’位羟基的存在是它对该逆转录酶抑制的关键因素。

1.2.5二氢槲皮素对细胞内酶的影响

     Viadutiu GD等人研究发现,二氢槲皮素可以诱导体外培养的人皮肤成纤维细胞的全酶活性(即所有与增殖相关的酶的活性)增加2-4倍,但不改变该细胞内外酶的分布。研究结果表明:一些天然存在的黄酮,如二氢槲皮素,能影响成纤维细胞溶酶体酶的内分泌和外分泌,并且由于人体对于包括二氢槲皮素在内的这些物质吸收的量每次可以超过1克,所以这些黄酮类物质可以比较充分地发挥它们对某些溶酶体酶的生物学活性。

1.2.6二氢槲皮素的抗氧化作用


     KolhirVK等人在1996年发表的文章中,对比了二氢槲皮素和槲皮素的抗氧化能力,文中显示二氢槲皮素在保护毛细血管,使其免受氧化损伤方面的效果,比被广泛了解和使用的槲皮素高了3-5倍。此外,Kolhir VK等人还通过分析几种不同病理模型的实验鼠的肝脏,来对二氢槲皮素的抗脂质过氧化作用进行研究,这些研究显示了它具有剂量依赖的抗脂质过氧化作用。2000年,Yun BS通过使用MS,UV和NMR等仪器分析后发现,二氢槲皮素能有效地抑制小鼠肝微粒体的脂质过氧化。

以上这些研究,除了表明二氢槲皮素的抗氧化能力以外,更进一步证实了它对肝脏的保护作用。Haraguchi H等人发现二氢槲皮素能保护线粒体免受过氧化基团的损伤,而对线粒体内的酶活性无影响。它还能保护红细胞,有防止氧化溶血等作用。Nakayama T等人研究后指出,包括二氢槲皮素在内的一些黄酮类化合物能抑制活性氧离子(02。)和H202对黑线仓鼠(Chinese hamster)VPl细胞产生的细胞毒作用,能够抑制02’和H202引起的细胞克隆数量降低等现象。Lee YS等在2003年的专利中宣称,经过实验发现二氢槲皮素的抗氧化能力对神经细胞有保护作用,可以有效防治阿尔兹海默氏症或帕金森氏病。Sugihara N等在研究被不同浓度(20-500pmol/L)金属离子Feз+、Cu2+、V02+、Cd2+诱导的依赖于脂质过氧化的肝细胞中a-亚麻酸(LNA)的脂羟基过氧化(LOOH)过程中,发现二氢槲皮素存在铁离子浓度依赖的抗进一步被氧化的活性。2008年师智勇等通过动物实验也证明二氢槲皮素的抗氧化能力使其具有抗心肌坏死的能力。 2000年,Maroziene A等发表文章提出,多元酚的抗氧化作用与其供电子效应的难易及其亲脂性有关,他们还对部分黄酮类物质的抗氧化力列出了以下经验公式:

logcI(50)(microM)=(1.8620±1.5565)+(3.6366士0.8245)E(1)(7)(V)-(O.4034±0.0765)㏒P(r(2)=0.8367),其中cI(50)代表使溶血作用延迟期(1ag.Phase)增加两倍所需的化合物浓度,E(1)(7)代表化合物单电子氧化的能力,P代表油水分配系数。这个公式为估算包括二氢槲皮素在内的许多黄酮类化合物的抗氧化力提供了一个可参考的数学模型。

1.2.7二氢槲皮素的其它活性


     除上述的那些生物学性质外,二氢槲皮素还可以减少肠蠕动,其作用路径可能是由肾上腺素-a受体和钙离子所介导的通道进行。二氢槲皮素还能抑制醛糖还原酶;它还对细胞色素C有温和的还原作用,从而对线粒体内氧化呼吸链的传递产生抑制。Ferriola PC等人的研究还发现,二氢槲皮素对鼠脑蛋白激酶C(PKC)存在微弱的抑制作用。Bazazi  GG等人通过大鼠的实验,发现当口服剂量达到250mg/kg时,二氢槲皮素具有和西药POLYSPONIN相等的降血脂作用。另外二氢槲皮素还具有抗炎活性和胃肠道保护作用等。

1.3二氢槲皮素在相关化学领域的应用


    1.3.1在食品工业方面

    二氢槲皮素的抗氧化活性和安全性使其有望成为一种新的食品抗氧化剂。它的抗氧化能力,可以与许多天然及合成的抗氧化剂相媲美,并且在对动物进行大剂量使用的实验中没有发现它有毒性反应,也没有实验发现它对胎儿有致畸、致过敏和致突变作用。由于二氢槲皮素溶解后无色的特点,它非常适用于白色或透明的食物,例如植物油、动物油、奶粉和含脂糕点中作为抗氧化剂。NanayakkavaNP等还发现二氢槲皮素的衍生物:二氢槲皮素-3-乙酸酯是一种有效的甜味剂,并指出其一系列衍生物将有可能成为潜在的新型无热量甜味剂。

 

1.3.2在药学领域的应用

    二氢槲皮素的抗氧化和抗过氧化能力,使得它可用于治疗由自由基造成的氧化损伤类疾病,它也可以作为抗辐射药物应用于接受放疗的患者或从事放射性作业的人员,以减少辐射对他们带来的危害。俄罗斯药典第十期已经将二氢槲皮素及其主要疗效收录其中。二氢槲皮素还被发现具有缓解宿醉的症状,是一种潜在的解酒药。二氢槲皮素还可以作为合成其它药物分子的中间体,如汪峰用二氢槲皮素为原料合成了一系列水飞蓟素类化合物,Stafford HA等人用它方便地合成了治疗心血管病的药物白矢车菊素(Leucocyanidin)。


1.3.3在工业领域的应用

    二氢槲皮素已经被添加的某些化妆品中作为主要的功能形成分,它还可以作为一种氧化稳定剂添加到火箭燃料、各种碳氢化合物燃料、发电机油和工业油酯中。