血水草中苯并菲啶類生物堿研究進(jìn)展

張鄭潔， 杜 琪， 王 茜， 周小江,2*

(1.湖南中醫(yī)藥大學(xué)，湖南 長沙 410208；2.湖南省中藥飲片標(biāo)準(zhǔn)化及功能工程技術(shù)研究中心，湖南 長沙 410208)

血水草為罌粟科植物血水草EomeconchionanthaHance的全草，味苦、性寒，有小毒，具有清熱解毒的功效，是我國特有的單屬種植物，廣泛分布于我國南方，資源豐富[1]。血水草被各少數(shù)民族大量使用，是我國有名的民族藥，在侗族，血水草搗爛漱口可治療口腔潰爛，搗爛外敷可治療瘡瘍腫毒，水煎服可治療喉嚨腫痛[2-3]；在苗族，除了清熱解毒，血水草還能活血止痛、止血，可用于跌打損傷、內(nèi)傷出血[4]；在土家族，血水草則多了散瘀消腫之效，可用于產(chǎn)后腹痛[5]。同時(shí)，血水草也是民間常用藥，例如在湖南民間有殺蟲之效，主要針對于血吸蟲[6-7]。血水草含有生物堿、三萜、內(nèi)酯等成分[3]，其中以生物堿為主，龍麗娜[8]以白屈菜紅堿和血根堿為指標(biāo)，測得血水草總生物堿含量為3.27%?，F(xiàn)代藥理研究表明，血水草中生物堿成分能抑制酶活性、阻滯心肌細(xì)胞通道、抑制人白細(xì)胞、影響細(xì)胞有絲分裂，此外還具有抗炎、抗菌、抗病毒、抗腫瘤等生物活性[8-9]。本文對近五年來血水草中苯并菲啶類生物堿成分、藥理作用進(jìn)行綜述，并對近十年來生源合成、化學(xué)合成以及衍生物合成進(jìn)行歸納，以期為血水草的進(jìn)一步研究奠定基礎(chǔ)。

1 化學(xué)成分

血水草中的化學(xué)成分多為生物堿[3]，且主要為苯并菲啶類生物堿，目前，已經(jīng)分離得到18種該類生物堿。此外，利用超高液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)，鑒定出73種苯并菲啶類生物堿，其母核結(jié)構(gòu)見圖1。血水草中苯并菲啶類生物堿可分為苯并菲啶生物堿、二氫苯并菲啶生物堿、二聚體苯并菲啶生物堿[8-11]。

圖1 血水草中苯并菲啶類生物堿母核結(jié)構(gòu)式

1.1 苯并菲啶生物堿 苯并菲啶生物堿是在C-2、C-3位稠和1個(gè)1,3-二惡茂而成，此類化合物除化合物7～8外N上皆連接1個(gè)甲基，C-7、C-8位稠和1個(gè)1,3-二惡茂或分別連接1個(gè)甲氧基，而化合物3的C-8位連接1個(gè)甲氧基，C-7位連接1個(gè)羥基，化合物4～6在C-10位上連接1個(gè)甲氧基，化合物6在C-12位上也連有1個(gè)甲氧基，見表1、圖2。

表1 血水草中苯并菲啶生物堿類化合物

圖2 血水草中苯并菲啶生物堿類化合物結(jié)構(gòu)式

1.2 二氫苯并菲啶生物堿 二氫苯并菲啶生物堿是在苯并菲啶生物堿的基礎(chǔ)上，將C-5、C-6位之間的雙鍵加成而構(gòu)成，此類化合物N上皆連接1個(gè)甲基，C-7、C-8位稠和1個(gè)1,3-二惡茂或分別連接1個(gè)甲氧基，除化合物58的C-7、C-8位上分別連接1個(gè)羥基，取代基都連接在C-6位上，此外化合物29在C-10位上還連有1個(gè)羥基，見表2、圖3。

表2 血水草中二氫苯并菲啶生物堿類化合物

圖3 血水草中二氫苯并菲啶生物堿類化合物結(jié)構(gòu)式

1.3 二聚體苯并菲啶生物堿 二聚體苯并菲啶生物堿由1個(gè)苯并菲啶生物堿和1個(gè)原阿片堿類生物堿或2個(gè)苯并菲啶生物堿連接而成，見表3、圖4。

表3 血水草中二聚體苯并菲啶生物堿類化合物

圖4 血水草中二聚體苯并菲啶生物堿類化合物結(jié)構(gòu)式

2 藥理作用

血水草主要成分為生物堿[3]，而生物堿具有鎮(zhèn)痛鎮(zhèn)靜、抗腫瘤、抗炎、抗菌等作用，且在心血管系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、中樞神經(jīng)系統(tǒng)等領(lǐng)域皆有不同活性[14-15]。近年來，血水草生物堿主要用于釘螺的滅殺及相關(guān)研究[7,16-19]，但就其所含生物堿成分來說，還具有抗癌、抗菌、抗炎等多種藥理活性，本文以血根堿與白屈菜紅堿為例，總結(jié)近五年對兩者的藥理作用研究。

2.1 抗癌

2.1.1 肺癌 血根堿和白屈菜紅堿對重組跨膜蛋白16A(TMEM16A)電流有著抑制作用，因此，可抑制肺癌細(xì)胞LA795的內(nèi)源性TMEM16A電流和增殖、遷移從而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[20]。白屈菜紅堿對非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞NSCLC有多方面作用，在NSCLC A549和NCI-H1299細(xì)胞中，白屈菜紅堿能降低細(xì)胞活力，抑制細(xì)胞集落形成和誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，還可以誘導(dǎo)細(xì)胞特異性自噬[21]。在NCI-H1703細(xì)胞中，白屈萊紅堿可降低細(xì)胞核內(nèi)β-catenin蛋白表達(dá)及細(xì)胞內(nèi)總表達(dá)，調(diào)節(jié)catenin表達(dá)和細(xì)胞凋亡[22]。血根堿有抑制蛋白激酶B(Akt)信號(hào)通路作用，還能提高活性氧(ROS)水平從而誘導(dǎo)人肺癌細(xì)胞A549和H1975的凋亡[23]。此外，血根堿還能通過升高Fas相關(guān)因子1的表達(dá)，抑制NSCLC細(xì)胞增殖、侵襲、遷移，誘導(dǎo)細(xì)胞周期阻滯和凋亡[24]。

2.1.2 肝癌 白屈菜紅堿能降低磷酸化粘著斑激酶活性，抑制PI3K/Akt/mTOR信號(hào)通路，從而改變?nèi)烁伟〩ep3B細(xì)胞的骨架結(jié)構(gòu)并抑制Hep3B細(xì)胞轉(zhuǎn)移[25]。血根堿能抑制在缺氧和缺少轉(zhuǎn)化生長因子(TGF)-β細(xì)胞模型中HIF-1α信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化標(biāo)記物的表達(dá)，還能抑制TGF-β誘導(dǎo)的肝癌細(xì)胞遷移[26]。此外，血根堿還能夠激活p53表達(dá)的肝癌細(xì)胞中miR-16表達(dá)，降低靶基因表達(dá)，從而影響ROS水平和細(xì)胞周期來抑制癌細(xì)胞的增殖[27]。

2.1.3 前列腺癌 白屈菜紅堿能通過抑制NF-κB、AP-1轉(zhuǎn)錄因子，降低p-p65、c-Fos、c-Jun蛋白表達(dá)，從而抑制雄激素非依賴性前列腺癌細(xì)胞DU145和PC-3的增殖；還可以通過調(diào)節(jié)MMP/TIMP系統(tǒng)和NF-κB通路，進(jìn)而抑制雄激素非依賴性前列腺癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移[28]。血根堿通過抑制酸性神經(jīng)酰胺酶和葡萄糖基神經(jīng)酰胺合成酶，誘導(dǎo)ROS依賴性神經(jīng)酰胺的產(chǎn)生，導(dǎo)致ROS依賴的細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1/2(ERK1/2)磷酸化，并使前列腺細(xì)胞Par-4斷裂，從而誘導(dǎo)人前列腺癌細(xì)胞凋亡[29]。

2.1.4 其他 白屈菜紅堿能升高腎癌細(xì)胞ROS水平，導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，使STAT3失活，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[30]。白屈菜紅堿還能選擇性地抑制三陰性乳腺癌細(xì)胞的生長、增殖并誘導(dǎo)凋亡[31]。血根堿能有效降低人乳腺癌細(xì)胞MCF-7的生存能力，對MCF-7細(xì)胞具有細(xì)胞毒性[32]。血根堿還能調(diào)節(jié)TOX/DNA-PKcs/KU70/80信號(hào)、MAPK/JNK信號(hào)和DUSP4/ERK途徑來抑制胃癌細(xì)胞的增殖和侵襲[33-35]。血根堿能降低p-STAT3表達(dá)，并通過激活凋亡和自噬信號(hào)，從而抑制甲狀腺乳頭狀癌細(xì)胞系BCPAP和TPC-1的生長[36]；還能通過內(nèi)源性凋亡途徑降低小鼠結(jié)直腸癌的腫瘤大小，增加多個(gè)結(jié)直腸癌細(xì)胞系線粒體ROS水平和線粒體外膜通透性，從而抑制大腸癌細(xì)胞的生長[37]；并且能抑制NF-κB信號(hào)和PI3K/AKT/mTOR通路的激活，從而抑制上皮性卵巢癌細(xì)胞SKOV3的生長，進(jìn)而抑制上皮性卵巢癌的發(fā)展[38]。

2.2 抗菌 白屈菜紅堿對革蘭氏陽性菌、金黃色葡萄球菌、耐甲氧西林金黃色葡萄球菌和超廣譜β-內(nèi)酰胺酶金黃色葡萄球菌具有較強(qiáng)的抗菌活性，其主要抗菌機(jī)制可能是通過破壞細(xì)菌細(xì)胞膜上的通道，使蛋白質(zhì)外滲，同時(shí)抑制蛋白質(zhì)合成[39]；對于青霉素、克林霉素和四環(huán)素皆耐藥的路鄧葡萄球菌有體外殺滅作用，并能抑制其生長[40]；有抑制多重耐藥雷氏普羅威登斯菌生物被膜的形成，清除成熟的生物被膜的作用[41]。血根堿能抑制金黃色葡萄球菌和白色念珠菌形成的單、雙種生物膜，誘導(dǎo)白色念珠菌從成熟菌絲型向單細(xì)胞酵母型轉(zhuǎn)化[42]；還有抑制與白念珠菌cAMP信號(hào)通路相關(guān)菌絲特異基因表達(dá)的作用，能降低細(xì)胞表面疏水性，抑制菌絲的形成，從而起到抗菌作用[43]。

2.3 抗炎 白屈菜紅堿對脂多糖(LPS)誘導(dǎo)小鼠單核巨噬細(xì)胞白血病細(xì)胞RAW 264.7的炎癥反應(yīng)有抑制作用，其機(jī)制為通過抑制NF-κB信號(hào)通路，減輕LPS誘導(dǎo)的W/D比值、炎性細(xì)胞浸潤從而發(fā)揮抗炎作用[44]。血根堿在腦缺血再灌注中能降低炎性因子水平；在LPS誘導(dǎo)的H9c2心肌細(xì)胞炎癥中能通過抑制TLR4/NF-κB信號(hào)通路，抑制H9c2心肌細(xì)胞炎癥反應(yīng)[45-46]。

2.4 其他 白屈菜紅堿通過減少腎實(shí)質(zhì)的丟失和防止腎小球、腎小管的退行性變來減輕單側(cè)輸尿管梗阻新生大鼠的腎損傷，還能抑制部分腎損傷分子的表達(dá)及細(xì)胞凋亡和腎纖維化[47]；在鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的糖尿病大鼠腎缺血/再灌注導(dǎo)致的心肌損傷模型中，通過PKC/NF-κB途徑促進(jìn)心肌損傷的恢復(fù)[48]；還能對大鼠腸缺血再灌注后腸黏膜損傷起到抑制細(xì)胞程序性死亡的作用[49]。血根堿能預(yù)防卵巢切除術(shù)引起的骨丟失，抑制破骨細(xì)胞骨分化并促進(jìn)成骨細(xì)胞骨形成從而調(diào)節(jié)骨重建，治療骨質(zhì)疏松癥[50]；血根堿能通過ROS的產(chǎn)生和抑制抗凋亡基因的表達(dá)來治療急性淋巴細(xì)胞白血病[51]；而且在體外對旋毛蟲的幼蟲、成蟲和新生幼蟲均有致死作用[52]。

3 合成

為使血水草能更廣泛的運(yùn)用且不過度使用植物資源，找出其生源合成途徑、干擾其合成酶或利用化學(xué)合成途徑大量合成或衍生出更穩(wěn)定、活性更強(qiáng)的衍生物十分有必要，本文以其中研究最為廣泛的血根堿和白屈菜紅堿為例進(jìn)行總結(jié)。

3.1 生源合成途徑 現(xiàn)有研究已經(jīng)在體內(nèi)形成了一個(gè)完整的合成血根堿和白屈菜紅堿途徑，并將每個(gè)合成步驟中關(guān)鍵酶找到，為開發(fā)利用血根堿和白屈菜紅堿打下基礎(chǔ)[53]，具體流程見圖5。

圖5 血根堿/白屈菜紅堿生物合成途徑

3.2 化學(xué)合成途徑

3.2.1 血根堿 合成血根堿有2種方法，第1種是以二氫血根堿為合成前體再經(jīng)消去反應(yīng)得到血根堿[54]；第2種以氧化血根堿為合成前體再經(jīng)過還原反應(yīng)得到血根堿[55]。

第1種合成方法以6-溴-2,3-二羥基苯甲醛、5-硝基-2,3-萘二酚為底物，利用匯聚合成方式和甲基化得到二氫血根堿，再經(jīng)過消去反應(yīng)得到血根堿。具體合成設(shè)計(jì)為5-硝基-2,3-萘二酚與二溴甲烷經(jīng)催化氫化反應(yīng)得到6,7-亞甲二氧基萘-1-胺，再與6-溴-2,3-二羥基苯甲醛和二溴甲烷反應(yīng)所得產(chǎn)物6-溴-2,3-亞甲二氧基苯甲醛在酸性條件下反應(yīng)得到席夫堿，再經(jīng)還原和自由基關(guān)環(huán)反應(yīng)得到去甲血根堿，最后經(jīng)甲基化和消去反應(yīng)得到血根堿，具體流程見圖6。

圖6 血根堿合成途徑(以二氫血根堿為合成前體)

第2種合成方法是以5-碘-1,3-苯并二惡唑-4-乙酮和1,3-苯并二惡唑-氮雜雙環(huán)為底物，通過環(huán)化序列優(yōu)化得到N-脫甲氧化血根堿，在此基礎(chǔ)上再經(jīng)甲基化和還原反應(yīng)得到血根堿，具體流程見圖7。

圖7 血根堿/白屈菜紅堿合成途徑(以氧化血根堿/氧化白屈菜紅堿為合成前體)

3.2.2 白屈菜紅堿 合成白屈菜紅堿的方法中有2種，一種是以氧化白屈菜紅堿為合成前體再經(jīng)過還原反應(yīng)得到白屈菜紅堿[56]，具體流程見圖7；另一種則是用去甲白屈菜紅堿為合成前體，甲基化得到白屈菜紅堿，具體流程見圖8[57]。

圖8 白屈菜紅堿合成途徑(以N-脫甲白屈菜紅堿為合成前體)

3.3 血根堿和白屈菜紅堿衍生物

3.3.1 化學(xué)催化反應(yīng) Romo-Pérez等[58]通過銅催化反應(yīng)得到8個(gè)血根堿衍生物和12個(gè)白屈菜紅堿衍生物，具體流程見圖9。

圖9 化學(xué)催化衍生(Ⅰ)

Kadam等[59]通過四元苯并[C]菲啶生物堿骨架與唑類(吡咯、咪唑和三唑)以及一些大體積唑類(吲哚、吲唑和咔唑)的親核加成反應(yīng)合成了8個(gè)白屈菜紅堿類衍生物和1個(gè)血根堿類衍生物，具體流程見圖10。

圖10 化學(xué)催化衍生(Ⅱ)

Miao等[60]通過CuCl2催化的有氧氧化偶聯(lián)反應(yīng)合成了12個(gè)衍生物，血根堿衍生物和白屈菜紅堿衍生物各6個(gè)，具體流程見圖11。

Jiang等[22]通過氯?；?，親核加成反應(yīng)合成得到了10個(gè)血根堿衍生物，具體流程見圖12。

圖12 化學(xué)催化衍生(Ⅳ)

此外，Lv等[61]通過親核加成反應(yīng)引入了烷氧基(Ⅰa-l)、胺(Ⅱa-p)、丙二腈陰離子(Ⅲa)、乙酰丙酮(Ⅲb)、丙二酸二乙酯(Ⅲc)等合成32個(gè)血根堿類衍生物，具體流程見圖13。

圖13 化學(xué)催化衍生(Ⅴ)

3.3.2 光催化反應(yīng) Liu等[62]利用可見光催化的偶聯(lián)反應(yīng)得到7個(gè)6位取代的血根堿類化合物和3個(gè)6位取代的白屈菜紅堿類化合物，具體流程見圖14。

圖14 光催化衍生(Ⅰ)

Cheng等[63]研究發(fā)現(xiàn)了一種可見光促進(jìn)的6-取代苯并菲啶的高效仿生合成方法——自由基型邁克爾加成反應(yīng)，以一系列的有邁克爾受體的自由基為底物進(jìn)行反應(yīng)，得到16個(gè)血根堿/白屈菜紅堿類衍生物，具體流程見圖15。

圖15 光催化衍生(Ⅱ)

此外，Qing等[64]利用可見光促進(jìn)乙烯基化反應(yīng)得到了16個(gè)血根堿類衍生物和6個(gè)白屈菜紅堿類衍生物，具體流程見圖16。

圖16 光催化衍生(Ⅲ)

4 總結(jié)與展望

本文整理歸納血水草中苯并菲啶類生物堿的化學(xué)成分、藥理活性和合成路線，并將已知的73種苯并菲啶類生物堿，分為3類，數(shù)量最多的是二氫苯并菲啶生物堿，而其中最具代表性是血根堿和白屈菜紅堿，兩者對多種癌癥、細(xì)菌感染、炎癥、骨質(zhì)疏松、殺蟲、心血管疾病等方面皆有治療作用，且大量研究已找出其生源合成途徑、化學(xué)合成方法及多種衍生物合成途徑，為得到更多穩(wěn)定且活性強(qiáng)的成分打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，也為創(chuàng)新中藥的開發(fā)提供依據(jù)。

血水草不僅僅是有名的民間藥也是有名的民族藥，在苗族、侗族、土家族等少數(shù)民族中皆有使用，對部分罕見難治的疾病有獨(dú)特的治療作用，特別是在湖南被用于血吸蟲病的治療，對體內(nèi)外的血吸蟲、幼蟲皆有殺滅作用，且療效確切?，F(xiàn)有治療血吸蟲病藥物中的首選藥吡喹酮有耐藥性且無法逆轉(zhuǎn)血吸蟲病肝纖維化，但血水草作為民族藥一員，具有“簡、便、驗(yàn)、廉”的優(yōu)勢，也具有多成分、多功能的特點(diǎn)?；诖?，本課題組認(rèn)為應(yīng)加強(qiáng)對血水草的研究，重點(diǎn)開展該植物資源和使用現(xiàn)狀調(diào)查，并進(jìn)行藥效物質(zhì)基礎(chǔ)及生物活性等的比較研究，以促進(jìn)我國豐富的血水草資源合理利用。