通过γ射线辐照简便合成生物改良型咖啡酸类似物

《Tetrahedron》：Facile synthesis of biologically enhanced caffeic acid analogs via γ-irradiation

γ-辐照处理咖啡酸生成新型酚丙烷类化合物并证实其抗氧化抗炎活性。通过光谱分析鉴定了2和3两种新化合物，提出溶剂衍生羟基甲基自由基介导的机制，发现辐照产物抗氧化活性增强且部分抑制NO生成。

　　

郑京汉 | 李汉宇 | 郑秉烨 | 金泰勋 | 白贤宇

韩国原子能研究院（KAERI）先进辐射技术研究所（ARTI），韩国旌义郡

摘要

γ-辐照是一种高效且对环境友好的方法，可用于天然产物的一步结构修饰。在本研究中，咖啡酸（1）在甲醇溶液中经过辐照处理，生成了两种此前未报道的苯丙素衍生物（2和3），以及四种已知的转化产物（4–7）。通过包括高分辨率质谱和一维及二维核磁共振实验在内的综合光谱分析，阐明了这些新化合物的结构。基于所鉴定的结构，提出了一种涉及溶剂衍生羟甲基自由基的合理自由基介导机制。几种分离出的化合物表现出比咖啡酸（1）更强的抗氧化活性，而化合物2–4的清除自由基的能力也得到了提升。此外，化合物2和3在脂多糖刺激的RAW 264.7巨噬细胞中抑制了一氧化氮的生成，表明它们具有额外的抗炎潜力。总体而言，这项工作证明了γ-辐照提供了一种简单且无需催化剂的策略，用于生成具有改进生物特性的咖啡酸类似物。

引言

苯丙素是一类主要由苯（C6）环与三个碳原子（C3）侧链组成的植物代谢物[1]。这些化合物参与多种生理和生态过程，并有助于植物适应各种环境挑战[2, 3]。此外，苯丙素还是许多次级代谢物（如木质素、黄酮类、花青素和单宁）的重要前体，构成了高等植物中最基本的代谢框架之一[4]。咖啡酸是最丰富的苯丙素之一，广泛存在于苹果、梨、土豆、李子和咖啡等植物性食物中，以游离形式和酯化形式存在[5, 6]。先前的研究表明，咖啡酸具有多种生物活性，包括抗氧化、抗病毒、抗应激、抗炎、免疫调节和化学预防作用[7]。由于其儿茶酚结构，咖啡酸在自然条件下及食品加工过程中也会发生广泛的氧化转化[8, 9]。酶学研究显示，多酚氧化酶[10]、过氧化物酶[11]和酪氨酸酶[8, 12]等氧化酶可将咖啡酸转化为寡聚衍生物和新木质素类似物，其中许多衍生物具有优异的抗炎特性，尤其是对环氧化酶-2的抑制作用优于咖啡酸本身[12]。此外，热处理条件还能生成具有增强黄嘌呤氧化酶抑制作用的苯茚烷类化合物[9, 13]。然而，尽管对咖啡酸的酶促和热转化进行了大量研究，非热性和自由基介导的修饰策略仍很大程度上未被探索。特别是，目前尚无系统研究评估通过溶剂辐解产生高活性自由基的γ-辐照是否能够丰富咖啡酸的分子结构。

活性氧（ROS）和一氧化氮是氧化应激和炎症信号通路中的关键介质，它们的过量产生与心血管功能障碍、代谢紊乱和神经炎症等慢性疾病的发展有关[14, 15]。因此，寻找能够清除ROS或抑制一氧化氮过量产生的生物活性化合物受到了广泛关注。天然产物及其衍生物因其结构多样性、良好的安全性以及长期膳食暴露而成为这类应用的有吸引力的候选对象[16, 17]。在这方面，含有儿茶酚官能团的苯丙素衍生物代表了发现强效抗氧化剂和抗炎剂的有希望的骨架[18, 19]。

通过有机合成发现新的先导化合物通常需要大量的优化、多个反应步骤和相当长的时间，这限制了其在快速生成结构多样性方面的应用[20]。相比之下，γ-辐照提供了一种独特而高效的分子修饰工具[21]。高能γ射线会诱导水或酒精等溶剂的辐解，产生大量能够与有机底物快速进行非传统转化的自由基[22, 23]。这些自由基介导的过程可以生成通过传统合成路线难以获得的结构。尽管已有研究探讨了γ-辐照对黄酮类和其他多酚的修饰作用，但由于咖啡酸的结构简单、天然含量丰富且反应活性高，对其关注较少[21, 24]。在本研究中，我们报道了在甲醇条件下咖啡酸经γ-辐照后发生的分子多样化，生成了以前无法获得的类似物以及已知的降解产物。我们的发现表明，γ-辐照有助于生成具有显著增强抗氧化和抗炎特性的新型咖啡酸类似物。

部分摘录

咖啡酸的γ-辐照

将纯咖啡酸溶解在甲醇中，然后对其进行10、25、50和70 kGy的γ-辐照处理，并评估了所得辐照混合物的清除自由基活性和高效液相色谱（HPLC）转化谱。DPPH自由基清除活性显示出明显的剂量依赖性改善（表1）。纯咖啡酸（0 kGy）的IC₅₀值为30.1 ± 1.1 μg/mL，而10、25和50 kGy辐照后的产物...

结论

在本研究中，从咖啡酸（1）的γ-辐照产物中分离出了两种此前未报道的苯丙素衍生物（2和3），以及四种已知产物（4–7）。通过包括一维和二维核磁共振（1D和2D NMR）、高分辨率质谱（HRESIMS）和紫外光谱在内的综合光谱分析，阐明了它们的结构。在甲醇溶液中对咖啡酸进行γ-辐照提供了一种简便、一步且无需催化剂的合成方法，用于生成结构多样的类似物。

化学试剂和仪器

咖啡酸、乙腈、甲醇、甲酸（HPLC级）、CD₃OD、LPS和Griess试剂购自Sigma–Aldrich（美国密苏里州圣路易斯）和Merck（德国达姆施塔特）。本研究中使用的所有其他试剂和化学品均为分析级。¹H和¹³C核磁共振光谱分别使用Bruker公司的Avance NEO-600仪器（德国卡尔斯鲁厄）在600 MHz和150 MHz下获得。化学位移以CD₃OD溶剂的δ值（δ_H 3.31；δ_C...）为单位报告。

CRediT作者贡献声明

白贤宇：撰写 – 审稿与编辑、监督、资源获取、概念构思。郑京汉：撰写 – 原稿撰写、可视化、方法学设计、实验研究、数据整理、概念构思。李汉宇：撰写 – 原稿撰写、验证、方法学设计、实验研究、数据整理。郑秉烨：监督、资源协调、项目管理、资金获取。金泰勋：撰写 – 审稿与编辑、监督、资源协调、项目管理

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。

数据获取

本研究中生成和/或分析的数据集可应要求向相应作者索取。

资助

本工作得到了韩国国家研究基金会（NRF）的资助，该基金会由韩国科学技术信息通信部提供支持（资助编号：RS-2025-02613113）。

利益冲突声明

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