0 引 言
手性药物是指由两个空间排列互为镜像的对映体分子组成的化合物，其结构式相同但空间构型相反。等量对映体混合形成外消旋混合物时，对映体过量值（Enantiomeric Excess，ee）为零[1-2]。尽管对映体物理化学性质相同，但其生理活性可能存在显著差异，甚至可能产生毒性[3-5]。该现象最早由Arnaldo Piutti于1886年发现天冬酰胺的两种对映体味道存在差异[6]。1994年，布洛芬成为首个以单一构型上市的手性非甾体抗炎药，其S构型的药效比R构型高160倍，且是消旋体的1.6倍。此外，当布洛芬以消旋体形式给药时，R构型会向S构型转化[7]。基于此，1992年美国食品药品监督管理局规定，新上市的手性药物必须对每种构型进行药效和毒性评估[8]。2006年，中国也出台了相关政策法规，鼓励手性药物以单一构型形式上市。然而，单一构型药物在运输和储存过程中容易发生消旋化，进而导致其活性发生改变，因此研究影响手性药物稳定性的因素具有重要意义。已有研究表明，温度、pH值、金属离子和辐射等因素可能影响手性稳定性[1]。近期，部分地面辐射实验开始关注手性物质的辐射稳定性，初步证实手性结构在辐射条件下可能发生不同程度的变化[9]。然而，这些实验大多基于简单的紫外或原子射线照射，与实际复杂的太空环境存在差异。
中国载人航天工程自正式立项实施以来，已走过30余年的辉煌历程，神舟19号等任务的持续推进，使得航天员健康保障成为关注课题。航天员在执行任务期间，需面对与地球环境截然不同的复杂太空环境，如强辐射、微重力、高真空等。这些极端因素不仅可能对其身体健康造成不利影响，甚至在某些情况下还需要紧急医疗干预[10]。研究数据表明，在94%的太空飞行任务中，航天员至少服用了一种药物。然而，由于太空环境的特殊性，药物在太空中的分解速度往往较在地球上更快[11]。因此，确保药物在太空环境中的稳定性，对于保证航天员完成日益延长的太空任务至关重要。近年来，太空生物医药研究高度重视太空食品药品的安全隐患，已针对微生物有害变异、毒性增强、潜伏病毒激活以及太空食品药物变质等问题开展了长期且深入的研究[12]。然而，关于手性药物在太空环境中的手性稳定性问题，目前尚未得到充分关注。
中医药在新冠疫情期间发挥了重要作用，引起国际社会的广泛关注[13]。许多中药具有食药同源的特性[14]，对太空医学具有重要的实际意义。中药材富含手性化合物[15]，如薄荷中的薄荷醇既是食品添加剂又具药用功能。天然L-薄荷醇具有抗抑郁活性，而D构型无此功效，这种手性差异为定向药物开发提供了依据，对航天员健康防护具有特殊意义[16]。基于食药同源的特性，我们关注到黄酮类化合物，这类物质广泛存在于自然界植物中，具有多种生物活性和健康功效。它们可以通过饮食或功能性食品的方式，协助航天员抵御辐射伤害、抑制慢性炎症、减缓肌肉萎缩与骨质疏松，并提升睡眠质量，因而在太空医药和航天员保健产品的未来开发中极具应用前景。以藤茶中的二氢杨梅素为例，其含量高达40%，是藤茶的主要药效成分，具有抗氧化、抗炎等生理活性，被广泛应用于功能性饮料和护肝片等产品中[17]。二氢杨梅素具有两个手性中心，天然提取的二氢杨梅素以2R,3R构型为主，且其抗炎活性优于外消旋体[18]。然而，在提取和运输过程中，高温、碱性环境等因素可能破坏其手性稳定性，导致消旋化现象。检测发现，部分市售保健品中的二氢杨梅素以外消旋形式存在，这可能带来潜在的安全隐患[19]。因此，研究在空间辐射极端环境下黄酮类化合物的手性稳定性，对于确保其作为太空药物和保健品的功效与安全性、优化药物剂型以及进一步的分子改造，均具有重要的意义。
基于上述背景，本文选取七种手性黄酮类化合物作为研究对象（见图1 ），通过建立高纯度手性药物分离分析方法，探究空间辐射对其稳定性的影响。首先，在地面模拟太空环境下进行手性化合物的筛选。随后，通过载人飞船和返回式卫星搭载将其送入太空，以研究复杂太空辐射环境对黄酮类手性化合物稳定性的影响。最后，通过构建药物稳定性数据库，并结合实验结果提出有效的辐射防护方案，为黄酮类手性药物以及食药同源保健品的开发、生产及储存提供指导。
1 实验
1.1 试剂
辐射实验中使用的外消旋二氢杨梅素（rac-DMY）和圣草酚采购自麦克林公司。单一构型二氢杨梅素（2R,3R-DMY）由实验室自行制备[20]。橙皮素、花旗松素、(+)−儿茶素和(−)−儿茶素分别由南京康满林化工实业有限公司、成都普瑞法科技开发有限公司、南京康满林化工实业有限公司和毕得医药提供。在上述药品被送入太空之前，对其结构及手性纯度进行了详尽的分析和精确的测定。
1.2 仪器及参数
色谱分析在Agilent 1100液相色谱仪上进行，色谱条件如下：色谱柱为CHIRALPAK AD（250.0 mm×4.6 mm，粒径5 μm）；流动相为75.0%的正己烷（含0.4%冰乙酸）和25.0%的异丙醇；流速为1 mL/min；吸收波长为290 nm。
1.3 实验条件及方法
1.3.1 前期地面模拟实验
分别称取1 mg rac-DMY、2R,3R-DMY、橙皮素、花旗松素、(+)−儿茶素、(−)−儿茶素、圣草酚，将其溶解于乙醇溶剂中，配制成浓度为1 000 ppm的溶液。将配制好的溶液封装于石英核磁管中，使用能量值为9 000 mW的冷光源光反应器照射化合物6 h。照射结束后，采用手性液相色谱进行分析，对比反应前后的ee值变化和是否出现新的色谱峰，以判断化合物是否发生化学降解及手性变化。
1.3.2 神舟15号载人飞船搭载实验
2022年11月29日，通过神舟15号载人飞船，成功将rac-DMY，2R,3R-DMY、橙皮素、花旗松素、(+)−儿茶素和(−)−儿茶素六种化合物的固体粉末送入太空，进行为期半年的空间储存实验。该实验于2023年6月4日圆满结束，样品返回地球。随后，采用手性液相色谱技术，对搭载至太空的黄酮类化合物和地面保存的对照组进行分析。
1.3.3 神舟16号载人飞船搭载实验
2023年5月30日，通过神舟16号载人飞船，将2R,3R-DMY、橙皮素和圣草酚三种化合物的固体粉末送入太空，进行为期一年的空间储存实验，并于2024年4月30日返回地球。随后，采用手性液相色谱技术，对搭载至太空的黄酮类化合物和地面保存的对照组进行分析。
1.3.4 返回式卫星搭载实验
2024年9月27日，通过返回式卫星将rac-DMY粉末及浓度为100 ppm的水溶液、2R,3R-DMY粉末、橙皮素粉末、花旗松素粉末及浓度为100 ppm水溶液、(+)−儿茶素粉末及1 000 ppm水溶液、(−)−儿茶素粉末及1 000 ppm水溶液、圣草酚搭载至太空，进行为期15天的空间辐射实验。实验于2024年10月11日结束，样品返回地球。随后，采用手性液相色谱对搭载的黄酮类化合物和地面保存的对照组进行分析。
1.3.5 对映体过量值的计算
液相色谱的峰面积表示样品的相对含量，因此通过式（1）可计算出手性化合物的ee值：
式中，AR和AS分别为R或S构型对映体在对映的色谱峰面积。
2 结果与讨论
本文选择了rac-DMY、2R,3R-DMY、橙皮素、花旗松素、(+)−儿茶素、(−)−儿茶素和圣草酚七种二氢黄酮类化合物，通过神舟15号载人飞船、神舟16号载人飞船以及返回式卫星进行了三次搭载实验，旨在探究不同种类化合物、不同空间存储时间以及不同剂型下，手性化合物的稳定性状况。
根据手性色谱分析结果（见图2 ），标品、地面避光对照组和各个搭载批次下化合物的ee值计算结果如图3 所示。其中，rac-DMY、2R,3R-DMY及圣草酚在地面实验与太空搭载实验中均表现出良好的稳定性，未发生明显的化学降解与手性变化。(+)−儿茶素和(−)−儿茶素虽然在冷光源光反应器照射下会经历化学降解，但整体仍展现出良好的手性稳定性，在三次太空搭载实验中均未出现显著的手性变化。橙皮素在地面冷光源光反应器照射实验中发生消旋化，ee值由初始的22.39%降至19.69%。经过空间存储15天及半年后，ee值分别下降至21.53%和19.97%。花旗松素在地面冷光源光反应器照射下发生化学降解，其液相色谱图在约18分钟处出现新的峰，表明有新化合物生成。其水溶液经过空间存储15天及半年后，ee值分别从98.45%降至98.02%和94.03%，而同批次搭载存储15天的固体粉末样品则保持了良好的手性稳定性。对于ee值发生变化的两种化合物（橙皮素和花旗松素），由于在色谱图上未出现新的峰，因此判定是样品发生了消旋化，而非生成了新化合物。
图 2 经光反应器照射，载人飞船、返回式卫星搭载前后黄酮类化合物的色谱图Fig.2 Chromatograms of flavonoids before and after exposure in a photoreactor, manned spacecraft and recoverable satellite |
上述七种二氢黄酮类化合物虽然具有相似的母核结构，但不同的取代基类型与位置差异对分子内相互作用产生显著影响。其中，二氢杨梅素、儿茶素和圣草酚由于B环的3',4'位具有邻苯二酚结构（邻位双羟基），能够形成强分子内氢键，显著增强分子刚性。这种刚性结构减少了手性中心（如C2和C3）的构象自由度，从而降低消旋的可能性。此外，这些分子结构中丰富的羟基和共轭结构有助于分散辐射能量，减少局部激发对手性中心的冲击，进而表现出良好的手性稳定性。花旗松素虽也具有邻苯二酚结构，但与上述化合物相比，其取代位数量减少且立体位阻较弱，柔性结构使得手性中心更易在辐射诱导下发生构型翻转。与上述几种黄酮类化合物相比，橙皮素B环上的羟基官能团被甲氧基取代，导致其无法形成分子内氢键。此外，甲氧基的供电子效应可能改变局部电子环境，进而削弱手性中心的稳定性，在太空辐射环境下更容易消旋。由此可见，具有较强分子内氢键和立体取代基结构的二氢黄酮类药物在空间辐射条件下具有更好的手性稳定性，未来更适合作为太空药物和保健品的备选材料。
此外，在相同的空间存储时间（即15天）条件下，花旗松素固体粉末相较于水溶液展现出更为显著的手性稳定性。其主要原因在于，固体状态下，药物分子通过晶格排列被固定，手性中心的构象自由度受到严格限制；分子间形成的氢键网络或π-π堆积可分散辐射能量，保护手性中心。并且，在固体状态下，药物分子紧密排列，有效抑制自由基迁移，使其难以接近手性中心。因此，在太空辐射防护中，药物以固态形式储存更有利于维持其手性稳定性。
3 结 语
综上所述，由于取代基种类和立体化学结构的差异，部分黄酮类化合物在经历空间复杂辐射环境后，在手性稳定性方面表现出显著的差异性。特别是含有强分子内氢键和立体取代基结构的二氢黄酮类药物，在空间辐射环境下显示出更为优异的手性稳定性。在太空辐射防护领域，药物以固态形式储存更有利于保持其手性稳定性。鉴于实验条件的局限性，空间辐射环境对这些药物手性稳定性的确切影响机制和保护策略，尚需通过后续的太空搭载实验进行深入研究。本文的初步成果将为手性药物的稳定性及结构保护提供理论支持，并为航天员在太空环境下食品和药品的安全开发提供数据支持。