search for




 

Review on the Syntheses and Biological Activities of Oroxylin A and Its Derivatives
Yakhak Hoeji 2021;65(6):405-412
Published online December 31, 2021
© 2021 The Pharmaceutical Society of Korea.

Ye Eun Kim and Sang Hyup Lee#

College of Pharmacy, Duksung Women’s University
Correspondence to: Sang Hyup Lee, College of Pharmacy, Duksung Women’s University, 33, Samyang-ro 144-gil, Dobong-gu, Seoul 01369, Korea Tel: +82-2-901-8393, Fax: +82-2-901-8386
E-mail: sanghyup@duksung.ac.kr
Received October 15, 2021; Revised November 22, 2021; Accepted November 25, 2021.
Abstract
Oroxylin A is a flavonoid compound found in some medicinal plants. Oroxylin A is known to possess a variety of biological properties such as anti-cancer, anti-inflammatory, and neuroprotective effects. In particular, the anti-cancer effect via apoptosis induction and neuroprotective effect through γ-aminobutyric acid type A (GABAA) receptor antagonism are remarkable. Based on this usefulness, extensive efforts to synthesize oroxylin A have been continued. However, semisyntheses using flavone compounds as starting materials rather than total syntheses were mainly conducted, owing to the difficulty of synthesizing oroxylin A. Regarding the semi-synthesis of oroxylinA, several methods using flavone compounds (baicalein, wogonin, or baicalin) were employed to give 8-62% product yields through 3-step reactions. Derivative syntheses were also performed while investigating their biological properties. Therefore, syntheses and biological evaluation of oroxylin A and its derivatives were reviewed to assess and enhance the potential of oroxylin A as a medicinal component.
Keywords : Oroxylin A, Flavonoid, Anti-cancer, Anti-inflammatory, Neuroprotection
서론(Introduction)

Oroxylin A (5,7-dihydroxy-6-methoxyflavone)는 황금(Scutellaria baicalensis)이나,1,2) 인도의 전통 약초 Oroxylum indicum3) 같은 약용식물에서 발견되는 플라보노이드 중 하나이다. Oroxylin A (또는 oroxylin)는 1890년 Naylor와 Chaplin에 의해 Oroxylum indicum으로부터 최초로 분리되었으며,4) 1901년 Naylor와 Dyer는 이 화합물에서 3개의 hydroxy group의 존재를 확인하고 화학식(C19H14O6)을 발표하였다.5) 이후 1936년에 Shah 그룹에 의해 물질의 정확한 화학 구조가 규명되어 현재 알려진 화학식(C16H12O5)으로 수정되었고 최초로 oroxylin A (Fig. 1)로 명명되었다.6)



Fig. 1. Structures of oroxylin A and negletein

Oroxylin A는 여러 연구를 통해 항암(anti-cancer)7-11), 항염증(anti-inflammatory)12), 항산화(antioxidant)13) 그리고 신경보호(neuroprotective)14,15) 효과와 같이 다양한 약리 활성을 갖는 것으로 보고되어왔다. 특히 항암효과와 관련해서 간암, 자궁경부암, 유방암 등 다양한 암세포주에 대한 항암효과가 보고되었으며,작용 기전에 관한 연구도 꾸준히 진행되어왔다.7-11) 이렇듯 뛰어난 약리 효과를 가짐에도 불구하고 oroxylin A는 천연 식물 자원에 풍부하게 존재하지 않기 때문에 추출을 이용하여 다량의물질을 확보하기가 어려운 실정이다. 이러한 이유로 oroxylin A의 전합성에 관한 관심이 증가되었다. 먼저 trimethoxyphenol을출발물질로 한 전합성에 관한 연구가 보고되었으나,16) 이후 진행된 연구에서 이 화합물은 이성질체인 negletein으로 확인되었다(Fig. 1).17)

이러한 합성 및 구조 규명의 어려움으로 인해 oroxylin A의 합성법에 관련해서는 대부분이 약용식물인 황금을 구성하는 플라보노이드를 출발물질로 하여 진행되어왔다.18-20) 황금은 30종이상의 플라보노이드를 함유하며, 이 중 대표적인 활성 성분은baicalein, wogonin, oroxylin A와 baicalin (Fig. 2)이다.1,21)



Fig. 2. Structures of baicalein, wogonin, oroxylin A and baicalin

Baicalein, wogonin, oroxylin A와 baicalin은 치환기를 갖지 않는 B-ring이 결합된 독특한 구조를 갖는 플라본 화합물로서 서로 구조적으로 유사하다.22) Oroxylin A은 C5과 C7에 hydroxy group, 그리고 C6에 methoxy group을 갖는 mono-O-methylated flavone으로, baicalein 6-methyl ether라고도 불린다. 전술한 바와 같이 oroxylin A는 다양한 약리 효과를 갖지만, 주로 장(gut)에서 제2상 대사인 glucuronidation이 발생하며, 이러한 상피 초회 통과 대사로 인해 경구 투여에 대한 생체이용률이 매우 낮다.23)이러한 이유로 oroxylin A의 경구 투여에 대한 생체이용률을 높이고 생물학적 활성을 향상하기 위한 유도체화에 관한 연구도 진행되었다.24)

본 논문은 oroxylin A에 대한 고찰 논문으로서, oroxylin A의 다양한 효능 및 작용기작 그리고 합성법 및 관련 유도체에 관한 내용을 담고 있다. 이렇게 oroxylin A에 대한 종합적 고찰을 통해, 중요한 천연물 유래 화합물에 대한 인식을 제고하고, 나아가 신약 및 신기능 후보물질로서의 가능성을 살펴보고자 한다.

Oroxylin A의 효능 및 기작 (Biological activities and mechanisms of oroxylin A)

Oroxylin A는 항암, 항염증, 신경기능 향상 등 다양한 약리학적 효과를 갖는다. 그중에서도 oroxylin A의 강력한 항암효과는 여러 연구를 통해 입증되고 있으며, 최근에는 간암, 위암과 유방암에서 강력한 항암효과를 나타내는 것으로 알려졌다.7-11) Oroxylin A는 암세포의 apoptosis 유도7-9,11), 침윤 및 전이 저해25) 또는 혈관 신생 저해26) 등 다양한 기작을 통해 항암효과를 나타낸다. 암세포는 death signaling pathway 활성화에 결함을 가지므로 apoptosis가 쉽게 일어나지 않는다. 따라서 암세포의 apoptosis을 활성화하는 방법은 효율적인 암 치료법으로 이용될 수 있다.27) Apoptosis는 death receptor를 통한 외인성경로와 미토콘드리아를 통한 내인성경로를 통해 이루어지는데, 특히 내인성경로에서는 미토콘드리아 외막의 투과화(permeabilization)는 가장 결정적인 단계로 작용한다. 이로 인해 미토콘드리아로부터 세포질로 cytochrome c와 같은 apoptogenic 인자들의 방출이 촉진되어 세포 사멸 신호가 증폭되며 마침내 cell death가 수행된다.28) 이러한 미토콘드리아 막의 투과화는 B-cell lymphoma 2 (Bcl-2)를 포함하는 pro-apoptotic 단백질과 Bcl-2-associated X protein (Bax)을 포함하는 anti-apoptotic 단백질로 구성되는 Bcl-2 family에 의해 주로 조절된다.29) Apoptosis 과정 중에서 pro-apoptotic Bcl-2 family 단백질의 증가와 anti-apoptotic Bcl-2 family 단백질의 감소가 나타나며, 그 중 Bax/Bcl-2 비율은 apoptosis의 지표로 이용된다.30,31) 자궁경부암 세포주 HeLa와 대장암 세포주 HCT-116에서 oroxylin A를 투여했을 때 Bax/Bcl-2 비율이 증가하는 현상이 관찰되었고,7,8,11) 간암 세포주인 HepG2에서는 Bax 발현은 확연히 증가하지 않았으나 Bax가 활성화되어 미토콘드리아 외막으로 이동하여 oligomer를 이루며 pore를 형성하는 현상이 관찰되었다.9) 이를 통해 cytochrome c와 같은 성분이 방출되어 본격적으로 cell death가 수행됨을 의미한다.

Hu 그룹은 oroxylin A가 HCT-116 세포 내의 reactive oxygen species (ROS)를 일정 수준으로 증가시켜 약한 산화적 스트레스를 유발함으로써 전사인자 nuclear transcription factor erythroidrelated factor 2 (Nrf2)의 활성화를 유도하고, Nrf2의 하위 phase II 효소인 heme oxygenase-1 (HO-1)과 NADP(H):quinone oxidoreductase-1 (NQO-1)의 발현을 증가시켰다고 보고하였다.11) 이러한 효과를 통해 산화적 스트레스에 대응하고 암 억제유전자의 발현을 증가시키며 세포 증식을 저해한다고 알려져 있다.32) Chen 그룹은 oroxylin A가 항염증 효과를 나타낸다는 연구결과를 발표하였다. Oroxylin A를 처리한 대식세포 RAW264.7에서 lipopolysaccharide (LPS)에 의해 유도되는 산화질소 (NO) 생성이 확연히 저해되었으며, inducible nitric oxide synthase (iNOS)와 cyclooxygenase-2 (COX-2) 발현이 감소하였다고 보고하였다. 이러한 효과는 oroxylin A가 전사인자인 nuclear factor-κB (NF-κB)의 활성화를 저해함으로써 NF-κB가 iNOS와 COX-2 유전자 프로모터 부위에 결합하는 것을 방지하여 나타난다. 이러한 효과는 LPS-유도 NO 생성과 prostaglandin E2 (PGE2) 생성을 감소시키며 염증 발생을 저해하는데 중요한 영향을 미친다.12)

Oroxylin A가 갖는 신경보호 및 기억력 향상에 관한 연구도 꾸준히 이루어지고 있다. Jeon 그룹은 1차 배양된 쥐의 피질 신경세포(cultured rat primary cortical neuron), 해마 신경세포 및 성상교세포에 각각 oroxylin A를 처리하였을 때 brain-derived neurotrophic factor (BDNF) 수준이 증가하였다고 보고하였다.33) BDNF는 뉴로트로핀 (neurotrophin)으로 신경세포의 성장과 생존에 관여하고, 기억을 형성하고 형성된 기억을 장기 기억으로 전환하여 유지하는데 필수적이며 시냅스 가소성 강화에 주요한 역할을 한다고 알려져 있다.34) Oroxylin A에 의해 나타나는 BDNF의 증가는 부분적으로 oroxylin A가 나타내는 GABAA 수용체 길항효과로 인해 N-methyl-D-aspartic acid (NMDA)-extracellular signal-regulated kinases (ERK)-cAMP response element-binding protein (CREB) 경로가 활성화되거나 세포 내 칼슘농도 증가에 기인한 것이라 보고하였다.33) 또한 그들은 후속 연구에서 oroxylin A가 아데노신 수용체인 A2A를 활성화시켜 피질 뉴런에서의 BDNF 발현 증가를 유도한다고 보고하였다. 활성화된 A2A 수용체는 하위 신호전달 경로인 Akt-glycogen synthase kinase-3β(GSK3β)의 인산화를 유도하며, 이는 부분적으로 ERK1/2와 CREB의 인산화를 유도한다. 결과적으로, 앞서 언급한 바와 같이 이러한 신호전달 경로는 BDNF의 발현을 증가시키고 방출을 유도한다.35)

또한 oroxylin A는 신경질환과 관련하여 강한 항염효과를 갖는다고 보고되었다. Kim 그룹은 일과성 양측성 총경동맥 폐색(2VO: transient bilateral common carotid artery occlusion) 또는 amyloid β peptide fragment 25-35 (Aβ25-35)에 의해 기억력과 인지기능 손상을 유도한 쥐에 행동 실험을 수행하여 oroxylin A에 의해 기억력 및 인지기능이 효과적으로 개선되었다는 것을 확인하였다.14,15) 이러한 효과는 oroxylin A가 2VO 또는 Aβ25-35 처리에 의해 증가한 활성형 미세아교세포(microglia) 또는 성상교세포(astrocyte) 수준을 감소시키거나 iNOS의 발현을 감소시킴으로써 나타났다. 미세아교세포와 성상교세포는 뇌 손상에 반응하여 수준이 빠르게 증가하며, 이 세포들의 염증반응으로 인한 지속적인 신경손상이 유발된다. 특히나 미세아교세포는 신경세포손상을 유발하는 산화질소(NO)의 주요 공급원으로 작용한다.36) 따라서 oroxylin A 처리에 의해 활성 미세아교세포와 성상교세포 수가 감소하고 iNOS가 저해됨으로써 oroxylin A가 신경질환과 관련하여 강한 항염증 효과를 나타냄을 확인하였다.15) 특히나, Aβ25-35는 알츠하이머 환자의 뇌에서 특이적으로 관찰되는 노인성 신경반(senile plaque)을 구성하는 성분으로, oroxylin A는 부분적으로 항염증 효과를 나타내어 신경세포를 보호함으로써 알츠하이머병에서 나타나는 기억 상실 증상을 완화할 가능성을 갖고 있음을 확인하였다.14)

Oroxylin A의 활성연구와 더불어 oroxylin A의 낮은 독성과 선택성에 관한 연구도 병행되었다. Oroxylin A는 HepG2에 대하여 생존 저해 효과를 나타내었는데, oroxylin A 처리시 인간의 정상적인 간 세포주인 L02보다 wt-HepG2의 생존율이 확연히 감소함으로써 암세포에 대해 높은 선택적 생존 저해 효과를 나타내었다.10) HeLa 세포나 HCT-116 세포를 이종이식한 쥐에 oroxylin A를 투여하고 일정 시간이 경과 후 종양의 크기와 무게가 눈에 띄게 감소하였으나, 쥐의 체중에 큰 변화나 사망 사례는 나타나지 않았다.7,11) 또한 NOD/SCID 마우스에 oroxylin A 80 mg/kg과 imatinib 200 mg/kg을 병행하여 경구 투여하였을 때 체중이나 심장, 간과 신장에 어떠한 변화 없이 암세포 성장이 현저히 저해됨을 확인하였다.37)

요약하자면, oroxylin A는 다양한 생리 활성을 가지며 그중에서도 항암효과와 그 기작에 대한 연구가 많이 이루어진 상태이다. 다양한 암세포종에서 Bcl-2 family 단백질의 조절을 통해 apoptosis를 유도하였으며, 이때 이루어진 in vivo 실험에서 낮은 독성과 암세포에 대한 높은 선택성을 나타내었다. Oroxylin A의 항염증 효과에 관련해서는 NF-κB를 저해함으로써 iNOS와 COX-2의 발현을 저해하는 효과를 가졌다. 또한 oroxylin A는 여러 신호전달경로 활성화에 관여하여 신경영양인자인 BDNF 발현 증가를 유도하거나, 2VO 또는 Aβ25-35 처리로 기억 장애를 유도한 쥐에서 항염증 효과를 유도하여 뛰어난 신경보호 효과를 나타내었다. 전반적으로 oroxylin A는 위와 같은 다양한 약리 효과를 나타내며 상용량 범위에서 심한 독성이나 부작용을 나타내지 않음으로써 oroxylin A의 의약화학적 활용가치가 충분하다고 판단되었다.

Oroxylin A의 합성 및 관련 유도체화 (Syntheses and derivatization of oroxylin A)

Oroxylin A의 효능과 작용기작에 관한 많은 연구를 통해 그 효용성이 증명되면서 oroxylin A와 그 유도체들의 합성에 관한 관심도 증가되어 왔다. Oroxylin A의 합성에 관한 연구는 출발 물질 3,4,5-trimethoxyphenol로 찰콘 (chalcone)을 경유하는 전합성 방법16)과 출발물질로 플라본 화합물인 baicalein,17) wogonin18) 또는 baicalin19,20) 등을 이용하는 반합성 방법을 통해 이루어져 왔다. 구조적으로 oroxylin A는 baicalein과 6번의 methoxy기 차이를 가지며 wogonin과는 위치이성질체 관계를 갖는다. 일반적으로 실험실 수준의 플라보노이드 합성법에 관한 연구는 Allan-Robinson 반응,38) Baker-Venkataraman 자리 옮김 반응,39) 찰콘구조를 경유하는 반응40)과 분자내 Wittig 반응41)을 기반으로 이루어지는데, 이러한 방법을 oroxylin A 합성에 적용하였을 경우에는 여러 단계 반응을 거치면서 전체적인 수율이 낮아지는 문제점과 반응 재현성에 다소 문제점이 발견되기도 하였다.

이러한 이유로 Huang 그룹은 3,4,5-trimethoxyphenol을 출발물질로 찰콘을 경유하여 5,6,7-trimethoxy flavone을 합성한 후, 최종적으로 oroxylin A를 합성하는 방법 (Scheme 1)을 고안하였다. Trimethoxyphenol의 acylation을 통해 찰콘 화합물 1이 합성되며, 후속 반응으로 비금속산화제를 사용한 I2/dimethyl sulfoxide(DMSO) 조건에서 산화적 고리화를 통해 플라본 화합물 5,6,7-trimethoxy flavone 2가 합성되었다. 화합물 2의 methyl ether 결합 분해(demethylation)를 위해 HBr/AcOH (1:2) 조건에서 반응을 진행하여 oroxylin A를 합성하였다. 찰콘 화합물 1을 합성한 후에 이어지는 반응의 순서를 바꾸어 demethylation 후 고리화반응을 통한 경로에서도 oroxylin A를 합성하였다. 두 경로를 통한 반응 모두 출발물질 3,4,5-trimethoxyphenol로부터 3단계 반응과정을 거쳐 진행되었으며, 각각 69%와 38%의 수율로 oroxylin A (또는 실제 구조 negletein)을 합성하였다.16)



Fig. 4. Synthetic procedure, reagents and conditions of oroxylin A from trimethoxyphenol. i) cinnamoyl chloride, BF3·Et2O, 15min, 90% (for 1) ii) acetic acid, BF3·Et2O, 15 min; benzaldehyde, KOH, EtOH, 66% (for 1) iii) I2, DMSO, 2h, 87% (for 2) iv) 47% HBr, HOAc, 2h, 88% (for oroxylin A) v) 47% HBr, HOAc, 2h, 91% (for 3) vi) I2, DMSO, 46% (for oroxylin A).

그러나 Huang 그룹이 합성하였다고 주장한 oroxylin A의 1HNMR 분석값은 천연물 Scutellaria baicalensis로부터 추출하여 분리한 oroxylin A의 1H NMR 분석값과 다른 경향을 나타내었다. 천연물로부터 추출한 oroxylin A의 C3-H와 C8-H는 각각 6.63과 6.97 ppm42)으로 두 수소의 분석값이 0.3 ppm 정도의 뚜렷한 차이를 나타냈으며, negletein의 경우에는 각각 6.92와 6.96 ppm으로 매우 유사한 값을 나타내었다.43) Huang 그룹이 합성한 화합물은 각 수소의 분석값이 6.94와 6.98 ppm으로 나타났으며,16) Panhekar 그룹은 이 결과를 통해 Huang 그룹이 합성한 화합물이 oroxylin A가 아닌 negletein임을 시사하였다. 이를 좀 더 명확히 규명하기 위해 Panhekar 그룹은 5,6,7-trimethoxy flavone을 47% HBr/AcOH (1:2) 조건에서 반응시킨 화합물과 baicalein을 통해 합성한 oroxylin A의 분광학적 분석값을 비교하였고, 47% HBr 조건에서의 didemethylation을 통해서는 oroxylin A가 아닌 negletein이 합성된다는 연구결과를 밝혔다. 더욱 구체적으로는, 5,6,7-trimethoxy flavone을 oroxylin A로 전환하기 위해서는 5번과 7번 위치에서 선택적인 ether 결합 절단 (didemethylation)이 발생해야 하지만, 47% HBr/AcOH 조건에서는 5번과 6번 위치의 didemethylation만이 발생하였다.17) 이와 유사하게, Waghmode 그룹에서 5,6,7-trimethoxy flavone을 HBr 수용액 조건에서 demethylation 진행하였을 때 또한 동일한 결과를 나타내었다.44) Kostrzewa-Susłow 그룹이 미생물에 의해 Baicalin 또는 baicalein이 oroxylin A으로 전환되었다는 연구결과를 보고하였는데,22) 이 또한 negletein을 oroxylin A로 오인한 사례이다.

Panhekar 그룹은 Scutellaria baicalensis Georgi를 구성하는 다른 플라본 화합물인 baicalein으로부터 oroxylin A를 합성하는 방법(Scheme 2)을 고안하였다. Baicalein의 7번 위치 hydroxy기의 benzylation을 통해 화합물 4를 합성한 후, 6번 위치 hydroxy기의 methylation을 통해 화합물 5를 합성하였다. 마지막으로 7번 위치를 debenzylation하여 oroxylin A를 합성하였으며 전체과정에서 다소 낮은 수율을 나타내었다.17) 결과적으로 출발물질 baicalein으로부터 3단계 반응과정을 거쳐 8% 수율로 oroxylin A를 합성하게 되었다.



Fig. 5. Synthetic procedure, reagents and conditions of oroxylin A from baicalein. i) benzyl chloride, sodium iodide, sodium bicarbonate, acetone, reflux, 24h, 30% (for 4) ii) dimethyl sulfate, potassium carbonate, anhydrous acetone, reflux, 6h, 57% (for 5) iii) conc. HCl, acetic acid, 2h, 44% (for oroxylin A).

Varady는 치환된 wogonin을 염기 조건에서 isomerization하여 oroxylin A를 성공적으로 합성하였다(Scheme 3). Wogonin의 7번 hydroxy기를 benzylation하여 7-benzyl wogonin 6을 합성한 후 염기, 무수 조건에서 isomerization을 통해 7-benzyl oroxylin A 5를 합성하였다. 촉매 조건에서 debenzylation을 거쳐 최종적으로 oroxylin A를 합성하였으며 모든 과정은 정량적인 수율을 나타내었다.18) 결과적으로 출발물질 wogonin으로부터 3단계 반응과정을 거쳐 oroxylin A를 합성하게 되었다.



Fig. 6. Synthetic procedure, reagents and conditions of oroxylin A from wogonin. i) benzylation (for 6) ii) benzyl alcohol, potassium carbonate; dilute sulfuric acid, quantitative yield (for 5) iii) catalytic debenzylation (for oroxylin A) (results for specific reaction conditions and the yields were not provided).

Majeed 그룹은 baicalin을 이용하여 oroxylin A의 합성법(Scheme 4)을 고안하였다.19) Baicalin은 값이 저렴하여 다른 플라보노이드의 합성에 출발물질로 많이 이용되는 물질이다. Baicalin은 구조적으로 5번과 6번 위치에는 hydroxy기를 가지며 7번의 hydroxy기는 glucuronide 형태로 존재하여 천연적으로 보호기를 갖는다. 산촉매 조건에서 baicalin의 esterification을 진행하여 95% 수율로 baicalin methyl ester 화합물 7을 합성하였다. 다음으로 염기 조건에서 dimethyl sulfate 혹은 methyl iodide를 이용하여 6번 hydroxy기의 methylation을 통해 91% 수율로 oroxylin A glucuronide methyl ester (OAGME) 8을 합성하였다. 이때 5번과 6번의 hydroxy기 중 6번에서만 선택적으로 methylation이 발생하였는데, 이는 5번 hydroxy기와 4번의 carbonyl기의 분자내 수소결합을 형성하기 때문에 친핵성이 감소하여 6번에서 선택적으로 methylation이 발생하였다고 추측할 수 있다. 두 과정에서 모두 별도의 컬럼 크로마토그래피 분리 없이 간단한 work-up 과정을 통해 순도 높은 화합물을 합성하였다. 마지막 단계에서는 산조건에서 glucuronide 부분이 가수분해되어 최종적으로 oroxylin A를 합성하였다. 이러한 합성법은 여러 가지 장점이 있는데, 각 반응 단계가 온화한 조건에서 진행되었으며 전체적으로 높은 수율을 나타내었다. 결과적으로 출발물질 baicalin으로부터 3단계 반응과정을 거쳐 62% 수율로 oroxylin A를 합성하게 되었다.19)



Fig. 7. Synthetic procedure, reagents and conditions of oroxylin A from baicalin. i) conc. H2SO4, MeOH, THF, 80°C, 6h, 95% (for 7) ii) dimethyl sulfate, K2CO3, dimethylformamide, rt., overnight, 91% (for 8) iii) 4N HCl, water, 100°C, 3h, 72% (for oroxylin A).

Fig. 3에 나타나 있는 것처럼 oroxylin A의 유도체화와 그에 따른 활성연구도 진행되었다. Oroxylum indicum을 구성하는 또 다른 성분인 OAGME (8)는 뛰어난 항궤양 효과와 α-glucosidase 저해 효과를 나타낸다는 연구결과가 보고되었다.45) 또한 아스피린 또는 에탄올에 의해 유발되는 위궤양에 대한 OAGME의 보호 효과가 기존에 존재하는 약물인 ranitidine과 omeprazole보다 뛰어나다는 연구결과가 있다.46,47) Oroxylin A는 주로 7번 위치 hydroxy group의 glucuronidation이 발생하며 초회 통과 효과가 나타나 경구 생체이용률이 매우 낮다.23) 이에 따라 Fu 그룹은 oroxylin A의 7번 위치 hydroxy group에 길이가 다른 alkyl chain이 연결된 질소 함유 소수성 알킬/헤테로고리 작용기를 도입함으로써 유도체 9-11을 얻고, 이로써 glucuronidation 대사를 방지하여 oroxylin A의 경구 생체이용률을 향상하고자 하였다. 합성한 oroxylin A 유도체들을 3종류의 암세포종 HepG2, HCT-116과 BCG-823에 투여하여 세포 증식 억제 효과를 확인하였다. Oroxylin A와 N,N-diethylamino, pyrrolyl 또는 piperidyl group이 4개 탄소 사슬을 통해 연결된 화합물 11a-11c에서 아주 높은 암세포 증식 저해 효과를 나타냈는데, IC50=1.42-9.52 μM로 oroxylin A의 값 (IC50=22.7-33.9 μM)보다 약 5-20배 더 높은 활성을 나타내었다. 세 화합물 중 높은 활성을 나타냈던 화합물 11c는 HepG2에서 necrosis를 유발하거나 apoptosis와 necrosis 모두를 유발하여 세포 증식 저해 효과를 나타내었다.24)



Fig. 3. Derivatives of oroxylin A (8-13).

그 외에도 B-ring에 작용기를 도입한 유도체화와 그에 따른 활성연구들이 보고되었다. Oroxylin A의 유도체 12a-12c와 12e는 iNOS에 의한 NO 생성을 확연히 저해한다는 연구결과가 보고되었다. 미세아교세포 BV-2에 LPS와 oroxylin A 유도체 12a-12h를 처리하여 유도체에 따른 iNOS 유도 NO 생성 변화를 관찰한 결과, 화합물 12a-12c와 12e의 경우 저해활성(40-46% inhibition)은 oroxylin A의 저해활성(26% inhibition) 보다 높게 나타났다. 이렇듯 염증반응의 주요 매개체인 NO 생성을 저해함으로써 oroxylin A 유도체의 항염증성 약물로서의 가능성을 기대할 수 있다.48) Oroxylin A 구조의 B-ring에 변화를 준 또 다른 유도체인 5,7-dihydroxy-6-methoxy-2(4-phenoxyphenyl)-4H-chromene-4-one (DMPC) (13)은 스코폴아민이나 MK-801 처리로 기억장애와 감각운동 관문 조절 결손(sensorimotor gating deficit)이 유도된 조현병 모델 쥐에서 그 증상을 확연히 개선하였다. 또한 DMPC는 in vitro 실험에서 GABAA의 선택적 효능제인 muscimol에 의해 유도된 세포내 Cl- 유입을 차단하는 효과를 나타내었는데, 이러한 결과는 DMPC가 부분적으로 GABA성 신경전달 경로를 차단함으로써 조현병 치료제로서의 가능성이 있음을 시사하였다.49)

종합적으로 oroxylin A의 합성법에 관해 정리하자면, 먼저 trimethoxyphenol을 출발물질로 찰콘 구조를 경유하는 방법이 고안되었는데, 이후 이는 위치 이성질체인 negletein으로 밝혀졌다. 이후 수행된 연구에서는 황금을 구성하는 플라보노이드인 bacalein, wogonin과 baicalin을 이용한 합성법이 고안되었다. Oroxylin A의 유도체화와 구조변화에 따른 활성연구도 병행되었으며, 일부 유도체들은 oroxylin A가 갖는 활성보다 뛰어난 활성을 나타내거나 다른 기작을 통해 약리학적 효과를 나타내기도 하였다. Oroxylin A의 합성법에 관한 연구가 많이 진행되지 않은 실정이며, 정립된 합성법들조차도 많은 합성 단계, 가혹 조건, 낮은 수율, 값비싼 출발물질 등과 같은 문제를 갖는다. 따라서, 이러한 한계점을 극복하고 수율을 향상할 수 있는 효율적인 합성법 개발이 추가로 보완되어야 할 것이다.

결 론(Conclusion)

본 고찰은 약용식물인 황금(Scutellaria baicalensis)이나 인도 전통 약초 Oroxylum indicum와 같은 약용식물의 주성분 중 하나로 알려진 oroxylin A에 관해 효능, 구조, 그리고 합성법을 중심으로 종합적 측면을 기술하고 있다. 먼저, oroxylin A는 구조적으로는 free B-ring을 갖는 플라본 화합물이며, 황금을 구성하는 대표적인 활성 성분인 baicalein, wogonin 및 baicalin과 유사한 구조를 갖는다. Oroxylin A는 다양한 생리 활성을 가지며 그 중에서도 항암효과와 그 기작에 관한 연구가 많이 이루어진 상태이다. 다양한 암세포종에서 Bcl-2 family 단백질의 조절을 통해 apoptosis를 유도하였으며, 이때 in vivoin vitro 실험에서 낮은 독성과 암세포에 대한 높은 선택성을 나타내었다. Oroxylin A의 항염증 효과와 관련해서는 NF-κB를 저해함으로써 iNOS와 COX-2의 발현을 저해하는 과정을 바탕으로 그 효과를 나타내었다. 또한, oroxylin A는 뛰어난 신경보호 효과를 가졌는데, 이는 신경영양인자인 BDNF의 증가 또는 oroxylin A의 GABAA 수용체 길항효과에 기인한 것으로 보고되었다. Oroxylin A의 합성법에 관해서는 플라본 골격을 갖지 않는 trimethoxyphenol을 출발물질로 찰콘 구조를 경유하는 방법이 고안되었으나, 이후 이화합물은 oroxylin A의 위치 이성질체인 negletein으로 밝혀졌다. 이후 수행된 연구에서는 황금을 구성하는 플라본 화합물인 bacalein, wogonin 또는 baicalin을 이용한 합성법이 고안되었다. Oroxylin A의 유도체화와 구조변화에 따른 활성연구 또한 이루어졌다. Oroxylin A의 7번 hydroxy group에 길이가 다른 탄소사슬을 통해 질소 함유 알킬/헤테로고리를 도입하거나 B-ring에 다양한 유도체를 도입하였는데, 이들의 일부는 oroxylin A보다 더 높은 활성을 나타내었다. 이처럼 oroxylin A는 다양한 의약적 효능들을 가지고 있으므로, 이에 관한 작용기작과 합성 방법에 관한 계속적 연구의 필요성을 강조하고자 한다.

감사의 말씀(Acknowledgment)

본 연구는 덕성여자대학교 2020년도 교내연구비 지원에 의하여 수행되었다.

Conflict of Interest

모든 저자는 이해 상충을 가지고 있지 않음을 선언한다.

References
  1. Li H, Jiang Y, Chen F (2004) Separation methods used for Scutellaria baicalensis active components. J Chromatogr B 812: 277-290.
    CrossRef
  2. Li H, Chen F (2005) Isolation and purification of baicalein, wogonin and oroxylin A from the medicinal plant Scutellaria baicalensis by high-speed counter-current chromatography. J Chromatogr A 1074: 107-110.
    Pubmed CrossRef
  3. Deka DC, Kumar V, Prasad C, Kumar K, Gogoi BJ, Singh L, Srivastava RB (2013) Oroxylum indicum- a medicinal plant of north east india: an overview of its nutritional, remedial, and prophylactic properties. J Appl Pharm Sci 3 (Suppl 1): S104-S112.
  4. Louis S (1890) Year-book of pharmacy. British pharmaceutical conference at the 27th annual meeting, London.
  5. Naylor WAH, Dyer CS (1901) Oroxylin. J Chem Soc, Trans 79: 954-956.
    CrossRef
  6. Shah RC, Mehta CR, Wheeler TS (1936) The constitution of oroxylin-A, a yellow colouring matter from the root-bark of Oroxylum indicum, vent. J Chem Soc 591-593.
    CrossRef
  7. Li H, Nie F, Liu W, Dai Q, Lu N, Qi Q, Li Z, You Q, Guo Q (2009) Apoptosis induction of oroxylin A in human cervical cancer HeLa cell line in vitro and in vivo. Toxicology 257: 80-85.
    Pubmed CrossRef
  8. Hu Y, Yang Y, You Q, Liu W, Gu H, Zhao L, Zhang K, Wang W, Wang X, Guo Q (2006) Oroxylin A induced apoptosis of human hepatocellular carcinoma cell line HepG2 was involved in its antitumor activity. Biochem Biophys Res Commun 351: 521-527.
    Pubmed CrossRef
  9. Liu W, Mu R, Nie F, Yang Y, Wang J, Dai Q, Lu N, Qi Q, Rong J, Hu R, Wang X, You Q, Guo Q (2009) MAC related mitochondrial pathway in oroxylin A induces apoptosis in human hepatocellular carcinoma HepG2 cells. Cancer Lett 284: 198-207.
    Pubmed CrossRef
  10. Mu R, Qi Q, Gu H, Wang J, Yang Y, Rong J, Liu W, Lu N, You Q, Guo Q (2009) Involvement of p53 in oroxylin A-induced apoptosis in cancer cells. Mol Carcinog 48: 1159-1169.
    Pubmed CrossRef
  11. Hu R, Chen N, Yao J, Zhao Q, Zhang F, Li Z, You Q, Guo Q (2012) The role of Nrf2 and apoptotic signaling pathways in oroxylin A-mediated responses in HCT-116 colorectal adenocarcinoma cells and xenograft tumors. Anti-cancer Drugs 23: 651-658.
    Pubmed CrossRef
  12. Chen Y, Yang L, Lee TJ (2000) Oroxylin A inhibition of lipopolysaccharide-induced iNOS and COX-2 gene expression via suppression of nuclear factor-κB activation. Biochem Pharmacol 59: 1445-1457.
    CrossRef
  13. Huang W, Lee A, Yang C (2006) Antioxidative and antiinflammatory activities of polyhydroxyflavonoids of Scutellaria baicalensis GEORGI. Biosci Biotechnol Biochem 70: 2371-2380.
    Pubmed CrossRef
  14. Kim DH, Kim S, Jeon SJ, Son KH, Lee S, Yoon BH, Cheong JH, Ko KH, Ryu JH (2008) The effects of acute and repeated oroxylin A treatments on Aβ25-35-induced memory impairment in mice. Neuropharmacology 55: 639-647.
    Pubmed CrossRef
  15. Kim DH, Jeon SJ, Son KH, Jung JW, Lee S, Yoon BH, Choi JW, Cheong JH, Ko KH, Ryu JH (2006) Effect of the flavonoid, oroxylin A, on transient cerebral hypoperfusion-induced memory impairment in mice. Pharmacol Biochem Behav 85: 658-668.
    Pubmed CrossRef
  16. Huang W, Chien P, Yang C, Lee A (2003) Novel synthesis of flavonoids of Scutellaria baicalensis GEORGI. Chem Pharm Bull 51: 339-340.
    Pubmed CrossRef
  17. Panhekar D, Mahale GD, Renalson KS, Satpute S (2015) Resolving structural ambiguity of oroxylin synthesized by different approaches. J Chem Pharm Res 7: 174-180.
  18. Várady J (1965) Ring isomerization of flavones. New synthesis of oroxylin-A and 7-methyl-oroxylin-A. Tetrahedron Lett 6: 4281-4282.
    CrossRef
  19. Majeed M, Nagabhushanam K, Ramanujam R, Hemantha HP(2020) Process for synthesis of oroxylin A. WO 2020032913A1.
  20. Hemantha HP, Ramanujam R, Majeed M, Nagabhushanam K (2019) An unambiguous and practical synthesis of oroxylin A: a commonly misidentified flavone. Nat Prod Res 35: 1413-1420.
    Pubmed CrossRef
  21. Kim YH, Jeong DW, Paek IB, Ji HY, Kim Y, Sohn DH, Lee HS (2006) Liquid chromatography with tandem mass spectrometry for the simultaneous determination of baicalein, baicalin, oroxylin A and wogonin in rat plasma. J Chromatogr B 844: 261-267.
    Pubmed CrossRef
  22. Kostrzewa-Susłow E, Dmochowska-Gładysz J, Oszmianski J (2007) Microbial transformation of baicalin and baicalein. J Mol Catal B Enzym 49: 113-117.
    CrossRef
  23. Tukey RH, Strassburg CP (2000) Human UDP-glucuronosyltransferases: metabolism, expression, and disease. Annu Rev Pharmacol Toxicol 40: 581-616.
    Pubmed CrossRef
  24. Fu W, Wang J, Yu L, Zhao L, Lu N, You Q, Guo Q, Li Z (2012) Synthesis and biological evaluation of 7-O-modified oroxylin A derivatives. Bioorg Med Chem Lett 22: 1118-1121.
    Pubmed CrossRef
  25. Cheng Y, Zhao K, Li G, Yao J, Dai Q, Hui H, Li Z, Guo Q, Lu N (2014) Oroxylin A inhibits hypoxia-induced invasion and migration of MCF-7 cells by suppressing the Notch pathway. Anti-cancer drugs 25: 778-789.
    Pubmed CrossRef
  26. Gao Y, Lu N, Ling Y, Chen Y, Wang L, Zhao Q, Qi Q, Liu W, Zhang H, You Q, Guo Q (2010) Oroxylin A inhibits angiogenesis through blocking vascular endothelial growth factor-induced KDR/Flk-1 phosphorylation. J Cancer Res Clin Oncol 136: 667-675.
    Pubmed CrossRef
  27. Evan GI, Vousden KH (2001) Proliferation, cell cycle and apoptosis in cancer. Nature 411: 342-348.
    Pubmed CrossRef
  28. Kinnally KW, Antonsson B (2007) A tale of two mitochondrial channels, MAC and PTP, in apoptosis. Apoptosis 12: 857-868.
    Pubmed CrossRef
  29. Dejean LM, Martinez-Caballero S, Guo L, Hughes C, Teijido O, Ducret T, Ichas F, Korsmeyer SJ, Antonsson B, Jonas EA, Kinnally KW (2005) Oligomeric bax is a component of the putative cytochrome c release channel MAC, mitochondrial apoptosis-induced channel. Mol Biol Cell 16: 2424-2432.
    Pubmed KoreaMed CrossRef
  30. Kluck RM, Bossy-Wetzel E, Green DR, Newmeyer DD (1997) The release of cytochrome c from mitochondria: a primary site for Bcl-2 regulation of apoptosis. Science 275: 1132-1136.
    Pubmed CrossRef
  31. Yang J, Liu X, Bhalla K, Kim CN, Ibrado AM, Cai J, Peng TI, Jones DP, Wang X (1997) Prevention of apoptosis by Bcl-2: release of cytochrome c from mitochondria blocked. Science 275: 1129-1132.
    Pubmed CrossRef
  32. Hu R, Kong AT (2004) Activation of MAP kinases, apoptosis and nutrigenomics of gene expression elicited by dietary cancerprevention compounds. Nutrition 20: 83-88.
    Pubmed CrossRef
  33. Jeon SJ, Rhee SY, Seo JE, Bak HR, Lee SH, Ryu JH, Cheong JH, Shin CY, Kim G, Lee YS, Ko KH (2011) Oroxylin A increases BDNF production by activation of MAPK-CREB pathway in rat primary cortical neuronal culture. Neurosci Res 69: 214-222.
    Pubmed CrossRef
  34. Bekinschtein P, Cammarota M, Katche C, Slipczuk L, Rossato JI, Goldin A, Izquierdo I, Medina JH (2008) BDNF is essential to promote persistence of long-term memory storage. Proc Natl Acad Sci USA 105: 2711-2716.
    Pubmed KoreaMed CrossRef
  35. Jeon SJ, Bak H, Seo J, Han SM, Lee SH, Han S, Kwon KJ, Ryu JH, Cheong JH, Ko KH, Yang S, Choi JW, Park SH, Shin CY (2012) Oroxylin A induces BDNF expression on cortical neurons through adenosine A2A receptor stimulation: a possible role in neuroprotection. Biomol Ther 20: 27-35.
    Pubmed KoreaMed CrossRef
  36. Chao CC, Hu S, Molitor TW, Shaskan EG, Peterson PK (1992) Activated microglia mediate neuronal cell injury via a nitric oxide mechanism. J Immunol 149: 2736-2741.
  37. Li X, Miao H, Zhang Y, Li W, Li Z, Zhou Y, Zhao L, Guo Q (2015) Bone marrow microenvironment confers imatinib resistance to chronic myelogenous leukemia and oroxylin A reverses the resistance by suppressing Stat3 pathway. Arch Toxicol 89: 121-136.
    Pubmed CrossRef
  38. Allan J, Robinson R (1924) An accessible derivative of chromonol. J Chem Soc Trans 125: 2192-2195.
    CrossRef
  39. Mahal HS, Venkataraman K (1933) A synthesis of flavones at room temperature. Curr Sci 2: 214-215.
  40. Iinuma M, Iwashima K, Matsuura S (1984) Synthetic studies on flavone derivatives. XIV. Synthesis of 2',4',5'-trioxygenated flavones. Chem Pharm Bull 32: 4935-4941.
    CrossRef
  41. Hercouet A, Le Corre M, Le Floc'h Y (1982) A simple synthesis of chromones. Synthesis 1982: 597-598.
    CrossRef
  42. Kim DH, Jeon SJ, Son KH, Jung JW, Lee S, Yoon BH, Lee J, Cho Y, Cheong JH, Ko KH, Ryu JH (2007) The ameliorating effect of oroxylin A on scopolamine-induced memory impairment in mice. Neurobiol Learn Mem 87: 536-546.
    Pubmed CrossRef
  43. He G, Gao Y, Li C, Wu G, Li Y, Dong L, Huang C, Chen H (2016) A convenient and efficient approach to synthesize negletein from baicalin. Tetrahedron Lett 57: 2001-2005.
    CrossRef
  44. Waghmode SB, Mahale G, Patil VP, Renalson K, Singh D (2013) Efficient method for demethylation of aryl methyl ether using Aliquat-336. Synth Commun 43: 3272-3280.
    CrossRef
  45. Rao JM, Katragadda SB, Tiwari AK, Tatipaka HB, Pullela, VS, Suryadevara PK, Sastry BS, Ali AZ, Yadav JS (2007) Intestinal alpha-glucosidase inhibitors and a process for the isolation and use thereof. WO2007096739.
  46. Rao JM, Katragadda SB, Tatipaka HB, Khanapur M, Purohit MG, Pullela VS, Yadav JS (2010) Method for treatment of gastric ulcers and ulcers induced by aspirin. US7855200B2.
  47. Rao JM, Katragadda SB, Tatipaka HB, Khanapur M, Purohit M., Pullela VS, Yadav JS (2007) Natural agent for treatment of gastrointestinal toxicity, associated symptoms and ulcers. US20070213281A1.
  48. Pham TN, Che H, Phan PT, Lee J, Kim S, Park H (2012) Oroxylin A analogs exhibited strong inhibitory activities against iNOS-mediated nitric oxide (NO) production. Bioorg Med Chem Lett 22: 2534-2535.
    Pubmed CrossRef
  49. Liu X, Hong SI, Park SJ, Peña JB, Che H, Yoon SY, Kim DH, Kim JM, Cai M, Risbrough V, Geyer MA, Shin CY, Cheong JH, Park H, Lew JH, Ryu JH (2013) The ameliorating effects of 5,7-dihydroxy-6-methoxy-2(4-phenoxyphenyl)-4H-chromene-4-one, an oroxylin A derivative, against memory impairment and sensorimotor gating deficit in mice. Arch Pharm Res 36: 854-863.
    Pubmed CrossRef


December 2021, 65 (6)
Full Text(PDF) Free

Social Network Service
Services

Cited By Articles
  • CrossRef (0)

Funding Information