甾體皂甙

甾體皂甙 (Steroidal saponins)是一類螺甾烷類化合物衍生的寡聚糖。是植物中一類重要的生物活性物質，甾體皂甙的研究在天然產物化學中一直占有重要的地位。

簡介

有關甾體皂甙的分離、鑑定和結構測定的研究已有較多報導。據不完全統計，已研究了近150種植物中的約200多種天然甾體皂甙。甾體皂甙的甙元是含有27個碳原子的螺甾醇或呋甾醇，大多存在於單子葉植物的百合科，石蒜科和薯蕷科等植物中。常用中藥知母、天門冬、麥門冬、七葉一枝花等都含有大量甾體皂甙。由於甾體皂甙元是合成甾體避孕藥及激素類藥物的原料，國內外學者在50～60年代在尋找資源、改進工藝等方面做了大量工作。到目前為止我國已是大量生產薯蕷皂甙元(diosgenin)、替告皂甙元(tigogenin)和海柯皂甙元(hecogenin)的重要國家。70年代，隨著分離技術及結構研究手段的迅速發展，對於皂甙的化學研究越來越引起人們的重視，尤其是對極性較大，糖鏈較長，結構較複雜皂甙的研究有了突破性的進展。蘇聯學者 Vollerner 等[1，2]對百合科蔥屬和龍舌蘭屬植物的甾體皂甙作了研究，發現近30種新結構。

提取分離

皂甙是一類極性較強的大分子化合物，不容易結晶，易溶於水和醇，難溶於有機溶劑，而且在同一植物中往往有很多結構相近的皂甙共存，更增加了分離純化的困難。一般採取先用甲醇或含水乙醇提取，然後將醇浸膏懸浮於水，用水飽和的正丁醇萃取，即得到總皂甙。粗皂甙的分離除使用常規的正相矽膠柱層析外，還可選用反相矽膠、大孔吸附樹脂及葡聚糖凝膠柱層析等，可使分離效果顯著提高。反相柱層析在皂甙的分離和純化時使用比較多，最常用的是ODS （C18反相填料），該法主要選用水和醇以不同的比例洗脫，對於極性大的化合物有較好的分離效果，而且對樣品的吸附比較少，可減少樣品損失。凝膠柱層析是60年代發展起來的分離水溶性化合物的常用方法，主要根據分子大小進行分離。當植物提取物中同時含皂甙、黃酮、香豆精及內酯等成分時，可用Sephadex LH-20進行組分分離。大孔吸附樹脂為多孔性的聚合體,常用的有Diaion HP-20, D-101，RA樹脂，一般用於皂甙的粗分。將醇提物懸浮於水，直接通過大孔吸附樹脂柱，皂甙被吸附，再用不同濃度的醇洗脫，可將總皂甙分成幾部分，而且可以有效去除葉綠素。有時僅靠一種柱層析的方法很難解決所有的分離問題，所以要得到一個純皂甙往往需要幾種方法配合使用，才能達到滿意的分離效果。隨著各種新型填料的出現，皂甙的提取、分離及純化目前已達到高效、快速，可在短時間內從同一植物中分離一系列結構及化學性質極為相近的皂甙。劉承來等[3～5]從叉蕊薯蕷的根莖中分離得到4個約莫皂甙元(yamogenin)的甾體皂甙，又從盾葉薯蕷的根莖中得到5個甾體皂甙，甙元為薯蕷皂甙元(diosgenin)。此外，我們從東一號劍麻葉汁的發酵物中分離到5個替告皂甙元(Tigogenin)的多糖甙[6，7]。

結構研究

甾體皂甙的結構研究主要包括兩部分內容，即糖和甙元。早期對於甾體皂甙的研究主要集中在甙元部分，現在甙元的結構已經基本清楚。甾體皂甙元一般為螺甾醇，單羥基取代多在3位，而當F環開裂時，則形成呋甾醇。將皂甙進行酸水解，分離甙元，經光譜測定可以確定甙元的種類。已知甙元可通過薄層層析，混和熔點和紅外光譜的比較來確定。

甾體皂甙中所含糖的種類較多，這一點顯著地區別於三萜皂甙。迄今發現的已有10餘種，包括己糖、戊糖、去氧糖、酮糖、糖醛酸等。其中以D-葡萄糖、D-半乳糖、D-木糖、L-鼠李糖和L-阿拉伯糖最為常見。糖鏈多與甙元的3-羥基成甙。原始皂甙在26位連線一個葡萄糖。在糖的連線方式上，當糖單元超過3個時，糖鏈多呈分支狀態。關於糖的結構研究經常使用波譜分析（UV, IR, MS, ?JH1，D，Z?-NMR, ?JC13，D，Z?-NMR）及一些化學修飾反應（酸水解、鹼水解、酶水解、甲基化、乙醯化、還原等）。過去甾體皂甙的結構研究主要依靠經典的化學反應。比如，通常用酶解的方法來研究F環開裂的呋甾皂甙，將呋甾皂甙與β-葡萄糖甙酶在37°保溫2h，26位甙鍵可水解，從而將呋甾皂甙轉化為相應的螺甾皂甙，其餘位置的甙鍵多不發生變化。另外，選擇具有特異性的酶進行酶水解也能確定末端糖的種類。酸水解分完全水解和部分水解。將皂甙用2N或4N的礦酸進行水解，水解液經薄層層析或製備成衍生物後氣相層析，通過與標準單糖做對照即可確定含糖種類。如進行薄層掃描和氣相層析定量還可獲知各種糖的比例。對於含糖數較多的皂甙用稀酸進行部分酸水解，分離和鑑定水解後得到的一系列減掉不同糖的次級甙可以確定糖的連線順序。全甲基化用於確定多糖甙中糖與糖之間的連線位置，甙鍵的構型以及糖的構象。乙醯化在皂甙的結構研究中套用很普遍，通常採用醋酐-吡啶進行全乙醯化，測定全乙醯化物的?JH1，D，Z?-NMR及H-HCOSY譜，與成甙羥基相連碳上的氫位於高場，而其它與乙醯化羥基相連碳上的氫明顯向低場位移，可由此判斷糖的連線位置。隨著結構測定技術的不斷完善和發展，波譜的方法日益顯示出它的優越性。特別是近10年在核磁共振和質譜方面的進展尤為突出。套用快速原子轟擊質譜（FAB-MS）可以得到皂甙的分子離子峰和一系列分子離子減去糖的碎片峰，由此可以確定糖與糖之間的連線順序。二維核磁共振譜的出現，為解決含糖較多的甾體皂甙中甙鍵構型、糖與糖之間的連線順序、連線位置等一系列結構研究中的問題，提供了簡單、快速的方法。目前，我們鑑定一個皂甙，不需水解和衍生化，只要測定?JC13，G，Z?-NMR譜，C-H相關譜和HMBC譜就可以得到有關糖部分的全部結構信息。因此，可以節省樣品和時間，加快了鑑定化合物的速度。

藥理活性

天然甾體皂甙的生物活性研究及其臨床套用，最早為法國的專利，報導薯蕷皂甙元（diosgenin）及其甙有抗關節炎作用。前蘇聯的科研人員發現高加索薯蕷中的皂甙提取物有降膽固醇的作用，臨床實驗也有證明。80年代 Ravikumer 等[8]發現雲南白藥中的薯蕷皂甙有抗癌活性。從龍舌蘭科的植物(Dracaena afromontan)中分離出的新甾體皂甙(afromontoside)具有抑制KB細胞的活性[9]。另外，美國Pfizer製藥公司用替告皂甙元（tigogenin）和海柯皂甙元（Hecogenin）為甾體母核所合成的纖維雙糖甙有很強的降血脂作用[10]。我國也有很多有關甾體皂甙生物活性的報導。例如，從重樓屬植物中分離出的甾體皂甙，具有止血、免疫調節、抗腫瘤及對心血管系統的作用[11]。從叉蕊薯蕷(Dioscorea collettii)中分離得到的叉蕊皂甙Ⅱ有很明顯的降膽固醇活性。從穿龍薯蕷(D. nipponica)中分得的薯蕷皂甙(dioscin)有明顯的止咳、祛痰、平喘活性。目前，國內以不同種的薯蕷屬植物為原料，提取其總甾體皂甙作為臨床上的降血脂藥已有數家工廠生產，其中用盾葉薯蕷(D. zingibernsis)為原料研製成功的新藥“盾葉冠心寧”，臨床治療冠心病、心絞痛有一定療效。已上市的“地奧心血康”也是一種降血脂的藥物，該藥是以黃山藥(D.panthaica)的根莖為原料提取的薯蕷皂甙的混合物，其中包括單糖甙、二糖甙等，但至今作者尚未見證明其中有效成分的報導。

系統的研究甾體皂甙的化學及生物活性，尋找有活性的先導化合物，進一步開發成為新藥，一直是我們的目標。但是通過分離純化甾體皂甙的工作，我們發現從植物中將那些含量很低的混合皂甙一個個分離純化獲得純品，再篩選其藥理活性，是既費時、費力又不經濟的方法。因為皂甙在植物中含量很低，且分離過程複雜，很難用於工業化生產。而皂甙元相對於皂甙來說，容易分離得到，且分離純化過程易於工業化。因此可以採用甾體皂甙元為母核，參考已知的天然甾體皂甙中糖的連線方式，定向的半合成甾體皂甙，篩選藥理活性，進而研究結構與活性的關係，開發療效好而毒副作用小的新藥。通過對皂甙元進行糖基化來大量合成具有藥理活性的各種皂甙，既有利於新藥的開發，又可推動甾體皂甙研究的進一步深化。所以研究天然及半合成的甾體皂甙是藥物創新中一個值得開發的領域。