山椒素藥理學(xué)研究進(jìn)展

李焰梅，郝 丹，蔣 獻(xiàn)

(四川大學(xué) 1.華西臨床醫(yī)學(xué)院、2.華西醫(yī)院皮膚科，四川 成都 610041)

花椒為蕓香科(Rutaceae)花椒屬植物(Zanthoxylum)的果皮，《中藥大辭典》記錄其功效：溫中散寒，除濕，止痛，殺蟲(chóng)，治積食停飲，心腹冷痛，齒痛，陰癢，瘡疥。酰胺類(lèi)物質(zhì)是花椒中最具特征的一類(lèi)生物堿，是花椒麻味來(lái)源，目前已分離鑒定超過(guò)50種，以山椒素為代表。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，山椒素具有廣泛的生物學(xué)效應(yīng)，對(duì)全身多系統(tǒng)功能具有良好的調(diào)節(jié)作用，本文就山椒素結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性、藥代動(dòng)力學(xué)、藥物靶點(diǎn)和藥理作用進(jìn)行綜述。

1 結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

1.1結(jié)構(gòu)山椒素為脂肪鏈酰胺生物堿。6種最常見(jiàn)山椒素的結(jié)構(gòu)已研究較清楚，α-山椒素為(2E,6Z,8E,10E)-N-異丁基-2,6,8,10-十二碳四烯酰胺，β-山椒素為該化合物的全反式異構(gòu)體。羥基-α-山椒素(hydroxy-α-sanshool，HAS)和羥基-β-山椒素(hydroxy-β-sanshool，HBS)分別在α-山椒素和β-山椒素的2位具有羥基。γ-山椒素結(jié)構(gòu)為(2E,4E,8Z,10E,12E)-N-異丁基-2,4,8,10,12-十四碳五烯酰胺，其側(cè)鏈的碳原子數(shù)為14，δ-山椒素是γ-山椒素的全反式異構(gòu)體。

1.2穩(wěn)定性花椒中含量最高的山椒素為HAS，其結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，在正常儲(chǔ)存條件下容易發(fā)生異構(gòu)化、水解和氧化，在較低溫度下更穩(wěn)定，對(duì)酸性溶液和紫外光照不穩(wěn)定，紫外線會(huì)加速其同分異構(gòu)體轉(zhuǎn)化[1]。目前已合成更穩(wěn)定的山椒素衍生物，其中異戊基烯酰胺(isobutylalkenyl amide，IBA)最常用[2]。

2 藥代動(dòng)力學(xué)

山椒素在口服或皮下注射后能快速吸收和消除，具有開(kāi)發(fā)麻醉制劑的優(yōu)勢(shì)。研究顯示[3]，健康志愿者口服含山椒素的藥物30 min后，血漿HAS濃度達(dá)到最大值，最大濃度為0.76～2.66 μmol·L-1，中位半衰期為1.6～1.7 h，藥代動(dòng)力學(xué)呈線性，HBS的血漿濃度顯示與HAS的血漿濃度平行的變化模式。另一項(xiàng)口服研究得到相似的結(jié)果[4]。此外，在口服含山椒素藥物后的血漿和尿液樣品中，均檢測(cè)到HAS和HBS，離子掃描顯示，羥基山椒素可能在血漿中形成糖苷酸結(jié)合物，表明山椒素能夠經(jīng)胃腸道迅速吸收、全身分布以及經(jīng)腎臟排泄。皮下注射含山椒素的花椒提取物的研究發(fā)現(xiàn)[5]，HAS、HBS和羥基-γ-山椒素(hydroxy-γ-sanshool，HRS)在皮下給藥后迅速被吸收，廣泛分布于血漿，絕對(duì)生物利用度分別為100.2%、76.2%和90.3%。

3 藥物靶點(diǎn)

目前研究顯示，山椒素是多效性藥物，能夠與多種離子通道和受體相互作用。

3.1瞬時(shí)受體電位離子通道Koo等[6]測(cè)試HAS對(duì)異源表達(dá)的17個(gè)瞬時(shí)受體電位(transient receptor potential，TRP)離子通道的活化作用，結(jié)果顯示HAS僅對(duì)TRPV1和TRPA1轉(zhuǎn)染的HEK293細(xì)胞具有受體激動(dòng)活性，誘導(dǎo)產(chǎn)生內(nèi)向電流及Ca2+內(nèi)流，HAS的活化性能比辣椒素(TRPV1激動(dòng)劑)或異硫氰酸烯丙酯(allyl isothiocyanate，AITC；TRPA1激動(dòng)劑)均低。TRPV1和TRPA1均存在2種結(jié)合位點(diǎn)，包括非共價(jià)的結(jié)合袋和共價(jià)激活的半胱氨酸殘基。關(guān)于山椒素和TRP通道之間的結(jié)構(gòu)活性關(guān)系以及結(jié)合方式，研究顯示[7]，TRPV1的活化沒(méi)有結(jié)構(gòu)特異性，而TRPA1的激活和山椒素側(cè)鏈的順式雙鍵結(jié)構(gòu)有關(guān)；山椒素激活TRPV1可能不需要與其細(xì)胞內(nèi)反應(yīng)性半胱氨酸共價(jià)結(jié)合，而TRPA1應(yīng)答可能涉及共價(jià)和非共價(jià)結(jié)合位點(diǎn)之間相互作用。綜上表明，山椒素是弱效的TRPV1和TRPA1激動(dòng)劑，相關(guān)受體結(jié)合位點(diǎn)模式還需要進(jìn)一步研究。

3.2雙孔鉀離子(two-poredomainK+，K2P)通道電生理學(xué)和克隆蛋白研究表明[8]，一部分pH和麻醉劑敏感的雙孔K+通道，即KCNK3(TASK-1)、KCNK9(TASK-3)和KCNK18(TRESK)，是HAS作用的分子靶點(diǎn)，HAS通過(guò)阻斷外向K+電流使體感神經(jīng)元去極化，從而引發(fā)刺激。另一項(xiàng)研究也支持這一論點(diǎn)[2]，山椒素衍生物IBA以劑量依賴(lài)性的方式，阻斷雙孔鉀離子通道TRESK介導(dǎo)的背景電流，誘導(dǎo)膜電位瞬時(shí)去極化，并通過(guò)電壓依賴(lài)性Ca2+通道激活Ca2+內(nèi)流。有趣的是，IBA對(duì)雙孔鉀離子通道作用并不一致，例如IBA能增強(qiáng)TREK-1和TREK-2的電流，對(duì)TRAAK則無(wú)明顯影響[2]，通道亞型選擇性拮抗劑或相關(guān)受體缺陷型動(dòng)物或許可以進(jìn)一步闡明山椒素的選擇性作用。

3.3電壓門(mén)控鈉離子(NaV)通道不同于前兩種通道的研究顯示山椒素具有刺激性，鈉通道研究提示山椒素是花椒的止痛成分。Tsunozaki等[9]使用全細(xì)胞電壓鉗記錄和鈣成像等方式研究發(fā)現(xiàn)，HAS靶向抑制電壓門(mén)控鈉離子通道，HAS抑制NaV通道亞型的程度不同，與NaV1.1、1.2、1.6和1.8相比，NaV1.3和1.7顯示更大阻滯作用。此外，盡管HAS能改變多種 NaV通道的穩(wěn)態(tài)失活曲線，但NaV1.7通道的穩(wěn)態(tài)失活曲線向超極化方向移動(dòng)最明顯，綜合得出，在靜息電位下，山椒素可能對(duì)NaV1.7通道具有最強(qiáng)烈的抑制作用。NaV1.7通道和疼痛關(guān)系較確切，無(wú)痛癥和編碼NaV1.7通道的基因SCN9A功能缺失有關(guān)[10]。

3.4G蛋白偶聯(lián)受體(Gprotein-coupledreceptors，GPCRs) Dossou等[11]探究從花椒中提取的8種山椒素及其衍生物對(duì)大麻素(cannabinoid，CB)受體的作用，研究發(fā)現(xiàn)，HBS對(duì)CB1受體具有最大的拮抗作用，四氫花椒素(tetrahydrobungeanool)對(duì)CB2受體具有最大的拮抗活性。山椒素及其衍生物的功能活性可能取決于幾個(gè)因素，包括雙鍵的位置、碳鏈長(zhǎng)度、不飽和度以及在烷基胺結(jié)構(gòu)上存在的羥基。此外，研究者還篩選γ-山椒素對(duì)165種已知GPCRs的激動(dòng)或拮抗活性，結(jié)果顯示，γ-山椒素是CB2受體的強(qiáng)激動(dòng)劑和CB1受體的強(qiáng)拮抗劑，γ-山椒素對(duì)GPR55(一種大麻素受體)、GPR132(溶血磷脂酰膽堿的高親和力受體)和GPR151具有大于50%的激動(dòng)活性[11]。下一步還需要探索山椒素作用于這些受體后產(chǎn)生的生理調(diào)節(jié)功能及藥理作用。

4 藥理作用

近年來(lái)，隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，花椒的多種功效逐漸證實(shí)是由于山椒素的作用，而山椒素的藥理作用與其對(duì)細(xì)胞膜上離子通道及受體的作用密切相關(guān)。

4.1皮膚神經(jīng)系統(tǒng)花椒或山椒素直接作用于口腔或指尖，能引發(fā)獨(dú)特(并不愉快)的麻刺感，這與花椒緩解牙痛以及止癢的功效似乎并不一致，盡管研究試圖探索其機(jī)制，但目前仍未闡明。

4.1.1感覺(jué)神經(jīng)元 神經(jīng)生理學(xué)研究表明，山椒素能誘導(dǎo)多種感覺(jué)神經(jīng)元去極化，并激發(fā)動(dòng)作電位，包括部分三叉神經(jīng)節(jié)以及背根神經(jīng)節(jié)中歸類(lèi)為傷害感受器和輕觸感受器的獨(dú)特子集[6，8]。Sawyer等[12]研究發(fā)現(xiàn)，山椒素的穩(wěn)定衍生物IBA能激活大部分脊髓背角廣動(dòng)力范圍(wide dynamic range，WDR)神經(jīng)元，意外發(fā)現(xiàn)大多數(shù)最初分類(lèi)為低閾值機(jī)械敏感性(low threshold mechanosensitive，LTM)的脊髓神經(jīng)元也對(duì)IBA有反應(yīng)，并且隨后都被AITC和(或)辣椒素激發(fā)，表明這些神經(jīng)元可能被山椒素刺激敏化，興奮閾值發(fā)生改變。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)[13]，山椒素能增強(qiáng)神經(jīng)機(jī)械敏感性，但對(duì)熱敏感性沒(méi)有影響。此外，山椒素激活感覺(jué)神經(jīng)元可能不是通過(guò)TRP通道作用，因?yàn)橹貜?fù)應(yīng)用IBA的反應(yīng)表現(xiàn)出自我敏化和脫敏，但不能通過(guò)預(yù)先施用TRPV1或TRPA1激動(dòng)劑而被交叉脫敏。

4.1.2皮膚感受器 目前神經(jīng)電生理學(xué)研究表明，HAS引起的獨(dú)特麻刺感可能是通過(guò)機(jī)械感受器和傷害感受器的共同作用。研究發(fā)現(xiàn)[14]，HAS能興奮皮膚感覺(jué)纖維的特定亞型，包括幾乎所有的快適應(yīng)Aδ纖維，部分機(jī)械敏感的Aβ纖維以及低傳導(dǎo)速度的C纖維。相反，HAS強(qiáng)烈且呈濃度依賴(lài)性地抑制大部分慢適應(yīng)AM纖維(Aδ mechanoreceptor fibre，AM fibre)和部分慢適應(yīng)Aβ纖維[9]。另一方面，心理物理學(xué)研究發(fā)現(xiàn)[15]，HAS在嘴唇上誘發(fā)的感覺(jué)與指尖上(50.0±2.4)Hz的機(jī)械振動(dòng)頻率相匹配，這對(duì)應(yīng)于快適應(yīng)1型(rapidly adapting 1，RA1)纖維最敏感的頻率范圍(10～80 Hz)，RA1纖維能感受皮膚輕觸覺(jué)，提示山椒素引發(fā)麻刺感的主要原因可能是觸覺(jué)通道的激活。

RA1傳入纖維和(或)Meissner’s小體機(jī)械感受器的自發(fā)放電被認(rèn)為是缺血或局灶性神經(jīng)壓迫引發(fā)“針刺”感的基礎(chǔ)[15]，而Aδ機(jī)械感受器的敏化引發(fā)炎性疼痛[9]。因此，山椒素可能用于研究皮膚感覺(jué)異常的分子機(jī)制以及開(kāi)發(fā)鎮(zhèn)痛藥物。

4.2腸道保護(hù)作用山椒素被認(rèn)為是傳統(tǒng)草藥方劑大建中湯(daikenchuto，DKT)的主要功效成分。DKT已納入日本醫(yī)療保健體系，作為治療各種胃腸疾病，包括腹脹腹痛、術(shù)后腸梗阻和黏連性腸梗阻的處方藥。

4.2.1腸道機(jī)械活動(dòng) 平滑肌細(xì)胞(smooth muscle cell，SMC)是胃腸平滑肌運(yùn)動(dòng)的最終效應(yīng)細(xì)胞，研究發(fā)現(xiàn)[16]，HAS和HBS能誘導(dǎo)SMC收縮。目前山椒素誘導(dǎo)腸道運(yùn)動(dòng)的機(jī)制尚有爭(zhēng)議，因?yàn)槔苯匪貛缀醪徽T導(dǎo)SMC收縮[16]，因此，TRPV1刺激可能不是主要途徑。而Tsuchiya等[17]研究發(fā)現(xiàn)，包括山椒素在內(nèi)的幾種TRPA1激動(dòng)劑能改善術(shù)后腸梗阻模型鼠的腸道傳輸，并且在TRPA1缺陷型小鼠中，體外分離小腸周期性蠕動(dòng)的調(diào)節(jié)功能喪失，表明TRPA1可能參與小腸蠕動(dòng)周期性的形成。另一項(xiàng)研究結(jié)果表明[18]，HAS劑量依賴(lài)性地誘發(fā)結(jié)腸周期性的強(qiáng)推動(dòng)性“擠壓”運(yùn)動(dòng)，表現(xiàn)為長(zhǎng)距離收縮(long distance contraction，LDC)，這個(gè)運(yùn)動(dòng)可能不是通過(guò)TRP通道介導(dǎo)的，因?yàn)門(mén)RPV1/TRPA1激動(dòng)劑誘導(dǎo)不同的運(yùn)動(dòng)模式，而且給予TRPV1或TRPA1抑制劑，或使TRPV1/TRPA1脫敏，對(duì)HAS引起的結(jié)腸運(yùn)動(dòng)沒(méi)有或僅有適度的抑制，然而河豚毒素(鈉離子通道阻斷劑)可以完全消除HAS誘導(dǎo)的運(yùn)動(dòng)。因此，山椒素調(diào)節(jié)腸道運(yùn)動(dòng)可能是多種通道協(xié)同作用，有必要使用更具體的激動(dòng)劑和(或)拮抗劑以及基因工程動(dòng)物模型來(lái)闡明。

4.2.2炎癥性腸病 山椒素除了調(diào)節(jié)腸道運(yùn)動(dòng)，還在炎癥性腸病小鼠模型中顯示出良好作用，有望作為治療克羅恩病和潰瘍性結(jié)腸炎的新型治療劑。研究顯示[19]，羥基山椒素可防止小鼠術(shù)后腸黏連，這種作用可以被釕紅(TRP通道拮抗劑)廢除，表明TRP通道可能參與了這種作用。Kono等[20]研究顯示，HAS通過(guò)刺激腸上皮細(xì)胞的TRPA1通道，促進(jìn)腎上腺髓質(zhì)素(adrenomedullin，ADM)釋放，改善了2,4,6-三硝基苯磺酸(2,4,6-trinitrobenzenesulfonic acid，TNBS)誘導(dǎo)的結(jié)腸炎中缺血性結(jié)腸的血流量，促進(jìn)腸黏膜愈合。ADM最初被確定為血管擴(kuò)張劑，被認(rèn)為是體內(nèi)最強(qiáng)的內(nèi)源性血管舒張肽，ADM的其他作用包括增加細(xì)胞對(duì)氧化應(yīng)激和缺氧損傷的耐受性，促進(jìn)血管生成以及抗菌活性，ADM還能明顯抑制促炎細(xì)胞因子，如白細(xì)胞介素-13、粒細(xì)胞巨噬細(xì)胞集落刺激因子(granulocyte-macrophage colony stimulating factor，GM-CSF)、干擾素γ和腫瘤壞死因子α的產(chǎn)生[21]，已在多種結(jié)腸炎模型中顯示出抗炎效應(yīng)。綜上，山椒素具有治療炎癥性腸病的潛力，其中TRP通道和ADM可能發(fā)揮了重要作用。

4.3糖尿病Dossou等[11]發(fā)現(xiàn)，γ-山椒素是CB2受體的強(qiáng)激動(dòng)劑和CB1受體的強(qiáng)拮抗劑，表明其可能作為治療1型糖尿病的候選藥物。后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，山椒素能改善鏈脲佐菌素(streptozotocin，STZ)誘導(dǎo)的糖尿病模型鼠血糖、血脂和蛋白質(zhì)代謝紊亂。研究顯示[22]，花椒酰胺類(lèi)物質(zhì)(HAS、HBS和HRS的混合物)喂養(yǎng)28 d后，糖尿病模型鼠的空腹血糖和血漿果糖胺水平明顯降低，葡萄糖耐量得到改善。同時(shí)血漿胰島素水平恢復(fù)，肝臟和肌肉組織的糖原含量也明顯增加，其降糖機(jī)制可能是通過(guò)下調(diào)CB1受體，并上調(diào)TRPV1的表達(dá)，逆轉(zhuǎn)肝臟葡萄糖代謝和糖異生，修復(fù)受損的胰島β細(xì)胞，并上調(diào)胰腺中胰十二指腸同源盒1、葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白2和葡萄糖激酶的表達(dá)水平，恢復(fù)胰島功能并促進(jìn)胰島素分泌。Ren等[23]進(jìn)一步補(bǔ)充，酰胺類(lèi)物質(zhì)明顯降低STZ誘導(dǎo)的糖尿病模型鼠血清和肝臟中甘油三酯和游離脂肪酸含量，并且可能通過(guò)激活A(yù)MPK/SIRT1信號(hào)通路，介導(dǎo)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4的快速轉(zhuǎn)運(yùn)，提高葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)速率，通過(guò)Ins/IGF1-PI3K-Akt-mTOR途徑增加蛋白質(zhì)合成，以及通過(guò)UPP途徑降低骨骼肌中的蛋白質(zhì)分解代謝[24]。盡管以上研究均使用混合物，但已強(qiáng)烈提示山椒素可以開(kāi)發(fā)為治療糖尿病藥物。此外，血糖和血脂紊亂可能損傷糖尿病外周神經(jīng)，導(dǎo)致感覺(jué)異常和神經(jīng)傳導(dǎo)功能下降[25]，山椒素或許有助于改善糖尿病周?chē)窠?jīng)病變。

5 總結(jié)

綜上研究表明，山椒素能夠結(jié)合多種細(xì)胞膜上離子通道和受體，發(fā)揮廣泛的藥理活性，但山椒素如何改變特定蛋白復(fù)合體結(jié)構(gòu)，不同通道受體之間是否存在相互作用，以及山椒素的結(jié)構(gòu)活性關(guān)系還需要進(jìn)一步闡明。此外，其他離子通道和受體，例如與觸覺(jué)相關(guān)的Piezo機(jī)械敏感離子通道能否和山椒素作用，仍有待研究。目前，山椒素已展現(xiàn)出廣闊的臨床應(yīng)用前景，具有治療多種疾病的潛力，盡管市場(chǎng)上相關(guān)產(chǎn)品還比較少見(jiàn)，但用于止癢和改善皮膚皺紋的產(chǎn)品已有報(bào)道。進(jìn)一步探索山椒素的藥理作用及機(jī)制，開(kāi)發(fā)山椒素的市場(chǎng)價(jià)值具有重要意義。