蕨類植物中蕨素類成分的研究進(jìn)展

盧 健， 黃應(yīng)正， 陳圣加， 劉建群， 舒積成

（江西中醫(yī)藥大學(xué)現(xiàn)代中藥制劑教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 江西 南昌330004）

蕨類植物又名羊齒植物， 是一群具維管束的高等孢子植物， 為高等植物的一大類群， 大約有11 500 種， 廣泛分布世界各地［1］， 中國(guó)約有2 000 種， 其中許多種類為藥用植物， 并且一些已列入《國(guó)家藥典》， 如骨碎補(bǔ)、 海金沙、貫眾、 鳳尾草等［2］。 研究表明， 蕨類植物含有萜類、 黃酮、酚酸等多種成分， 萜類主要是二萜和倍半萜， 而具1H-茚-1-酮母核結(jié)構(gòu)的蕨素類倍半萜為專屬性成分。 近年來， 國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)該類成分進(jìn)行了廣泛的研究， 從多種蕨類植物中分離鑒定出大量新成分， 迄今已有151 種， 正發(fā)展成為一類重要的天然產(chǎn)物。 秦波等［3-4］總結(jié)了從鳳尾蕨科植物中分離到的部分蕨素類成分， 但目前未見對(duì)天然蕨素類成分及其藥理作用的研究報(bào)道。 據(jù)此， 本研究對(duì)蕨類植物中報(bào)道的蕨素類成分進(jìn)行整理， 對(duì)其結(jié)構(gòu)類型及藥理活性進(jìn)行歸納， 以期為其深入開發(fā)利用提供參考。

1 化學(xué)成分

據(jù)文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)， 自20 世紀(jì)80 年代以來國(guó)內(nèi)外學(xué)者從蕨類植物（如鳳尾蕨科、 裸子蕨科、 鹵蕨科等） 中分離得到151 種蕨素類成分， 按母核骨架結(jié)構(gòu)的碳原子數(shù)， 主要包括13 碳蕨素類、 14 碳蕨素類、 15 碳蕨素類、 蕨素二聚體類。

1.1 13 碳蕨素類 結(jié)構(gòu)特征為1H-茚-1-酮母核骨架上只有13 個(gè)碳原子， C-2、 C-3 位均為亞甲基， 無甲基取代。 目前此類化合物數(shù)目極少， 僅在鳳尾蕨科植物中分離得到mukagolactone （1）［5］， 為三環(huán)結(jié)構(gòu)， 由1H-茚-1-酮結(jié)構(gòu)苯環(huán)上的2-羥乙基與鄰位羧基（甲基氧化） 縮合而成的內(nèi)酯， 結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 mukagolactone 結(jié)構(gòu)

1.2 14 碳蕨素類 結(jié)構(gòu)特征為C-2、 C-5、 C-7 位分別有甲基取代， C-2 位甲基可出現(xiàn)α 或β 2 種構(gòu)型； 羥基取代常見于C-2、 C-3、 C-13、 C-14 位， 但C-12 位羥基取代也有少量報(bào)道； C-3 位羥基有α 或β 2 種構(gòu)型， 并且羥基取代在C-13 位形成的絕對(duì)構(gòu)型（R／S） 在大多數(shù)文獻(xiàn)中對(duì)此未進(jìn)行確認(rèn)。 另外， C-3、 C-14 位多見糖苷化， 并且主要為葡萄糖結(jié)構(gòu)單元， C-14 可見乙?；傲蛩岣〈?。目前報(bào)道此類成分共計(jì)81 種， 母核結(jié)構(gòu)見圖2， 具體結(jié)構(gòu)見表1。

圖2 14 碳蕨素類母核結(jié)構(gòu)

表1 14 碳蕨素類化合物結(jié)構(gòu)

續(xù)表1

續(xù)表1

續(xù)表1

1.3 15 碳蕨素類 結(jié)構(gòu)特征為C-2 位有2 個(gè)甲基取代， 或C-2、 C-3 位分別有甲基取代， 從而形成15 碳母核結(jié)構(gòu)。 C-2 位甲基、 C-3、 C-14 位常見羥基取代， 在C-9、 C-12、 C-13 位羥基取代有少量報(bào)道， 并且羥基取代在C-13 位形成的絕對(duì)構(gòu)型（R／S） 在大多數(shù)文獻(xiàn)中并未確認(rèn)。 另外， C-2、 C-14 位多見糖苷化， 主要為葡萄糖單元結(jié)構(gòu)， C-14 位還有乙?；〈?。 目前報(bào)道此類成分有65 種， 母核結(jié)構(gòu)見圖2～4， 具體結(jié)構(gòu)見表2～4。

表2 15 碳蕨素類化合物結(jié)構(gòu)（I 部分）

續(xù)表2

續(xù)表2

圖3 15 碳蕨素類母核結(jié)構(gòu)II

圖4 15 碳蕨素類母核結(jié)構(gòu)III

1.4 蕨素二聚體類 結(jié)構(gòu)特征為兩分子的單蕨素類結(jié)構(gòu)通過碳骨架駢合形成二聚體。 此類結(jié)構(gòu)報(bào)道僅5 個(gè)， 主要有2 種結(jié)構(gòu)類型， 一類是2 個(gè)單蕨素通過C-2／C-3 形成四元環(huán)， 其結(jié)構(gòu)母核為28 個(gè)碳； 另一類是通過蕨素C-2 與另一蕨素C-12 相連， 則其結(jié)構(gòu)母核為27 個(gè)碳。 結(jié)構(gòu)見表5。

表3 15 碳蕨素類化合物結(jié)構(gòu)（II 部分）

表4 15 碳蕨素類化合物結(jié)構(gòu)（III 部分）

表5 蕨素二聚體類化合物結(jié)構(gòu)

2 藥理活性

2.1 抗腫瘤活性 蕨素類化合物對(duì)多種腫瘤細(xì)胞表示出較強(qiáng)的細(xì)胞毒性， 如Nord 等［29］從Granulobasidium vellereum 中分離得到Granuloinden B （75） 對(duì)Huh7 和MT4 腫瘤細(xì)胞有細(xì)胞毒活性， IC50值分別為6.7 μmol／L 和0.15 μmol／L；Shu 等［17］從Pteris multifida 中 分 離 得 到 的 （2R， 3S） -acetylpterosin C （33）、 （2S， 3S） -acetylpterosin C （34）、（2R， 3R） -13-hydroxy- pterosin L 3-O-β-D-glucopyranoside（105） 和Chen 等［37］從Pteris ensiformis 中 分 離 得 到 的pterosin B （ 5 ）、 （ 2R， 3R ） -pterosin L 3-O-β-Dglucopyranoside （111） 及Liu 等［47］從Pteris multifida 中分離得到bimutipterosins A （147）、 bimutipterosins B （148） 均對(duì)HL60 （人類白血病） 細(xì)胞有細(xì)胞毒活性， 其IC50值為3.7～35.7 μmol／L； Castillo 等［45］從Neotropical Bracken、 Pteridium Aquilinum 中分離得到的Ptaquiloside Z （142） 對(duì)豐年蝦有細(xì)胞毒活性， 在24、 48 h 時(shí)IC50值分別為62.5、 7.8 μg／mL；Ge 等［26］從Pteris multifida 中分離得到multifidoside A（67）、multifidoside B （68）、 multifidoside C（69），其中67、 68 對(duì)HepG2 細(xì) 胞 有 細(xì) 胞 毒 活 性， IC50值 分 別 為 8.69、9.26 μmol／L，同時(shí)對(duì)K562 細(xì)胞有抑制作用， IC50值分別為10.63、 9.57 μmol／L［26］； Uddin 等［13］從Acrostichum aureum中分離得到（2S， 3S） -sulfated pterosin C （19） 對(duì)AGS 胃癌細(xì)胞具有抑制增殖的作用， 在24 h 對(duì)AGS 胃癌細(xì)胞的IC50值為23.9 μmol／L［13］； Kim 等［11］從Pteris multifida 根中分離得到的（2S， 3S） -pterosin C 3-O-β-D- ［4′- （E） -caffeoyl］ -glucopyranoside （15） 對(duì)HCT116 人結(jié)腸直腸癌細(xì)胞有抗增殖的活性， IC50值為（8.0±1.7） μmol／L， 進(jìn)一步研究表明， 其抗增殖機(jī)制是誘導(dǎo)HCT116 人結(jié)腸直腸癌細(xì)胞凋亡。 此外， Ouyang 等［12］從Pteris multifida 中分離得到的dehydropterosin B （76）、 Murakami 等［20］從Pteris multifida 中分 離 得 到 （2S， 3S） -pterosin C 3-O-β-D-glucopyranoside（17） 對(duì)人胰腺癌細(xì)胞株（PANC-1） 和人小細(xì)胞肺癌細(xì)胞株（NCI-H446） 有很強(qiáng)的細(xì)胞毒活性， IC50值在4.27 ～14.63 μmol／L 之間。

2.2 殺蟲 Takahashi 等［48］對(duì)蕨類植物中7 個(gè)化合物（2R） -pterosin B （2）、 （2S， 3S） -pterosin C 3-O-β-D-glucoside （17）、 pterosin E （35）、 pterosin S （53）、 （2S） -6- （2-chloroethyl） -2-hydroxymethyl-5，7-dimethylindan-1-one （73）、（2S， 3R） -setulosopterosin （74）、 onitin （128） 進(jìn)行了抗利什曼活性研究， 它們分別來源于Onychium siliculosum、Pteris podophylla、 Pteris setuloso-costulata、 Pteris creica、 Pteris kiuschiuensis、 Histiopteris incisa、 Pteris wallichiana， IC50值分別為（16±1.1）、 （18±1.4）、 ＞100、 （23±1.6）、 ＞100、（67±2.2）、 （3.7±0.1） μg／mL， 表明128、 73、 2、 35、 17表現(xiàn)出很強(qiáng)的抗利什曼活性， 且在3-C 上連有糖苷化的17活性最強(qiáng)， 而74、 53 無活性。 利什曼原蟲種疾病是由小咬果蠅傳播的， 目前市面上治療這種病的一線藥物非常昂貴，且具有一定毒性， 蕨素類化合物可為相關(guān)新藥開發(fā)提供了新思路。

2.3 抗糖尿病 以pterosin A （82） 為代表的多個(gè)蕨素類化合物作在治療糖尿?。? 型、 2 型糖尿病） 方面均具有很強(qiáng)的活性， 顯示出非常好的開發(fā)前景。 據(jù)報(bào)道， 此類化合物抗糖尿病的機(jī)制可能是促進(jìn)葡萄糖攝取、 改善胰島素抵抗、 增強(qiáng)磷酸腺苷激活蛋白激酶（AMPK） 磷酸化、 調(diào)節(jié)碳水化合物和脂肪酸代謝［40，52-55］。

2.4 抗炎 Yahara 等［49］發(fā)現(xiàn)抑制一種軟骨細(xì)胞-特異性鹽誘導(dǎo)激酶3 （Sik3） 能條件性基因修復(fù)患有骨關(guān)節(jié)炎和關(guān)節(jié)軟骨增厚的小鼠， 同時(shí)還發(fā)現(xiàn)了一種可食用的蕨類化合物pterosin B （2） 作為Sik3 途徑抑制劑。 研究顯示， 小鼠無論是Sik3 缺失或關(guān)節(jié)內(nèi)注射pterosin B （2） 均可抑制軟骨細(xì)胞肥大， 保護(hù)軟骨不受骨關(guān)節(jié)炎的影響。 Sik3 調(diào)節(jié)著著關(guān)節(jié)軟骨的穩(wěn)態(tài)， 是治療骨關(guān)節(jié)炎的一個(gè)好方向，pterosin B （2） 作為候選治療的一種化合物， 未來有待進(jìn)一步探究。

2.5 抗結(jié)核 Chen 等［23］研究顯示， Pteris ensiformis 中分離得到的（2S， 3S） -12- hydroxypterosin Q （52） 對(duì)結(jié)核分枝桿菌H37Rv 有抗結(jié)核活性， MIC 為6.25 μg／mL， 對(duì)結(jié)核分枝桿菌有很強(qiáng)的抑制作用， 可為相關(guān)新藥研發(fā)提供很好的化學(xué)物質(zhì)基礎(chǔ)。

2.6 止痙攣 Sheridan 等［50］從蕨類植物中得到的pterosin Z （117）、 acetylpterosin Z （118） 有平滑肌舒張活性， 以前者最強(qiáng)， EC50值為（1.3±0.1） ×10-6mol／L， 與真菌類大致相同［EC50＝ （2.9±1.6） ×10-6mol／L］。 構(gòu)效關(guān)系顯示，若在pterosin 結(jié)構(gòu)中有1 個(gè)酚羥基和1 個(gè)衍生的二甲基基團(tuán)時(shí)， 則活性降低。

2.7 降血脂 Pteris cretica 中分離到的 （2R， 3S） -5-hydroxymethylpterosin C （25）、 （2S， 3S） -pterosin C （13）對(duì)3T3-L1 脂肪細(xì)胞具有降血脂活性， 并且較陽性藥黃連素更強(qiáng)， 其機(jī)制可能是該化合物通過氫鍵與LXRα 或LXRβ的殘基結(jié)合激活肝X 受體 （LXRs）， 從而降低甘油三酯［15］。

2.8 抗菌和抗病毒 pterosin B （2） 與山梨酸表現(xiàn)出了類似的抗菌活性， 并且pterosin O （43） 能抑制落葉松枯梢病菌和粗糙脈孢菌的生長(zhǎng)［51］。 Shen 等［27］用半葉法證明了Nicotiana tabacum 中分離得到的nicosesquiterpene A （70）和nicosesquiterpene B （71） 有很強(qiáng)的抗煙草花葉病毒活性，對(duì)煙草花葉病毒的抑制率分別高達(dá)36.7%和45.6%， 均強(qiáng)于陽性對(duì)照。

3 結(jié)語

多數(shù)蕨類植物具有藥用功效， 并且部分擁有悠久的歷史， 是重要植物資源。 現(xiàn)代藥理研究表明， 作為該類植物中的主要特征性和專屬性成分， 蕨素具有抗腫瘤、 抗糖尿病、 抗炎、 抗結(jié)核、 抗菌等活性， 近年來對(duì)其抗糖尿病作用機(jī)制的探索是熱點(diǎn)。

糖尿病為復(fù)雜的慢性病， 相關(guān)藥物具有多種作用機(jī)制、通路和靶標(biāo)。 隨著臨床治療2 型糖尿病一線藥物（如二甲雙胍、 羅格列酮、 西格列汀等） 相繼被證實(shí)是AMPK 激動(dòng)劑， AMPK 作為藥物篩選靶標(biāo)是目前相關(guān)研究的共識(shí)。 蕨素類成分是AMPK 信號(hào)通路的激動(dòng)劑， 可通過提高AMPK和Akt 活力、 減少Glut-4 的轉(zhuǎn)運(yùn)增加機(jī)體對(duì)糖的吸收、 增加PEPCK 表達(dá)抑制肝糖產(chǎn)生， 從而達(dá)到抗糖尿病的作用，并且無毒副作用［52-54］。 由此可見， 系統(tǒng)開展蕨類植物中蕨素類化學(xué)成分組成及作用機(jī)制研究， 對(duì)開發(fā)出更加安全有效的抗糖尿病藥物具有重要意義。