蛇床子素的生物學活性與作用機制研究進展

摘要：蛇床子素是一種天然香豆素類化合物，具有保護肝臟、保護神經、抗癌、抗骨質疏松、抗炎等生物學活性。綜述了蛇床子素的分子細胞學作用機制的最新研究進展，以期為深入探究其在疾病治療方面的應用提供依據。

關鍵詞：蛇床子素；香豆素；生物學活性；作用機制

中圖分類號：R282.71；R966 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）18-4313-06

蛇床子素為7-甲氧基-8-（3-甲基-2 -丁烯基）香豆素（圖1），是已知的一種具有多種藥理學和生化活性的天然化合物，具有潛在治療疾病的作用[1]。天然蛇床子素主要存在于14種傘形科和17種蕓香科植物中。蛇床子是中國長期以來用于治療男性功能障礙的一種中藥，其主要有效成分為蛇床子素[2]。蛇床子素具有獨特的結構特征，如C-7位的甲氧基、C-8位的3-甲基-2-丁烯基等，這些都是非常重要的活性基團[3，4]。蛇床子素已經被證明具有抗癌[5]、抗氧化[1]、抗炎和免疫調節(jié)[6，7]等活性。同時它還具有保護肝臟[8]和保護神經[9]的作用，也可抑制絕經后骨質疏松癥[10]，并改善脂質代謝[11]。蛇床子素具有多種多樣的藥理學作用，最近已受到廣泛的關注，這使其可成為新藥開發(fā)中非常有前景的天然先導化合物。本文針對這幾方面的生物學活性進行了簡要綜述。

1 蛇床子素的生物學活性及作用機制

1.1 抗癌作用

蛇床子素已被證明具有預防和治療癌癥的特性。Fujioka等[12]對傘形科植物中具有抗細胞增殖的活性成分進行了篩選，結果表明，蛇床子素對人體胃腺癌（MK-1）、人類子宮癌（HeLa細胞）和小鼠黑色素瘤（B16F10）的體外細胞系等均具有抗細胞增殖活性，其ED50分別為82.7、53.0和61.3 μg/mL。PC3和DU145為激素非依賴型的人前列腺癌細胞系，蛇床子素（100 μmol/L）可對其表現(xiàn)出較弱的抗增殖活性，但呈顯著性差異，其抑制率分別為25.0%和34.0%。以同樣的濃度，蛇床子素對小鼠白血病L1210細胞株表現(xiàn)出強烈的抗增殖活性，其抑制率達（65.4±10.4）%[13]。有研究表明，蛇床子素是中藥蛇床子中具有抗肝星狀細胞（HSC-T6）的纖維化活性的主要有效成分。濃度在100 μmol/L時，蛇床子素可抑制HSC-T6的增殖活性（細胞存活率高達31%）、降低膠原蛋白的表達量至24.5%，達到顯著性水平，且呈時間、濃度依賴性，其可能的機制是通過干預細胞的增殖，而非細胞毒性作用[14]。

Yang等[15]研究發(fā)現(xiàn)，蛇床子素對腫瘤細胞株表現(xiàn)出強烈的細胞毒性作用，在給藥24 h后人白血病HL-60、P-388、HeLa細胞和大腸癌CoLo 205等細胞系的IC50值分別為14.9、9.3、31.7、29.9 μg/mL。蛇床子素可誘導HL-60細胞系發(fā)生凋亡小體、DNA碎片，并促進PARP的降解。蛇床子素對原代培養(yǎng)的正常宮頸成纖維細胞具有低毒作用。體外研究表明，蛇床子素可抑制HeLa細胞生長，在24和48 h后其IC50值分別為77.96、64.94 μmol/L，呈時間和濃度依賴性。其可能是通過誘發(fā)DNA片段化和激活PARP致使細胞凋亡發(fā)生[16]。體內模型研究表明，以30 mg/kg劑量的蛇床子素給藥，每天1次，P-388 D1致癌的CDF1小鼠的存活天數(shù)可延長9 d（ILS%=37）[17]。

李好好等[17]研究發(fā)現(xiàn)，蛇床子素體外對小鼠肺腺癌LA795細胞生長抑制率為53.8%，對人肝癌Bel-7402細胞生長抑制率為35.9%，IC50值分別為81.3、134.8 μg/mL，作用48 h比24 h的細胞生長抑制率要高。

通過傷口愈合和細胞穿透試驗，蛇床子素可抑制乳腺癌細胞（MCF-7和MDA-MB 231細胞系）的遷移和侵襲。熒光素酶和酶譜分析表明，蛇床子素可有效地抑制基質金屬蛋白酶2（MMP-2）啟動子及其酶的活性（表1），這可能是蛇床子素抑制細胞遷移和入侵的機制之一[5]。FASN已被證明在人許多實體瘤中具有表達，目前FASN也被確認為癌前病變的生物標記之一。HER2（或稱為Neu或ErbB2）在乳腺癌前病變有表達，并可上調FASN的表達。在HER2過度表達的乳腺癌細胞中，蛇床子素可有效地抑制FASN表達，抑制細胞增殖，誘導細胞凋亡[18]。郭保鳳等[19]發(fā)現(xiàn)蛇床子素、補骨脂素和丹皮酚在最佳配伍比例10.00∶7.78∶6.67時對乳腺癌MDA-MB-231BO細胞的生長具有抑制作用，有效抑制其侵襲，其機制可能與抑制TCG-β1基因的表達有關。此外，蛇床子素還可抑制Akt和mTOR的磷酸化[18]。

組蛋白去乙?；福℉DACs）在染色質改造和基因表達調控中具有很重要作用。HDACs抑制劑被認為具有治療癌癥的前景，所有HDAC抑制劑的結構可分為3個功能亞基，每個亞基都可與離散區(qū)域的活性部位互相作用。這3個亞基包括：鋅結合位點（如羥肟酸），1個疏水結合腔連接著4～6個碳原子和1個疏水性表面識別帽，而這個識別帽是HDAC表面在邊緣活性腔位點具有特定的識別功能。蛇床子素的疏水性常數(shù)C logP值在3.5左右[20]。其與已知的HDAC抑制劑帽端基團的化學常數(shù)是一致的，因此可與活性部位邊緣的表面基團發(fā)生疏水性作用。此外，蛇床子素化學結構中脂肪族側鏈的分支可進一步開發(fā)與不同的HDACs發(fā)生特異性相互作用，可作為有前景的抗癌藥物特異性先導化合物[21]。

1.2 保護肝臟作用

酒精是導致脂肪肝的主要誘因，可導致炎癥，壞死，呈纖維化，最后成為肝硬化。目前尚無理想的藥物試劑可以防治這種疾病。通過幾種不同動物模型研究表明，蛇床子素作為一種天然化合物，具有肝保護功能，可預防和治療脂肪肝。

為研究蛇床子素對脂肪肝的影響，通過分別喂食高脂肪食物和酒精，建立起高脂血癥脂肪肝鵪鶉模型與酒精性脂肪肝大鼠模型[22]及小鼠高脂性脂肪肝模型[23]和小鼠酒精性脂肪肝模型[24]。結果表明，用蛇床子素治療后，模型動物中血清總膽固醇（TC）、甘油三酯（TG）、低密度脂蛋白膽固醇（LDL-C）、肝重量系數(shù)以及肝組織TC、TG含量顯著下降，肝細胞中超氧化物歧化酶（SOD）的活性有所提高（表1）。在大鼠酒精性脂肪肝中的丙二醛（MDA）水平有所下降；而在高脂血癥鵪鶉脂肪肝中，谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-PX）的表達水平顯著提高。蛇床子素顯著降低了脂質的積累[25]。在高脂性脂肪肝大鼠模型中，蛇床子素也可顯著降低大鼠血清中TC、TG和LDL-C水平[26]。在牛奶誘導的高脂血癥脂肪肝小鼠中，經10～20 mg/kg蛇床子素治療3周后，肝素血漿活性的脂蛋白脂肪酶（LPL）、肝脂酶（HL）、總脂酶（TL）水平顯著升高[26]（表1）。此外蛇床子素可改善脂肪肝大鼠中由高脂肪和高乳糖引起的胰島素耐受性，其作用機制可能是與激活PPARα/γ信號通路，增加釋放脂聯(lián)素有關[27]。研究發(fā)現(xiàn)蛇床子素降脂作用的可能機制是通過誘導氧化物酶體增殖物激活受體PPARα及其相關靶基因膽固醇7A-羥化酶（CYP7A）的mRNA表達上調，而另外2個靶基因的二?；视王；D移酶（DGAT）3和β-羥基-β-甲基戊二酸單酰輔酶A（HMG-CoA）還原酶mRNA的表達明顯下調（表1）。且這種作用可被PPARα特異性抑制劑MK886預處理后而消除[11]。

在篩選治療乙型肝炎病毒（HBV）的中藥材時，體外研究發(fā)現(xiàn)，蛇床子素能夠抑制乙肝病毒表面抗原（HBsAg）分泌的作用。在MS-G2和HBV DNA轉染的HuH-7、MS-G2細胞在培養(yǎng)基中分泌的HBsAg減少60%～70%，未發(fā)現(xiàn)有任何細胞毒性作用。其可能的機制是由于蛇床子素可增加乙肝表面抗原糖基化方面的新功能[28]。蛇床子素是目前少部分香豆素類化合物中具有治療丙型肝炎病毒（HCV）作用的化合物。蛇床子素能夠抑制丙型肝炎病毒復制和增殖，抑制丙型肝炎轉為肝癌[29]。

深入研究其機制表明，蛇床子素通過抑制細胞凋亡來預防肝炎。FAS（Apo-1/CD95）配體是一種Ⅱ型膜蛋白，也是一種重要的細胞凋亡誘導劑。蛇床子素以10 mg/kg的劑量可顯著抑制小鼠抗Fas抗體誘導的血漿谷丙轉氨酶（ALT）的升高。用抗Fas抗體治療小鼠，在3.5～6.0 h內引起了Caspase-3活性升高。用蛇床子素（100 mg/kg）預處理小鼠能夠抑制抗Fas抗體引起Caspase-3的活性升高。然而，在體外增加肝細胞液中的蛇床子素（最多1×10-4 mol/L）濃度，抗Fas抗體并不能抑制Caspase-3的活性。因此蛇床子素可能是通過影響Caspase-3上游的活化效應來抑制Caspase-3的活性。因此，蛇床子素是通過抑制Fas介導的細胞凋亡途徑抑制抗Fas抗體誘導肝炎[8]。

1.3 防骨質疏松作用

利用體外成骨樣細胞UMR106作為細胞模型對蛇床子的有效成分進行篩選發(fā)現(xiàn)，蛇床子素作為主要的藥理活性成分，顯著地提高了細胞活性[30]。在探討對大鼠去卵巢模型絕經后骨質疏松癥的作用時，Li等[10]研究發(fā)現(xiàn)，蛇床子素對卵巢切除導致骨質流失產生的作用與17β-雌二醇相當，但它可能不是通過雌激素通路發(fā)生作用的。在傳統(tǒng)中醫(yī)學中，弱骨或骨損失一般被認為是腎虛造成的，近年研究發(fā)現(xiàn)蛇床子素能通過OPG-RANKL-RANK系統(tǒng)影響骨重建[31]。蛇床子素可通過誘導上調堿性磷酸酶（ALP）的活性而提高成骨細胞的活性（表1）。在濃度低于40 mg/kg時，蛇床子素誘導成骨細胞活性低下，而當濃度達到320 mg/kg時，則會出現(xiàn)細胞毒性作用[32]。

成骨細胞的存活是骨質疏松癥的決定因素之一[33]，1×10-5 mol/L是蛇床子素促進成骨細胞分化成熟的理想濃度[34]。BMP-2/p38途徑與成骨細胞分化早期階段有關，而ERK1/2途徑則與分化后期有關。蛇床子素在人骨肉瘤細胞株（MG-63）和人胚胎成骨細胞株（hFOB）兩種人的成骨細胞株中表現(xiàn)出顯著的誘導分化作用，這可能與促進BMP2的表達和激活SMAD1/5/8、p38、ERK1/2的信號途徑有關（表1）[35]。靶向性突變β-catenin或BMP2基因后，蛇床子素對成骨細胞分化的刺激作用消失。由于BMP2基因的缺失并不影響蛇床子素誘導β-catenin的表達，而在成骨細胞中β-catenin基因缺失則抑制了其調節(jié)的BMP2的表達。因此，蛇床子素可通過β-catenin-BMP信號促進成骨細胞分化[36]。

明磊國等[37]研究發(fā)現(xiàn)，蛇床子素能顯著促進破骨細胞的凋亡并抑制其骨吸收，其作用機制是：蛇床子素能夠改變破骨細胞中OPG/RANK/RANKL系統(tǒng)，抑制破骨細胞成熟分化過程中的關鍵蛋白JNK1/2的磷酸化水平，從而影響其信號傳導。

1.4 保護神經作用

蛇床子素可促進4-氨基吡啶（4-AP）激活的谷氨酸釋放，達到顯著水平，并呈濃度依賴性。在研究對胞漿內Ca2+的作用時發(fā)現(xiàn)，蛇床子素促進谷氨酸釋放可能是由于電壓依賴性Ca2+內流增加造成的。ω-芋螺毒素MVIIC是一種廣譜性的N和P/Q型鈣通道阻滯劑，MVIIC可顯著性地抑制蛇床子素介導的谷氨酸釋放，但胞內Ca2+釋放的抑制劑丹曲林卻無此作用。另外，蛇床子素并沒有改變突觸膜靜息電位或4-AP介導的去極化，但可增加4-AP誘導的PKC磷酸化（表1）。因此，蛇床子素促進神經末梢釋放谷氨酸是通過PKC的信號調節(jié)激活N和P/Q型鈣離子通道[38]。Lin等[39]研究在胞外是否對Ca2+內流下游元件具有同樣的作用時發(fā)現(xiàn)，蛇床子素介導的谷氨酸釋放是可通過對下游元件控制調節(jié)突觸囊泡的歸整和外排，其可能的機制是通過增加鈣調節(jié)蛋白依賴性激酶Ⅱ（CaMK Ⅱ）的活性和突觸素Ⅰ的磷酸化作用實現(xiàn)的。

在小鼠神經母細胞瘤N2A細胞中，蛇床子素可抑制狀態(tài)依賴的鈉離子電壓門控通道（在電壓-70 和-100 mV時，IC50值分別為12.3、31.5 mmol/L）（表1），在胞外和胞內具有相當?shù)男Ч?。蛇床子素抑制鈉離子通道可呈頻率依賴性。當觸發(fā)頻率在0.33、1.00和3.33 Hz時，其抑制效果分別為17%、34%和49%。因此，蛇床子素可抑制狀態(tài)和頻率依賴的鈉離子電壓門控通道[38]。利用全細胞膜片鉗技術研究蛇床子素對小鼠神經母細胞瘤和大鼠Glima雜交細胞系NG105-18的離子電流作用時發(fā)現(xiàn)，蛇床子素（0.3～100.0 μmol/L）可抑制電壓依賴性L-型鈣電流（ICa，L）（表1），并呈濃度依賴性，其IC50為4 μmol/L。蛇床子素（3 μmol/L）也可使ICa，L失活復蘇期延長。

雖然蛇床子素可抑制磷酸二酯酶的活性，而增加細胞內cAMP或cGMP的水平，但sp-cAMPS并沒有影響ICa，L，而8-溴環(huán)鳥苷具有輕微抑制作用。因此，蛇床子素介導的ICa，L的抑制作用與細胞內環(huán)AMP或GMP無關[40]。然而，蛇床子素對電壓依賴的K+離子外向電流并沒有影響[41]。

1-甲基-4-苯基吡啶離子（MPP+）是一種線粒體復合物Ⅰ的抑制劑，已被廣泛用作神經毒素。MPP+可通過細胞內活性氧水平（ROS）和促進細胞凋亡引起嚴重的帕金森氏病樣綜合征。通過建立多巴胺能神經元損傷模型[42]，發(fā)現(xiàn)蛇床子素對MPP+誘導的PC12細胞損傷具有保護作用。蛇床子素預處理PC12細胞后，細胞的死亡率、乳酸脫氫酶的釋放、Caspase-3和細胞色素C的活性、Bax/Bcl-2的比例、MPP+誘導的胞內ROS的產生等均有顯著性的下降。通過細胞提取物進行HPLC分析證實，胞外的蛇床子素已經滲入細胞膜[9]。最近，利用神經功能缺損評分（NDS）、干濕重和2，3，5-三苯基氯（TTC）染色等試驗對蛇床子素治療急性缺血性中風的神經保護作用進行了研究，蛇床子素預處理可使GSH顯著增加，并降低梗死面積、NDS評分，減輕水腫，降低MDA、髓過氧化物酶（MPO）、IL-1β和IL-8的表達水平[43]。為探討蛇床子素對認知障礙和海馬神經元退化的影響，建立普通雙側頸動脈（2VO）閉塞模型發(fā)現(xiàn)，蛇床子素可降低MDA的水平、Bax/bcl-2比值及Caspase-3的活性，顯著提高GPX和過氧化氫酶的活性。此外，口服蛇床子素3周可明顯減輕認知障礙和神經元損害[44-52]。

1.5 抗炎作用

在LPS處理的巨噬細胞中，蛇床子素可抑制TNF-α、NO和COX-2的表達，但沒有降低IL-6表達。LPS誘導的p38、JNK1/2、PKC-α和PKC-ε等的磷酸化可被蛇床子素抑制（表1）；而對ERK1/2和PKC-δ的磷酸化并沒有作用。蛇床子素同時也抑制了NF-kB活性和ROS釋放[45]。通過對環(huán)氧合酶（COX）和5-脂氧合酶（5-LOX）的活性測定，結果表明蛇床子素是具有選擇性地抑制5-脂氧合酶（IC50 =36.2 μmol/L）[6]。

蛇床子素具有抗過敏活性，可抑制二硝基氟苯（DNFB）所致的耳腫脹作用[46]。哮喘是一種過敏性氣道炎癥性疾病。嗜酸細胞活化趨化因子Eotaxin在過敏性刺激物進入氣道后活化可致敏。通過對人支氣管上皮細胞BEAS-2B誘導表達Eotaxin發(fā)現(xiàn)，IL-4和TNF-α具有顯著誘導作用，這種誘導表達作用可被蛇床子素（0.1～10.0 μmol/L）所抑制，呈劑量依賴性。但蛇床子素并沒有抑制IL-4誘導的p38、ERK和JNK表達，但抑制了IL-4誘導的STAT6表達，呈劑量依賴性[47]。

多發(fā)性硬化癥（MS）是一種炎癥性脫髓鞘中樞神經系統(tǒng)（CNS）疾病。通過試驗性自身免疫性腦脊髓炎（EAE）動物模型，發(fā)現(xiàn)在中樞神經系統(tǒng)脫髓鞘的亞臨床期給予蛇床子素，可減緩病情發(fā)展。在亞臨床和臨床階段給予蛇床子素治療，可減輕EAE的病情，減輕炎癥、脫髓鞘和改善核磁共振成像結果[2]。此外，蛇床子素還抑制了EAE小鼠中神經生長因子（NGF）的減少和干擾素γ（IFN-γ）的增加[2]。

1.6 其他

PPARs是類固醇轉錄因子，可影響多個靶基因的表達，涉及糖代謝和脂肪酸存儲[48]。通過瞬時轉染試驗，蛇床子素可顯著激活PPARα和PPARγ的活性，呈劑量依賴性（表1）。同時蛇床子素也激活了PPAR靶基因如PPAR本身、脂肪酸結合蛋白2、酰基輔酶A合成酶和肉堿棕櫚-1A等的表達[49]。最近研究表明，活化的MAPK可激活磷酸化PPAR，呈激動劑非依賴性[50]。蛇床子素可激活MAPK，從而活化PPAR。在肥胖型糖尿病C57BKS.Cg-m+/+ Leprdb/ JNarl（db/db）小鼠模型中，蛇床子素可顯著降低血糖水平，這可能也是通過PPAR非依賴途徑介導的[50]。蛇床子素具有抗心律失?；钚裕赡苁峭ㄟ^介導的NO-cGMP的信號級聯(lián)反應調節(jié)的[51]（表1）。另外，蛇床子素對人增生性瘢痕成纖維細胞有很強的生長抑制作用并可以下調轉化因子β1的影響[52]。

2 結論

綜上所述，蛇床子素具有多樣的藥理和生化功能，包括抗癌、保護肝臟、抗骨質疏松、保護神經和抗炎等特性。由于其獨特的結構特征，蛇床子素可成為很好的先導化合物候選物。大量研究證實了蛇床子素在動物模型中的潛在作用，但需要進一步研究確定其對人的作用。由于水溶性差和低生物利用度，蛇床子素及其相關藥物的開發(fā)非常具有挑戰(zhàn)性，研究仍處于早期階段，但基于化合物的多功能作用，蛇床子素在治療和預防各種慢性疾病方面具有非常好的前景。

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