迷迭香酸烷基酯的來源及藥理活性研究進展

丁麗敏，趙紫燕，劉茜茜，劉榮霞

煙臺大學藥學院 新型制劑與生物技術藥物研究山東省高校協(xié)同創(chuàng)新中心 分子藥理和藥物評價教育部重點實驗室，煙臺 264005

迷迭香酸(rosmarinic acid)是由意大利科學家Scarpati在1985年首次從唇形科(Labiatae)植物迷迭香中分離得到的一種水溶性天然多酚酸，由一分子咖啡酸和一分子3，4-二羥基苯基乳酸酯化縮合而成，分子式為C18H16O8，結(jié)構(gòu)如圖1所示[1,2]。迷迭香酸廣泛存在于丹參[3]、薄荷[4]、迷迭香[5]、百里香[6]等唇形科植物中。迷迭香酸的藥理活性研究表明，其具有抗氧化[7]、抗炎[8]、抗腫瘤[9]、抗菌[10]等作用；最新研究表明，其還具有抗輻射[11]、抗糖尿病[12]以及抗心血管疾病[13]等藥理活性。雖然迷迭香酸具有廣泛的藥理活性，但極性大的特點影響了其在體內(nèi)的跨膜吸收[14]，導致體內(nèi)生物利用度較低，影響了其在臨床上的進一步開發(fā)利用[15]。近年來，有研究報道通過對迷迭香酸側(cè)鏈上的羧基進行酯化所得到的迷迭香酸衍生物[16,17]，改善了迷迭香酸極性大的特點，其中研究最多的是具有不同長度烷基鏈的迷迭香酸烷基酯，結(jié)構(gòu)如圖2所示。在已報道文獻中，迷迭香酸烷基酯主要來自于化學合成，也有一部分短鏈烷基酯在植物中被發(fā)現(xiàn)。迷迭香酸烷基酯的藥理活性研究表明，其具有抗心血管疾病[18]、抗氧化[19]、抗菌[20]、抗炎[21]、抗過敏[22]等藥理活性，而且藥理活性隨著酯鏈的不同呈現(xiàn)不同的活性強度。本文主要對迷迭香酸烷基酯的來源和藥理活性研究進展進行綜述，為迷迭香酸及其烷基酯在臨床上的進一步開發(fā)利用提供理論依據(jù)。

圖1 迷迭香酸的化學結(jié)構(gòu)Fig.1 Chemical structure of rosmarinic acid

圖2 迷迭香酸烷基酯的化學結(jié)構(gòu)Fig.2 Chemical structure of alky rosmarinate

1 迷迭香酸烷基酯的來源

迷迭香酸烷基酯的來源主要有兩種途徑：從天然植物中提取和化學合成。通過對迷迭香酸烷基酯在植物中的提取方法和化學合成方法進行總結(jié)，為快速、簡便的獲取大量迷迭香酸烷基酯提供理論依據(jù)。

1.1 植物提取方法

在已報道的文獻中，僅發(fā)現(xiàn)一些短鏈酯存在于植物中，例如迷迭香酸甲酯、乙酯、丁酯，其中迷迭香酸甲酯在鼠尾草[23]、百里香[24]、紫蘇[25]等唇形科植物中被廣泛發(fā)現(xiàn)。目前報道的從植物中獲取迷迭香酸烷基酯的方法主要有：微波輔助提取法[23]、加熱回流提取法[26]、減壓蒸餾法[27]、滲漉法[28]、大孔樹脂法[29]等；提取溶劑主要選擇乙醇[30]和甲醇[6]。對迷迭香酸烷基酯的提取方法進行總結(jié)，有利于開發(fā)一種快速、高效的提取方法，為發(fā)現(xiàn)更多存在于植物中的迷迭香酸烷基酯，提供理論依據(jù)。

1.2 化學合成方法

雖然有部分短鏈迷迭香酸烷基酯存在于植物中，但是其含量較低，種類少，為了滿足實驗所需大量化合物的需求，目前主要采取化學合成手段，獲取大量的迷迭香酸烷基酯。迷迭香酸烷基酯主要由迷迭香酸和相應的醇脫水縮合而成，已報道的化學合成方法的主要區(qū)別在于催化劑的選擇。迷迭香酸烷基酯的化學合成方法如表1所示，總結(jié)如下：(1)以強酸性磺酸樹脂Amberlite IR120H為催化劑，在55～70 ℃條件下，攪拌反應4～21天，得到迷迭香酸烷基酯[17]。該方法可以合成具有較長碳鏈的迷迭香酸烷基酯，所獲得化合物純度較高，但是耗費時間較長。(2)以濃硫酸為催化劑，攪拌反應過夜，得到迷迭香酸乙酯[31]。該方法相對簡單，但不適合合成具有較長碳鏈的迷迭香酸烷基酯。(3)以鹽酸為催化劑，在室溫下反應獲得迷迭香酸烷基酯，該方法和方法(2)類似[22]。(4)以氯化亞砜為催化劑，在N2和冰浴條件下，攪拌反應18 h，得到迷迭香酸甲酯[21]。該方法操作復雜，毒性較大，但是選擇性好。(5)以對甲苯磺酸為催化劑，加熱回流反應48小時，得到迷迭香酸十二酯[32]。該方法操作簡單，但是耗費時間較長。(6)以1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺(EDC)和4-二甲基氨基吡啶(DMAP)為催化劑，在室溫下攪拌反應，得到迷迭香酸烷基酯[33]。該方法相對簡單，而且具有較好的選擇性，對于直鏈和支鏈的迷迭香酸烷基酯的合成都適用。本實驗室對上述合成方法進行了考察，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，使用方法(6)中的催化劑合成具有不同長度碳鏈的迷迭香酸烷基酯效果較好，在4～8小時內(nèi)可以快速合成具有12個碳鏈以內(nèi)的迷迭香酸烷基酯，合成時間隨碳鏈的增長而延長。

表1 迷迭香酸烷基酯化學合成方法總結(jié)

續(xù)表1(Continued Tab.1)

方法Method催化劑Catalyst迷迭香酸烷基酯Alky rosmarinate反應溫度及時間Reaction temperature and time3鹽酸Hydrochloric acid迷迭香酸甲、丙、己酯Methyl,propyl,hexyl rosmarinate室溫[22]Room temperature[22]4氯化亞砜Thionyl chloride迷迭香酸甲酯Methyl rosmarinateN2和冰浴;18小時[21]N2 and ice bath;18 h[21]5對甲苯磺酸p-Toluenesulfonic acid迷迭香酸十二酯Dodecyl rosmarinate加熱回流;48小時[32]Heating reflux;48 h[32]6EDC和DMAPEDC and DMAP迷迭香酸乙、丙、丁酯及其他支鏈酯Ethyl,propyl,butyl rosmarinate and other branched esters室溫[33]Room temperature[33]

2 迷迭香酸衍生物的藥理活性

迷迭香酸烷基酯具有廣泛的的藥理活性，總結(jié)見表2，詳細情況如下所述。

2.1 抗心血管疾病

2.1.1 抗血管平滑肌細胞(vascular smooth muscle cell，VSMC)增殖

動脈血管內(nèi)皮結(jié)構(gòu)主要由血管平滑肌細胞(VSMC)構(gòu)成，并控制著動脈血管的張力[34,35]。血管內(nèi)皮的活化，會導致VSMC表型的轉(zhuǎn)化，造成VSMC過度增殖和遷移；VSMC的過度增殖和遷移會造成血管再狹窄和動脈粥樣硬化[36]。因此，預防VSMC的過度增殖，是治療動脈粥樣硬化的重要手段。在本實驗室[18]的前期研究中，使用刃天青轉(zhuǎn)化法評價了迷迭香酸在血小板衍生因子(PDGF)刺激VSMC增殖的體外VSMC增殖模型中對VSMC的抑制作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，迷迭香酸甲酯的IC50值為3.12 μmol/L，比迷迭香酸的IC50值5.79 μmol/L低約1.8倍，這表明迷迭香酸甲酯的抗VSMC活性強于迷迭香酸；而且在小鼠股動脈套管損傷模型(mouse femoral artery cuff model)，迷迭香酸甲酯也顯示出對VSMC異常增殖的顯著抑制作用。

2.1.2 抗高血壓

Wicha等[31]通過“器官浴系統(tǒng)”(organ bath system)研究了迷迭香酸乙酯的抗高血壓活性及其作用機制。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，迷迭香酸乙酯在內(nèi)皮完整的主動脈環(huán)中可以降低由苯腎上腺素誘導的高血壓，并且呈劑量依賴性；其作用機制研究顯示，迷迭香酸乙酯主要通過控制電壓門控鉀通道的開放以及細胞內(nèi)儲存的Ca2+的釋放和阻斷細胞外Ca2+的流入等內(nèi)皮依賴性途徑，誘導主動脈環(huán)松弛，從而降低血壓。

2.1.3 抗缺血性損傷

缺血性腦卒中是造成人死亡的主要疾病之一[37]。Wu等[38]研究了迷迭香酸丁酯對氧和葡萄糖剝奪及過氧化氫誘導的SH-SY5Y神經(jīng)母細胞瘤細胞死亡的抑制作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，迷迭香酸丁酯通過同時抑制缺血性神經(jīng)元損傷和小膠質(zhì)細胞炎癥兩個途徑抑制SH-SY5Y神經(jīng)母細胞瘤細胞的死亡；進一步的作用機理研究表明，迷迭香酸丁酯主要通過下調(diào)促凋亡蛋白Baxandp53的表達，并上調(diào)抗凋亡蛋白磷酸化死亡相關蛋白激酶(DAPK)的表達，抑制iNOS和環(huán)氧合酶-2(COX-2)的表達，抑制NO、IL-1β、PGE2和腫瘤壞死因子-α(TNF-α)的釋放從而達到抗缺血性損傷的目的。

2.1.4 抗血管內(nèi)皮細胞損傷

血管內(nèi)皮細胞的損傷會導致血管內(nèi)皮功能異常，從而誘發(fā)一系列的心血管疾病，危害人體健康[39]。Shen等[40]研究發(fā)現(xiàn)，雖然迷迭香酸及其乙酯均以劑量依賴性方式升高抗細胞凋亡因子Bcl-2表達并降低促細胞凋亡因子Bax表達，從而減弱高葡萄糖誘導的內(nèi)皮細胞凋亡，但是分子對接分析預測顯示，迷迭香酸乙酯比迷迭香酸對蛋白激酶B(Akt)的親和力更強，因此迷迭香酸乙酯對高糖誘導的人內(nèi)皮細胞EA.hy926損傷的抑制作用強于迷迭香酸；其作用機制研究表明，迷迭香酸乙酯主要通過減少活性氧(ROS)的產(chǎn)生，調(diào)節(jié)PI3K / Akt / Bcl-2通路、核因子-κB(NF-κB)通路和c-Jun N-末端激酶(JNK)通路，從而達到保護內(nèi)皮細胞免受高糖誘導的細胞凋亡的目的。Zeng等[41]研究也發(fā)現(xiàn)，從天竺葵植物中分離得到的迷迭香酸乙酯對α-葡萄糖苷酶和高葡萄糖誘導的人臍靜脈內(nèi)皮細胞(HUVEC)損傷，具有很好的抑制作用。迷迭香酸乙酯有望作為糖尿病引發(fā)的心血管疾病的候選藥物進行深入研究。

2.2 抗氧化

機體發(fā)生過氧化反應會導致體內(nèi)脂質(zhì)的氧化及重要酶活性的喪失，造成機體功能紊亂，從而引發(fā)疾病的產(chǎn)生。因此，發(fā)現(xiàn)具有較好抗氧化活性的化合物是治療疾病的關鍵[42]。目前研究化合物抗氧化能力的方法主要有：氧自由基吸收能力； 2，2-二苯基-1-苦基肼(DPPH)自由基的清除能力；鐵還原抗氧化能力等[17]。

Ding等[43]從牛至中分離得到迷迭香酸甲酯，并通過DPPH自由基清除、ABTS +自由基陽離子清除、金屬離子螯合及脂質(zhì)過氧化等體外實驗評估了其抗氧化活性；結(jié)果發(fā)現(xiàn)，迷迭香酸甲酯具有較好的抗氧化活性。Lecomte等[17]通過化學合成得到具有不同側(cè)鏈長度(碳鏈長度1～20)的迷迭香酸烷基酯，并通過DPPH自由基清除實驗評估了其抗氧化能力，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在使用相同摩爾量化合物的情況下，迷迭香酸十二酯清除DPPH的量(12.36 ± 0.19 mol)大約是迷迭香酸清除DPPH量(9.78 ± 0.06 mol)的1.3倍，迷迭香酸十二酯的抗氧化活性強于迷迭香酸。Lecomte等[44]通過過氧化氫酶(CAT)活性測定法，評估迷迭香酸烷基酯(甲酯、丁酯、辛酯、十二酯、十六酯、十八酯、二十酯)在乳液中的抗氧化能力隨碳鏈長度的變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，迷迭香酸烷基酯的抗氧化活性隨碳鏈的增長呈拋物線增長趨勢，辛酯的抗氧化活性最高。Lee等[45]比較了迷迭香酸衍生物在核黃素存在的O/W乳液中的抗氧化活性隨其酯鏈長度的變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，迷迭香酸丁酯、辛酯和十二酯顯示出比迷迭香酸及其他烷基酯更好的抗氧化活性。研究結(jié)果表明迷迭香酸烷基酯需要合適的非極性基團才能展示出最大的抗氧化活性，而且迷迭香酸烷基酯抗氧化活性的大小與檢測方法及實驗條件有一定關系。

Panya等[46]的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在α-生育酚存在的O/W乳液中，所有烷基酯均顯示與其具有拮抗作用，只有迷迭香酸顯示協(xié)同作用；該結(jié)果可能是由于α-生育酚促進了迷迭香酸轉(zhuǎn)化為咖啡酸，這種咖啡酸的形成是迷迭香酸和α-生育酚產(chǎn)生協(xié)同抗氧化活性的原因，因為形成另外的抗氧化劑可以進一步提高乳液的抗氧化性。

2.3 抗炎

Kang等[21]研究發(fā)現(xiàn)，迷迭香酸甲酯對骨膠原誘導的風濕病模型小鼠具有較好的抗風濕作用，其機制主要是通過抑制細胞炎癥因子白細胞介素(IL)-2的釋放和T細胞的增殖，從而發(fā)揮抗風濕作用。So等[47]研究發(fā)現(xiàn)，迷迭香酸甲酯在RAW 264.7細胞中可以抑制脂多糖(LPS)誘導的一氧化氮的產(chǎn)生及促炎細胞因子IL-1β、IL-6、IL-10，單核細胞趨化蛋白-1，干擾素-β和誘導型一氧化氮合酶(iNOS)的釋放，其還可以抑制NF-κB的激活，從而達到抗炎活性；其作用通道研究表明，迷迭香酸甲酯主要通過同時誘導血紅素加氧酶-1(HO-1)和抑制骨髓分化初級應答基因88(MyD88)依賴性和非依賴性途徑，達到抗炎目的。

Thammason等[32]研究發(fā)現(xiàn)，迷迭香酸乙酯可以有效抑制LPS誘導的肺泡巨噬細胞的一氧化氮(NO)和前列腺素-2(PGE2)的產(chǎn)生，而且，其對NO和PGE2的抑制活性是陽性藥地塞米松的2倍；其作用機制研究表明其可能通過部分下調(diào)NF-κB的激活抑制NO和PGE2的產(chǎn)生，從而達到治療肺部炎癥的目的。

2.4 抗菌

Amin等[48]研究發(fā)現(xiàn)，HyptisatrorubensPoit中的迷迭香酸及其甲酯具有較好的抗菌活性，尤其是抗革蘭陽性菌活性；通過使用純化合物處理致病菌發(fā)現(xiàn)，迷迭香酸甲酯的抗菌活性強于迷迭香酸，而且迷迭香酸甲酯的殺菌速率與其作用時間依賴性更強。Suriyarak等[49]研究了迷迭香酸烷基酯的抗葡萄球菌LTH1502和大腸桿菌K-12 LTH4263活性隨碳鏈鏈長度的變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)迷迭香酸烷基酯僅對葡萄球菌LTH1502產(chǎn)生抗菌活性，而且當碳鏈長度低于8個碳或者高于12個碳時抗菌活性較差；分別在葡萄球菌LTH1502的滯后期、靜止期和指數(shù)期用迷迭香酸烷基酯進行處理，結(jié)果迷迭香酸僅對靜止期的細菌有抑制作用，而迷迭香酸甲酯和十二酯對三個時期的細菌均有抑制作用；通過熒光顯微鏡的觀察可知，各化合物與細菌的相互作用不同，從而導致了其抗菌活性的不同。Suriyarak等[20]研究了PH、鹽的種類和濃度對迷迭香酸及其十二酯抗葡萄球菌LTH1502活性的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，迷迭香酸的抗菌活性受PH、鹽的種類和濃度影響較大，迷迭香酸十二酯不受影響；迷迭香酸十二酯的抗菌活性高于迷迭香酸，是由于酯化增加了化合物對細胞膜的親和力及降低了化合物對改變其電荷的環(huán)境條件變化的敏感性，從而達到較好的抗菌活性。

2.5 其他

Rauf等[50]研究發(fā)現(xiàn)，迷迭香甲酯對碳酸酐酶-Ⅱ具有較好的抑制活性(IC50= 39.50 ± 1.14 μmol/L)，可作為潛在的利尿劑、抗青光眼和抗癲癇藥進行進一步的研究。Kang等[51]研究發(fā)現(xiàn)，在醛糖還原酶活性抑制實驗中，迷迭香酸甲酯和乙酯的IC50值分別為0.060 ± 0.002和0.100 ± 0.002 μmol/L，比迷迭香酸的IC50值(0.300 ± 0.022 μmol/L)分別低5倍和3倍，這表明迷迭香酸甲酯和乙酯對醛糖還原酶活性的抑制作用強于迷迭香酸。Zhu等[22]通過檢測白血病細胞(RBL-2H3)的β-氨基己糖苷酶釋放量，評估迷迭香酸及其甲酯、丙酯、己酯的抗過敏活性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)迷迭香酸丙酯(IC50= 23.7 μmol/L)展現(xiàn)出最好的抗過敏活性，是迷迭香酸(IC50= 1.31 mmol/L)抗過敏活性的55.4倍。Sherratt等[52]研究了迷迭香酸烷基酯的碳鏈的長度對其抗氧化和干擾膜膽固醇結(jié)構(gòu)域形成的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，迷迭香酸辛酯表現(xiàn)出最大的抗氧化活性，并且顯著抑制膜膽固醇結(jié)構(gòu)域的形成，迷迭香酸烷基酯的抗氧化和干擾膜膽固醇結(jié)構(gòu)域形成活性不隨碳鏈長度的增長而增強，與其能夠進入脂質(zhì)雙層以捕獲細胞內(nèi)自由基的適宜碳鏈長度有關。Wang等[53,54]發(fā)現(xiàn)迷迭香酸甲酯對6-羥基多巴胺和1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氫吡啶(MPTP)誘導的帕金森大鼠模型有很好的治療作用，其主要作用機制可能是通過抗氧化和抗炎作用達到保護神經(jīng)元的作用。另外，Cao等[55]發(fā)現(xiàn)迷迭香酸乙酯同樣對MPTP誘導的帕金森大鼠模型有很好的治療作用，其可能作用機制與迷迭香酸甲酯一致。

表2 迷迭香酸烷基酯藥理活性總結(jié)

3 結(jié)語

迷迭香酸作為一種天然水溶性酚酸，雖然其具有廣泛的藥理活性，但是在體內(nèi)吸收困難，生物利用度低，極大的限制了其進一步的開發(fā)利用。迷迭香酸烷基酯是對迷迭香酸的極性羧基進行酯化所產(chǎn)生的衍生物，而且部分短鏈烷基酯曾在植物中被發(fā)現(xiàn)，也屬于天然酚酸類化合物。迷迭香酸烷基酯的藥理活性研究表明，其保留了迷迭香酸抗心血管疾病、抗氧化、抗炎、抗菌、抗過敏等廣泛的藥理活性，而且某些迷迭香酸烷基酯的藥理活性強于迷迭香酸。在抗氧化、抗菌和抗過敏等藥理活性實驗中，迷迭香酸烷基酯的活性隨其烷基鏈長度的變化呈現(xiàn)一種拋物線增長趨勢。目前，有關迷迭香酸烷基酯的研究主要局限于體外或體內(nèi)藥理活性等的基礎研究。要將迷迭香酸烷基酯應用于臨床疾病的治療，還需要進行安全性評價和藥代動力學研究等方面的工作，為其相關藥物開發(fā)提供研究基礎。