甾族化合物

一、结构

（一）母核结构

甾族化合物(steroid)又称为甾体化合物或类固醇化合物，是一大类广泛存在于动植物体且具有重要生理活性的天然产物，它主要包括甾醇、胆甾酸和甾体激素等。

甾族化合物共同的结构特点是，都含有一个环戊烷并氢化菲的母核，其四个环自左至右分别标注为A、B、C、D环，环上的碳原子有固定的编号顺序。大多数甾族化合物在其母核结构的10和13位上连有甲基，称为角甲基，在17位上有不同长度的碳链或含氧取代基。“甾”字很形象地表示了甾族化合物基本结构的特点，其中的“田”表示四个互相稠合的环，“巛”则象征环上的三个取代基。
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（二）立体结构

甾族化合物骨架中环与环之间的稠合方式与十氢化萘相似。十氢化萘有顺反两种异构体，两环公用的两个碳原子上的氢原子处于环平面同侧的称为顺十氢化萘，处于异侧的称为反十氢化萘。

十氢化萘的优势构象是由两个椅式环己烷稠合而成。若将一个环当作另一个环的两个取代基，则顺十氢化萘中的两个环以ea键稠合，反十氢化萘中的两个环以ee键稠合。
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天然甾族化合物中，B环与C环及C环与D环总是反式稠合（以B/C反、C/D反表示），而A环与 B环之间有顺式稠合，也有反式稠合。

根据C5-H构的型，甾族化合物可分为5α-系和5β-系两大类。A环和B环反式稠合，C5-H与角甲基处于环平面异侧，C5-H用虚线表示，为5α-系甾族化合物；A环和B环顺式稠合，C5-H与角甲基处于环平面同侧，C5-H用实线表示，称为5β-系甾族化合物。5α-系和5β-系甾族化合物中的A、B和 C三个六元环的碳架通常是椅式构象，D环为五元环，它具有半椅式构象。5α-系甾族化合物和5β-系甾族化合物一般有如下构象式：
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甾环碳架上所连的原子或基团在空间有不同的取向，其构型规定如下：与角甲基在环平面异侧的取代基称为α构型，用虚线表示；与角甲基在环平面同侧的取代基称为β构型，用实线表示。

二、甾醇类

甾醇(sterol)又称为固醇，常以游离状态或以酯或以苷的形式存在于动物和植物的体内。甾醇可依照来源分为动物甾醇及植物甾醇两大类。天然甾醇在C3上有一个羟基，且绝大多数是β构型。

（一）胆固醇

胆固醇(cholesterol)是一种动物甾醇，又称胆甾醇，最初是在胆结石中发现的固体醇，因此而得名。
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胆固醇是无色或略带黄色的结晶，熔点148.5℃，难溶于水，易溶于热乙醇、乙瞇和氯仿等有机溶剂。

  1. 胆固醇分子中有一个碳碳双键，它可以与卤素等发生加成反应，也可以催化加氢生成二氢胆固醇。
  2. 胆固醇分子中的羟基可酰化形成酯，也可与糖的半缩醛羟基生成苷。
  3. 将胆固醇的氯仿溶液与乙酸酐及浓硫酸作用，即呈现红色→紫色→褐色→绿色的系列颜色变化，此反应称为 Liberman-Burchartd反应，是化学鉴别甾醇化合物的一种方法。

胆固醇大多以脂肪酸酯的形式存在于动物体内，蛋黄、脑组织及动物肝等内脏中含量丰富。胆固醇是细胞膜脂质的重要组分，同时它还是生物合成胆甾酸和甾体激素等的前体。

胆固醇摄取过多或代谢障碍时，会从血清中沉积在动脉血管壁上，久之会导致冠心病和动脉粥样硬化症；过饱和胆固醇从胆汁中析出沉淀则是形成胆固醇系结石的基础，然而体内长期胆固醇偏低也可能诱发病症。

（二）β-谷固醇

β-谷固醇(B-sitosterol))是一种植物甾醇，与胆固醇在结构上的差异是在C24位上多了个乙基。
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β-谷固醇在人体肠道中不被吸收，在饭前服用可抑制肠道黏膜对胆固醇的吸收，从而降低血中胆固醇含量，因此可作为治疗高胆固醇血症和预防动脉粥样硬化症的药物。

人参、山里红、巴豆、无花果叶等很多植物中都含有β-谷固醇。

（三）7-脱氢胆固醇和麦角固醇

7-脱氢胆固醇是动物甾醇，与胆固醇在结构上的差异是C7与C8之间多了一个碳碳双键。
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在肠黏膜细胞内，胆固醇经酶催化氧化成7-脱氢胆固醇，它由血液运送到人体皮肤中，经紫外线照射，C10上的角甲基活化，使B环在C9和C10之间断裂开环，形成维生素D3(Vitamin D3)。因此常作日光浴是获得维生素D3的最简易方法。

麦角甾醇(ergosterol)是一种植物甾醇，存在于酵母和某些植物中。麦角甾醇分子比7-脱氢胆固醇在C24上多一个甲基，在C22和C23之间多一个碳碳双键。麦角甾醇在紫外线照射下，B环开裂生成维生素D2。
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已知有十余种维生素D，它们都是甾醇衍生物，其中活性较高的是维生素D2和D3。

维生素D2和D3广泛存在于动物体中。含量最多的是鱼类的肝脏，也存在于牛乳、蛋黄中。

缺少维生素D会导致钙、磷吸收发生障碍，血液中钙、磷含量下降，影响骨骼、牙齿的正常发育。当维生素D严重不足时，婴儿会引起佝偻病，成人则发生软骨病。适当服用维生素D并同时补充钙可防治佝偻病和软骨病。

三、胆甾酸

胆甾酸是动物胆组织分泌的一类甾族化合物，都属于5β-系甾族化合物，其结构中含有羧基，故总称为胆甾酸。

胆甾酸在人体内可以胆固醇为原料直接生物合成。至今发现的胆甾酸已有100多种，其中人体内重要的是胆酸(cholic acid)和脱氧胆酸(deoxycholic acid)。
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胆汁中存在多种结合胆酸，其中胆酸的羧基与甘氨酸(H2NCH2COOH)中的氨基结合形成甘氨胆酸(glycocholic acid)，与牛磺酸(H2NCH,CHSO,H)中的氨基结合形成牛磺胆酸(taurocholic acid)。这种结合胆酸统称为胆汁酸(bile acid)。
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在人及动物小肠的碱性条件下，胆汁酸以胆汁酸盐(bile salt)，简称胆盐的形式存在。

胆汁酸盐分子既有亲水性的-OH和-COONa(或-SO3Na)，又有疏水性的甾环，这种分子具有乳化作用，能够使脂肪及胆固醇酯等疏水的脂质乳化呈细小微粒状态，增加消化酶对脂质的接触面积，使脂类易于消化吸收。

甘氨胆酸钠和牛磺胆酸钠的混合物在临床上用于治疗胆汁分泌不足而引起的疾病。

四、甾体激素

激素(hormone)是由腺体分泌的一类具有调节身体各组织和器官功能的微量化学信息分子。这类内源性的物质产生量虽很微少，但具有各种重要的生理作用，如控制生长、发育、代谢和生殖等。已发现人和动物的激素有几十种，按其化学结构可分为两大类：

  1. 含氮激素，如胰岛素、促肾上腺皮质激素、甲状腺素和催产素等；
  2. 甾体激素(steroid hormone)，主要包括性激素和肾上腺皮质激素。

（一）性激素

性激素(sex hormone)是性腺（睾丸、卵巢、黄体）分泌的甾体激素，它们对生育功能及第二性征(如声音、体型)有着决定性的作用。

性激素分为雄性和雌性激素两类。雄性激素(male hormone)是由雄性动物睾丸分泌的一类激素。重要的雄性激素有：

  1. 睾酮(testosterone)，其中睾酮的活性最高。
  2. 雄酮
  3. 雄烯二酮

构效关系分析表明，睾酮中C17上的羟基及其构型与生理活性有密切的联系，若羟基为型则无生理活性。
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雄性激素具有促进雄性性器官和第二性征的发育、生长以及维持雄性性征的作用，并具有促进蛋白质的合成、抑制蛋白质代谢的同化作用，能够使雄性变得骨骼粗壮，肌肉发达。

临床用药多采用其衍生物，如甲基睾酮、睾酮丙酸酯等。

雌性激素主要有两类，

  1. 一类由成熟的卵泡产生，称为雌激素(estrogen)，
    1. 如雌二醇(estradiol)等；
  2. 另一类是由卵泡排卵后形成的黄体所产生的，称为孕激素(progestogen)，又称黄体激素。
    1. 如黄体酮(progesterone)，也称孕二酮。
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雌二醇C17位羟基构型不同，生理作用也有很大差异，如β-雌二醇的生理活性比α-雌二醇强得多，因此，临床上都采用β-雌二醇。

雌二醇的主要生理功能是促进子宫、输卵管和第二性征的发育，有助于生育。临床上用于治疗卵巢功能不全所引起的病症，如子宫发育不全、月经失调、更年期障碍等症。此外，雌二醇还具有促进钙和磷沉积的作用，因此可用于防治骨质疏松。

人工合成的炔雌醇(ethinyl estradiol)为口服高效、长效的雌激素，活性比雌二醇高7~8倍。临床上用于月经紊乱、子宫发育不全、前列腺癌等治疗。

黄体酮的主要生理作用是抑制排卵，维持妊娠，有助于胚胎的着床发育。临床上用于治疗习惯性流产、子宫功能性出血、痛经及月经失调等。以黄体酮为先导化合物，对其进行结构改造，已合成了一系列具有孕激素活性的黄体酮衍生物。

（二）肾上腺皮质激素

肾上腺皮质激素(adrenal cortical hormone)是肾上腺皮质分泌产生的一大类甾族激素，按照它们的生理功能可分为两类：

  1. 主要影响糖、蛋白质与脂质代谢的糖代谢皮质激素(glucocorticoid)，如
    1. 皮质酮、
    2. 可的松、
    3. 氢化可的松等；
  2. 主要影响组织中电解质的转运和水的分布的盐代谢皮质激素(mineralocorticoid),如
    1. 11-脱氧皮质酮、
    2. 17α-羟基-11-脱氧皮质酮等。
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      这两类皮质激素的区别在于， C11上有含氧基团的肾上腺皮质激素是糖代谢皮质激素，否则为盐代谢皮质激素；C17上有α-羟基的，其生理功能加强。

糖代谢皮质激素是一种具有重要生理和药理作用的甾族激素，它能够促使红细胞、血小板的增生，对脂肪和蛋白质的代谢也具有调节作用，并有抗炎症、抗过敏等作用。临床上对风湿性关节炎、风湿热等具有一定的疗效。

而盐代谢皮质激素能够促进体内钠离子的保留和钾离子的排出，维持人体内电解质平衡和体液容量。临床上主要用于治疗钾、钠失调的病症、恢复电解质和水的平衡。