冰糖草二萜類成分的研究進展

孫萬瑩，董琳，李祎瑩，韓麗芳，陳麗珍，王瑞琪，張璐，張勇，張小坡*

（1. 海南醫(yī)學院藥學院，海南 海口 571199；2. 海南醫(yī)學院基礎醫(yī)學與生命科學院，海南 海口 571199）

黎藥冰糖草（Scoparia dulcisL.）為玄參科（Scrophulariaceae）野甘草屬（Scoparia）植物，又名野甘草、土甘草，因其枝葉嚼之有甜味，而得名“冰糖草”[1]。冰糖草為一年生直立草本植物，分布于熱帶和亞熱帶地區(qū)，如印度、巴西，以及中國的海南、廣東、廣西等地[2]。冰糖草在許多國家被作為傳統(tǒng)藥物使用，用于腹瀉、糖尿病、胃痛、腎結石和發(fā)熱等疾病的治療[3-5]?；诒遣莳毺氐乃幚碜饔煤蛷V泛應用，國內外學者對其化學成分和作用機制進行了大量的探索。冰糖草化學成分主要包括二萜、三萜、黃酮和生物堿類成分，其中，二萜類化合物在冰糖草中分布廣泛、結構獨特，是冰糖草的特征性成分。在藥理方面，冰糖草主要具有降血糖作用，其水提物可通過增強抗氧化酶活性、促進胰島素分泌發(fā)揮功效[2-3]；此外，冰糖草還具有改善血脂水平[4]、抗瘧疾、抗病毒[5-6]等活性。本文主要對冰糖草二萜類化合物的發(fā)現(xiàn)、合成和生物活性研究作一綜述，以期為冰糖草的進一步開發(fā)利用提供參考。

1 冰糖草二萜類成分

研究人員從冰糖草中分離得到二萜類化合物24個，共分為3種類型，分別為Aphidicolane（1）型、Labdane（2）型 和Scopadulane（3）型[7-9]。Labdane型二萜是冰糖草二萜的主要類型，其結構中母核A/B環(huán)為反式稠合，C9位含有6個碳原子的側鏈，C8位含有一個末端雙鍵。此外，在C6位連有苯甲?；珻18位甲基常被氧化為羧基或羥甲基。Scopadulane型二萜也是冰糖草二萜的主要類型，還是冰糖草的特有成分，其在生源途徑上由Labdane型二萜衍生而來，結構中含有4個環(huán)，除Labdane二萜結構中A/B環(huán)外，側鏈通過環(huán)合形成一個新的七元環(huán)和一個五元環(huán)。Aphidicolane型二萜結構與Scopadulane型二萜類似，目前從冰糖草中僅獲得1個此類化合物scopadulin，即化合物1。

1.1 Aphidicolane型

Hayashi是研究冰糖草二萜類成分最早和成果最多的學者。早在1990年，Hayashi等[6]應用70%乙醇回流提取冰糖草，經過硅膠柱色譜反復分離，再通過液相色譜法進一步純化獲得scopadulin。

1.2 Labdane型

研究人員陸續(xù)從冰糖草中分離得到共11個Labdane型 二 萜（4 ~ 14）。2000年，Hayashi[7]從冰糖草分離得到化合物scoparic acid A（4）、scopadiol/scoparinol（5）、scoparic acid B（11）和scoparic acid C（12）。2003年，Ahsan等[8]將 冰糖草經索氏提取法提取后，利用凝膠柱色譜、制備性薄層色譜等方法分離純化，得到化合物scopanolal（6）。2009年，Latha等[9]將冰糖草全株用80%乙醇提取，提取物經濃縮、冷凍干燥后，用氯仿萃取，進一步應用硅膠柱進行分離，最終得到化合物scoparic acid D（14）。2012年，Ahsan等[10]應用相似的提取分離方法，從冰糖草提取物的石油醚部位得到化合物scopadiol decanoate（7）。2014年，Liu等[11]利用丙酮和水的混合溶液在室溫下提取冰糖草，得到的提取物經有機溶劑萃取，通過一系列柱色譜分離純化后獲得化合物4-epi-7-O-acetylscoparic acid A（8）、7α-hydroxyscopadiol（9）、7α-O-acetyl-8，17β-epoxyscoparic acid A（13）、7S-4-epi-7-hydroxyscoparic acid A（10）、scoparic acid A（4）。

1.3 Scopadulane型

研究人員從冰糖草中分離得到共12個Scopadulane型 二 萜（15 ~ 26）。早 在1987年，Hayashi等[12]采用70%乙醇提取冰糖草地上部分，提取物經氯仿萃取后，采用硅膠柱色譜、凝膠柱色譜分離，得到化合物scopadulcic acid A（15）和scopadulcic acid B（16）。2003年，Ahsan等[8]采用石油醚等有機溶劑提取冰糖草的地上部分，再通過葡聚糖凝膠柱色譜，最后通過半制備薄層色譜分離得到化合物scopadulciol（17）、iso-dulcinol（18）、4-epi-scopadulcic acid B（22）、dulcidiol（24）。2006年，Phan等[13]應用多種柱色譜方法，從冰糖草地上部分中得到化合物scopadulcic acid C（23）。2012年，Ahsan等[10]從冰糖草石油醚萃取部位獲得化合物dulcinodiol（25）和dulcinodal（26）。2014年，Liu等[11]采用丙酮和水的混合溶液提取冰糖草，提取物經石油醚萃取，所得萃取物通過硅膠柱色譜、凝膠柱色譜、半制備液相色譜的分離純化，得到化合物neo-dulcinol（19）、dulcinodal-13-one（20）、4-epi-7α-hydroxydulcinodal-13-one（21）和4-episcopadulcic acid B（22）。

2 Scopadulane型二萜的合成

冰糖草富含二萜類成分，目前從冰糖草中分離得到的二萜類化合物有24個。Scopadulane型是冰糖草中種類最多、含量最高的二萜，也是冰糖草的特有成分。研究人員重點針對該類化合物進行合成研究，獲得了相對較好的合成路線和方法，為新藥研究提供了支撐。

1993年，Overman等[14]首次報道了Scopadulane型二萜類化合物scopadulcic acid B的全合成。課題組利用分子內的Heck反應一步構建了多個季碳中心，合成了關鍵中間體（27 ~ 28），以2-碘苯甲醛為原料，經歷了11步反應，最終以57%產率合成了scopadulcic acid B。

1995年，Ziegler等[15]利 用Robinson環(huán) 合 反應合成了關鍵中間體（29 ~ 31），然后通過一系列反應陸續(xù)實現(xiàn)了(f)-scopadulcic acids A、B和scopadulciol的全合成。

1997年，Overman等[16]又報道了(f)-scopadulcic acid B的全合成。該研究組還是以2-碘苯甲醛為起始原料，經歷30步反應合成了(f)-scopadulcic acid B。他們采用Heck反應一步構建多個季碳中心的策略，合成了重要的中間體（32 ~ 33），中間體產率為80% ~ 85%。

1999年，F(xiàn)ox等[17]報 道 了scopadulcic acid A的對映選擇性全合成。利用分子內Heck反應，一步構建了scopadulan的B、C和D環(huán)，產率高達90%。

2003年，Arnó等[18]通過對C6、C7和C13位置的官能化，合成了一系列scopadulcic acid的同系物，并詳細闡述了相關重要中間體的合成方法。研究表明，在該類化合物的C13位置引入極性基團會影響其生物活性，但C8位置的立體構型對其生物活性沒有影響。

研究人員對冰糖草中合成二萜的關鍵酶和生物合成途徑展開了研究。Yamamura等[19]研究發(fā)現(xiàn)，添加茉莉酸甲酯（MJ）作為誘導子，能快速、瞬時地刺激冰糖草葉中scopadulcic acid B的形成；該研究組對添加MJ后scopadulcic acid B生物合成過程中的相關基因進行分析，發(fā)現(xiàn)有9個基因表達水平上調，其與細胞色素P450酶cDNA的相應區(qū)域高度同源。細胞色素P450酶是一類廣泛存在于生命體中，依賴于亞鐵血紅素催化多種底物的單加氧酶，在天然產物的生物合成中起到非常關鍵的作用[20]。

3 冰糖草二萜的藥理活性

冰糖草二萜類化合物具有多種藥理活性，其在鎮(zhèn)痛與抗炎、抗糖尿病、抗胃潰瘍、抗病毒、抗瘧疾以及抗腫瘤等方面均有相關研究報道。

3.1 鎮(zhèn)痛和抗炎

2001年，Ahmed 等[21]從冰糖草中分離得到Labdane型二萜scoparinol，證實該化合物在動物體內具有顯著的鎮(zhèn)痛效果（P< 0.001）和抗炎活性（P< 0.01）。

3.2 抗糖尿病

糖尿病患者血清中β-葡萄糖醛酸酶的活性顯著高于正常對照組，且與血糖水平呈正相關[22]。1992年，Hayashi等[23]研究發(fā)現(xiàn)，冰糖草70%乙醇提取物具有顯著抗β-葡萄糖醛酸酶的活性，進一步對該乙醇提取物分離提純，得到3個Labdane型二萜，即scoparic acid A、B、C。其中，scoparic acid A具有顯著的β-葡萄糖醛酸酶抑制作用。2014年，Liu等[11]從冰糖草中分離出9個二萜，其中4-episcopadulcic acid B具有α-葡萄糖苷酶抑制活性。2009年，Latha等[24]從冰糖草乙醇提取物中分離得到二萜scoparic acid D。該研究組應用鏈脲佐菌素（STZ）誘導雄性Wistar大鼠建立糖尿病模型，以10、20和40 mg · kg-1的 劑 量 對 大 鼠 經 口 給 予scoparic acid D，連續(xù)給藥15 d。實驗結束時，與模型組相比，scoparic acid D干預的STZ糖尿病大鼠血糖水平顯著下降，這與該化合物顯著提高STZ糖尿病大鼠的胰島素水平有關。其中，20 mg · kg-1劑量組的降糖效果最為顯著。Latha等應用STZ處理的大鼠胰島素瘤細胞（RINm5F細胞）和分離胰島細胞這2種模型，考察了scoparic acid D對胰島細胞的胰島素促分泌和保護作用，結果發(fā)現(xiàn)，在scoparic acid D（20 mg · L-1）的作用下，從分離的胰島細胞中可以檢測到2倍量的胰島素，證實了scoparic acid D的促胰島素分泌活性。此外，在RINm5F細胞中進行的研究顯示，scoparic acid D對STZ介導的細胞毒性顯示良好的抑制作用并可抑制一氧化氮的產生。該項研究不僅證實了scoparic acid D的抗糖尿病作用，還發(fā)現(xiàn)了scoparic acid D對胰島細胞的保護作用。

3.3 抗胃潰瘍

胃潰瘍是消化性潰瘍中最常見的一種，主要指胃黏膜被胃消化液消化而造成的超過黏膜肌層的組織損傷，是發(fā)生于賁門與幽門之間的炎性壞死性病變[25]。目前，減少胃酸分泌是最常用的促進潰瘍愈合的手段，而H+/K+-ATP酶抑制劑是現(xiàn)今最為有效的胃酸分泌抑制劑和抗?jié)兯幬颷26]。Hayashi 等[27]研究發(fā)現(xiàn)scopadulcic acid B可劑量依賴性地抑制豬胃H+/K+-ATP酶活性，其半數(shù)抑制濃度（IC50）為20 ~ 30 μmol · L-1。Scopadulcic acid B的抑制活性可通過濃度稀釋得到恢復，提示該抑制作用是可逆的。1991年，Hayashi等[28]研究了與scopadulcic acid B結構相似的化合物scopadulciol，結果顯示其僅有微弱的H+/K+-ATP酶抑制活性。冰糖草具有保護胃的功效，可能與scopadulcic acid B的H+/K+-ATP酶抑制活性有關。

3.4 抗病毒

Hayashi等[29]于1988年 報 道 了scopadulcic acid B對單純皰疹病毒Ⅰ型（HSV-I）的抑制作用。Scopadulciol是從冰糖草中分離出來的四環(huán)二萜，其化學結構與aphidicolin（一種真核生物DNA聚合酶α、δ和ε抑制劑）相類似。Hayashi等研究證明scopadulciol對HSV-I具有抑制作用。進一步研究發(fā)現(xiàn)，scopadulciol對HSV-I病毒早期的蛋白合成不產生抑制，而對病毒晚期的蛋白合成有抑制作用。值得關注的是，scopadulciol還可顯著增強阿昔洛韋（ACV）的體外抗HSV活性[30]。

3.5 抗腫瘤

Scopadulcic acid B對多種人源腫瘤細胞均具有細胞毒作用。Nishino等[31]研究發(fā)現(xiàn)，scopadulcic acid B在體內外均能抑制腫瘤促進劑佛波酯（TPA）的作用，例如抑制由TPA增強的體外培養(yǎng)腫瘤細胞中的磷脂合成，以及抑制TPA對二甲基苯蒽（DMBA）誘導小鼠皮膚腫瘤形成的促進作用。從冰糖草地上部分分離出的iso-dulcinol、4-epi-scopadulcic acid B、scopadulciol、dulcidiol和scopadiol對SCL、SCL-6、SCL-37'6、SCL-9、Kato-3和NUGC-4這6種人類胃癌細胞株均顯示出明顯的細胞毒性[32]。

目前研究最為廣泛的用于治療腫瘤的“自殺基因”策略是將單純皰疹病毒（HSV）-胸腺嘧啶核苷激酶（TK）基因導入腫瘤細胞，然后給予諸如阿昔洛韋（ACV）和更昔洛韋（GCV）等抗病毒前藥，利用HSV-TK將抗病毒前藥磷酸化，使之抑制腫瘤細胞DNA合成。Hayashi等[33]在基于HSV-TK/ACV的研究中發(fā)現(xiàn)，scopadulciol可顯著升高ACV活性代謝物的水平，提示其可能在“自殺基因”療法中發(fā)揮重要作用。

3.6 抗瘧疾

冰糖草提取物在尼加拉瓜被用于治療瘧疾，研究人員推測二萜類化合物是其抗瘧疾活性的物質基礎。Riel等[34]測試了scopadulcic acid A對惡性瘧原蟲的體外作用，結果發(fā)現(xiàn)該化合物對D6克?。ǚ侵奕蛛x株）的IC50為27 μmol · L-1，對W2克?。ㄓ《确蛛x株）的IC50為19 μmol · L-1，對多藥耐藥株TM91C235（泰國分離株）的IC50為23 μmol · L-1。作為對照藥物的氯喹對D6、W2和TM91C235的IC50分 別 為9.3、266和24 nmol · L-1，甲 氟 喹 對D6、W2和TM91C235的IC50分別為36、4.8和59 nmol · L-1。然而，scopadulcic acid A對惡性瘧原蟲的作用機制尚不清楚，有待進一步研究。

4 結語

冰糖草具有豐富的生物活性，隨著研究的開展，其特有的、發(fā)揮藥效的二萜類成分及相關作用機制也被不斷發(fā)掘。例如，一些 Labdane型二萜和Scopadulane型二萜表現(xiàn)出潛在的抗糖尿病作用，其作用機制與促胰島素分泌、抑制α-葡萄糖苷酶和β-葡萄糖醛酸酶活性相關；同時，部分化合物還具有明顯的抗腫瘤、抗病毒等活性。然而，有關冰糖草的藥理活性研究大多停留在細胞篩選層面，少有動物實驗研究，且相關作用機制未被完全闡明?；诒遣葚S富的資源，今后應在已有研究基礎上，借助現(xiàn)代科學技術，尤其是合成生物學、分子生物學方法，圍繞其二萜類化合物開展更為系統(tǒng)、深入的探索，從而推動冰糖草的開發(fā)利用，使其更好地應用于臨床，造?；颊摺?/p>