紅景天苷的替代生產方法研究概況
綜述
作者：吳秀穩 彭玉帥 王如峰
[摘要] 紅景天苷是一種具有顯著生物活性的酚苷類化合物，是景天科紅景天屬植物的主要有效成分之一。景天屬植物是紅景天苷的主要天然來源，但是，其野生資源有限，紅景天苷產率低，因此，探索和發展紅景天苷的替代生產方法具有重要的學術價值和應用價值。該文對紅景天苷的替代生產方法，包括化學與生物合成方法及途徑的研究概況進行了綜述，並對研究前景進行了展望。
[關鍵詞] 紅景天苷；化學合成；生物合成；綜述
[稿件編號] 2013-07-28
[基金項目] 北京中醫藥大學自主選題項目
[通信作者] *王如峰，副教授，主要從事中藥化學成分及生物轉化研究，Tel：（010）， E-mail： wangrufeng@tsinghua、org、cn
[作者簡介] 吳秀穩，碩士研究生，主要從事藥物代謝研究，Tel：（010）， E-mail： wuxiuwen0725@126、com 紅景天苷（salidroside）是景天科Crassulaceae紅景天屬Rhodiola植物的主要有效成分之一。藥理研究表明，紅景天苷不但具有抗缺氧、抗寒冷、抗疲勞、抗輻射、抗病毒、抗腫瘤等明顯功能，而且還具有增強免疫力、延緩機體衰老、機體雙向調節等功效，在軍事醫學、航天醫學、運動醫學和保健醫學等方麵具有十分重要的應用價值，是一種極具開發前景的環境適應藥物[1]。天然紅景天植物野生資源極其有限，其中紅景天苷的含量極低，而且紅景天苷的提取工藝複雜，這使得從天然藥物中提取紅景天苷的收率低且純度差，因此發展替代生產途徑十分重要，而利用化學合成方法和生物技術是發展替代生產途徑的重要手段。本文對紅景天苷的化學合成方法、生物合成途徑及利用植物組織培養、細胞培養、生物酶法、毛狀根培養技術和代謝工程技術生產紅景天苷相關的細胞與分子生物學最新研究進展進行了綜述。
1 化學結構
紅景天苷是糖的半縮醛羥基與醇羥基脫水形成的醇苷，是一種由葡萄糖與酪醇以苷鍵結合而成的糖苷，酪醇為其苷元。
紅景天苷的化學結構
Fig、1 Structure of salidroside
2 化學合成
目前化學合成紅景天苷主要有以下幾種途徑。
2、1 酪醇的直接糖苷化
蘇聯學者Troshenko A T等[2]於1969年最先報道了紅景天苷的合成方法，將溴代四乙酰基葡萄糖與酪醇直接縮合並脫乙酰基，得到紅景天苷。明海泉等[3]於1983年在國內首次合成了紅景天苷，其工藝包括：用酪醇和溴代四乙酰基葡萄糖經縮合得中間體四乙酰基紅景天苷，再脫乙酰基得到紅景天苷。紀淑芳等[4]進一步用2-（對氨基苯基）乙醇製得酪醇，用過量的酪醇與溴代四乙酰基葡萄糖成苷，再脫去乙酰基，得到紅景天苷，其收率達到33%。
Troshenko A T的合成法
Fig、2 Synthetic method reported by Troshenko A T
明海泉的合成法
Fig、3 Synthetic method reported by Ming Haiquan
2、2 酚羥基保護的酪醇糖苷化
由於酪醇分子中同時存在醇羥基和酚羥基，以酪醇直接糖苷化製備紅景天苷的方法也能使酪醇中的酚羥基糖苷化，產生副反應。為了克服上述缺點，李國青等[5]、張三奇等[6]、
紀淑芳的合成法
Fig、4 Synthetic method reported by Ji Shufang
鄧梅等[7]分別用苄基、烯丙基或酰基先將酚羥基保護，再與溴代四乙酰基葡萄糖縮合製備紅景天苷。
李國青的反應法
Fig、5 Synthetic method reported by Li Guoqing
張三奇的反應法
Fig、6 Synthetic method reported by Zhang Sanqi
鄧梅的反應法
Fig、7 Synthetic method reported by Deng Mei
許大豔等[8]則以對氨基苯乙醇為原料，經重氮化和水解反應製得酪醇，再與苄氯反應，其產物與溴代四乙酰基葡萄糖縮合，最後催化氫化合成了紅景天苷，總收率可以達到66%～70%。
李中軍等[9]以一些價廉的Lewis酸為催化劑，利用穩定性好、價廉易得的β-D-五乙酰葡萄糖作為供體，以酰基保護酚羥基的酪醇為糖基化受體進行苷化反應，得到紅景天苷，其總收率為35%～50%。
許大豔的反應法
Fig、8 Synthetic method reported by Xu Dayan
李中軍的反應法
Fig、9 Synthetic method reported by Li Zhongjun
史明明[10]以葡萄糖為起始原料，經多步反應製備4種不同的糖苷化供體，然後進行糖苷化反應，最後成功地合成了紅景天苷。4種糖苷供體依次為2，3，4，6-四-O-乙酰基-α-D-吡喃葡萄糖三氯乙酰亞胺酯、2，3，4，6-四-O-苯甲酰基-α-D-吡喃葡萄糖三氯乙酰亞胺酯、2，3，4，6-四-O-α-苄基-D-吡喃葡萄糖三氯乙酰亞胺酯、1-溴-2，3，4，6-四-O-乙酰基-α-D-吡喃葡萄糖。但是，該方法還存在一定的缺陷，仍需要進一步的優化。
3 生物合成
盡管化學合成紅景天苷及其類似物技術已日趨成熟，但大多都需要進行選擇性保護、活化或使用昂貴的金屬催化劑，而生物合成具有反應條件溫和，立體選擇性高，反應過程簡單，環境汙染少等特點，在合成紅景天苷方麵顯示出優越性。因此，紅景天苷的生物合成途徑和方法越來越受到關注。
3、1 生物合成途徑
紅景天苷的生物合成包括苷元酪醇的合成與酪醇和葡萄糖結合2個方麵，可分為4個階段：一是初生代謝產物磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）和赤蘚糖-4-磷酸（E-4-P）經莽草酸途徑形成莽草酸；二是由莽草酸再經幾步酶促反應形成阿羅酸；三是由阿羅酸到酪醇的合成；四是由葡萄糖和酪醇結合形成紅景天苷。在這4個階段中，第1階段是許多高等植物所共有的代謝步驟，是十分明確的；第2階段的反應機製也基本被探索清楚；第4階段植物體內的尿苷二磷酸葡萄糖基轉移酶（UDPglucosyltransferase，UDPGT，UGTs）以尿苷二磷酸葡萄糖（UDPG）和酪醇為底物催化合成紅景天苷；關於第3階段，從阿羅酸到酪醇的生物合成途徑，已經提出了3條可能的途徑，即苯丙烷類代謝途徑、酪氨酸脫羧代謝途徑和酪氨酸轉氨代謝途徑[11]。
在苯丙烷類代謝途徑中，苯丙氨酸由苯丙氨酸解氨酶（PAL）催化脫掉1分子氨後形成反式肉桂酸。反式肉桂酸在芳香環的對側發生羥基化即轉化為對-香豆酸。關於對-香豆酸轉化為酪醇的途徑存在兩種可能性。一種可能途徑是對-香豆酸由對-香豆酸脫羧酶催化直接生成酪醇；另一種更為複雜一點的可能途徑是對-香豆酸先由4-香豆素輔酶A連接酶（4CL）催化生成對-香豆素輔酶A，依次由香豆素輔酶A還原酶（CCR）催化生成對-香豆醛，由香豆醛脫氫酶（CAD）催化生成對-香豆醇，最後由對-香豆醇生成酪醇。由對-香豆醇生成酪醇可能需要至少兩步反應，目前還不太明確。在酪氨酸脫羧代謝途徑中，酪氨酸在酪氨酸脫羧酶（TyrDC）的作用下生成酪胺，酪胺在單胺氧化酶的催化下轉化為對-羥苯乙醛（4-HPAA），而在酪氨酸轉氨代謝途徑中，酪氨酸在酪氨酸轉氨酶（TAT）的作用下生成對-羥苯丙酮酸（4-HPP），對-羥苯丙酮酸（4-HPP）在脫羧酶的作用下生成對-羥苯乙醛（4-HPAA），對-羥苯乙醛（4-HPAA）在還原酶催化下轉化為酪醇，最後酪醇在葡萄糖苷轉移酶的催化下與葡萄糖結合生成紅景天苷[12-13]。
在上述3條途徑中，苯丙烷類代謝途徑是人們最容易想到的，因為酪醇分子屬於典型的酚類化合物，而植物體內的大部分酚類化合物均來源於此途徑，為酪醇的合成提供了碳架結構最為相似的前體化合物來源。但是在隨後的研究中，馬蘭青等[14]證實了酪氨酸脫羧代謝途徑的存在，並通過構建苯丙氨酸解氨酶基因（PALts1）植物表達載體並轉化回紅景天的方法發現PALts1的過表達和4-香豆酸的積累不能促進酪醇的合成，另一方麵4-香豆酸生成酪醇需要脫羧反應，而植物中不存在此類反應，因此否定了酪醇來源於苯丙烷代謝途徑的可能性，推斷其生物合成來源於生物堿代謝途徑。