博士，特聘研究員，博士生導師，在糖化學領域已經有超過十年的研究經歷，主要從事以藥物研發為導向的活性糖類化合物的合成、構效關系、靶點探索以及相關的化學生物學和方法學研究。2005 年畢業于武漢大學化學與分子科學學院，獲得化學和生物科學雙學位。同年進入中國科學院上海有機化學研究所，在俞飚研究員的指導下進行活性甾醇和皂甙的合成研究，于 2010 年獲得博士學位，并獲得 2010年 Eli Lilly Asia Outstanding Graduate Thesis Award 一等獎。之后赴美國約翰霍普金斯大學醫學院劉鈞教授課題組進行博士后工作，主要從事 rapafucin 化合物庫的構建和相關的化學生物學研究。2012 年年底回到上海有機所擔任副研究員，2018 年 5 月以特聘研究員職位被引進到中國藥科大學。迄今已在 Chemical SocietyReviews、Angew Chem Int Ed 和 J Am Chem Soc 等國際重要科學期刊上發表論文多篇。

李國龍，李微 * 

（中國藥科大學藥學院藥物化學系，江蘇 南京 211198）

[摘要]P57 和果同尼皂苷 F 是從南非火地亞仙人掌中分離得到的孕甾皂苷類化合物，具有抑制食欲的活性。主要針對 P57 和果同尼皂苷 F 的化學合成、生物活性和作用機制研究進行綜述，旨在為相關的健康產品和藥物研發提供參考。

肥胖是威脅人類健康的危險因素之一，可引起糖尿病、心血管疾病及血脂異常等多種嚴重的疾病。進入 21 世紀以來，隨著世界上超重和肥胖人口比例的不斷攀升，肥胖的預防、控制和治療已經成為各國醫療健康的研究重點。除了通過日常飲食控制和加強運動外，口服食欲抑制劑等減肥產品或藥物也是控制體質量的有效途徑。火地亞（Hoodiagordonii）是一類生長在非洲南部沙漠地區的仙人掌類植物，作為一種天然的食欲抑制劑被當地土著在漫長的狩獵過程中食用已有上千年歷史，其功效和安全性都有所保障。實際上，火地亞提取物曾是風靡西方國家的減肥藥，被認為能夠用于治療超重、肥胖等相關疾病。然而火地亞的產量不足與成分過于復雜等因素，限制了相關產品開發的后續進展。研究表明，孕甾烷型皂苷是火地亞提取物的主要成分，而其中的孕甾皂苷 P57（1）則被認為是抑制食欲的有效成份，作為候選藥物被研究多年。2014 年，Zhang 等報道指出，從火地亞中分離得到的果同尼皂苷（gordonoside）F（2）也是食欲抑制的活性成分。果同尼皂苷 F 與 P57 結構類似，具有相同的苷元 hoodigogenin A（3）和相似的磁麻糖（cymarose）糖鏈，區別僅在于磁麻糖個數和末端糖基的不同。但令人感到意外的是，果同尼皂苷 F作用的靶蛋白卻與 P57 不同，提示火地亞食欲抑制活性存在著多種不同的機制。由于火地亞中的皂苷種類繁多，且在植物體內含量過低，依靠天然提取來進行分離純化十分困難。為了明確火地亞仙人掌中皂苷類食欲抑制成分，以求得到相應的藥物先導化合物，人們對 P57 和果同尼皂苷 F 進行了相關的化學合成，以及開展了生物活性和作用機制方面的研究。本文就上述研究進展進行綜述。

1 P57 的合成研究 

1.1 Van Heerden 等利用氟代糖給體合成 P57

P57 的苷元 hoodigogenin A 具有少見的 C/D 環順式結構，在 12 位和 14 位都連有 β-OH，且 12-OH被惕格酰基所衍生化；而其糖鏈由 2 個酸敏感的高脫氧糖磁麻糖（cymarose）與 1 個黃夾竹桃糖（thevetose）通過非熱力學穩定的 β-(1 → 4)-糖苷鍵連接而成，合成有很大難度。類似的糖鏈結構在多種天然藥物或活性化合物中都能找到，例如地高辛、洋地黃毒苷和杠柳苷 periploside A 等。

1998 年，Van Heerden 等在一篇專利上報道了 P57 的合成研究（見圖 1）。他們首先通過微生物發酵的方法，利用鏈霉菌 Alonectria decora（ATCC14767）在黃體酮（4）上引入 12β-OH 和 15α-OH，得到關鍵中間體雙羥基黃體酮（5）。在經 2 步反應消除 15-OH 而得到 Δ14, 15 -黃體酮（6）后，他們利用乙酰氯和乙酸酐反應體系，成功地將 3 位酮羰基烯醇化，從而構建出 5、6 位雙鍵，隨后用乙二醇保護所得雙乙酰化底物的 20 位酮羰基，以 53% 的產率得到甾體 7。接下來，使用硼氫化鈉還原甾體7 上的 3 位烯酯成醇，再與對甲苯磺酰氯反應得到甾體 8。以甾體 8 為底物，利用乙酸鉀試劑構建了三元環保護結構，接著利用四氫鋁鋰脫去乙酰基，得到二醇甾體 9。隨后，使用 N-溴代乙酰胺和吡啶將 14、15 位的雙鍵氧化成 β 構型的環氧，然后經四氫鋁鋰區域選擇性開環，以達到在 14 位引入 β-OH的目的。然而，在接下來用鹽酸脫除 20 位縮酮保護基的時候，Van Heerden 等發現 17 位乙酰基的構型發生了異構化，只能以約 15% 的產率得到目標產物10。盡管甾體 10 的 14-OH 和 12-OH 的大位阻使得選擇性對 3-OH 進行糖苷化成為可能，然而 VanHeerden 等利用氟代糖給體 11 與甾體 10 進行氯化亞錫催化的糖苷化時，卻只能以 15% 的產率得到所需的糖苷 12。再經過苷元 12-OH 的惕格酰化和磁麻糖 4-O-苯甲酰基的脫除得到化合物 13 后，他們將其與二糖給體 14 進行糖苷化，后續脫除保護基得到 P57。這些后期步驟的具體實驗條件和相應的產率在專利中并未被明確報道。

1.2 Miesch 課題組合成苷元hoodigogenin 

2011 年，Miesch 課題組的 Geoffroy 等以孕甾烷衍生物 15 為原料，經 11 步以 0.04% 的收率得到了 P57 的苷元（見圖 2）。首先，選擇性脫去甾體15 的 3 位乙酰基，然后經氧化得到二酮 16。接下來，使用溴/乙酸條件在 4 位引入溴后，所得溴化物在氯化鋰作用下可以轉化成 α，β-不飽和酮 17。利用與 Van Heerden 等類似的策略，Geoffroy 等在成功地將 3 位酮羰基烯醇化以構建出 5、6 位雙鍵后，選擇用乙二醇保護所得雙乙酰底物的 20 位酮羰基，從而得到甾體 18。接著他們先利用硼氫化鈉還原得到 3αOH，然后再用氫氧化鉀水解 12 位乙酰基得到甾體二醇 19。利用 3β-OH 與 12α-OH 的位阻差異，Geoffroy等首先成功地用乙酰基選擇性地保護了 3β-OH，然后用戴斯-馬丁試劑將裸露的 12α-OH 氧化成羰基。以所得到的甾體 20 為底物，課題組借助 Norrish TypeI-Prins 反應在 14 位引入 β-OH 而得到甾體 21，遺憾的是此關鍵步驟副產物較多，產率只有 25%。最后在 12 位引入惕格酰基并用較為溫和的碳酸鉀脫除 3位乙酰基后，即可得到苷元 hoodigogenin A。

1.3 俞飚課題組基于金催化的糖苷化策略合成 P57 

2012 年，俞飚課題組的 Zhang 等利用金催化的糖基鄰己炔基苯甲酸酯給體糖苷化方法完成了P57 的化學合成。常規的糖苷化反應多使用強酸性催化劑，并且伴隨著親核性副產物生成，導致反應效率不高，底物耐受性不好。而以一價金復合物為催化劑的糖苷化反應具有條件中性溫和、無親核物種、產率高、實用性廣等優點。按照圖 3 所示的逆合成分析，鑒于 P57 的糖苷鍵構建的難度，該課題組將 P57 逆向斷裂成糖苷 22 和二糖鄰己炔基苯甲酸酯給體 23。其中糖苷 22 可進一步逆向斷裂成苷元 3 和單糖鄰己炔基苯甲酸酯給體 24，給體22和23都可以從商業易得的原料葡萄糖轉化而得，而苷元 3 則可以由洋地黃毒苷（25）獲得。現就上述工作進行詳細介紹。 

1.3.1 苷元 hoodigogenin A 的合成 從 Van Heerden和 Geoffroy 等的工作中可以發現，對苷元 14β-OH的引入存在著步驟過長或者產率不佳等缺點，因此Zhang 等選擇具有 12α，14β-OH 結構的洋地黃毒苷（25）為原料來進行苷元 hoodigogenin A 的合成。如圖 4 所示，他們依次通過選擇性乙酰化、糖鏈酸解和叔丁基二苯基硅基（TBDPS）保護反應得到甾體 26，隨后用臭氧裂解和鋅粉/乙酸還原得到所期望的甲基酮 27。在完成 20 位羰基的保護和 3 位羥基的去保護以及氧化后，課題組利用雙（三甲基硅基）胺基鋰/三甲基氯硅烷/三乙胺條件，將底物28 的 3 位羰基烯醇化，然后通過乙酸鈀氧化成功地以 2 步 79% 的產率完成了 4、5 位雙鍵的引入。所得產物 29 可以在叔丁醇鉀存在的條件下再次發生烯醇化，促使雙鍵遷移到需要的 5、6 位，然后再借助四氫鋁鋰還原烯醇，得到具有 Δ5,6-3β-OH 結構的產物 30。值得注意的是，這個過程中的烯醇中間體對氧氣極為敏感，因此反應需要在無氧環境中才能順利進行。課題組通過 3β-OH 的選擇性保護、惕格酸與 12β-OH 的酯化反應得到 31，最后脫除相關保護基，合成得到了苷元 hoodigogenin A。

1.3.2 糖基鄰己炔基苯甲酸酯給體的合成 糖基給體24 的合成是以 α-D-葡萄糖甲苷（32）作為原料進行的。經過多步反應得到磁麻糖甲苷（33）。隨后將 4 位羥基乙酰化，然后在 80% 乙酸、加熱的條件下，水解甲苷得到相應的半縮醛 34，最后與鄰己炔基苯甲酸縮合成酯得到給體 24（見圖 5）。

在二糖給體 23 的合成方面，Zhang 等以雙丙酮-D-葡萄糖（35）作為原料。如圖 6 所示，多步反應后得到半縮醛 36。隨后通過相應的條件，分別制得了 Schmidt 給體（37）和鄰己炔基苯甲酸酯給體（38）。然后，他們將 Schmidt 給體與 α-D磁麻糖甲苷在三氟甲磺酸三甲基硅酯（TMSOTf）催化下進行糖苷化反應，以 85% 的總產率生成二糖39。盡管此反應是在－ 40 ℃的低溫下進行，卻能夠觀察到產物 39 的異頭位甲氧基有顯著的異構化現象，所得到的 β-構型比 α-構型更多。而將鄰己炔基苯甲酸酯給體 38 應用于此糖苷化時，在室溫下用三苯基膦金（Ⅰ）三氟甲磺酸鹽（Ph3PAuOTf）進行催化，產物 39 也同樣發生了異構化。但是此條件更為溫和，所以導致的異構化程度明顯小于 Schmidt給體，所得到的 α-構型比 β-構型更多，產率也有一定提升。接下來，課題組將苯甲酰基替換為乙酰基，以確保在合成的最后能選擇性脫除而不影響 12 位的惕格酸酯。隨后水解甲苷 40，并與鄰己炔基苯甲酸反應得到相應的二糖給體 23（見圖 7）。

1.3.3 通過金催化糖苷化合成 P57 由于磁麻糖缺失 2位羥基，因此無法利用經典的鄰基參與來控制 P57分子中糖苷鍵的 β-構型。以鄰己炔基苯甲酸酯為給體的金催化糖苷化，由于在反應過程中存在一種相對穩定的 α-構型中間體 41（見圖 8），因此有可能通過類 SN2 反應接受受體的進攻而表現出 β-選擇性。如圖 9 所示，Zhang 等以 Ph3PAuOTf 為催化劑，二氯甲烷為溶劑，發現在室溫下 hoodigogenin A 與鄰己炔基苯甲酸酯給體（24）的糖苷化的確表現出了良好的β-選擇性，所得產物的β-構型/α-構型為3.5∶1，以 58% 的產率得到糖苷 42。隨后用弱堿碳酸鈉有效脫除糖苷 42 非還原端的乙酰基，所得醇 22 再與二糖給體 23 在 Ph3PAuOTf 促進下完成糖苷化。遺憾的是此處并未表現出明顯的 β-選擇性，所得產物的 β-構型 /α-構型為 1∶1。最后他們選擇性脫除了43β 的乙酰保護基制得糖苷 P57。

1.3.4 通過三糖糖烯合成 P57 

盡管上述路線利用金催化糖苷化策略通過 20 步反應合成了 P57，但在最后的糖苷化中并沒有表現出 β-選擇性，在很大程度上影響了合成效率。2018 年，Liu 等報道了利用三苯基膦氫溴酸鹽（TPHB）催化糖烯給體合成 P57的方法，在最后的糖苷化中表現出了令人滿意的 β選擇性（β-構型 /α-構型 = 6∶1）。如圖 10 所示，給體 44 上的 2 個大位阻 TBDPS 能夠有效屏蔽糖環的α 面，從而以高 β-選擇性和高產率完成二糖 45 的制備。通過二丁基氧化錫對二糖 45 的 4'-位平伏羥基進行芐基保護，所得化合物 46 可以通過幾步反應轉化成磁麻二糖 47，隨后在三苯基膦金雙三氟甲磺酰亞胺（PPh3AuNTf2）催化下與黃夾竹桃糖鄰己炔基苯甲酸酯給體 38 反應，生成三糖 48。接下來，該課題組使用溫和的吡啶甲酸銀試劑脫去異頭位的對甲氧基酚（MP）保護基，然后通過三氟甲磺酸酐/N，N-二異丙基乙胺條件（iPrNEt）消除異頭位羥基，得到三糖糖烯給體 49。在關鍵的糖鏈與苷元hoodigogenin A 的拼接上，他們使用 TPHB 在室溫下反應 18 h，以 70% 的總得率和較高的立體選擇性（β-構型 /α-構型 = 6∶1）完成骨架拼接。最后選擇性脫除 50β 乙酰基，再次完成了 P57 的合成。

2果同尼皂苷 F 的合成研究

果同尼皂苷 F 也是從火地亞中分離出的一種四糖皂苷，與 P57 有著相同的苷元 hoodigogenin A。其糖鏈由一個 D-齊墩果糖和 3 個 D-磁麻糖通過β-(1 → 4)-糖苷鍵連接而成。2013 年，馬玉勇首次報道了果同尼皂苷 F 的全合成。這一合成路線效率較高，能夠以克級規模合成目標化合物，但最后的四糖片段和 hoodigogenin A 的糖苷化立體構型仍然難以控制。

2.1 三糖糖鏈的合成 

果同尼皂苷 F 的四糖糖鏈部分可通過磁麻糖三糖片段 51（見圖 11）和 2- 碘代齊墩果糖給體 52（見圖 12）通過糖苷化拼接而成。如圖 11 所示，P57 合成路線中的中間體 45 經由原乙酸三甲酯保護和區域選擇性開環，可以實現對 3 位直立羥基的選擇性乙酰化。所得化合物 53 作為受體，可以順利地與TBDPS 位阻控制的炔酸給體 44 在 Ph3PAuOTf 的催化下進行立體專一的 β-選擇性糖苷化，以 95% 的高產率轉變成三糖 54。隨后馬玉勇將 TBDPS 保護基脫除得到 55，然后經由選擇性芐基保護、甲基化和芐基脫除得到三糖受體 51。

2.2 果同尼皂苷 F 的合成 

如圖 12 所示，果同尼皂苷 F 末端齊墩果糖的合成首先是以三乙酰葡萄糖糖烯（56）為原料，經由8 步反應制備成糖烯 57。利用 N-碘代丁二酰亞胺/乙酸條件，馬玉勇分別在糖烯的 1 位和 2 位引入乙酰氧基和碘原子，以 54% 的產率得到碘代物 58。然后選擇性脫去異頭位乙酰基，與三氟乙酰亞胺氯反應得到給體 52。利用碘原子的鄰基參與作用，給體 51 與三糖片段 50 在叔丁基二甲硅基三氟甲磺酸酯（TBSOTf）作用下，以 97% 的高產率專一性地生成 β-構型的四糖 59。接下來再用自由基還原脫除齊墩果糖殘基的 2 位碘原子，用吡啶甲酸銀試劑脫除異頭位的 MP 保護基，然后與鄰己炔基苯甲酸進行縮合得到四糖給體 60。最終苷元 hoodigogenin A與四糖給體 60 的糖苷化，依然是在 Ph3PAuOTf 的催化下進行，以高產率生成四糖皂苷 61（β-構型：50%，α-構型：48%）。遺憾的是由于缺乏有力的 β構型導向性基團，此反應幾乎沒有立體選擇性（β構型 /α-構型 = 1∶1）。脫除 61β 末端的乙酰基即完成了果同尼皂苷 F 的合成。

3 P57 和果同尼皂苷 F 的活性研究進展

由于火地亞中的皂苷種類繁多，在植物體內含量很低，分離純化十分困難，所以對其減肥活性的作用機制研究大都淺嘗輒止。其中 P57 由于被發現較早，其作用機制研究相對較多，但是目前依然沒有統一的結論。MacLean 等對大鼠下丘腦神經元原代細胞給予 P57 后，觀察到下丘腦神經元中 ATP含量升高 50%~150%。在對大鼠腦第三腦室給藥后，他們發現大鼠 24 h 內食物攝入量下降 40% ~ 60%，從而推斷 P57 可以增加下丘腦神經元的 ATP 含量，降低食欲，從而達到減肥的目的。Van Heerden 等對大鼠灌胃給予 P57（劑量為 6.25 ~ 50 mg · kg-1），發現與對照組相比，接受 P57 的大鼠其食物攝入量均明顯減少，體質量亦減少。在與陽性藥芬氟拉明（一種減肥藥）對比時發現，P57 能使大鼠食欲降低從而引起體質量減少，而芬氟拉明隨著大鼠食物攝入量的減少卻能引起大鼠體質量的增加，表明 P57 在抑制食欲和減肥方面有著優越性。該課題組認為P57 抑制食欲可能和 MacLean 等所報道的通過增加下丘腦神經元的 ATP 含量降低食欲相關。 

Le Neve 等報道，在人胚胎腎 HEK 293 細胞中，P57 能夠選擇性地激活苦味受體 TAS2R7 和TAS2R14 的異源表達，導致 HEK 293 細胞內 Ca2+濃度增加，促使膽囊收縮素（CCK）分泌，繼而通過迷走神經傳入腸壁，產生飽腹感，從而發揮抑制食欲的作用。當將 P57 的糖基或惕格酰基脫除后，則此活性喪失。因此該課題組認為 P57 能通過激活苦味受體的表達促進 CCK 分泌，進而發揮抑制食欲的作用。Smith 等報道，對 Wistar 大鼠灌胃給予火地亞提取物（每克火地亞含有 21.3 mg 的P57），發現大鼠的體質量均明顯下降，其脂肪細胞和肌纖維細胞均變小。課題組認為 P57 是通過減少脂肪和肌肉從而達到減肥效果。而 Tsoukalas 等則報道對小腸內分泌 STC-1 細胞給予 100 μmol· L-1的 P57 后，細胞胰高血糖素樣肽-1（GLP-1）的分泌量升高 130%。GLP-1 除了具有降糖作用之外，還可以增加飽腹感，減少食物的攝入量。因此課題組認為 P57 可通過增加 GLP-1 的分泌來增加飽腹感，從而達到減肥目的。 

GPR119 是一種與代謝密切相關的 G 蛋白偶聯受體，主要在胰島 β 細胞和胃腸道 L 細胞表達。GPR119 激動劑通過增加細胞內環磷酸腺苷（cAMP）的水平刺激葡萄糖依賴性的胰島素和 GLP-1 的釋放，降低血糖水平和保護胰島 β 細胞活力，能夠有效地改善患者體內的血糖平衡。因此 GPR119 可作為靶點用于發現具有減肥活性的藥物。2014 年，Zhang 等對火地亞中的皂苷進行篩選，發現只有果同尼皂苷 F 可以特異性激活 GPR119，而其他化合物包括 P57 則不能激活 GPR119。在穩定表達GPR119 的 HEK293 細胞中，果同尼皂苷 F 能激活GPR119 介導的信號轉導，表現為 cAMP 的積累、細胞內鈣離子的活動、ERK 的磷酸化與受體的脫敏和內化。通過激活 GPR19，果同尼皂苷 F 能刺激胰島素和 GLP-1 的分泌。而在 GPR119 敲除小鼠離體胰島中，果同尼皂苷 F 則喪失了刺激胰島素分泌的能力。在小鼠的食物攝入量實驗中發現，當給小鼠灌胃給予果同尼皂苷 F 200 mg · kg-1 后，小鼠 24 h食物攝入量顯著降低；而在敲除 GPR119 的小鼠中，果同尼皂苷 F 并不能降低 24 h 內食物攝入量。因此，課題組認為果同尼皂苷 F 能通過激活 GPR119 刺激GLP-1 和胰島素的分泌，降低食欲，進而達到減肥的效果。另一方面，敲除 GPR119 會部分降低天然火地亞提取物的功效，說明 GPR119 是火地亞提取物活性的重要靶點之一。

4 結語 

盡管火地亞提取物曾是風靡西方的減肥藥，但市場銷售的各類火地亞提取物產品成分復雜，P57含量很低，甚至根本不含有 P57。通過化學合成 P57及其同系物雖然不失為一個好辦法，但是該類化合物的復雜結構在合成上具有很大的挑戰性。盡管目前已經有方法來合成得到克級的化合物，但是依然存在著路線過長、某些反應不夠高效等缺點。特別是最后的糖苷化，由于底物缺失相關官能團的調控，無法利用經典的方法得到滿意的 β-選擇性，顯著降低了整體合成路線的效率。盡管利用 TBHP 促進的三糖糖烯糖苷化可以達到不錯的選擇性（β-構型 /α構型 = 6∶1），但因糖烯制備效率欠佳、穩定性不高等缺點，這一方法是否能夠應用于此類化合物的大規模制備還有待確認。此類高度酸敏感的脫氧糖β-選擇性糖苷化，依然有待開發一些新的合成策略，例如新型離去基、添加劑、調控基團，甚至酶法合成來提升效率。 

果同尼皂苷 F 能通過激活 GPR119 來抑制小鼠食欲，而 P57 則不能激活 GPR119，表明火地亞提取物是通過多種機制來共同達到顯著的食欲抑制效果，可能還存在其他的有效成分和未知的作用機制。對于這些機制的研究有希望為新型肥胖治療藥物的開發提供更為安全有效的新靶點。目前有限的構效關系數據表明，這一家族化合物的糖鏈，特別是末端糖基對化合物的活性和作用機制有著非常重要的影響。因此在后續的類似物合成和優化研究中，可以考慮從替換末端糖基和縮減糖鏈長度這 2 個方面出發，同時輔以簡化苷元部分（例如對合成造成很大困擾的 4、5 位雙鍵和 14 位羥基），進行更為系統的構效關系研究。

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