1. 研究目的与意义
一、毕业设计内容 1、脑靶向灯盏乙素苷元衍生物的结构设计； 2、脑靶向灯盏乙素苷元衍生物的化学合成。 二、毕业设计意义 灯盏乙素是一种对心脑血管疾病有较好疗效的中药，目前研究表明其理化性质较差，很大程度上限制了临床使用。灯盏乙素水解产物灯盏乙素苷元虽在溶解度和生物利用度方面有一定优势，但依旧不令人满意。本作品旨在对灯盏乙素苷元进行结构修饰，使其能够被谷胱甘肽转运子识别，实现脑靶向给药，增加脑内药物浓度，以期获得更好的疗效。 本作品所设计合成的脑靶向灯盏乙素苷元衍生物，预期可比灯盏乙素苷元更容易透过血脑屏障，进而弥补临床治疗心脑血管疾病药物灯盏乙素及灯盏乙素苷元溶解度差、生物利用度低的缺点，在控制药物不良反应的同时，提升临床疗效，是具有开发潜力的脑血管疾病治疗药物。同时也为从中药和天然药物中寻找具有抗脑缺血活性的有效物质提供了思路与方法的启发。 |
2. 文献综述
脑靶向灯盏乙素苷元衍生物的结构设计与合成
仲悦
（南京中医药大学药学院，江苏 南京210046）
摘 要：灯盏乙素为传统中药灯盏细辛提取物灯盏花素的有效活性成分，临床主治缺血性脑血管疾病。目前研究表明其理化性质较差，很大程度上限制了临床使用。灯盏乙素水解产物灯盏乙素苷元虽在溶解度和生物利用度方面有一定优势，但依旧不令人满意。本作品旨在对灯盏乙素苷元进行结构修饰，使其能够被谷胱甘肽转运子识别，实现脑靶向给药，增加脑内药物浓度，以期获得更好的疗效。现本文就脑靶向灯盏乙素苷元衍生物的设计与合成进行如下综述。
关键词：灯盏乙素；灯盏乙素苷元衍生物；血脑屏障；谷胱甘肽
缺血性脑血管病（Ischemic cerebrovascular disease, ICVD）俗称脑中风，主要由于局部脑一条或多条脑血管缺血导致该供血区局灶性脑功能障碍，严重影响中老年人的健康。缺血性脑血管病具有高发病率、高死亡率、高致残率和高复发率等特性，这是其导致全球死亡率第三和严重、长期伤残的原因[1]。中药和天然药物中许多活性物质具有防治脑神经细胞缺血、缺氧的作用，因而从中药和天然药物中寻找具有抗脑缺血活性的有效物质，是发现和开发新药的重要途径之一。
中药灯盏细辛是菊科植物短亭飞蓬Erigeron breviscapus(Vant.) Hand.-Mazz的干燥全草，灯盏乙素（Scutellarin）又名野黄芩苷，为灯盏细辛提取物灯盏花素的主要活性成分，自上世纪70年代应用于临床，主要用于治疗急性脑梗塞及高血压、脑血栓、脑出血等脑血管病引起的瘫痪。灯盏乙素的溶解性较差，其在25 oC条件下，在水中的溶解度仅为0.16 mgmL-1[2]，这一性质导致灯盏乙素生物利用度不好，其口服生物利用度仅为2.2%[3]。灯盏乙素在体内代谢速度非常快，对家犬静脉注射给药后，体内代谢半衰期仅为52 29分钟[4]；人口服灯盏乙素滴丸，体内消除半衰期为2.27 0.58小时[5]。这可能是因为灯盏乙素的吸收除了通过被动扩散外，还存在肠道菌群酶解、酶代谢、载体转运等其他机制[6]。
灯盏乙素苷元又称野黄芩素，为灯盏乙素的降解产物。郭立伟等[7]认为一些黄酮类化合物在胃肠道中可先被肠道菌群产生的酶水解得到相应的苷元而被吸收。研究发现，灯盏乙素苷元是灯盏乙素在肠道吸收的主要形式[8]。与灯盏乙素相比，灯盏乙素苷元口服更易于吸收，其相对生物利用度为301.8%[9]。居文政等[10]通过健康受试者口服灯盏乙素，结果显示在吸收入血前，胃肠道内灯盏乙素与灯盏乙素苷元并存，而苷元更易于吸收。尤海生等[11]也从细胞水平上验证了灯盏乙素生物利用度低是因为本身吸收不良和外排蛋白的影响，而灯盏乙素苷元吸收良好。动物药效学研究发现[12]，灯盏乙素苷元对大鼠电凝法致MCAO和双侧结扎颈总动脉致全脑缺血模型均具有保护作用，且疗效优于灯盏乙素。
虽然灯盏乙素苷元比灯盏乙素在溶解度、生物利用度等方面有了一定的优势，但是作为对抗脑部疾病有一定疗效的药，其脂溶性[13]并不令人满意。所以，想办法提高灯盏乙素苷元的脂溶性或提升靶向性使其更易透过血脑屏障就成为了研究者目前关注的焦点。
血脑屏障[14]（blood-brain barrier，BBB）指脑毛细血管壁与神经胶质细胞形成的血浆与脑细胞之间的屏障和由脉络丛形成的血浆和脑脊液之间的屏障，这些屏障能够阻止某些物质（多半是有害的）由血液进入脑组织，从功能上可以分为紧密连接等构成的物理屏障、转运体屏障和酶代谢屏障。研究发现[15]，约98% 的小分子药物以及接近100% 的大分子药物难以通过BBB，如蛋白类、多肽类和基因药物等都无法通过外周给药。这主要是由BBB 的性质决定，一般分子量小、脂溶性大的药物容易透过BBB，如巴比妥类镇静催眠药等。脑是人体重要的器官，其病变可引起较为严重的后果，轻则偏瘫丧失劳动力，重则直接导致死亡。但目前尚无针对脑部给药治疗的剂型，大部分药物都是全身给药，没有靶向性，加之BBB 的存在，使其穿过BBB 的药物浓度偏低，从而影响药物的疗效；如果增加外周药物浓度，虽然进入脑组织的药物浓度增加了，但其不良反应也随之增加，因此开发脑靶向递药系统十分重要。目前报道了许多脑部给药策略，如直接脑部注射、暂时性打开血脑屏障、鼻旁通路给药和靶向给药等；由于血脑屏障中的一些受体和转运体的发现，使得主动靶向策略成为当前脑靶向递药系统研究的热点，其中主要的靶点有转铁蛋白受体（transferrin receptor，TfR）、胰岛素受体（insulin receptor，InsR）和低密度脂蛋白受体（low-density lipoprotein receptor，LDLR）等[16]。
BBB 是大脑与血循环物质交换必经的生理性屏障，一些亲水性营养物质不能自由通过BBB，因而BBB 中高表达一些受体和转运体来进行物质转运。分子生物学技术的发展使得BBB 中越来越多的受体和转运体被发现，从而开启了以这些受体和转运体为靶点的药物脑靶向递药系统研究。其中转运体主要包括氨基酸转运体、葡萄糖转运体、谷胱甘肽转运体、维生素转运体、核苷类转运体和单羧酸转运体、有机阴离子转运体和有机阳离子转运体等[17-18]。
课题组在前期研究中发现，灯盏乙素苷元在对抗帕金森症中有一定的疗效，原理可能是灯盏乙素苷元的抗氧化作用。且文献表明[19]灯盏乙素苷元A环上的酚羟基越多，则抗氧化能力越强。在帕金森症的发病中，谷胱甘肽扮演了非常重要的角色，其在血脑屏障基底膜发挥了涌入转运蛋白的作用，我们以此来设计我们的抗Parkinson前药。所以在灯盏乙素苷元上引入可以被谷胱甘肽识别并转运进入BBB的基团就显得很吸引人。
Figure1Prodrug design rationale.
谷胱甘肽转运子靶向的前药设计（Figure 1）包含三部分：转运子，谷胱甘肽（GSH），活性药物，以及连接转运子与药物分子的合适连接基团。其中，活性药物要在体内能够顺利透过血脑屏障并且以活性药物的形式释放。谷胱甘肽及其类似物需要能够被谷胱甘肽转运子识别。而连接基团要满足两个条件：一是要能在靶点进行选择性的酶反应释放活性药物，二是释放出来的药物应不会产生毒性。正因为如此，巯基丙酮酸、半胱氨酸的代谢产物，尤其有吸引力[20]。使用二硫键连接连接链和谷胱甘肽的原因是体内有大量的酶可以水解二硫键从而释放出活性药物。
Figure 2Designed synthetic route
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综上，本次毕业设计实验设计了一类以灯盏乙素苷元为母核，谷胱甘肽为侧链的一类化合物（Figure2），通过与谷胱甘肽转运蛋白结合而转运进入血脑屏障，以期能获得更好的疗效和更佳的生物利用度。
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3. 设计方案和技术路线
一、研究方案
4. 工作计划
第一阶段：2018.01-02查阅文献资料，形成实验思路，制定实验方案，进行文献综述，完成开题报告；
第二阶段：2018.03-04开展初步试验、进行实验条件的选择和确定；
第三阶段：2018.04-05 进行实验研究；
5. 难点与创新点
1、研究对象创新：灯盏乙素苷元4，-OH上通过侧链连接谷胱甘肽，得到脑靶向灯盏乙素苷元衍生物，此化合物未见文献报道；
2、研究思路创新：谷胱甘肽在血脑屏障基底膜发挥了涌入转运蛋白的作用，以此来设计前药在灯盏乙素苷元上引入可以被谷胱甘肽识别并转运进入血脑屏障的基团，达到靶向给药；
研究成果创新：解决灯盏乙素理化性质缺陷，为临床用药提供了保障，也为从天然药物中寻找具有抗脑缺血活性的药物提供理论指导。
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