金雀花堿的生物活性研究進展

張彤 王紅興 薛慧 王詩濃 羅英花 金成浩

摘要：金雀花堿（Cytisine，Cyt）是一種主要存在于豆科毒豆屬植物種子中的喹諾里西啶生物堿。近年來金雀花堿的多種生物活性被逐漸發(fā)掘，其具有戒煙、促呼吸、鎮(zhèn)痛、抗腫瘤等功效。在抗癌活性方面能夠誘導癌細胞凋亡，已被廣泛應用于抑制多種腫瘤細胞的增殖;在戒煙方面能夠作為選擇性局部激動劑，降低吸煙者對尼古丁的依賴，有望廣泛應用于戒煙;在鎮(zhèn)痛方面能夠反射性的興奮呼吸，已被廣泛應用于臨床手術對患者的麻醉作用。本文通過對大量文獻的查閱及驗證，將對金雀花堿的生物活性及其相關作用機制進行總結，以期為金雀花堿的開發(fā)和利用提供理論基礎。

關鍵詞：金雀花堿;抗癌;戒煙

中圖分類號：R285.5 文獻標識碼：A文章編號：2095-9737（2020）03-0001-03

Abstract：Cytisine （Cyt） is a quinolizidine alkaloid mainly found in the seeds of the leguminous genus. In recent years， a variety of biological activities of cytisine have been gradually discovered， and it is known to have the effects of quitting smoking， promoting breathing， analgesia， and anti-tumor. It can induce apoptosis of HepG2 cells in liver cancer in terms of anticancer activity， and has been widely used to inhibit the proliferation of various tumor cells; it can be used as a selective local agonist in smoking cessation， reducing the dependence of smokers on nicotine， and is expected to be widely used in smoking cessation; reflective excitatory breathing in terms of analgesia has been widely used in clinical anesthesia for patients. Through reviewing and verifying a large number of literatures， this paper summarizes the biological activity of cytisine and its related mechanism of action， in order to provide a theoretical basis for the development and utilization of cytisine.

Key words：Cytisine; Anticancer; Quit smoking

金雀花堿是一種從豆科毒豆屬種子中提取出來的一類生物堿，中文別名野靛堿、烏樂堿。分子式為C15H26N2，分子量為234.38，弱堿條件下溶于丙酮，極其容易氧化，提取過程需要避光操作，臨床中使用0.15%金雀花堿水溶液靜脈注射，可用于搶救休克現(xiàn)象，同時兼有阻斷尼古丁誘導的多巴胺釋放，達到戒煙的功效[1]。另外，金雀花堿具有較強的抗癌特性，能夠在體外抑制多種癌細胞的增殖并誘導其凋。因此，作者通過查閱了大量參考文獻，對金雀花堿的各方面生物活性進行研究總結。

1 金雀花堿的抗癌活性

1.1 抑制癌細胞增殖

許多研究表明，金雀花堿可以有效抑制多種癌細胞增殖。在體外實驗中，用金雀花堿處理人乳腺癌細胞后，人乳腺癌細胞的增殖明顯被抑制[2]。在將小劑量金雀花堿作用于人肺癌細胞系A549、NCI-H23和NCI-H460時，發(fā)現(xiàn)三種細胞增殖明顯受到抑制，展現(xiàn)出金雀花堿具有很強的抗增殖活性。此外，金雀花堿可使肺癌A549細胞中Bcl-2蛋白的表達量降低，Bax蛋白表達量升高，抑制原癌基因表達并促進抗癌基因表達[3]。研究還發(fā)現(xiàn)，經過金雀花堿處理對裸鼠移植瘤小鼠的腫瘤生長具有很強的抑制作用，并呈現(xiàn)劑量依賴性，在同等濃度下，金雀花堿的抗癌效果優(yōu)于5-氟尿嘧啶。金雀花堿聯(lián)合異黃酮（isoflavonoids）能夠通過抑制過氧化物酶體雙功能酶的活性來抑制PC-3前列腺和LS174T人結腸癌細胞增殖，發(fā)揮抗癌作用[4]。

1.2 誘導癌細胞發(fā)生線粒體依賴性凋亡

細胞凋亡是細胞內多基因嚴格控制的過程，誘導細胞凋亡可以在不影響其他細胞活性的前提下清除掉癌細胞，是治療癌癥的熱門手段之一。有研究表明，金雀花堿能夠增強HepG2細胞的線粒體通透性，導致線粒體基質膨脹，外膜破裂，釋放出Cyt-c，使線粒體膜電位降低，進而誘導HepG2細胞發(fā)生凋亡[5]。同樣有研究表明，金雀花堿可通過調控線粒體膜逆轉生物細胞內Ca2+離子，平衡Bax和Bcl-2相關蛋白的表達水平，實現(xiàn)對多種腫瘤細胞的誘導凋亡[6]。

1.3 激活內質網（ER）應激及調節(jié)多條信號通路

內質網應激導致的細胞凋亡是近年來新發(fā)現(xiàn)的一種凋亡方式。內質網及其膜結合細胞器能夠合成、排序、組裝、修改生物所需的多種蛋白質，在真核細胞中起著至關重要的作用。研究表明，金雀花堿不僅可以通過線粒體途徑誘導HepG2細胞凋亡，還可以誘導HepG2細胞Ca2+離子超載，進而誘導內質網應激反應的發(fā)生。在金雀花堿處理后使用透射電鏡觀察HepG2細胞形態(tài)學表現(xiàn)時，觀察發(fā)現(xiàn)胞漿空泡化后出現(xiàn)明顯的細胞凋亡，并且在此過程中HepG2細胞的內質網擴張、線粒體腫脹;使用激光共聚焦熒光顯微鏡檢測細胞內鈣濃度時，激光共聚焦熒光顯微鏡顯示鈣離子濃度與金雀花堿劑量呈現(xiàn)出依賴性增加的趨勢[7]。金雀花堿通過從內質網釋放鈣離子來增加細胞內鈣離子濃度，從而引起內質網應激反應，進一步加快HepG2的細胞的凋亡。除此之外，金雀花堿能夠直接阻滯大鼠心室肌細胞上主要的離子通道（INa、Ito和ICa-L）電流，并能使其通道動力學特征發(fā)生改變[8]。

MAPK信號通路主要包括三個亞族，即JNK、ERK、p38，能夠參與控制細胞的多種生命活動，在細胞凋亡中起著至關重要的作用。MAPK可由多種應激刺激所激活，如內質網應激反應，ROS水平變化等。有研究表明，在金雀花堿處理A549細胞后，通過western blot實驗檢測發(fā)現(xiàn)JNK/p38信號通路被激活，ERK信號通路被抑制，流式細胞術實驗表明ROS水平升高，在加入活性氧清除劑后，MAPK信號通路均恢復原來水平，因此推斷金雀花堿能夠通過上調ROS水平，進而調節(jié)MAPK通路，最終誘導癌細胞凋亡[2]。

2 金雀花堿的戒煙作用

相關研究表明，金雀花堿在機體內可以在一定程度逆轉尼古丁的一些作用，為尼古丁依賴者戒斷香煙提供了可能性。在治療患者時金雀花堿可以通過刺激神經元尼古丁受體來拮抗掉吸煙時尼古丁所帶來的作用，并且減輕吸煙者對尼古丁的依賴性。金雀花堿具有降低大腦刺激，增強運動能力的作用。另一方面金雀花堿可以阻斷尼古丁誘導的多巴胺釋放，從而降低尼古丁的自我給藥點。雖然金雀花堿具有較低的血腦屏障穿透能力從而限制了它的臨場應用，但最近臨床分析表明，金雀花堿確實有助于戒煙，并且可能成為一種負擔得起的更為廉價的治療藥物。浙江大學社會科學研究中心的一項研究發(fā)現(xiàn)，金雀花堿在低劑量的水平下，可產生類似尼古丁的自我刺激行為。

另外，金雀花堿在體內表現(xiàn)為低非特異性的部分激動劑。研究發(fā)現(xiàn)，金雀花堿具有較弱的尼古丁辨別刺激作用，但是可以促進顱內自我刺激，同時恢復尼古丁的尋求行為。在使用金雀花堿戒煙時，盡管高劑量的氫化可能會比較容易拮抗尼古丁所產生的危害，但是卻降低了尼古丁依賴者產生戒斷癥狀的可能性[9]。目前一系列研究表明，金雀花堿可以產生一種相當獨特的體內效應模式，將其與其他尼古丁受體激動劑區(qū)分開來。

3 金雀花堿對皮層神經損傷的保護作用

相關研究表明，金雀花堿可以通過逆轉細胞內鈣離子超載，平衡Bcl-2和Bax蛋白的表達水平。其通過調控Bcl-2家族保護皮層神經元，可顯著逆轉N-甲基-D-天冬氨酸受體的上調但不影響受體水平表達。在最近的一項研究中，金雀花堿還表現(xiàn)出通過抑制T細胞活性來減輕中樞神經系統(tǒng)炎癥的特性，這種特性與一些抗抑郁藥物作用相類似。通過6-羥多巴胺來誘導紋狀體使多巴胺組織水平下降，同時它也是一種潛在的帕金森病的治療藥物。

近年來，因為N-甲基-D-天冬氨酸受體2B亞基拮抗劑對許多神經系統(tǒng)疾病具有潛在的治療價值，許多研究者對其進行了廣泛的研究。有研究表明，興奮性中毒是由含有GluN2B亞基的N-甲基-D-天冬氨酸受體選擇性激活所觸發(fā)的，這在研究神經性發(fā)病機制中發(fā)揮重要作用。金雀花堿則可以通過調控Bcl-2家族和下調GluN2B水平使鈣離子超載，對神經損傷具有顯著的保護作用。NMDAR通道的激活和打開導致鈣離子通道打開，致使鈣離子的流入，谷氨酸進一步釋放，神經元細胞出現(xiàn)丟失現(xiàn)象[10]。鈣離子超載可觸發(fā)多種細胞內分解代謝過程，如以下幾種致死反應，包括硝化反應，氧化應激反應和線粒體功能障礙反應。在一些小鼠實驗研究中已經闡明了NMDA介導的皮層神經元興奮性神經毒性可能具有神經保護特性[11]。在研究中發(fā)現(xiàn)，NMDA刺激的鈣離子升高被金雀花堿以濃度依賴性的方式抑制，來對神經進行保護。金雀花堿在研究中被證實可能是通過抑制過活化GluN2B-NMDARs來引起細胞凋亡，保護皮層神經元[12]。

4 金雀花堿與抗癲癇藥物的作用

金雀花堿在精神患者中安全性研究有限，現(xiàn)有數(shù)據并不能得出明確結論。比如在一些研究中稱金雀花堿誘導動物強直性痙攣性驚闕，但是其對患者癲癇病程及臨床結局影響并不清楚。拉科酰胺、左乙拉西坦、普瑞巴林的抗驚闕活性可能與金雀花堿的活性相關。在一些研究中，曾經測試了8種不停的抗驚闕機制作用的抗癲癇藥物。研究結果表明，金雀花堿通過增加伽馬氨基丁酸合成，抑制GABA降解并且不影響神經傳遞藥物的抗驚闕活性[13]。Levetirace-tam的作用機制包括神經元與突觸泡蛋白2A的結合，抑制神經元內鈣離子的濃度。另外，levetirace-tam是治療部分癲癇病發(fā)作最常用的處方藥之一。在現(xiàn)有文獻中曾證實，金雀花堿與抗癲癇藥物的相互作用可能只依賴于金雀花堿對levetirace-tam的保護性抗驚闕活性的影響，而并產生其他急性不良反應[14]。金雀花堿的作用是藥效學機制所引起的，與抗癲癇藥物的總濃度變化無關，其所涉及的神經學領域仍有待發(fā)展。

5 展望

金雀花堿在臨床醫(yī)學中具有搶救休克，提升白細胞活性的作用，可以治療和預防肝癌、乳腺癌，同時因為其價格低廉、原材料易得等特點，有望成為當今效果良好卻價格高昂的戒煙藥物Varenicline的替代品[15]。近幾年的研究中也可以發(fā)現(xiàn)，金雀花堿可通過誘導細胞凋亡、抑制細胞增殖、ER的應激機制和激活JNK、CHOP等通路來實現(xiàn)對腫瘤的控制。此外，其在神經領域與抗癲癇藥物的結合也發(fā)揮了較好的抗癲癇作用，但具體分子機制尚不完全明晰，還需要進行更加深入的研究和探討。

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