天然呋喃香豆素類成分藥理活性、藥動學(xué)及毒性研究進展

王 凱，劉 翔，徐浩然，邱 峰

（天津中醫(yī)藥大學(xué)中藥學(xué)院，天津 301617）

關(guān)鍵字：呋喃香豆素；藥理作用；藥動學(xué)；機制性失活；毒性

呋喃香豆素是由香豆素母核（苯駢-α-吡喃酮，圖1A）的7位羥基與6位或8位取代的異戊烯基縮合形成呋喃環(huán)的一類化合物及其衍生物的總稱（圖1B）[1]。天然來源呋喃香豆素類成分廣泛分布于水果、蔬菜和調(diào)料中，如蕓香科柑橘類水果（葡萄柚和檸檬）、傘形科蔬菜（歐芹）和烹飪佐料（香菜）[2]。同時，這類成分還廣泛分布于各種中藥材中，如傘形科植物白芷[3]、北沙參[4]、當(dāng)歸[5]、獨活[6]、羌活[7]和蛇床子[8]；豆科密花豆屬植物密花豆藤；瑞香科植物瑞香狼毒[9]；以及莧科、茄科、菊科和海棠科等藥用植物[10-11]。此外，在元胡止痛方[12]和復(fù)方南星止痛膏[13]等多種傳統(tǒng)中藥復(fù)方制劑中也富含此類成分。除分布廣泛外，天然呋喃香豆素類還結(jié)構(gòu)多樣，如補骨脂素、白當(dāng)歸腦、花椒毒酚、佛手酚、花椒毒素和氧化前胡素等（圖2）均屬于中藥中常見的典型呋喃香豆素類成分。

圖1 香豆素母核結(jié)構(gòu)（A）和呋喃香豆素母核結(jié)構(gòu)（B）.

圖2 中藥材中部分常見呋喃香豆素類成分的化學(xué)結(jié)構(gòu).

天然呋喃香豆素類廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、化妝品以及食品調(diào)味劑等各種領(lǐng)域。張靜等[14]報道，含有補骨脂素、異補骨脂素的化妝品能夠促進黑色素合成，臨床上用于治療白癜風(fēng)。王倩倩[15]報道，花椒毒酚、花椒毒素和香檸檬烯等是天然食品調(diào)味劑。在醫(yī)藥領(lǐng)域，呋喃香豆素類成分被報道具有抗腫瘤、舒張血管和鎮(zhèn)痛等多種藥理作用。然而，大量呋喃香豆素類成分被報道對肝中藥物代謝酶，即細胞色素P450（cytochrome P450，CYP）酶有抑制作用，在合并其他藥物使用時易導(dǎo)致藥物-藥物之間相互作用（drug-drug interaction，DDI），從而引發(fā)一些不良反應(yīng)，且有些呋喃香豆素被證實對機體具有一定的毒副作用。本文主要聚焦于呋喃香豆素攝入體內(nèi)后可能發(fā)揮的藥理活性，藥動學(xué)行為規(guī)律以及可能引發(fā)的毒性作用。

1 天然呋喃香豆素類成分的藥理活性

天然呋喃香豆素類成分具有多種藥理活性，包括抗腫瘤、光化學(xué)作用、血管舒張、鎮(zhèn)痛、抗氧化、神經(jīng)保護和其他生物活性。

1.1 抗腫瘤作用

一些中藥中的呋喃香豆素類成分具有抗腫瘤活性，可抑制肝癌、胃癌、乳腺癌和肺腺瘤細胞增殖。Kubrak等[16]研究發(fā)現(xiàn)，花椒毒酚、獨活素和佛手柑內(nèi)酯等呋喃香豆素可誘導(dǎo)白血病細胞凋亡，對人急性早幼粒細胞白血病細胞系HL-60的半數(shù)抑制 濃 度（half maximal inhibitory concentration，IC50）值分別為28.0，45.0和16.5 μmol·L-1。莫姍姍等[17]報道，補骨脂素具有抗癌作用，對胃癌細胞SNU-1和SNU-16的IC50值分別為53.0和203.0 μg·L-1。歐前胡素對肝癌細胞HepG2的抑制作用較明顯，IC50值約 60.5 μmol·L-1[18]。蛇床子素對表皮樣癌細胞A431、黑色素瘤細胞A375、人肺腺瘤細胞A549、前列腺癌細胞PC-3和結(jié)腸癌細胞HCT-116表現(xiàn)出較強的細胞毒性，相應(yīng)的IC50值分別為3.2，6.2，14.5，24.8 和 30.2 μmol·L-1[19]。Yapasert等[20]研究發(fā)現(xiàn)，一種來源于泰國的植物藥制劑Benja Amarit（BJA）的95%的乙醇提取物對結(jié)腸癌細胞（IC50＜30.0 mg·L-1）和肝癌細胞（IC50=9.1 mg·L-1）有顯著的抑制作用，具有抗腫瘤活性，花椒毒酚為該提取物的主要抗癌活性成分之一。Liu等[21]從永嘉早香柚中提取出佛手柑素，并發(fā)現(xiàn)其可顯著抑制HepG2（IC50=17.5 mg·L-1），HL-60（IC50=8.6 mg·L-1）和BGC-823（IC50=18.1 mg·L-1）癌細胞的增殖，且隨濃度的增加，抑制作用逐漸增強。Sumorek-Wiadro等[22]報道，當(dāng)歸素對人前列腺癌細胞系和白血病細胞系的G1細胞周期有抑制作用（在5～100 μmol·L-1間具有濃度依賴性），當(dāng)歸素（10～50 μmol·L-1）還會干擾肺癌細胞向M期轉(zhuǎn)化。其作用機制與抑制了周期蛋白依賴性激酶2（cyclindependent kinase 2，Cdk2）協(xié)同蛋白，如周期蛋白B1和周期蛋白E1有關(guān)。Mottaghipisheh等[23]通過細胞實驗證明氧化前胡素、歐前胡素和獨活素等具有良好的抗腫瘤活性，對淋巴瘤細胞的IC50值分別為26.0，36.1和32.7 μmol·L-1。

1.2 光化學(xué)作用

許多植物中的呋喃香豆素是原生態(tài)光敏劑，可提高機體對長波紫外線的敏感程度。在銀屑病和許多肌膚疾病的治療中，通常使用含呋喃香豆素的藥物制劑并配合長波紫外線的診療方法[24]。梅家齊等[25]報道，呋喃香豆素在治療銀屑病方面取得了顯著成效，其中補骨脂素光化學(xué)療法的作用機制是通過增強黑色素細胞的功能，從而促進黑色素的形成。

1.3 血管舒張作用

中藥補骨脂中的主要呋喃香豆素類成分補骨脂素、異補骨脂素及補骨脂呋喃香豆精在大鼠體內(nèi)有血管舒張作用，該作用依賴于內(nèi)皮一氧化氮/環(huán)磷酸鳥苷信號通路。其中，補骨脂素和異補骨脂素可通過抑制經(jīng)典型瞬時受體電勢通道3從而減輕苯丙氨酸引起的血管收縮作用[26]。補骨脂呋喃香豆精的主動脈松弛作用可能與L型鈣離子通道有關(guān)[27]。Nasser等[28]報道，中藥白芷或當(dāng)歸中的歐前胡素可通過內(nèi)皮型一氧化氮合酶通路抑制心肌重塑，從而減少心肌肥厚，減輕心肌纖維化，改善肺水腫。Hou等[29]研究發(fā)現(xiàn)，歐前胡素還可通過抑制電壓依賴性鈣通道和受體介導(dǎo)的Ca2+內(nèi)流和釋放來誘導(dǎo)血管舒張。

1.4 鎮(zhèn)痛作用

王夢月等[30]研究發(fā)現(xiàn)，歐前胡素和異歐前胡素可顯著緩解許多原因產(chǎn)生的疼痛，如熱板和乙酸導(dǎo)致的疼痛。Chen等[31]研究結(jié)果表明，歐前胡素可介導(dǎo)Ca2+流入瞬時受體電位香草酸亞型1-人胚胎腎（transientreceptorpotentialvanilloidtype 1-human embryonic kidney，TRPV1-HEK）細胞，導(dǎo)致細胞內(nèi)Ca2+超負荷，使辣椒素受體脫敏，并延長該受體脫敏后再恢復(fù)的時間，這可能是其產(chǎn)生鎮(zhèn)痛作用的原因。

1.5 抗氧化作用

Shu等[32]報道，白芷提取物中的呋喃香豆素類成分具有一定的清除1，1-二苯基-2-三硝基苯肼（1，1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）自由基的活性，其中花椒毒素的抑制作用最強，1 mmol·L-1對DPPH自由基活性的抑制率為66.0%?；ń范舅剡€可通過增加血液中超氧化物歧化酶、谷胱甘肽硫轉(zhuǎn)移酶和谷胱甘肽過氧化物酶等酶的活性，同時降低過氧化氫酶的活性發(fā)揮抗氧化作用[33]。

1.6 抗炎作用

白芷中的異歐前胡素可直接抑制環(huán)氧化酶-2（cyclooxygenase-2，COX-2）的活性（IC50=10.7 μmol·L-1）從而發(fā)揮抗炎作用[34]。Jeong 等[35]研究發(fā)現(xiàn)，二氫山芹醇可顯著抑制腫瘤壞死因子α和COX-2的表達，改善肥大細胞介導(dǎo)的過敏性炎癥反應(yīng)。中藥延胡索中的libanoridin可抑制一些細胞炎癥因子的蛋白表達，被認為是具有開發(fā)價值的抗炎候選藥[36]。

1.7 對神經(jīng)系統(tǒng)的作用

呋喃香豆素類成分具有鎮(zhèn)靜、抗焦慮、抗癲癇和保護中樞神經(jīng)的作用。體外研究結(jié)果表明，歐前胡素可能通過與α1β2γ2S受體結(jié)合加強γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid，GABA)誘導(dǎo)的氯離子電流，增強GABA受體的活性，GABA受體的激活主要起鎮(zhèn)靜、抗焦慮和抗癲癇作用[37]。歐前胡素在小鼠體內(nèi)可通過減少脂質(zhì)過氧化和抑制活性氧簇的過量產(chǎn)生而發(fā)揮抗焦慮和增強認知功能等作用。歐前胡素和異歐前胡素聯(lián)用降低焦慮的潛力更大[38]。另外，蛇床子素也被報道具有神經(jīng)保護作用[39]。

1.8 其他作用

補骨脂中的異補骨脂素對小鼠成骨細胞增殖有顯著的促進作用，從而可以促進成骨細胞的增殖與分化[40]。蕓香中某些補骨脂素的衍生物可抑制真菌感染[41]等。

2 天然呋喃香豆素的藥動學(xué)

2.1 吸收、分布、代謝和排泄

與香豆素類成分類似，天然呋喃香豆素類在胃腸道吸收效果良好，吸收方式主要以被動轉(zhuǎn)運為主，口服吸收率較高[42]。Hwang等[43]發(fā)現(xiàn)，大鼠ig給予白芷后，在結(jié)腸炎模型大鼠中，歐前胡素和異歐前胡素血藥濃度的達峰時間明顯延遲，且最大血藥濃度均降低，說明該類成分的吸收行為可能會受結(jié)腸炎病理變化的影響。

呋喃香豆素類成分被人體吸收后，會快速分布于體內(nèi)各臟器中，尤其在心、肝、脾、肺和腎等主要臟器中含量較高。據(jù)報道，不同呋喃香豆素類成分人體內(nèi)的分布情況與其化學(xué)結(jié)構(gòu)直接相關(guān)，如補骨脂素在各臟器中的含量由高到低順序為肝＞肺＞心＞腎＞脾，而異補骨脂素的含量由高到低順序為腎＞肺＞肝＞心＞脾[44]。

約70%藥物在肝降解、滅活和轉(zhuǎn)化[45]，呋喃香豆素也不例外，肝是其代謝的主要場所。目前，體外代謝研究多通過將呋喃香豆素與人、大鼠或小鼠的肝微粒體共孵育后，利用液質(zhì)聯(lián)用技術(shù)鑒定代謝產(chǎn)物。據(jù)報道，呋喃進入CYP酶的活性中心后，在其催化作用下形成親電反應(yīng)性中間體，順式-2-丁烯-1，4-二醛或環(huán)氧結(jié)構(gòu)[46-47]，這一過程稱為代謝活化。同樣，含呋喃環(huán)結(jié)構(gòu)的天然呋喃香豆素類成分在CYP酶作用下，也可發(fā)生類似的代謝活化反應(yīng)。研究表明，呋喃香豆素代謝活化后，往往產(chǎn)生不穩(wěn)定的親電性代謝活化中間體，可利用親核試劑谷胱甘肽（glutathione，GSH）與其發(fā)生共價結(jié)合而捕獲[2,48]。以歐前胡素為例，具體代謝及捕獲途徑（圖3）。此外，研究顯示，CYP1A2酶不僅能夠代謝異歐前胡素，還可代謝歐前胡素，但CYP3A4酶僅能有效地代謝前者[49]，說明肝微粒體中不同的代謝酶會參與不同呋喃香豆素的代謝。Shi等[49]利用大鼠肝微粒體孵育白芷提取液后，用液質(zhì)聯(lián)用技術(shù)鑒定出了白芷中歐前胡素和異歐前胡素的幾種代謝產(chǎn)物，如反式歐前胡素羥基酯、順式歐前胡素羥基酯以及歐前胡素環(huán)氧化物等。

圖3 天然呋喃香豆素歐前胡素的代謝活化和生成谷胱甘肽（GSH）結(jié)合物的反應(yīng)過程.

呋喃香豆素主要通過膽汁或尿液排泄，一半以上的補骨脂素和異補骨脂素會隨尿液排出體外，糞便中的含量只有4.24%和2.32%[50]。

2.2 對CYP酶的抑制作用

隨著藥物代謝研究新技術(shù)和醫(yī)藥行業(yè)的迅速發(fā)展，基于藥物代謝酶的藥物間相互作用受到了廣泛關(guān)注。其中，呋喃香豆素對CYP450酶的抑制作用研究是該領(lǐng)域的熱點之一。CYP酶是一類以亞鐵血紅素為主要催化因子的硫醇鹽蛋白超家族[51]，在人體內(nèi)各個器官中的分布比較廣泛，尤其在肝的含量最高。CYP酶有多種不同亞型，可參與多種物質(zhì)的代謝過程，但其一旦與外源性物質(zhì)相結(jié)合，就會影響甚至降低其代謝能力，在與其他藥物聯(lián)合用藥過程中，還可能會引發(fā)DDI。據(jù)報道，很多呋喃類化合物代謝活化后可生成親電反應(yīng)性代謝中間體，在其未從CYP酶活性中心逸出前可與酶活性中心的親核基團發(fā)生共價結(jié)合，生成穩(wěn)定的共價結(jié)合物，導(dǎo)致酶活性被不可逆破壞甚至喪失，即發(fā)生機制性失活（mechanism-based inactivation）。研究表明，多種呋喃香豆素類成分是不同CYP酶亞型的機制性失活劑。

某些含有大量呋喃香豆素類成分的果汁，如葡萄柚汁、楊桃汁和柑橘類水果汁，對CYP酶活性有抑制作用?；颊叻媚承┧幬镏委煹耐瑫r，如長期攝取這些果汁或水果，就可能引發(fā)DDI。如鈣通道阻滯劑、免疫抑制劑和抗組胺藥等與葡萄柚汁合用時，藥物的生物利用度會大大增加[52]。據(jù)報道，葡萄柚汁中的呋喃香豆素類成分6′,7′-二羥基佛手素對大鼠和人CYP1A2均具有抑制作用[53]；佛手柑素是CYP3A4，CYP2B6和CYP3A5的機制性失活劑[54-55]；paradisin A和paradisin B等均可導(dǎo)致CYP3A4機制性失活[56]。張江偉等[57]研究表明，5%楊桃汁會對人體內(nèi)的7種CYP酶產(chǎn)生抑制作用，其作用強度的順序依次為：CYP2A6＞CYP1A2＞CYP2D6＞CYP2E1＞CYP2C8＞YP2C9＞CYP3A4，該抑制作用與其中的呋喃香豆素類成分直接相關(guān)。有學(xué)者通過采用大鼠肝微粒體研究發(fā)現(xiàn)，有些柑橘類果汁可降低CYP3A酶活性，作用程度從強到弱依次為：柚＞琯溪蜜柚＞金柚＞胡柚＞甜橙[58]，與呋喃香豆素類成分在這些果汁內(nèi)的豐度順序大致吻合。

同樣，中藥材中的呋喃香豆素也可抑制CYP酶活性，如常用中藥補骨脂中的補骨脂素和異補骨脂素等是CYP2B6酶的機制性失活劑[59-60]，能降低CYP2B6酶活性，減弱該酶對藥物的代謝能力，可能引發(fā)DDI，甚至產(chǎn)生毒副作用。陳琳等[61]也評價了白芷中呋喃香豆素類成分對CYP酶的作用，發(fā)現(xiàn)異歐前胡素、水合氧化前胡素和佛手柑內(nèi)酯是CYP1A2的機制性失活劑，Ki值分別為2.08，1.96和6.71 μmol·L-1，Kinact分別為0.07，0.04和0.07 min-1。8-甲氧基補骨脂素（8-methoxypsoralen，8-MOP）和補骨脂素是大鼠CYP2B1的機制性失活劑[59]，5-MOP是大鼠CYP2B1[62]和CYP3A4[63]的機制性失活劑。傳統(tǒng)中藥羌活中的主要活性成分羌活醇是CYP2D6的機制性失活劑[64]。這些呋喃香豆素造成CYP酶失活的主要原因可能是形成了典型的親電反應(yīng)性代謝產(chǎn)物環(huán)氧化中間體或γ-酮烯醛中間體[64]（圖3）。這類親電性中間體很不穩(wěn)定，一旦生成便快速與CYP酶的親核基團，如含-NH2和-SH的氨基酸殘基或亞鐵血紅素基團等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，被共價修飾的酶便失去催化活性[65]。

3 天然呋喃香豆素類成分的毒性作用

呋喃香豆素類成分能發(fā)生代謝活化，產(chǎn)生的親電反應(yīng)性中間體不但可與CYP酶發(fā)生共價結(jié)合，還可能共價修飾其他重要生物大分子（DNA或蛋白），引發(fā)一些毒副作用，報道較多的2種毒性分別是肝毒性和光毒性。Deng等［38］報道歐前胡素（40 mg·kg-1）不僅會在小鼠體內(nèi)產(chǎn)生明顯的肝毒性，還會產(chǎn)生腎損傷，主要是由于上調(diào)了腎中的一些有機離子轉(zhuǎn)運體的表達，如有機陽離子轉(zhuǎn)運體和有機陰離子轉(zhuǎn)運體等。Zhang等［66］將大鼠連續(xù)ig給予異補骨脂素（14 mg·kg-1）3個月，發(fā)現(xiàn)其肝、胰腺和生殖系統(tǒng)出現(xiàn)明顯病變。相應(yīng)的代謝組學(xué)研究結(jié)果顯示，異補骨脂素給藥組大鼠體內(nèi)的氨基酸代謝途徑發(fā)生明顯改變，包括苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的生物合成，及甘氨酸、絲氨酸和蘇氨酸的代謝，另外雌性大鼠主要被影響的通路為脂肪酸代謝，而雄性大鼠主要被影響的通路為脂質(zhì)代謝和能量代謝。王宇等［67］將大鼠ig給予補骨脂素（80 mg·kg-1）和異補骨脂素（40 mg·kg-1）可誘導(dǎo)其肝等多器官，包括腎上腺、前列腺及精囊腺的毒性反應(yīng)。補骨脂素和異補骨脂素的主要毒性機制為膽汁酸失衡、肝脂變、氧化應(yīng)激、膽紅素代謝酶活性抑制和肝再生抑制等，但最主要的毒性機制為膽汁的排泄受阻從而導(dǎo)致肝損傷[68-69]。此外，某些呋喃香豆素類化合物，如5-MOP和8-MOP具有光毒性［70］，因此在治療皮膚病時也會發(fā)生許多副作用，如紅斑、水腫、皮膚老化等。呋喃香豆素類成分產(chǎn)生光毒性的機制可能是由于在長波紫外線的輻射下，角型呋喃香豆素如當(dāng)歸素或線性呋喃香豆素，如補骨脂素和8-MOP會與DNA形成共價的光加和物［71］。Goto等［72］分別用大腸桿菌表達野生型CYP2A13酶及其突變體研究其對5-MOP代謝的影響，發(fā)現(xiàn)野生型CYP2A13酶會把5-MOP轉(zhuǎn)化為5-MOP-二氫二醇。這種二氫二醇代謝產(chǎn)物會與蛋白質(zhì)或DNA結(jié)合并產(chǎn)生毒性。綜上所述，關(guān)于呋喃香豆素類全面系統(tǒng)的毒性作用及機制尚不十分明確，需進一步研究。

4 結(jié)語

天然呋喃香豆素類成分廣泛分布于各種中藥產(chǎn)品、飲品以及烹飪食物中，尤其在傘形科和蕓香科等藥用植物中最為常見。該類成分由于分子量較小、生物活性顯著，深受國內(nèi)外科研工作者的重視。今后在繼續(xù)深入研究其藥效的同時，應(yīng)注意其被人體吸收之后在CYP酶作用下發(fā)生代謝活化，不僅可能產(chǎn)生一些器官毒性，還可能減弱CYP酶催化功能，從而產(chǎn)生DDI。總之，應(yīng)進一步系統(tǒng)和綜合地研究評價含此類成分的中藥的藥理作用以及臨床應(yīng)用時的安全性，以推動新藥的研制和開發(fā)。