唇形科香茶菜屬二萜類化合物生物活性研究進(jìn)展Δ

董瑞華，高洪志，劉澤源（軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院附屬醫(yī)院藥理室，北京市 100071）

香茶菜屬類植物資源豐富，主要分布于亞洲的熱帶和亞熱帶區(qū)域，是唇形科屬植物中重要的一類。全世界約有150種，在我國有90余種，25個變種，其中有30種為民間藥用，作為清熱解毒、活血化瘀、抗菌消炎、抗腫瘤和治療肝炎的藥物來應(yīng)用[1]。香茶菜屬植物中包含多種化學(xué)成分，如二萜、三萜、甾醇、脂肪酸以及少量的黃酮、倍萜半、連烴苷等，其中主要成分為二萜類化合物。人們已從香茶菜屬植物中提取了百余種二萜類成分，藥理篩選發(fā)現(xiàn)其中許多具有抗菌、抗腫瘤、細(xì)胞毒、降血壓等活性。本文著重對香茶菜屬二萜類化合物的各種生物活性及作用機(jī)制研究進(jìn)展作一綜述。

1 香茶菜屬二萜類化合物的抗菌活性

1954年，日本研究者首次從日本山茶（Isodon japonica）的乙醇提取物中得到了延命素（Enmein），并發(fā)現(xiàn)其可以抑制革蘭陽性菌增殖。隨后研究發(fā)現(xiàn)化合物中的α-亞甲基環(huán)戊酮結(jié)構(gòu)是抗菌活性單位，通過與病菌中的巰基酶發(fā)生類似于邁克爾加成反應(yīng)的機(jī)制實現(xiàn)。日本的Fujita E等發(fā)現(xiàn)，在C-7、C-20位具有環(huán)氧環(huán)的對映-貝殼杉烯類化合物中，C-6位具有β-OH的化合物對藤黃八疊球菌有很強(qiáng)抑制作用，可能是由于C-6位β-OH與C-15位酮基形成分子內(nèi)氫鍵所致。國內(nèi)學(xué)者對毛萼香茶菜（Isodon eriocalyx）提取物毛萼乙素（Eriocalyxin B）的研究表明，該化合物對革蘭陽性菌有很強(qiáng)的抑菌活性。其活性機(jī)制除了C-6位β-OH與C-15位酮基形成分子內(nèi)氫鍵，還有分子中A環(huán)上存在的α，β-不飽和酮基活性作用[2]。

近年來，又相繼發(fā)現(xiàn)一些香茶菜屬二萜類化合物具有抑菌活性。癭花香茶菜素甲、乙、丙、?。≧osthornins A～D）對革蘭陽性菌有抑制活性，但對革蘭陰性菌沒有作用[3]。尾葉香茶菜（Rabdosia excisus）水提取物對所實驗各菌如甲型溶血性鏈球菌、乙型溶血性鏈球菌、丙型鏈球菌、肺炎鏈球菌等均有一定的體外抑制作用，對金黃色葡萄球菌作用最強(qiáng)，其最低抑菌濃度（MIC）為1.95 mg·mL-1[4]。

2 香茶菜屬二萜類化合物的細(xì)胞毒/抗腫瘤作用

2.1 細(xì)胞毒/抗腫瘤作用

研究報道，該類化合物具有明顯的細(xì)胞毒作用。大萼香茶菜葉的乙醇提取物中分離的大萼香茶菜癸素對體外培養(yǎng)Hela細(xì)胞有較強(qiáng)抑制作用[5]。顯脈香茶菜（Isodon nervosus）屬植物中提取出的一系列化合物對K562、A549和Hep-G2等細(xì)胞系表現(xiàn)出明顯細(xì)胞毒作用，同時在顯脈香茶菜甲素（Nervonin A）中發(fā)現(xiàn)了一個新的環(huán)丁烷結(jié)構(gòu)[6]。毛萼香茶菜葉子中新分離出來一種化合物毛萼晶（Maoecrystal Z）不僅具有一種新的、唯一的骨架結(jié)構(gòu)，而且對K562、MCF7、A2780腫瘤細(xì)胞具有很好增殖抑制活性，其半數(shù)抑制濃度（IC50）值分別為2.90、1.63、1.45 μmol·L-1[7]。葉穗香茶菜（Isodon phyllostachys）中提取出的香茶菜甲素（Amethystoidin A）具有很好的細(xì)胞毒性，它對K562細(xì)胞的半數(shù)增殖抑制濃度僅為0.69 μg·mL-1[8]。利用乙酸乙酯從干燥的藥用香茶菜屬植物分離出來的旱生香茶菜甲素和乙素（Xerophinoids A和B）對多數(shù)腫瘤細(xì)胞系都有很好的細(xì)胞毒性作用（IC50＜11 μmol·L-1），但對人類的T淋巴細(xì)胞（C8166）沒有毒性[9]。

2.2 構(gòu)效關(guān)系分析

1961年，Arai T先生通過對延命素的研究發(fā)現(xiàn)，α-亞甲基環(huán)戊酮結(jié)構(gòu)是其關(guān)鍵活性基團(tuán)。Fujita E先生對一系列來自日本山茶和毛果楊苷化合物的研究，支持了α-亞甲基環(huán)戊酮的活性結(jié)構(gòu)理論，同時發(fā)現(xiàn)C-1，C-4位附加的α，β-不飽和酮基是另一個關(guān)鍵部分。之后，人們又先后發(fā)現(xiàn)了其它一些活性基團(tuán)，如在C-6位上的螺旋內(nèi)酯或者環(huán)氧酮基等[2]。

趙昱等[10]對19個合成的毛萼乙素衍生物進(jìn)行構(gòu)效關(guān)系分析，發(fā)現(xiàn)A環(huán)和D環(huán)上的α，β-不飽和酮基是最重要的抗癌活性中心；C-6、C-7位上-OH能夠增強(qiáng)活性；7，20-環(huán)氧型比3，20-環(huán)氧型活性強(qiáng)。對小毛葉香茶菜葉中分離出來的10種已知對映-貝殼杉烯類二萜化合物進(jìn)行A549、HT29和K562抗癌活性測試，其中4種具有α-亞甲基環(huán)戊酮結(jié)構(gòu)的化合物對上述3種腫瘤細(xì)胞株均表現(xiàn)出不同程度抑制活性[11]。白柔毛香茶菜地上部分的丙酮提取物中分離鑒定了15個對映-貝殼杉烯類二萜化合物，用Hep-G2細(xì)胞進(jìn)行抗腫瘤活性評價發(fā)現(xiàn)，7個含α-亞甲基環(huán)戊酮結(jié)構(gòu)的化合物中有2個完全沒有活性，推測可能是因為A環(huán)上的羧基影響了化合物活性[12]。

本實驗室對近30個天然及化學(xué)修飾得到的對映-貝殼杉烯類化合物進(jìn)行了系統(tǒng)的體外抗腫瘤活性篩選及構(gòu)效關(guān)系分析，發(fā)現(xiàn)應(yīng)用化學(xué)手段破壞化合物分子中的α-亞甲基環(huán)戊酮結(jié)構(gòu)單元，可顯著降低對映-貝殼杉烯類化合物抗腫瘤活性。

上述研究表明，具有抗癌活性的香茶菜屬二萜化合物在結(jié)構(gòu)上具有一個共同特征，即D-環(huán)存在一個α-亞甲基環(huán)戊酮結(jié)構(gòu)單元。如果此單元的共軛體系被打破，化合物就會失去活性。另外，分子內(nèi)諸如環(huán)氧酮基等其它取代基也會影響化合物活性。

2.3 作用機(jī)制研究

新近研究表明，毛萼乙素具有抑制端粒酶和抗血管生成活性；冬凌草甲素（Oridonin）和冬凌草乙素（Ponicidin）也具有抗血管生成作用；4種從冬凌草素中提取的二萜類化合物具有抑制核轉(zhuǎn)錄因子κB（NF-κB）轉(zhuǎn)錄、下游區(qū)基因表達(dá)和環(huán)氧化酶-2（COX-2），誘生型一氧化氮合酶（iNOs）表達(dá)等活性[2]。

Leung CH[13]證實，毛萼乙素以一種非競爭性方式可逆性干擾P65和P50亞基同DNA結(jié)合來抑制NF-κB轉(zhuǎn)錄活性，但并不影響環(huán)磷酸腺苷（cAMP）效應(yīng)元件結(jié)合蛋白。Wang L等[14]通過毛萼乙素對t（8；21）白血病細(xì)胞作用發(fā)現(xiàn)，毛萼乙素抑制NF-κB活性，且干擾MAPK信號傳導(dǎo)通路，從而對細(xì)胞凋亡發(fā)揮作用；同時激活Caspase-3通路，下調(diào)AML1-ETO癌蛋白表達(dá)，誘導(dǎo)白血病細(xì)胞凋亡。冬凌草甲素和冬凌草乙素均可通過減少細(xì)胞周期調(diào)節(jié)蛋白B1、cdc2，轉(zhuǎn)錄因子E2F和包括在S780點磷酸化Rb等機(jī)制來誘導(dǎo)乳腺癌細(xì)胞凋亡，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)其改變NF-κB通路，減少P65和P50形成以及IκB上游基因表達(dá)來發(fā)揮作用[15]。冬凌草甲素對肝癌細(xì)胞BEL-7402的抗腫瘤作用機(jī)制主要是通過激活Caspase-3通路，下調(diào)Bcl-2基因和上調(diào)Bax基因表達(dá)來實現(xiàn)[16]。

本實驗室對另一結(jié)構(gòu)類型的對映-貝殼杉烯二萜類化合物苞葉香茶菜庚素（Melissoidesin G）進(jìn)行了系統(tǒng)抗腫瘤作用機(jī)制研究。結(jié)果顯示，苞葉香茶菜庚素通過激活Caspase通路和線粒體凋亡途徑誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡，并發(fā)現(xiàn)氧化應(yīng)激是該化合物誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡發(fā)生的重要因素，如實驗發(fā)現(xiàn)含-SH類抗氧化劑特異性抑制其細(xì)胞毒作用，而其它具有不同機(jī)制的抗氧化劑均無保護(hù)作用。進(jìn)一步研究表明，細(xì)胞內(nèi)還原型谷胱甘肽（GSH）降低是其誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡的始動因素[17]。

3 香茶菜屬二萜類化合物的抗炎作用

3.1 抗炎作用

該類化合物還具有顯著的抗炎活性。尾葉香茶菜（Isodon excisus）地上部分的一系列甲醇提取物對小鼠巨噬細(xì)胞-RAW264.7的NF-κB活性有顯著的抑制作用[18]。唇形科的延命草（Isodon japonicus）能夠抑制化合物48/80在小鼠身上誘導(dǎo)的全身反應(yīng)和血漿中組織胺的釋放，同時減少被動的皮內(nèi)過敏反應(yīng)。延命草劑量依賴性地減少化合物48/80或抗DNP免疫球蛋白E激活的大鼠腹膜肥大細(xì)胞組織胺的釋放[19]。

3.2 抗炎機(jī)制

由于NF-κB在腫瘤發(fā)生發(fā)展及炎性反應(yīng)過程中發(fā)揮重要作用，NF-κB調(diào)控的基因產(chǎn)物iNOS和COX-2可以誘導(dǎo)炎性介質(zhì)前列腺素E2（PGE2）和NO產(chǎn)生，因而毛萼乙素可通過影響NF-κB轉(zhuǎn)錄能力，進(jìn)而調(diào)控炎性介質(zhì)表達(dá)，發(fā)揮抗炎活性[15]。光萼青蘭（Dracocephalum argunenseDAAE）能夠通過細(xì)胞內(nèi)鈣離子的調(diào)節(jié)抑制小鼠炎癥反應(yīng)和血清組胺釋放。此外，DAAE可減少腫瘤壞死因子α（TNF-α）和白細(xì)胞介素（IL）-6基因表達(dá)，這種表達(dá)抑制是NF-κB依賴性的[20]。內(nèi)折香茶菜（Inflexinol）能夠抑制IκB降解和P65、P50的核轉(zhuǎn)位進(jìn)而抑制NF-κB激活，最終抑制iNOS和COX-2表達(dá)，從而抑制RAW 264.7和星形膠質(zhì)細(xì)胞中炎性介質(zhì)的產(chǎn)生與釋放[21]。

Liu YQ等[22]還報道了在組織多肽抗原（TPA）誘導(dǎo)的類人巨噬細(xì)胞樣U937細(xì)胞上觀察到了冬凌草甲素通過Ras/Raf1/ERK信號依賴性通路下調(diào)IκBa，從而激活NF-κB通路，同時誘導(dǎo)IL-1合成，增加吞噬細(xì)胞的吞噬作用從而發(fā)揮抗炎作用。

4 香茶菜屬二萜類化合物的其他作用

冬凌草乙素、香茶菜醛（Ame）、毛葉香茶菜醇（Iso）能有效地清除羥自由基和NO，抑制脂質(zhì)過氧化，提高體內(nèi)GSH含量而產(chǎn)生抗氧化作用[23]。本實驗室以抗氧化反應(yīng)元件（antioxidant response element，ARE）調(diào)控的報告基因表達(dá)為模型，對苞葉香茶菜庚素系列衍生物進(jìn)行了初步篩選，也發(fā)現(xiàn)了多數(shù)對映-貝殼杉烯類化合物具有不同程度抗氧化作用。Liu JW等[24]研究了冬凌草甲素細(xì)胞免疫抑制機(jī)制，發(fā)現(xiàn)其以劑量和時間依賴方式抑制刀豆蛋白刺激脾淋巴細(xì)胞的過量表達(dá)。

5 結(jié)語

綜上所述，香茶菜屬植物活性成分主要是二萜類化合物，研究表明其具有抗菌、抗腫瘤、抗炎、抗氧化等多種生物活性。以往研究表明，α-亞甲基環(huán)戊酮結(jié)構(gòu)對二萜類化合物生物活性的發(fā)揮是必不可少的，分子內(nèi)諸如環(huán)氧酮基等其它取代基也會影響化合物活性。通過對該化合物生物活性及活性機(jī)制的大量研究，可深入全面地揭示其屬性，有望開發(fā)出更安全有效的藥物。

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