产品名称: 独脚金内酯
英文名: Strigolactone
中文别名:
英文别名: GR24;rac-GR24;rac-strigolactone;Strigolactone GR24
Cas 号: 76974-79-3
产品编码:BP5236
分子式: C17H14O5
分子量: 298.294
来源:
化合物类型:
纯度: 95%~99%
分析方法: HPLC-DAD or/and HPLC-ELSD
鉴定方法: 质谱（Mass）, 核磁（NMR）
包装: 棕色小玻璃瓶，按客户需求包装。
存储: 贮存在避光密闭容器中，冷藏或者冷冻长期保存。
样品溶液最好临用新配。如果需要提前配制的话，最好分成独立包装冷冻保存（-20℃以下），临用前再取出解冻，通常可以保存2周。
可以满足克级以上大量需求，详情请咨询。
提供相关图谱和分析方法指导，可以提供包括色谱柱，标准品和分析方法在内的含量测定整体服务包，价格优惠。
独脚金内酯的HPLC图谱
储存条件：短期保存 2~8℃，长期保存 -20 ~ -80℃
61.83
2.56
2.56
0.07
4.27
21.82
高
80.87
4.08
是
是
是
否
无
无
0.3
否
是
是
是
天然产物作为药物发现和化学生物学研究的宝贵源泉，长期以来为人类健康与农业发展提供了关键的先导化合物。在众多结构新颖、功能独特的天然产物中，独脚金内酯（Strigolactones, SLs）因其在植物生物学中的双重角色——作为植物激素调控生长发育以及作为根际信号分子介导与共生微生物及寄生植物的互作——而备受瞩目。自1966年首次从棉花根分泌物中分离鉴定出独脚金醇（Strigol）以来，对这一类倍半萜类化合物的研究已从最初的植物寄生调控领域，拓展至植物分枝、根系构型、菌根共生、逆境响应等多个核心生物学过程。近年来，随着对其生物合成、感知及信号转导机制的深入解析，独脚金内酯及其合成类似物，尤其是GR24（包括其外消旋体及光学纯对映体），已成为研究植物发育生物学、化学生态学以及开发新型植物生长调节剂和抗寄生杂草策略的重要工具分子。
本文聚焦于合成独脚金内酯的代表性化合物——(+)-GR24（CAS号：76974-79-3）。作为天然独脚金内酯的稳定、高效合成类似物，(+)-GR24不仅是研究SLs生物学功能的“金标准”化合物，其独特的化学结构和明确的立体化学构型也为理解SLs与其受体蛋白（如D14、KAI2）之间的分子识别机制提供了理想的模型。本文将系统综述(+)-GR24的化学结构与理化性质、植物来源与合成策略、广泛的药理活性（尤其是植物激素活性）、精细的作用机制与分子靶点、成药性评价与药代动力学特征，并展望其在农业、化学生物学及潜在医学领域的应用前景，旨在为相关领域的研究者提供一个全面、深入的专业参考。
(+)-GR24的化学名称为(3E)-3-{[(4-甲基-5-氧代-2,5-二氢呋喃-2-基)氧基]亚甲基}-3,3a,4,8b-四氢-2H-茚并[1,2-b]呋喃-2-酮，其分子式为C₁₇H₁₄O₅，分子量为298.2940。从结构上看，(+)-GR24属于典型的独脚金内酯类化合物，其核心骨架由两个关键部分构成：一个三环内酯（ABC环）和一个通过烯醇醚键连接的丁烯羟酸内酯（D环）。具体而言，ABC环为一个茚并[1,2-b]呋喃-2-酮体系，其中A环为苯环，B环为二氢呋喃环，C环为环戊烷环，三者稠合形成一个刚性的、具有多个手性中心的平面结构。D环则是一个4-甲基-5-氧代-2,5-二氢呋喃-2-基基团，通过一个亚甲基（=CH-）与ABC环的C-3位相连，形成关键的烯醇醚桥。这种ABC-D环的独特连接方式是所有活性独脚金内酯共有的结构特征，对于其生物活性至关重要。
(+)-GR24的立体化学构型是其生物活性的决定性因素之一。该化合物在茚并呋喃酮部分具有(3E,3aR,8bS)构型，即C-3a和C-8b位上的氢原子处于顺式构型，且C-3位上的双键为E构型。同时，D环上的手性中心（与氧原子相连的碳原子）为R构型。值得注意的是，(+)-GR24是(-)-GR24的对映体。尽管两者互为镜像，但它们在生物活性上表现出显著差异。研究表明，(+)-GR24是D14受体的强效激动剂，而(-)-GR24则更倾向于激活KAI2受体，这种对映体选择性的差异为研究不同SLs信号通路的功能分化提供了精确的化学探针。
在理化性质方面，(+)-GR24表现出中等程度的亲脂性。其计算得到的LogP值为2.5624，表明其在水相和有机相之间具有较好的分配平衡，这有利于其跨膜转运和在植物体内的长距离运输。其拓扑极性表面积（TPSA）为61.8300 Ų，这一数值符合小分子激素类化合物的典型特征，表明其具有一定的极性，能够与受体蛋白的极性氨基酸残基形成氢键等相互作用。然而，(+)-GR24的水溶性较低，仅为0.0703 mg/mL，这与其非极性的ABC环骨架有关。在实际应用中，通常需要将其溶解于二甲基亚砜（DMSO）或丙酮等有机溶剂中配制成母液，再稀释至工作浓度。此外，其血脑屏障（BBB）穿透性预测为“高”，提示该化合物可能具有进入中枢神经系统的潜力，尽管目前其在动物体内的研究尚不深入。hERG抑制预测为“否”，Ames试验预测结果为0.3（通常认为小于0.5为阴性），表明其在心脏毒性和遗传毒性方面的风险较低，为其潜在的医学应用提供了初步的安全性依据。
独脚金内酯最初是从植物根分泌物中发现的。1966年，Cook等人首次从棉花（Gossypium hirsutum）根分泌物中分离出独脚金醇，并发现其能强烈刺激寄生植物独脚金（Striga spp.）种子的萌发。此后，一系列结构类似的天然独脚金内酯陆续从多种植物中被鉴定出来，包括列当醇（Orobanchol）、高粱内酯（Sorgolactone）、5-脱氧独脚金醇（5-Deoxystrigol）等。这些天然SLs在植物体内含量极低（通常在皮摩尔至纳摩尔水平），且化学性质不稳定，极易水解，这给其大规模提取、纯化和应用带来了巨大挑战。因此，化学合成成为获得足量、稳定、高纯度SLs化合物的主要途径。
(+)-GR24正是为解决天然SLs的局限性而设计并合成的代表性类似物。其合成策略通常基于经典的“ABC + D”环偶联路线。首先，通过多步有机合成构建具有特定立体化学的ABC三环内酯骨架。这一步骤通常涉及环化、还原、氧化等反应，并需要严格控制手性中心的构型。随后，将预先合成的D环前体（如4-甲基-5-氧代-2,5-二氢呋喃-2-基衍生物）通过烯醇醚化反应与ABC环的C-3位醛基或酮基连接，形成关键的烯醇醚桥。最后，通过色谱分离技术（如硅胶柱层析、高效液相色谱HPLC）对反应产物进行纯化，得到光学纯的(+)-GR24对映体。由于合成过程中可能产生非对映异构体，因此手性拆分或不对称合成技术是获得高光学纯度(+)-GR24的关键。
尽管(+)-GR24是合成产物，但其结构设计灵感来源于天然SLs，并保留了其核心活性基团。与天然SLs相比，(+)-GR24具有显著优势：化学稳定性更高，不易在环境中快速降解；合成路线相对成熟，可实现克级甚至更大规模的生产；通过立体选择性合成，可以获得单一构型的对映体，避免了外消旋体带来的活性混杂问题。因此，(+)-GR24已成为全球范围内研究SLs生物学功能的“标准品”和“工具药”。在实验室研究中，(+)-GR24通常以固体形式保存，使用前用DMSO或丙酮溶解，配制成母液（如10 mM或100 mM），并在-20°C或-80°C下避光保存，以维持其活性。
(+)-GR24的药理活性研究主要集中在其作为植物激素和信号分子的功能上，其核心活性体现在以下几个方面：
抑制植物分枝（Shoot Branching Inhibition）：这是独脚金内酯作为植物激素最经典的功能之一。研究表明，外源施加(+)-GR24能够显著抑制拟南芥、水稻、豌豆等多种植物的侧枝（分蘖）生长。在拟南芥中，100 nM至1 μM的(+)-GR24即可有效抑制腋芽的萌发和伸长。这一活性依赖于其受体D14和下游信号组分MAX2、D3等。对于独脚金内酯合成或信号通路缺陷的突变体（如max3, max4, d14, max2），(+)-GR24的抑制分枝作用显著减弱或消失，证实了其作用的特异性。
促进种子萌发（Seed Germination Stimulation）：(+)-GR24对寄生植物（如独脚金属、列当属）种子的萌发具有极强的诱导活性。这些寄生杂草的种子在土壤中可休眠数十年，只有在感知到宿主植物根系分泌的SLs后才会萌发。(+)-GR24作为SLs的模拟物，在极低浓度（纳摩尔至皮摩尔级）下即可有效诱导其萌发。这一特性使其成为研究寄生植物种子萌发机制的关键工具，并催生了“自杀性萌发”策略——即在无宿主作物时，通过施加SLs类似物诱导寄生种子萌发，使其因无法寄生而死亡，从而控制杂草危害。
调控根系构型（Root Architecture Modulation）：(+)-GR24对植物根系发育具有多效性影响。它能够促进主根伸长，同时抑制侧根和不定根的形成。此外，(+)-GR24还能促进根毛的伸长和密度增加。这些效应有助于植物在营养匮乏（尤其是磷缺乏）条件下优化根系结构，提高对水分和矿质元素的吸收效率。研究表明，(+)-GR24对根系构型的调控同样依赖于D14-MAX2信号通路。
促进丛枝菌根真菌（Arbuscular Mycorrhizal Fungi, AMF）共生：在自然生态系统中，SLs是植物根系分泌的“求救信号”，能够吸引AMF菌丝向根际生长，并促进其与植物根系建立共生关系。(+)-GR24能够模拟天然SLs的这一功能，在体外实验中显著促进AMF（如Glomus spp.）菌丝的分枝和生长。这一活性对于理解植物-微生物互作的化学语言以及开发促进作物菌根共生的生物刺激素具有重要意义。
参与逆境响应（Stress Response）：近年来的研究揭示，(+)-GR24还参与植物对多种非生物胁迫（如干旱、高盐、高温、重金属胁迫）的响应。例如，外源施加(+)-GR24能够提高拟南芥和水稻的耐旱性和耐盐性，其机制可能与促进气孔关闭、增强抗氧化酶活性、调节渗透调节物质积累等有关。这些发现拓展了SLs的功能范畴，暗示其可能作为新型抗逆调节剂在农业中应用。
值得注意的是，(+)-GR24的活性具有显著的浓度依赖性和对映体选择性。通常，在1 nM至10 μM的浓度范围内，其活性随浓度升高而增强，但过高浓度（>50 μM）可能产生毒性或非特异性效应。在活性比较中，(+)-GR24在抑制分枝和促进AMF共生方面通常比其外消旋体（rac-GR24）或(-)-GR24更强，这与其对D14受体的高亲和力一致。
(+)-GR24的生物学功能是通过一个高度保守且精细的信号转导网络实现的。该网络的核心组分包括受体蛋白、F-box蛋白、转录抑制因子以及下游转录因子。目前，公认的SLs信号通路模型如下：
受体感知：(+)-GR24的初始感知依赖于α/β水解酶超家族成员——D14（DWARF14）蛋白。D14是一个具有水解酶活性的受体，其活性中心包含一个经典的Ser-His-Asp催化三联体。(+)-GR24进入D14的疏水结合口袋后，其关键的D环被催化三联体中的丝氨酸残基（Ser）亲核攻击，导致D环与ABC环之间的烯醇醚键水解断裂。这一水解过程释放出ABC环部分，而D环则共价连接到D14的Ser残基上，形成一个稳定的、被修饰的D14中间体（D14-D环复合物）。这一水解-共价修饰过程是SLs信号转导的起始步骤，也是区分SLs与其他激素信号的关键特征。
形成信号复合体：被D环修饰后的D14蛋白发生构象变化，暴露出与F-box蛋白MAX2（MORE AXILLARY GROWTH 2，在拟南芥中；在水稻中为D3）相互作用的界面。MAX2是SCF（SKP1-Cullin-F-box）泛素连接酶复合体的核心组分，负责招募底物蛋白进行泛素化降解。D14-D环复合物与MAX2以及辅助蛋白（如D3）结合，形成SCF^(MAX2)-D14-D环信号复合体。这一复合体的形成是信号传递的关键步骤。
降解转录抑制因子：SCF^(MAX2)-D14-D环复合体的主要功能是识别并泛素化一类名为SMXL（SMAX1-LIKE）的转录抑制因子（在拟南芥中主要为SMXL6、SMXL7、SMXL8；在水稻中为D53）。SMXL蛋白是SLs信号通路的负调控因子，它们通过与转录因子（如BRC1）结合，抑制下游响应基因的表达。当SMXL蛋白被SCF^(MAX2)复合体泛素化后，随即被26S蛋白酶体降解。SMXL蛋白的降解解除了对下游转录因子的抑制，从而激活一系列SLs响应基因的表达，最终导致抑制分枝、促进AMF共生等生物学效应。
对映体选择性与KAI2受体：除了D14，植物中还存在着一个旁系同源受体——KAI2（KARRIKIN INSENSITIVE 2）。KAI2最初被鉴定为感知烟类化合物（Karrikins）的受体，但后续研究发现它也能与某些SLs类似物（尤其是(-)-GR24）结合并激活信号通路。KAI2信号通路与D14通路类似，也依赖MAX2和SMXL蛋白（主要是SMXL2），但其调控的生物学过程有所不同，主要涉及种子萌发、幼苗光形态建成和根系发育。(+)-GR24对D14具有高选择性，而(-)-GR24则更倾向于激活KAI2。这种对映体选择性为研究这两条平行但功能分化的信号通路提供了宝贵的化学工具。
综上所述，(+)-GR24通过“水解-共价修饰-泛素化降解”这一独特的分子机制，将细胞外的化学信号转化为细胞内蛋白降解事件，从而实现对植物生长发育和逆境响应的精准调控。其作用的分子靶点网络清晰，核心组分包括D14、MAX2、D3和SMXL7等，这些蛋白的突变会导致植物对(+)-GR24完全或部分不敏感。
尽管(+)-GR24主要作为植物生物学研究的工具分子，但对其成药性（Drug-likeness）和药代动力学（Pharmacokinetics, PK）特性的评估，对于探索其在医学领域的潜在应用（如抗肿瘤、抗炎等）具有重要的参考价值。基于其化学结构和计算机模拟预测，我们可以对其成药性进行初步评价。
成药性参数分析：
- 分子量：298.29 Da，远低于500 Da的“Lipinski五规则”阈值，表明其具有良好的口服吸收潜力。
- LogP：2.56，处于理想的亲脂性范围（1-3），有利于膜渗透和分布。
- TPSA：61.83 Ų，低于140 Ų，表明其具有良好的肠道吸收和细胞穿透能力。
- 水溶性：0.07 mg/mL，属于低溶解度化合物。这可能是其口服生物利用度的一个潜在限制因素，需要采用合适的制剂技术（如纳米乳、环糊精包合）来改善。
- 血脑屏障穿透：预测为“高”，提示其可能进入中枢神经系统。这一特性需要谨慎对待，一方面可能带来治疗中枢神经系统疾病的潜力，另一方面也可能导致未预期的神经毒性。
- hERG抑制：预测为“否”，表明其引起心脏QT间期延长的风险较低。
- Ames试验：预测结果为0.3（阴性），提示其不具有明显的遗传毒性。
药代动力学特征（基于预测与有限实验数据）：
- 吸收：基于其良好的脂溶性和低分子量，(+)-GR24在口服后可能被快速吸收。然而，其低水溶性和可能的首过代谢效应（如酯酶水解）可能导致其绝对口服生物利用度不高。在植物研究中，通常采用叶面喷施或根部灌根的方式给药，其吸收效率较高。
- 分布：由于其高BBB穿透性，(+)-GR24可能广泛分布于全身各组织，包括脑组织。其分布容积（Vd）可能较大。
- 代谢：(+)-GR24的代谢主要涉及两个关键位点：一是D环上的丁烯羟酸内酯环，极易被酯酶水解开环，生成无活性的代谢物；二是ABC环上的醚键和双键，可能被细胞色素P450酶（CYPs）氧化。因此，其体内代谢可能非常迅速，半衰期（t1/2）可能较短。这一特性在植物研究中已被证实，即SLs在体内外均不稳定，易被快速降解。
- 排泄：代谢产物可能主要通过胆汁和尿液排泄。
成药性评价总结：
(+)-GR24具备一些理想的成药性特征，如低分子量、适中的亲脂性、低毒性和无遗传毒性。然而，其低水溶性和潜在的快速代谢（尤其是D环的水解不稳定性）是其作为候选药物的主要障碍。未来若将其开发为药物，需要通过前药设计（如保护D环）、结构修饰（如用更稳定的基团替代D环）或新型制剂技术来克服这些缺陷。目前，其更直接的应用前景仍集中在农业领域，如作为“自杀性萌发”剂、植物生长调节剂或生物刺激素，在这些应用中，其快速降解的特性反而可能成为环境友好性的优势。
尽管(+)-GR24的研究目前主要集中于植物科学领域，但其独特的生物活性和信号机制正逐渐引起医学研究者的兴趣，展现出潜在的临床应用前景。
抗肿瘤潜力：独脚金内酯信号通路的核心组分，如MAX2和SMXL蛋白，在人类中存在同源蛋白（如DDB1-CUL4-ROC1 E3泛素连接酶复合体）。一些研究表明，SLs类似物可能通过干扰细胞周期、诱导凋亡或抑制血管生成等机制，对某些癌细胞系（如乳腺癌、前列腺癌、结肠癌细胞）表现出抗增殖活性。虽然(+)-GR24本身在哺乳动物细胞中的活性研究尚少，但其作为工具化合物，可用于筛选和开发靶向MAX2同源通路的新型抗癌先导化合物。
抗炎与免疫调节：SLs信号与植物免疫密切相关。在动物细胞中，一些天然产物（如雷公藤甲素）也具有类似的α,β-不饱和内酯结构，并表现出显著的抗炎活性。因此，(+)-GR24及其衍生物可能通过调节NF-κB、NLRP3炎症小体等关键炎症通路，发挥抗炎作用。初步的细胞实验提示，rac-GR24能够抑制脂多糖（LPS）诱导的巨噬细胞炎症因子释放。
代谢性疾病：鉴于SLs在植物中调控能量分配和营养响应，其在动物能量代谢中的作用也值得探索。有研究发现，SLs类似物能够影响脂肪细胞的分化和糖脂代谢。未来，(+)-GR24可作为探针，研究其是否通过调节AMPK、mTOR等能量感应通路，对肥胖、2型糖尿病等代谢性疾病产生干预效果。
农业应用：这是(+)-GR24最直接、最成熟的应用方向。
展望：
未来，(+)-GR24的研究将朝着以下几个方向发展：
- 结构优化：开发代谢稳定性更高、活性更强、选择性更好的GR24衍生物，特别是针对D14或KAI2受体的高选择性激动剂和拮抗剂。
- 作用机制深化：利用(+)-GR24及其对映体，结合结构生物学（如X射线晶体学、冷冻电镜）和化学生物学手段，进一步阐明D14和KAI2受体感知SLs的精细分子机制，以及下游SMXL蛋白降解的调控网络。
- 医学转化研究：系统评估(+)-GR24及其衍生物在哺乳动物细胞和动物模型中的药效、毒理和PK特性，探索其在抗肿瘤、抗炎、代谢调控等领域的应用潜力。
- 农业应用开发：推动(+)-GR24及其类似物的产业化，开发高效、低成本、环境友好的制剂，并开展大规模的田间试验，验证其在寄生杂草防控和作物增产中的实际效果。
(+)-GR24作为合成独脚金内酯的杰出代表，不仅完美模拟了天然SLs的核心生物活性，更以其明确的立体化学构型和稳定的化学性质，成为解析SLs生物学功能的“金标准”工具。从化学结构上看，其独特的ABC-D环骨架和关键的烯醇醚桥，赋予了它作为植物激素和根际信号分子的双重身份。在药理活性方面，(+)-GR24在抑制分枝、促进寄生种子萌发、调控根系构型、促进菌根共生以及参与逆境响应等多个层面展现出强大的调控能力。其作用机制的精妙之处在于，它通过D14受体介导的“水解-共价修饰-泛素化降解”级联反应，将化学信号转化为蛋白降解事件，实现了对植物发育的精准控制。
尽管(+)-GR24在成药性方面存在水溶性低、代谢不稳定等挑战，但其低毒性和独特的生物活性使其在农业领域具有广阔的应用前景，尤其是在寄生杂草防控和作物生长调控方面。同时，其对哺乳动物细胞潜在活性的初步发现，也为跨学科研究开辟了新方向。未来，随着对SLs信号网络理解的不断深入以及化学合成技术的进步，以(+)-GR24为模板的结构优化和功能开发必将催生出更多具有重要科学价值和应用潜力的新型分子，为农业可持续发展和人类健康事业做出贡献。
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