烏頭屬植物生物堿研究新進(jìn)展

楊舜伊，袁純紅，蔣高華，陳業(yè)高

（1. 中國科學(xué)院新疆理化所植物資源化學(xué)重點(diǎn)實驗室，烏魯木齊 830011；2. 昆明工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，昆明 650302；3. 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100190；4. 云南能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，云南 曲靖 655001；5.云南師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，昆明 650092）

烏頭屬（Aconitum）植物屬于毛茛科，全世界約有350 種，廣泛分布于北半球溫帶地區(qū)。中國約有160 多種，是該屬植物資源最豐富的國家，除海南島外，在中國臺灣和大陸各省區(qū)都有分布，大多數(shù)分布于云南北部、四川西部和西藏東部的高山地帶，其次在東北諸省也有不少種類。烏頭屬植物是傳統(tǒng)的藥用植物，中國約有36 種可供藥用［1］，中藥中的川烏、草烏、附子、關(guān)白附、雪上一枝蒿、甘青烏頭等都是該屬植物［2］。作為傳統(tǒng)中藥材，烏頭屬植物多具有祛風(fēng)除濕、溫經(jīng)止痛和解熱的功效，可用于風(fēng)寒濕痹、關(guān)節(jié)疼痛等的麻醉止痛。烏頭屬植物中含有生物堿、黃酮、甾體、糖苷類等化學(xué)成分，其中，最主要的特征性化學(xué)成分是二萜生物堿，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、生理活性顯著，成為研究熱點(diǎn)，迄今報道的天然二萜生物堿己近1 000 個。在現(xiàn)代藥理試驗中對烏頭屬植物中的生物堿成分研究較多，這些化合物在抗炎、鎮(zhèn)痛、抗心律不齊、抗腫瘤和殺蟲等方面的作用受到人們的關(guān)注［3-11］。

薛姣等［5］對1998—2008 年報道的烏頭屬植物中新二萜生物堿的植物來源、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等進(jìn)行了綜述。艾嫦等［4］對2009 年報道的烏頭屬植物中15 個新的二萜生物堿和3 個酰胺類化合物的藥理作用及其內(nèi)生菌等進(jìn)行了綜述。近年來烏頭屬植物中其他化學(xué)成分也逐漸被報道，如黃酮、甾體、糖苷類等，烏力吉特古斯等［6］對此進(jìn)行了總結(jié)。李謙等［3］對40余種烏頭屬常用藥用植物物種鑒定、化學(xué)成分、藥理活性及毒性等進(jìn)行了綜述。Zhou 等［10］在2015 年對附子的植物化學(xué)成分和藥理作用進(jìn)行了綜述。2016年以來，國內(nèi)外學(xué)者對烏頭屬植物進(jìn)行了研究，又發(fā)現(xiàn)了57 種新的生物堿成分，本文主要對報道的新生物堿的結(jié)構(gòu)和生物活性進(jìn)行綜述。

1 烏頭屬植物的生物堿成分

烏頭屬植物中的主要成分是生物堿，其中研究最多的是二萜生物堿。二萜生物堿是一類結(jié)構(gòu)復(fù)雜的生物堿化合物，通常認(rèn)為其源于四環(huán)二萜或五環(huán)二萜的氨基化形成含β-氨基乙醇、甲胺或乙胺氮原子的雜環(huán)體系。從化合物母核結(jié)構(gòu)來看，二萜生物堿可分為C18、C19、C20 和雙二萜四大類，烏頭屬植物主要存在其中的14 種類型。

2 烏頭屬中新的生物堿

2016 年以來，國內(nèi)外學(xué)者通過對烏頭屬植物開展研究，又發(fā)現(xiàn)了57 種新的生物堿成分，其分子結(jié)構(gòu)見圖1。下文對其詳細(xì)介紹，生物堿名稱后面序號與圖1 中序號對應(yīng)。

2.1 空莖烏頭（Aconitum apetalum）

Hu 等［12］從空莖烏頭中分離得到5 個新生物堿，分別是1 個烏頭堿型二萜生物堿、2 個阿樸菲型生物堿、2 個納哌啉型二萜生物堿。分別命名為acoapetaldines A 至E（分子結(jié)構(gòu)對應(yīng)圖1 中的1～5，下文同），其中化合物acoapetaldines B，acoapetaldines C 分子式為C20H21NO5，互為同分異構(gòu)體，具有aporphine 型結(jié)構(gòu)，化合物acoapetaldine D（4）經(jīng)單晶衍射確定其結(jié)構(gòu)。又從空莖烏頭中分離得到1 個新骨架的C20 二萜生物堿acoapetaludine A（6）和10 個C19 二萜生物堿acoapetaludines B 至K（7～16），化合物acoapetaludine A（6）結(jié)構(gòu)與已知的化合物songorine 相似，多了1 個不飽和度，可知擁有1 個額外的環(huán)，最終經(jīng)ECD 確定其絕對構(gòu)型。此外，還提出了生物合成途徑可能起源于化合物songorine，通過羥醛縮合，最后脫水得到化合物（6），它是一種新穎骨架的C20 二萜生物堿［13］。

2.2 甘 青 烏 頭［Aconitum tanguticum （Maxim.）Stapf］

Fan 等［14］從甘青烏頭全草中分離得到5 個新C20 海替生型二萜生物堿和2 個酰胺生物堿，分別命名為tanguticuline A 至E（17～21），酰胺生物堿5-methoxy-N-salicylanthranilic acid methyl ester（22）和3，5-dimethoxy-4-hydroxycinnamamide-4-O- β -Dglucopyranoside（23）。

2.3 短距烏頭（Aconitum brevicalcaratum）

Shu 等［15］從短距烏頭的根中分離得到3 個烏頭堿型二萜生物堿，分別命名為brochyponine A 至C（24～26）。為了確定化合物brochyponine A 的結(jié)構(gòu)，同時還測定了其鹽在CDCl3的NMR 光譜數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)C-17、C-19、C-21、C-22 化學(xué)位移有明顯不同，特別是C-22 化學(xué)位移向高場移動，可以用來區(qū)別鹽的形式。同時，生物活性測定表明化合物brochyponine A 至C 并沒有表現(xiàn)出抗菌和細(xì)胞毒活性。

2.4 烏頭（Aconitum carmichaelii）

Guo 等［16］對烏頭的側(cè)根（附子）進(jìn)行了研究，對植物成分的提取方法有別于傳統(tǒng)的有機(jī)溶劑提取法，采用水提取法先后分離得到8 個新的C19 烏頭堿型二萜生物堿糖苷，分別命名為aconicarmichosides E 至L（27～34），它們在C-1 和C-14 連接有L-呋喃型阿拉伯糖基和L-吡喃型阿拉伯糖基。aconicarmichoside E（27）與已知的aconicarmichoside D 相比，C-1 和C-14 位的羥基和阿拉伯糖基的位置剛好相反，通過2D-NMR 得到證實。aconicarmichoside F（28）和aconicarmichoside G（29）波譜數(shù)據(jù)基本相似，只是阿拉伯糖的連接位置分別是α 和β位。 與aconicarmichoside F 和aconicarmichoside G相比，aconicarmichoside H（30）是另外一種異構(gòu)體，C-14 位連接的是呋喃型阿拉伯糖基。aconicarmichoside I（31）與aconicarmichoside J（32）互為同分異構(gòu)體，C-14 位連接的分別是呋喃型阿拉伯糖基和吡喃型阿拉伯糖基。

2.5 瓜葉烏頭（Aconitum hemsleyanum var.circinatum）

Xu 等［17］從瓜葉烏頭的根中分離得到6 個新的C19 二 萜生物堿，命名為circinatines A 至F（35～40）。circinatines A（35）為大渡烏堿型二萜生物堿，C-6 和C-17 通過氧原子連接，C-7 與C-8 之間為雙鍵，該結(jié)構(gòu)屬于7，17 次裂型，較為罕見。circinatines B（36）氮原子與C-19 為雙鍵連接，取代常見的氮乙基基團(tuán)。circinatines F（40）分子式比circinatines D（38）多了一個氧，氮原子發(fā)生了氧化，具有硝基的C19 二萜生物堿。

2.6 獨(dú)龍烏頭（Aconitum taronense Fletcher et Lauener）

獨(dú)龍烏頭產(chǎn)于云南省西北部，長期以來被當(dāng)?shù)厝擞脕碇委燂L(fēng)濕病和關(guān)節(jié)炎。Yin 等［18］從獨(dú)龍烏頭的根中得到4 種新的C19 二萜生物堿，命名為taronenines A 至D（41～44），它們均屬于雙酯烏頭堿型生物堿。

2.7 高烏頭（Aconitum sinomontanum）

Zhang 等［19］從高烏頭的根中得到2 個結(jié)構(gòu)新穎的C18 二萜生物堿，命名為sinomontadine（45）和sinomontanine N（46）?；衔飐inomontadine（45）與ranaconine 具有相似的結(jié)構(gòu)，明顯不同的是化合物sinomontadine 的A 環(huán)是1 個含C-19 重排的7 元環(huán)新骨架結(jié)構(gòu)，并提出了可能的生物合成途徑：化合物sinomontadine 可能起源于前源化合物ranaconine，通過氧化產(chǎn)生中間體19-hydroxyl ranaconine，最后通過Wagner-Meerwein 重排反應(yīng)得到。 化合物sinomontanine N（46）與sinomontanine E 具有很高的相似度，不同的是sinomontanine E C-4 的羥基被氯原子取代，sinomontanine N 的C-1 和C-3 羥基為罕見的β 位?；衔飐inomontadine 與ranaconine 通過單晶衍射完全確定其結(jié)構(gòu)。

2.8 異葉烏頭（Aconitum heterophyllum）

Ahmad 等［20］從異葉烏頭中分離得到3 個二萜生物堿，分別是：6β-methoxy，9β-dihydroxylheteratisine（47），1α，11，13β -trihydroxylhetisine（48），6，15β-dihydroxylhetisine（49）?；衔铮?7）是C19 內(nèi)酯型二萜生物堿，化合物（48）和（49）是C20 海替生型二萜生物堿。

2.9 罕見的C19 二萜生物堿

Zong 等［21］對烏頭母根進(jìn)行了研究，從中分離得到5 個新的C19 二萜生物堿，分別命名為14α-benzoyloxy-N-ethyl-15α-hydroxy-1α，6α，8β，16β，18-pentamethoxyaconitane formate（50），14α-benzoyloxy-8β -butoxy-N-ethyl-13β，15α -dihydroxy-1α，6α，16β，18-tetramethoxy-aconitane formate（51），14α -benzoyloxy-8β -butoxy-N-ethyl-3α，13β，15α -trihydroxy-1α，6α，16β，18 -tetramethoxylaconitane（52），14α -benzoyloxy-8β -butoxy-3α，13β，15α -trihydroxy-1α，6α，16β，18-tetramethoxyl-N-methylaconitane and 8β（53），14α -dibenzoyloxy-N-ethyl-13β，15α -dihydroxy-1α，6α，16β，18-tetramethoxyaconitane（54），這5 個生物堿都是首次從該植物中分離得到。它們的C-14 均連接有苯甲?；?，其中化合物（50）和（51）以鹽的形式存在，化合物（51～53）的C-8 連接有丁氧基，化合物（54）的C-8 連接有苯甲?；?，在烏頭堿型生物堿中比較罕見。

2.10 高烏頭（Aconitum sinomontanum）

有學(xué)者對高烏頭進(jìn)行了化學(xué)成分研究，發(fā)現(xiàn)高烏頭中主要存在的生物堿是C18 二萜生物堿，然而，Tang 等［22］從高烏頭根中分離得到的卻是2 個C20 光翠雀堿型二萜生物堿，命名為sinomontanidine A（55）和sinomontanidine B（56），這是極為罕見的，對研究高烏頭的化學(xué)分類具有重要的意義。兩者 相比，sinomontanidine A 比sinomontanidine B 只是多了1 個乙酰基。

2.11 Vakognavine 型生物堿

Liang 等［23］從烏頭的根中分離得到1 個新的Vakognavine 型生物堿。命名為（-）-1β，11α-diacetoxy-2α，13α -dibenzoyloxy-7β -hydroxy-15α -isobutanoyloxy-N-methyl-N，19-secohetisan-19-al（57）?；衔铮?7）是一種及其罕見的Vakognavine 型二萜生物堿，N 原子和C-19 連接鍵發(fā)生斷裂，C-4 與醛基相連，此外，還含有5 個酯基、2 個乙?；?、2 個苯甲?；? 個異丁基。

3 生物活性

3.1 抗病毒活性

Fan 等［14］對甘青烏頭生物堿進(jìn)行抗病毒活性篩選，結(jié)果表明，tanguticuline A（17）和tanguticuline E（21）對甲型H1N1 流感病毒具有明顯的抑制作用，IC50分別為2.90 和2.40 μg/mL。

3.2 抗炎鎮(zhèn)痛作用

在傳統(tǒng)中藥中，烏頭屬植物常用于治療風(fēng)濕病和關(guān)節(jié)炎。Yin 等［18］對獨(dú)龍烏頭根中分離得到的生物堿進(jìn)行了抗炎活性篩選，利用脂多糖（LPS）刺激所誘導(dǎo)的RAW264.7 細(xì)胞炎癥體外模型，研究表明，化合物taronenine A（41）、taronenine B（42）和taronenine D（44）表現(xiàn)出一定的抑制活性，IC50分別為（29.60±0.08）、（18.87±0.14）和（25.39±0.11）μg/mL。Liang 等［23］發(fā)現(xiàn)化合物（46）對COX-2 也顯示出劑量依賴性抑制作用，IC50為29.75 μg/mL，與非甾體抗炎藥阿司匹林效果相當(dāng)。邵鑫等［24］運(yùn)用MTT 法測定RA-FLS 的增殖活性，用流式細(xì)胞儀測定RAFLS 的細(xì)胞凋亡率，采用定量RT-qPCR、Western blot、免疫熒光法測定LC3 基因和蛋白的表達(dá)。結(jié)果表明，烏頭堿能有效抑制類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎成纖維細(xì)胞樣滑膜細(xì)胞RA-FLS 細(xì)胞增殖，倒置顯微鏡下發(fā)現(xiàn)經(jīng)烏頭堿處理后RA-FLS 細(xì)胞逐漸變圓、間隙增加，流式檢測烏頭堿能促進(jìn)RA-FLS 凋亡，定量RT-qPCR、Western blot 及免疫熒光檢測LC3 基因及蛋白的水平均隨烏頭堿濃度的增加而增加，LC3表達(dá)水平明顯增強(qiáng)。張啟立等［25］通過研究發(fā)現(xiàn)，露蕊烏頭對小鼠耳腫脹及扭體均有抑制作用，同時用藥后大鼠骨關(guān)節(jié)炎病理切片明顯改觀，血清中的炎癥因子水平顯著下降。

3.3 抗膽堿酯酶活性

Ahmad 等［20］通過研究發(fā)現(xiàn)，與標(biāo)準(zhǔn)藥物相比，從異葉烏頭分離得到的化合物具有抗乙酰膽堿酯酶和丁酰膽堿酯酶活性，而新化合物（47）和（48）具有很好的抑制活性，抗乙酰膽堿酯酶IC50分別為（5.41±0.01）、（6.52 ±0.09）μg/mL，抗丁酰膽堿酯酶IC50分別為（8.63±0.27）和（9.31±0.73）μg/mL。異葉烏頭提取物和純化合物可以作為治療老年癡呆癥的藥物。

3.4 抗腫瘤作用

近年來，烏頭類生物堿的抗腫瘤作用一直是國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。Liang 等［23］以烏頭中的2 種Vakognavine 型生物堿為材料，作用于人類3 種腫瘤細(xì)胞系HT-29（結(jié)腸癌）、SGC-7901（胃癌）和HepG2（肝癌），以氟尿嘧啶為陽性對照。研究表明，化合物（46）對3 種腫瘤細(xì)胞均具有很強(qiáng)的抑制作用，IC50分別為（0.948±0.090）、（0.983±0.074）和（3.645±0.127）μg/mL［23］。馬鳳鳴等［26］對中藥附子煎煮后含量最高的有效成分苯甲酰新烏頭原堿作用于B 淋巴系統(tǒng)來源細(xì)胞RPMI8226 增值及凋亡情況影響進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，苯甲酰新烏頭原堿能夠抑制RPMI8226 增值并使其凋亡。邵鑫等［27］研究發(fā)現(xiàn)，苯甲酰烏頭原堿（BAC）可抑制A549 細(xì)胞的增殖、促進(jìn)其凋亡，并且能促進(jìn)Beclin1、LC3（LC3Ⅱ/Ⅰ）、Bax、Caspase-3（Active Caspase-3）表達(dá)和抑制P62、Bcl-2 等自噬/凋亡相關(guān)基因及蛋白的表達(dá)。

3.5 對心血管的作用

烏頭屬藥材對保護(hù)心血管具有一定的活性。李欽玲等［28］運(yùn)用改良寇氏法（Karber）測定了唐古特烏頭總生物堿腹腔注射給藥的半數(shù)致死量LD50，以SD大鼠為藥理試驗對象，考察SD 大鼠血壓變化確定唐古特烏頭總生物堿的心血管活性。唐古特烏頭總生物堿對SD 大鼠具有平穩(wěn)的降壓作用，降壓速度較為平緩。王寧寧等［29］研究發(fā)現(xiàn)，烏頭堿可能通過抑制心肌肥大因子的上調(diào)來緩解AngⅡ所引起的心肌肥大，這可能是烏頭堿發(fā)揮治療作用的機(jī)制之一［30］。

3.6 抗煙草花葉病毒活性

Hu 等［12］利用半葉法對粘毛煙草進(jìn)行抗煙草花葉病毒活性測定，以寧那霉素為陽性對照，結(jié)果發(fā)現(xiàn)acoapetaldine A 和aconorine 對煙草花葉病毒有中等的抗病毒活性；利用微量稀釋法對金黃色葡萄球菌、綠膿桿菌、枯草桿菌和大腸桿菌進(jìn)行體外活性研究，以環(huán)丙沙星為陽性對照，結(jié)果表明corydine 對綠膿桿菌有中等的抗菌活性。

4 結(jié)論及展望

烏頭屬植物一直以來都是國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)，研究的重點(diǎn)主要集中在烏頭屬植物中二萜生物堿的新化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)。烏頭屬生物堿具有顯著的生物活性，在中國傳統(tǒng)醫(yī)藥中具有重要的藥用價值。因此，有必要將烏頭屬植物的化學(xué)成分和生物活性研究有機(jī)結(jié)合起來，快速有效地分離具有顯著活性的單體化合物，并且將有活性的生物堿進(jìn)行大量的制備或全合成，以活性成分為先導(dǎo)化合物進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾和改造，為新藥開發(fā)和擴(kuò)大藥源提供科學(xué)依據(jù)。