Noscapine

大家好，今天我给大家分享的是2025年发表于Organic Letters上的文章。题目是：Anti-inflammatory Alkaloids, Papaversomni A, a Hexacyclic-Membered Morphinan, and Two Pairs of E/Z Nonseparable Stereoisomers, Papaversomni C and Sinoracutinal, from Papaver somniferum（罂粟中六环吗啡烷型生物碱Papaversomni A及两对E/Z不可分立体异构体Papaversomni C 和 Sinoracutinal 的分离鉴定及抗炎活性研究） DOI：10.1021/acs.orglett.5c03443 1 摘要 从罂粟（Papaver somniferum）中分离得到五种新生物碱，包括papaversomnis A–C（1、3和4）、 Sinoacutinal（5）及ethoxyepiglaudine（6），以及两种已知生物碱2和7。化合物1具有新颖的6/6/6/6/5/5骈合六环骨架，属于一类新型吗啡烷型生物碱；而4与5为两对E/Z构型不可分的立体异构体。通过单晶X射线衍射分析、计算ECD，明确了这些化合物的立体构型。在脂多糖诱导的RAW 264.7巨噬细胞炎症模型中，化合物1和2对NO生成表现出显著的抑制活性，其IC₅₀值分别为16.63 ± 0.83 μM和12.78 ± 0.95 μM，均强于阳性对照L-NMMA（IC₅₀ = 22.10 ± 0.63 μM）。Western blotting分析进一步表明，1和2能够通过抑制炎症关键介质iNOS与COX-2的表达发挥抗炎作用。 2 前言 吗啡烷类化合物是一类天然五环阿片类生物碱，其核心结构由苯并菲骨架组成，包含一个芳香A环、两个不饱和B/C环、一个连接C-6与C-12的哌啶桥（D环）以及通过环氧基连接C-4与C-7的呋喃环（E环）（图1）。该类别中最具代表性的化合物吗啡，因其结构的高度复杂性，以及在镇痛治疗和药物滥用领域产生的深远社会影响，构成了生物碱中一个独特的类别。这类化合物主要分布于罂粟科植物中，尤以罂粟为代表。该植物是多种重要活性物质的来源，包括镇痛药吗啡、用于合成优可达或丁丙诺啡等关键药物原料的蒂巴因、镇咳镇痛药可待因、目前唯一用于治疗血管痉挛的罂粟碱以及镇咳药那可丁。吗啡烷类化合物的结构多样性，以及对新型阿片类药物的需求，为进一步探索和开发吗啡衍生物的新型高效合成方法提供了明确的研究方向。 图一：化合物1-7的结构 作为系统探索新型吗啡烷类生物碱的一部分，本研究对罂粟进行了化学成分研究。从中分离鉴定出一种新颖的6/6/6/6/5/5骈合六环骨架的新化合物（1）、两对E/Z构型不可分的立体异构体（4和5）以及两种新生物碱3和6（图1）。 化合物1与2 在脂多糖（LPS）诱导的 RAW 264.7 巨噬细胞炎症模型中，对一氧化氮（NO）生成表现出显著的抑制活性，其 IC₅₀ 值分别为 16.63 ± 0.83 μM 和 12.78 ± 0.95 μM，抑制效果优于阳性对照药（IC₅₀ 22.10 ± 0.63 μM）。此外，二者还能有效抑制炎症反应中的关键介质—诱导型一氧化氮合酶（iNOS）与环氧合酶-2（COX-2）的表达。本文主要报道这些化合物的分离纯化、结构鉴定及其生物活性研究结果。 3 结构解析 化合物1为白色晶体。高分辨质谱（HRESIMS）显示其准分子离子峰为 m/z 386.1367 [M + Na]⁺（计算值 386.1363），确定分子式为 C₂₂H₂₁NO₄，不饱和度为 13。红外光谱在 1723、1651、1440 及 1187 cm⁻¹ 处分别显示羰基、苯环及环氧基的特征吸收峰。氢核磁共振谱显示存在两个甲氧基信号 ，一个 N-甲基信号 ，一对偶合芳香质子 ，两对亚甲基质子 ，三个烯烃质子，以及三个次甲基质子信号（一个非含氧次甲基 ，一个含氧次甲基和一个胺化次甲基）。化合物 1的碳核磁共振谱（¹³C NMR）共显示 22 个碳信号，包括两个甲氧基碳、一个 N-甲基碳、两个亚甲基碳、一个 sp³ 无质子碳、六个芳香碳、六个烯碳（其中四个归属于一个不饱和环） ，两个归属于一个五元环 (C-16 和  C-17）、三个次甲基碳（一个非含氧次甲基 、一个含氧次甲基及一个胺化次甲基），以及一个羰基碳。根据分子式与不饱和度分析，化合物 1 中一个苯环、三个双键及一个羰基碳共同贡献八个不饱和单位，剩余五个不饱和单位表明该化合物具有六环骈合骨架结构。 通过综合分析 1 的¹H-¹H COSY(图2A)中 H-1/H-2、H-9/H-10 及 H-12/H₂-13 之间的相关信号，以及 HMBC 谱（图2A）中 H-1 与 C-3、C-5、C-13，H-2 与 C-4、C-14，H-7 与 C-5、C-6、C-8、C-9，H-9 与 C-7、C-8、C-11，H-10 与 C-6、C-9，H-12 与 C-6、C-10、C-11，H₂-13 与 C-1、C-5、C-14，H-15 与 C-5、C-6、C-7、C-11、C-16，甲氧基质子 H-1′ 与 C-3，甲氧基质子 H-2′ 与 C-8，以及 N-甲基质子 H₃-3′ 与 C-12、C-16 之间的远程相关，可推导出其结构包含一个与thebaine结构相似的 6/6/6/6 骈合四环骨架（A–D 环）、两个甲氧基及一个 N-CH3。不同之处在于，化合物 1 中存在一个 sp³ 次甲基碳（C-15）及一个 sp² 无质子碳（C-16），而thebaine相应位置为一个乙基信号。此外，¹H-¹H COSY 谱中 H-15/H₂-19 的自旋系统信号，以及 HMBC 谱中 H-15、H-17 与 C-16 的相关，提示 C-15 与 C-16 可能构成一个新环。 H-17、H₂-19 与 C-18 之间BC相关信号证实了该结构中存在一个带有 α,β-不饱和内酯单元的五元环（F 环）。同时， H-15 与 C-5、C-6、C-7、C-11、C-16 的相关，H₃-3′ 与 C-12、C-16 的相关，以及 H-12 与 C-6、C-11 的相关，表明 N-甲基哌啶环（D 环）通过 C-15 与 C-16 桥连至 F 环。而 E 环的位置则是通过分子式、不饱和度、化学位移值及文献对照确定的。 通过其核磁共振二维 NOESY 相关谱（图 2B）确定化合物 1的相对构型。相关信号显示，H-7、H-19α 与 H-15 的空间取向相同，且均与 H-12、H-13β 及 H-3′ 的取向相反。最终，通过单晶 X-射线衍射分析 （图 2C，Flack 参数为 0.04）确证了其绝对构型。确定化合物 1 为一种新颖的thebaine衍生物，具有独特的 6/6/6/6/5/5 骈合六环骨架，命名为 papaversomni A。 图二：(A) 1的HMBC (红色箭头) 和1H − 1H COSY 相关(蓝色粗体键) 。(B) 1的NOESY 相关(粉红色双向箭头) 。(C) 1的单晶x-射线结构。(D和E) 3和4的计算和实验ECD数据。(F) 溶剂引起的围绕 (O) C-N键的旋转，N-甲基酰胺中不可分离的E/Z非对映异构体的形成以及E/Z非对映异构体的化学位移分配。 化合物 3 为淡黄色油状物。根据高分辨质谱（HRESIMS）数据，其准分子离子峰为 m/z 308.1253 [M + Na]⁺（计算值 308.1257），确定分子式为 C₁₇H₁₉NO₃，不饱和度为 9。红外光谱显示存在羟基及氨基（3381 cm⁻¹）和苯环（1606 与 1461 cm⁻¹）的特征吸收峰。结合一维核磁共振数据的详细解析及其分子不饱和度分析，表明化合物 3 具有与化合物 1 相似的 A/B/C 三环骨架体系。其差异在于3 的 C-15 与 C-16 位置缺少一个乙基片段，且 F 环部分缺失，同时在 C-4 位多出一个羟基，并存在一个烯碳信号 。这些结构特征通过 gCOSY与 gHMBC以及与文献数据的对比得以确认。 化合物3的绝对构型通过其ECD数据（图 2D）确定。采用TDDFT，在甲醇溶剂中对两种可能构型（12R-3与 12S-3）的优化几何结构（B3LYP/6-31G(d)）进行了 ECD 计算。结果显示，12R-3 构型的计算 Cotton 效应曲线与实验测得的 ECD 谱高度吻合，从而确证了 3 的绝对构型。该新化合物被命名为 papaversomni B。 化合物4 经纯化后为无色油状物。根据高分辨质谱（HRESIMS）数据，其准分子离子峰为 m/z 336.1202 [M + Na]⁺（计算值 336.1206），推断分子式为 C₁₈H₁₉NO₄。红外光谱显示存在羟基（3396 cm⁻¹）、羰基（1724 cm⁻¹）及苯环（1607 和 1480 cm⁻¹）的特征吸收峰。尽管薄层色谱（TLC）显示为单一化合物，但其核磁共振谱中可观察到两组清晰可辨的信号（比例约 3:1），其中醛基（CH-4′）信号分别位于 δC/δH（165.2/8.08）和（165.3/7.95）处，存在由各向异性溶剂诱导位移（ASIS）效应引起的 E/Z 非对映异构体 4a 和 4b 的共存。因此，本研究选取信号较强的 4a 进行整体结构解析。基于一维及二维核磁谱图分析，其基本骨架与化合物 3 一致，不同之处在于4在 C-4′ 位多出一个醛基。化合物 4 的计算ECD结果（图 2D 与 2E）表明两者在 C-12 位的绝对构型存在差异。 将 4 的实验 ECD 谱（甲醇中测定）与 12R-4 及 12S-4 构型的计算谱图进行对比，在 B3LYP/6-31G(d) 理论水平下进行 ECD 计算。结果显示，12S-4 构型的计算 ECD 曲线（图 2E）与实验测得结果 [250 (−0.3)、272 (−1.78)、300 (+3.39) 及 325 (−8.51) nm] 高度吻合，从而确证了化合物 4 的绝对构型。该新结构被命名为 papaversomni C。 如先前文献报道，在不对称N-取代酰胺类化合物中，由于 (O)C-N 键的旋转受限及其部分双键特性，会导致无法分离的 E/Z 非对映异构体共存（图 2F）。此外，对于 N-甲基-N-烷基甲酰胺类化合物，当溶液中可检测到顺式与反式异构体时，¹H NMR 谱中位于较高场的甲基信号应归属于 N-甲基与羰基氧处于顺式构型的异构体。依据此判定标准，对应较高场甲基信号（δH 2.54）的异构体被指定为 4a（E 构型）（N-甲基与羰基氧顺式），而较低场甲基信号（δH 2.68）的异构体则被指定为 4b（Z 构型）（N-甲基与羰基氧反式）。根据核磁谱图观测，4b的比例高于 4a。此外，采用已报道的方法进行计算，所得 E 与 Z 非对映异构体的 ¹H（图 3A 与 3B）及 ¹³C NMR（图 3C 与 3D）计算结果与实验数据高度吻合，其平均绝对误差（MAE）值分别小于 0.2（¹H NMR）与 2.0（¹³C NMR），进一步支持了上述归属。 图三：4a和4b的实验和计算的1H (A和B) 和13C (C和D) NMR数据的比较。 化合物5为黄色晶体。高分辨质谱（HRESIMS）显示其准分子离子峰为 m/z 336.1208 [M + Na]⁺（计算值 336.1206），推断分子式为 C₁₈H₁₉NO₄。紫外吸收光谱在 219、242、251、300 及 380 nm 处有吸收，表明其结构高度共轭。由于 5 中 (O)C-N 键的旋转受限，其 ¹H 及 ¹³C NMR 谱也显示两组清晰可辨的信号（比例约 1:1），提示存在无法分离的 E/Z 非对映异构体。选取其中一组信号（5a）用于确定其平面结构。5 的 ¹H 与 ¹³C NMR 数据与已知化合物 sinoracutine相似，主要区别在于：其吡咯烷骨架的关键位置 C-7 次甲基信号被一个亚甲基信号取代，同时在 N-3′ 上连接了一个新的 C-4′ 醛基信号。 H₂-15 与 H₂-16 的相关，以及  H₂-15 与 C-5、C-6、C-7 的相关，H₂-16 与 C-3′、C-4′ 的相关，以及 H-3′ 与 C-4′、C-16 的相关，表明其结构为一个 N-乙基-N-甲基甲酰胺单元通过 C-6 位连接于6,7-dihydro-2H-cyclopenta[a]naphthalen-9-one骨架上。化合物 5的结构确定如图 1 所示，并命名为 sinoracutinal。与 4 中观察到的规律一致，位于较高场的甲基共振信号归属于 5a（E 构型）（δH 2.63），而较低场信号则归属于 5b（Z 构型）（δH 2.78）。这些数据也与计算所得的 ¹H（MAE < 0.2）及 ¹³C NMR（MAE < 2.0）谱图一致。此外，5b（Z 构型）的晶体结构通过 X-射线单晶衍射分析得以确证[图 4A，Flack 参数为 −0.04(17)]，这与先前报道中 Z 构型在晶体中可稳定存在的结论相符。 图四：(A和B) 5和7的单晶x射线结构。(C) 6和7的实验ECD数据。 化合物 6 为淡黄色油状物。高分辨质谱（HRESIMS）显示其准分子离子峰为 m/z 400.1763 [M + H]⁺（计算值 400.1755），确定分子式为 C₂₂H₂₆NO₆。通过对比 6 与已知化合物 papeverrubine D（7） 的 ¹H 及 ¹³C NMR 数据，发现两者结构相似。主要区别在于：7 中 C-4′ 位的甲基信号在6 中被一个亚甲基信号取代，且该亚甲基上连接一个额外的 C-5′ 甲基信号；同时，6 中仲胺上的质子被一个 N-甲基信号取代。COSY 相关谱中 H₂-4′ 与 H₃-5′ 的相关，以及 H-17 与 C-4′ 的相关，表明一个氧化的乙基单元连接于 C-17 位；而 H₃-1′ 与 C-1、C-10相关则证实了 N-甲基（C-1′）的连接位置。通过分析 NOESY 谱图数据及 ¹H NMR 偶合常数，确定了化合物 6 的相对构型。分析表明，6 中 H-9 与 H-10 具有相同的空间取向。NOESY 谱中 H-9 与 H-1′ 及 H-4α′ 的相关，表明 H-9、H-4α′ 与甲基-1′ 空间取向一致；而 H-17 与 H-4β′ 的相关则显示 H-9 与 H-17 在 6 中取向相反。为确定化合物 6 的绝对构型，对其实验 ECD 谱（图 4C）、¹H NMR 数据以及化合物 7 的晶体结构 [图 4B，Flack 参数为 −0.11(19)] 进行了对比分析。化合物 6 与 7 的实验 ECD 谱在 291 nm 处均显示出相似的第一 Cotton 效应，其 Δε 值分别为 +27 与 +25。根据激子手性规则，这证实了两个发色团（即通过 C-9 与 C-10 连接的两个芳香环）之间存在正的手性耦合，表明二者均为右旋构型，从而确定了 C-9 与 C-10 的绝对构型如图 1 所示。两者在 207–252 nm 范围内的 Cotton 效应存在差异：化合物 6 在 207（−2）、228（+16）、238（+6）及 252（−11）nm 处表现出特征信号，而化合物 7 则在 207（+7）、222（+5）和 239（+12）nm 处呈现不同特征。这表明两者在 C-17 位的绝对构型上存在差异。此外，对比 6 与 7 中 C-9 位质子的 ¹H NMR 化学位移，可发现 6中 H-9 的信号明显向低场移动。这是由于6 中 H-9 与处于轴向的 C-17 取代基之间存在 1,3-双直立键相互作用所致，表明 6 具有 17R 构型。进一步确定了 9S,10R,17R-6 与 9S,10R,17S-6 两种构型的 ¹H 及 ¹³C NMR 计算数据。通过 TDDFT 计算，9S,10R,17R-6 构型的 NMR 计算数据与实验结果高度吻合，其平均绝对误差（MAE）分别为 ¹H NMR 0.1006 与 ¹³C NMR 1.4955；而 9S,10R,17S-6 构型的 MAE 值则为 ¹H NMR 0.1561 与 ¹³C NMR 2.3077。化合物 6的结构确定如图 1 所示，并被命名为 ethoxyepiglaudine。 5 活性结果 疼痛是炎症的临床表现。基于吗啡极强的镇痛能力，本研究尝试探讨从该植物中分离得到的吗啡类似物是否同样具备抗炎活性。首先在 40 μM 浓度下对所有分离化合物进行了抗炎活性的初步筛选，并以可诱导一氧化氮合酶的特异性抑制剂 NG-单甲基-L-精氨酸（L-NMMA）作为阳性对照（IC₅₀ = 22.10 ± 0.63 μM）。此外，在 40 μM 浓度下，化合物 1 与 2 对 RAW264.7 巨噬细胞显示出较低的毒性（细胞存活率超过 80%）。进一步采用 Griess 试剂法，在 LPS 诱导的 RAW264.7 巨噬细胞炎症模型中，检测了 1 与 2（10-oxothebaine）对一氧化氮（NO）生成的抑制活性。结果显示，两者对 LPS 刺激的 RAW264.7 巨噬细胞中 NO 的生成均表现出强效抑制活性，其 IC₅₀ 值分别为 16.63 ± 0.83 μM 与 12.78 ± 0.95 μM，效果优于阳性对照（图 5A 与 5B）。此外，Western blotting 蛋白印迹分析显示，化合物 1与 2能够剂量依赖性地抑制关键炎症介质 iNOS 与 COX-2 的表达（图 5C–5F），表明其可作为抗炎药物研发的先导化合物。 图五：(A) 在40μm的浓度下，1和2对LPS刺激的raw 264.7巨噬细胞中NO产生的抑制作用。结果表示为平均值 ± 标准误差 (n = 3)， p <0.001。(B) 1和2的IC50。通过WB分析，1 (C和D) 和2 (E和F) 对LPS刺激的RAW264.7巨噬细胞中iNOS和COX-2表达水平的影响。数据表示为平均值 ± SD; ### # p <0.001，与对照组相比; **** p <0.0001，*** p <0.001，** p <0.01，与t相比。 6 结语 综上所述，通过对罂粟的植物化学研究，共分离鉴定了五种新生物碱，包括papaversomnis A–C（1、3 和 4）、Sinoracutinal（5）以及ethoxyepiglaudine（6），并同时得到两种已知生物碱 2 和 7。其中，化合物 1具有独特的 6/6/6/6/5/5 骈合六环骨架结构，而 4 与 5 为两对 E/Z 构型不可分离的立体异构体。此外，1 与 2 在 LPS 诱导的 RAW 264.7 巨噬细胞炎症模型中，对 NO 生成表现出显著的抗炎活性，并通过 Western blotting 分析证实其能够抑制炎症反应关键介质 iNOS 与 COX-2 的表达，可作为抗炎药物研发的潜在先导化合物。 文献学习：刘慧 指导老师：陈辉 审核校对：牛莹 马雨果