五味子木脂素的藥理作用及其代謝途徑和代謝產(chǎn)物研究進(jìn)展

林河煒，劉澤潤(rùn)，林虹敏，張金龍，傅俊，劉忠英

（吉林大學(xué)藥學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春130021）

五味子[Schisandra chinensis(Turcz.)Baill.]是中醫(yī)常用的藥材，常以果實(shí)和藤莖入藥。《新修本草》記載：“五味皮肉甘酸，核中辛苦，都有咸味”，故有五味子之名。在古醫(yī)書(shū)中也稱其為五梅子、玄及或會(huì)及。五味子主要含木脂素、有機(jī)酸、多糖及揮發(fā)油等多種化學(xué)成分，其中木脂素類成分是五味子的主要活性成分[1]。目前已有多種五味子木脂素類成分的結(jié)構(gòu)被鑒定出來(lái)，包括五味子甲素、五味子乙素、五味子丙素、五味子醇甲、五味子醇乙、五味子酯甲和五味子酯乙等[2,3]。五味子木脂素結(jié)構(gòu)的多樣性和功能的復(fù)雜性吸引諸多學(xué)者對(duì)其進(jìn)行研究，許多研究表明，五味子木脂素可在體內(nèi)經(jīng)過(guò)多種途徑進(jìn)行代謝，并通過(guò)影響蛋白質(zhì)表達(dá)水平、調(diào)節(jié)信號(hào)通路等方式發(fā)揮藥理作用。本文對(duì)五味子木脂素的藥理作用、代謝途徑和代謝產(chǎn)物進(jìn)行總結(jié)，旨在為五味子木脂素的藥效研究以及五味子的開(kāi)發(fā)、利用和質(zhì)量控制等提供參考。

1 藥理作用

五味子木脂素藥理作用廣泛，相關(guān)研究表明，其對(duì)機(jī)體的多個(gè)器官和系統(tǒng)具有保護(hù)作用，同時(shí)還具有抗炎免疫、抗菌抗病毒和抗腫瘤作用。

1.1 肝臟保護(hù)作用

五味子木脂素的一個(gè)重要藥理作用是保護(hù)肝臟。研究表明，五味子木脂素可以通過(guò)影響淋巴細(xì)胞亞群和自然殺傷細(xì)胞來(lái)增強(qiáng)酒精性肝損傷小鼠的免疫功能從而保護(hù)肝臟[4]，或通過(guò)減輕肝細(xì)胞的氧化損傷并增強(qiáng)抗氧化能力從而減輕應(yīng)激性肝損傷[5,6]，或通過(guò)影響肝臟藥物代謝酶的活性從而發(fā)揮保肝作用[7]。Fan等[8]研究發(fā)現(xiàn)，五味子甲素、乙素、丙素、醇甲、醇乙、酯甲及酯乙等木脂素通過(guò)激活孕甾烷X受體進(jìn)而激活多種信號(hào)通路，最終起到對(duì)膽汁淤積性肝損傷的預(yù)防和治療作用。

1.2 中樞神經(jīng)系統(tǒng)作用

五味子木脂素對(duì)于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的作用主要表現(xiàn)在對(duì)學(xué)習(xí)記憶能力的影響及對(duì)阿爾茨海默病認(rèn)知障礙的改善作用。郭笑等[9]通過(guò)研究五味子木脂素對(duì)D-半乳糖致衰老模型小鼠的學(xué)習(xí)記憶能力的改善實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，五味子木脂素能改善衰老小鼠的學(xué)習(xí)記憶能力，該作用與五味子木脂素提高小鼠抗氧化能力及上調(diào)小鼠腦組織中抗氧化蛋白的表達(dá)水平有關(guān)。Wei等[10]基于UHPLC-Q-TOF-MS分析技術(shù)和靶向網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)策略，發(fā)現(xiàn)五味子木脂素能改善阿爾茨海默病動(dòng)物的認(rèn)知障礙，其作用與影響淀粉樣前體蛋白代謝、神經(jīng)纖維纏結(jié)、神經(jīng)遞質(zhì)代謝、炎癥反應(yīng)和抗氧化系統(tǒng)有關(guān)。為進(jìn)一步明確作用機(jī)制，Wei等[11,12]通過(guò)Morris水迷宮法對(duì)動(dòng)物進(jìn)行學(xué)習(xí)記憶實(shí)驗(yàn)，最終發(fā)現(xiàn)木脂素可通過(guò)上調(diào)-氨基丁酸、5-羥色胺、乙酰膽堿、去甲腎上腺素和甘氨酸水平，下調(diào)天冬氨酸水平等途徑，減輕阿爾茨海默病的神經(jīng)炎癥、氧化應(yīng)激、A蛋白沉積和Tau蛋白磷酸化的神經(jīng)毒性作用。

1.3 心血管系統(tǒng)作用

五味子木脂素能夠通過(guò)多種機(jī)制對(duì)心血管系統(tǒng)起到保護(hù)作用。孫紅霞和陳建光[13]提出五味子乙素通過(guò)激活腺苷酸活化的蛋白激酶和磷脂酰肌醇-3激酶信號(hào)通路，對(duì)大鼠離體心臟缺血再灌注損傷具有一定的保護(hù)作用。姜恩平等[14]通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明五味子乙素能通過(guò)相同的機(jī)制對(duì)大鼠的腦缺血再灌注損傷產(chǎn)生保護(hù)作用。陳彭生等[15]的研究表明，五味子乙素具有改善梗死后心肌重構(gòu)及心功能的作用，能夠延緩心肌重構(gòu)，減少心臟梗死面積，改善缺血心肌細(xì)胞的炎癥，加強(qiáng)缺血心肌細(xì)胞的修復(fù)。張旻昱等[16]在前人研究的基礎(chǔ)上，對(duì)五味子的心腦血管作用機(jī)制進(jìn)行了總結(jié)，結(jié)果表明，五味子及其活性成分木脂素主要通過(guò)抑制細(xì)胞凋亡[17]、抗氧化[18]、抗炎[19]、提高能量代謝、調(diào)節(jié)自噬、調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)以及晝夜相關(guān)基因的表達(dá)等機(jī)制發(fā)揮抗心腦血管疾病的作用。

1.4 抗炎和免疫調(diào)節(jié)作用

炎癥是機(jī)體應(yīng)對(duì)刺激產(chǎn)生的一種防御反應(yīng)，表現(xiàn)為紅、腫、熱、痛和功能障礙，多由致炎因子引起，如與發(fā)熱有關(guān)的白細(xì)胞介素-1（PL-1）、白細(xì)胞介素-6（PL-6）及腫瘤壞死因子-（TNF-），與疼痛有關(guān)的前列腺素E2（PGE2）、緩激肽、P物質(zhì)以及組織胺、一氧化氮等其他物質(zhì)。炎癥與免疫關(guān)系密切，許多免疫因子可激發(fā)、誘導(dǎo)和調(diào)控炎癥反應(yīng)，中性粒細(xì)胞和單核細(xì)胞等炎癥細(xì)胞也具有重要免疫功能。目前研究表明，多種五味子木脂素類成分均具有較強(qiáng)的抗炎活性和（或）免疫調(diào)節(jié)作用，其分子機(jī)制與調(diào)節(jié)炎癥信號(hào)通路的活性、減少炎癥因子的產(chǎn)生與釋放、促進(jìn)抗炎因子白細(xì)胞介素-10（PL-10）的生成等有關(guān)[20]。

Araki等[21,22]學(xué)者的報(bào)告表明戈米辛N可以抑制TNF-誘導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路ERK和JNK活化，從而抑制炎癥介質(zhì)的產(chǎn)生，發(fā)揮抗炎作用。崔鶴蓉等[23]發(fā)現(xiàn)五味子甲素可在一定濃度范圍內(nèi)通過(guò)阻斷半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-1活化，抑制半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-1對(duì)PL-1前體的剪切活化，進(jìn)而抑制核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體家族pyrin結(jié)構(gòu)域蛋白3（NLRP3）炎性小體的活性，即通過(guò)抑制PL-1的分泌發(fā)揮作用。此后通過(guò)研究其對(duì)慢性不可預(yù)知溫和刺激大鼠抑郁行為及小鼠實(shí)驗(yàn)性潰瘍性結(jié)腸炎等的影響[24,25]，五味子甲素對(duì)IL-1、TNF-的抑制作用及對(duì)PL-10的促進(jìn)作用被一一證實(shí)。相較于五味子甲素，五味子乙素發(fā)揮作用時(shí)呈劑量依賴性，可通過(guò)影響多條信號(hào)通路進(jìn)而調(diào)節(jié)炎癥因子的含量，在抗炎之外還能發(fā)揮增強(qiáng)免疫的作用[26-28]。與乙素功能類似，五味子醇甲在小鼠體內(nèi)也能表現(xiàn)出更強(qiáng)的抗炎免疫作用[29,30]。

1.5 抗病原微生物作用

早期學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，五味子木脂素具有一定的抗菌作用。Hakala等[31]發(fā)現(xiàn)木脂素能抑制肺炎衣原體包涵體的形成，同年，Xu等[32]提出五味子乙素選擇性地抑制HIV-1逆轉(zhuǎn)錄酶相關(guān)的DNA聚合酶活性。張媛媛[33]發(fā)現(xiàn)用超聲波提取的五味子乙醇溶液具有良好的抑菌穩(wěn)定性，并提出抑菌機(jī)理之一是五味子木脂素類物質(zhì)破壞了細(xì)菌細(xì)胞膜的平滑形態(tài)，影響對(duì)糖類等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收從而發(fā)揮抗菌抑菌作用。袁萌[34]通過(guò)建立禽致病性大腸桿菌感染雞肺Ⅱ型上皮細(xì)胞模型和雞肺損傷的動(dòng)物模型，證實(shí)五味子醇甲可以通過(guò)抑制生物膜的形成發(fā)揮抗APEC感染作用，降低細(xì)菌耐藥性。這些研究結(jié)果證明木脂素對(duì)包括細(xì)菌在內(nèi)的多種病原微生物具有抑制作用，其機(jī)制與影響生物膜的活性有關(guān)。

1.6 抗腫瘤作用

腫瘤是指機(jī)體在各種致瘤因子作用下局部組織細(xì)胞過(guò)度增生所形成的新生物，其極快地增生和轉(zhuǎn)移速度導(dǎo)致了極高的危險(xiǎn)性。五味子木脂素能夠抑制多種腫瘤的增殖和轉(zhuǎn)移，有很好的抗腫瘤作用。

1.6.1 作用于乳腺癌五味子木脂素中主要由五味子乙素發(fā)揮抗乳腺癌作用，通過(guò)干擾信號(hào)通路從而抑制人乳腺癌細(xì)胞MCF-7的增殖。趙煒等[35]在裸鼠皮下接種MCF-7細(xì)胞建立裸鼠乳腺癌移植瘤模型，發(fā)現(xiàn)五味子乙素組裸鼠腫瘤體積及質(zhì)量明顯受抑制,且腫瘤組織Notch-1及其下游分子Hes-1、Hey-1蛋白表達(dá)顯著降低，提出其作用機(jī)制與降低Notch-1信號(hào)通路相關(guān)因子表達(dá)有關(guān)。米慧瓊等[36]發(fā)現(xiàn)五味子乙素能夠?qū)⒓?xì)胞停留在G1期及G2/M期，并能夠顯著抑制Wnt/-catenin信號(hào)通路分泌型糖蛋白Wnt及糖原合成酶激酶3（GSK-3）蛋白的表達(dá)，故認(rèn)為五味子乙素通過(guò)干擾MCF-7細(xì)胞中Wnt/-catenin信號(hào)傳導(dǎo)而發(fā)揮有效的抗增殖及促凋亡的作用。

1.6.2 作用于膠質(zhì)細(xì)胞瘤五味子木脂素對(duì)膠質(zhì)細(xì)胞瘤也有較好的增殖抑制作用，不同成分通過(guò)選擇性促進(jìn)Caspase家族在細(xì)胞中的表達(dá)發(fā)揮作用，并已在膠質(zhì)瘤干/祖細(xì)胞SHG-44s[37]、腦膠質(zhì)瘤C6細(xì)胞型[38]、膠質(zhì)細(xì)胞瘤U-251MG[39]和人神經(jīng)母細(xì)胞瘤SH-SY5Y細(xì)胞型[40]等中得到驗(yàn)證。五味子甲素主要使Caspase-3蛋白表達(dá)水平升高，并且可以通過(guò)抑制膠質(zhì)瘤干/祖細(xì)胞表面已存在的ATP結(jié)合盒轉(zhuǎn)運(yùn)子B1（ABCB1）基因編碼的P-糖蛋白泵出藥物能力并降低ABCB1基因轉(zhuǎn)錄和翻譯能力，逆轉(zhuǎn)膠質(zhì)瘤干/祖細(xì)胞耐藥性。五味子乙素可同時(shí)促進(jìn)Caspase-3、Caspase-8和Caspase-9的表達(dá)，并通過(guò)上調(diào)DISC水平增加與腫瘤壞死因子相關(guān)凋亡誘導(dǎo)配體TRAIL共同位點(diǎn)Caspase-8的表達(dá)，逆轉(zhuǎn)TRAIL的抗性，增強(qiáng)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，發(fā)揮更好的抗腫瘤作用[41]。五味子醇甲通過(guò)影響細(xì)胞周期蛋白D1和細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶4等基因的表達(dá)阻滯細(xì)胞周期，調(diào)節(jié)B淋巴細(xì)胞瘤-2家族基因的表達(dá)，促進(jìn)人神經(jīng)母細(xì)胞瘤SH-SY5Y細(xì)胞的凋亡，發(fā)揮抗膠質(zhì)細(xì)胞瘤增殖作用。

1.6.3 其他姜恩平等[42]經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，五味子乙素可抑制結(jié)腸癌SW480細(xì)胞的增殖和侵襲，其機(jī)制與p38 MAPK信號(hào)途徑有關(guān)。董晶晶[43]發(fā)現(xiàn)含五味子木脂素的血清對(duì)體外培養(yǎng)的人肺癌A549細(xì)胞具有抑制作用，能促進(jìn)人肺癌A549細(xì)胞的凋亡。五味子木脂素酯甲還可以增加順鉑對(duì)卵巢癌Skov3細(xì)胞的促凋亡作用，其機(jī)制與上調(diào)Bax蛋白和Caspase-3的基因表達(dá)、下調(diào)B淋巴細(xì)胞瘤-2的基因表達(dá)有關(guān)[44]。

五味子木脂素的抗腫瘤作用主要針對(duì)于乳腺癌、膠質(zhì)細(xì)胞瘤、結(jié)腸癌、肺癌及卵巢癌等惡性腫瘤，由五味子甲素和五味子乙素為主力軍，通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞周期而影響腫瘤細(xì)胞的增殖。

2 代謝途徑與代謝產(chǎn)物

2.1 代謝途徑

五味子木脂素在大鼠體內(nèi)主要發(fā)生Ⅰ相代謝轉(zhuǎn)化，即氧化、去甲基化和羥基化等[45]。不同的木脂素成分主要代謝途徑也不完全相同，7種常見(jiàn)的木脂素成分的主要代謝途徑見(jiàn)表1[46-48]。

表1 7種五味子木脂素成分的代謝途徑Table 1 Metabolic pathways of seven lignans in Schisandra chinensis

2.2 代謝產(chǎn)物

2.2.1 五味子木脂素醇提取物的主要代謝產(chǎn)物蘇聯(lián)麟等[45]研究五味子木脂素醇提物在大鼠體內(nèi)的代謝產(chǎn)物，采用UHPLC-QTOF/MS技術(shù)從大鼠血漿、膽汁、尿液和糞便中鑒定出6種木脂素原形成分及它們的20種可能的代謝產(chǎn)物，6種木脂素原形成分分別為五味子甲素、五味子乙素、五味子丙素、五味子醇乙、五味子酯甲及五味子酯乙，20種代謝產(chǎn)物中有13種為五味子甲素、乙素和丙素相關(guān)的代謝物群，分子式分別為C22H26O6、C23H28O6、C23H26O7、C23H30O6、C23H30O7、C23H30O8、C22H28O6、C22H28O7、C22H28O8、C23H29O8、C24H32O7、C24H30O8和C24H32O8，其余7種為五味子醇乙、五味子酯甲及五味子酯乙相關(guān)的代謝物群，分子式分別為C22H26O7、C23H28O8、C22H26O8、C22H26O9、C21H24O7、C21H24O8和C22H24O7。

2.2.2 五味子醇甲的代謝產(chǎn)物五味子醇甲由于具有對(duì)稱的甲基和對(duì)稱的甲氧基結(jié)構(gòu)，易發(fā)生去甲基化、脫甲氧基和羥基化等途徑的代謝。Liu等[47]為大鼠進(jìn)行五味子醇甲灌胃處理后，在大鼠血漿中檢測(cè)到五味子醇甲原型和4種代謝產(chǎn)物，已經(jīng)確定的3種產(chǎn)物有M1[2-去甲基-8（R）-羥基-五味子醇甲]、M2[3-去甲基-8（R）-羥基-五味子醇甲]和M4（去甲氧基五味子醇甲），另一種產(chǎn)物M3可能為2-羥基-五味子醇甲、3-羥基-五味子醇甲、12-羥基-五味子醇甲或13-羥基-五味子醇甲，具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1（代謝產(chǎn)物M3 4種可能的結(jié)構(gòu)依次編號(hào)為1、2、3和4）；進(jìn)一步對(duì)大鼠主要臟器的代謝產(chǎn)物進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)大鼠腦和脾臟中存在M1和M3，心臟中存在M1，腎臟中存在M1、M2和M3，肝臟中存在M1、M2、M3和M5，其中M5為2,3-去甲基-8（R）-羥基-五味子醇甲，具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1；對(duì)尿液和糞便中的代謝產(chǎn)物進(jìn)行分析，在尿液中發(fā)現(xiàn)M2和M3，糞便中發(fā)現(xiàn)五味子醇甲原型、M2和M3。未來(lái)可以依據(jù)五味子醇甲的代謝產(chǎn)物在各個(gè)組織器官中分布的不同，進(jìn)行醇甲的靶向藥物研發(fā)。

圖1 五味子醇甲及其代謝產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)Fig.1 Structures of schisandrol A and its metabolites

2.2.3五味子酯甲的代謝產(chǎn)物Feng等[50]利用UHPLC-Q-TOF-MS/MS技術(shù)，以大鼠為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，研究五味子酯甲的體內(nèi)外代謝產(chǎn)物。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，五味子酯甲在大鼠體內(nèi)外代謝實(shí)驗(yàn)中共測(cè)得60個(gè)代謝產(chǎn)物，其中Ⅰ相代謝產(chǎn)物48個(gè)，都發(fā)生了氧化反應(yīng)；Ⅱ相代謝產(chǎn)物12個(gè)，主要與葡萄糖醛酸、硫酸和?；撬岬冉Y(jié)合。從60種代謝產(chǎn)物綜合分析得出，五味子酯甲的代謝以6號(hào)碳原子上的C7H4O和C7H4O2基團(tuán)的丟失為基礎(chǔ)，隨后發(fā)生氧化、羧酸反應(yīng)、脫亞甲基、脫甲氧基和與小分子基團(tuán)的結(jié)合反應(yīng)，五味子酯甲的具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。60個(gè)代謝產(chǎn)物中在大鼠體內(nèi)檢測(cè)出59個(gè)，其中尿液中存在56個(gè)，血漿中存在19個(gè)，膽汁中存在8個(gè)；在大鼠體外肝微粒體代謝模型中檢測(cè)出5個(gè)，其中僅有1個(gè)代謝產(chǎn)物N未在體內(nèi)檢測(cè)到，具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。由此可見(jiàn)，五味子酯甲在大鼠體內(nèi)的代謝比體外的代謝復(fù)雜得多。

圖2 五味子酯甲及其代謝產(chǎn)物N的結(jié)構(gòu)Fig.2 Structures of schisantherin A and its metabolite N

2.2.4 其他木脂素成分的代謝產(chǎn)物在大鼠體內(nèi)代謝實(shí)驗(yàn)[49]中，五味子乙素可代謝成1種產(chǎn)物，化學(xué)式為C22H26O7；五味子丙素可代謝成1種產(chǎn)物，化學(xué)式為C22H24O7；五味子醇乙可代謝成5種產(chǎn)物，化學(xué)式分別為C22H26O7、C23H28O8、C23H26O7、C23H28O8和C21H24O8；去氧五味子素可代謝成3種產(chǎn)物，化學(xué)式分別為C23H30O6、C23H30O7和C23H28O6。在大鼠體外肝微粒體模型的代謝實(shí)驗(yàn)[50]中，五味子甲素可代謝出8種產(chǎn)物，化學(xué)式分別為C23H30O6、C23H30O6、C24H32O7、C24H32O8、C24H30O6、C23H30O7、C23H28O6和C19H20O6；五味子乙素可代謝出4種產(chǎn)物，化學(xué)式分別為C22H26O7、C23H28O7、C23H28O7和C23H26O6；五味子丙素可代謝出3種產(chǎn)物，化學(xué)式分別為C22H24O7、C22H22O6和C21H24O6；五味子醇乙可代謝出10種產(chǎn)物，化學(xué)式分別為C22H26O7、C22H26O7、C22H26O7、C23H28O8、C23H28O8、C23H26O7、C23H26O6、C22H24O6、C23H26O7和C18H18O6。

3 結(jié)語(yǔ)

五味子是一味歷史悠久的中藥，其中所含的木脂素成分具有廣泛的醫(yī)療保健功能。五味子木脂素雖然具有諸多藥理作用，但相關(guān)藥物的研發(fā)仍處在空白階段，對(duì)于我國(guó)人口老齡化引起的帕金森病、阿爾茨海默病等神經(jīng)退行性疾病高發(fā)的現(xiàn)狀，擁有中樞神經(jīng)系統(tǒng)作用的五味子木脂素可進(jìn)一步用于臨床開(kāi)發(fā)治療神經(jīng)性疾病的藥物，而木脂素類成分的抗腫瘤作用則可能成為抗腫瘤藥物研發(fā)的突破口。相較于藥理作用，對(duì)于木脂素類成分代謝方面的研究仍存在一定的局限。由于代謝產(chǎn)物同分異構(gòu)體數(shù)量多，較難區(qū)分。因此，目前僅鑒別出少數(shù)木脂素類成分代謝產(chǎn)物的化學(xué)結(jié)構(gòu)，多數(shù)代謝產(chǎn)物的化學(xué)結(jié)構(gòu)仍有待進(jìn)一步鑒別。