肉桂醛及其衍生物的應(yīng)用研究進(jìn)展

余春平，袁 明

(武漢能邁科實(shí)業(yè)有限公司，湖北 武漢 430010)

近年來，天然熱門化合物——反式肉桂醛，因具有顯著的抗菌、抗癌和抗炎活性，以及一系列其他藥用特性，且已開發(fā)出許多衍生物，讓其作為一種新型抗菌劑的研究受到了廣泛關(guān)注。在某些情況下，這些衍生物與反式肉桂醛和常用抗生素相比具有更好的活性。

1 肉桂醛及其衍生物的抗菌活性

肉桂醛及其衍生物具有良好的抗真菌特性。將肉桂醛及其衍生物針對(duì)幾種致病真菌進(jìn)行篩選，結(jié)果顯示，肉桂醛及其衍生物對(duì)黃曲霉[1-2]、煙曲霉和紅色毛癬菌[3]、花色云芝和硫乳桿菌[4]、赭曲霉及其相關(guān)毒素[5-6]、念珠菌屬包括一些氟康唑耐藥菌株[7-8]具有顯著抗真菌活性。Shreaz等[9]發(fā)現(xiàn)，肉桂醛及其衍生物除了具有廣泛的抗真菌活性外，還可能克服當(dāng)前抗真菌化療的一些缺點(diǎn)。這是因?yàn)樗鼘?duì)幾種氟康唑耐藥念珠菌菌株具有快速且不可逆的體外活性，對(duì)H9c2細(xì)胞和紅細(xì)胞沒有觀察到相關(guān)毒性，還肯定了肉桂醛衍生物作為當(dāng)前抗真菌治療替代品的潛力，強(qiáng)調(diào)了肉桂醛合成衍生物的重要活性，如2—溴肉桂醛、2—氯肉桂醛、α—甲基肉桂醛，以及一系列肉桂醛的氨基酸加合物，以及天然存在的衍生物鄰甲氧基肉桂醛、松柏醛和芥子醛等，且含有肉桂醛和鄰甲氧基肉桂醛的商業(yè)肉桂制劑可以緩解五分之三的口腔念珠菌病和HIV患者的病情[10]。

Anneli等[11]以丙烯醛和各種芳基硼酸為原料，通過溫和、高選擇性、無堿鈀(II)催化的氧化Heck反應(yīng)一步合成肉桂醛衍生物，然后將合成的肉桂醛衍生物用于合成新型α—芳基取代磷霉素類似物，通過檢測(cè)其對(duì)結(jié)核分枝桿菌中1—脫氧—D—木酮糖5—磷酸還原異構(gòu)酶的抑制作用，結(jié)果顯示抑制值在0.8～27.3 μmol/L。其中一種合成化合物的活性與之前報(bào)道的最有效的α-芳基取代磷霉素類抑制劑相當(dāng)。Li等[12]為了防止細(xì)菌耐藥性增加，從肉桂醛合成了新型化合物作為FtsZ抑制劑，結(jié)果表明，大多數(shù)肉桂醛衍生物的抗菌活性優(yōu)于或相當(dāng)于所有對(duì)照藥物。此外，一些化合物顯示出潛在的細(xì)胞分裂抑制活性，比對(duì)照藥物高256倍。Gilles等[13]發(fā)現(xiàn)了幾種新的、活性更高的肉桂醛類似物，這些類似物在體外和體內(nèi)都能影響弧菌屬致病因子的產(chǎn)生。由于其DNA結(jié)合能力，這些肉桂醛類似物可以作為L(zhǎng)uxR配體。

Wei等[14]開發(fā)了九種席夫堿肉桂醛化合物，并與肉桂醛一起對(duì)枯草桿菌和大腸桿菌進(jìn)行了測(cè)試：席夫堿化合物的抗菌活性非常接近或高于肉桂醛。在相同濃度下，甘氨酸鉀與肉桂醛反應(yīng)形成的(E)-N-[((E)-3-苯基-1-乙烯基)亞甲基]甘氨酸鉀比肉桂醛更具活性。當(dāng)質(zhì)量濃度為 600 mg/L(2.64 mmol/L)時(shí)，大腸桿菌和枯草桿菌的抑制區(qū)直徑分別為 11.8 mm 和 12.6 mm。肉桂醛在 400 mg/L(3.0 mmol/L)質(zhì)量濃度下對(duì)同一細(xì)菌的抑制區(qū)直徑分別為 10.3 mm 和 11.0 mm。值得注意的是，根據(jù)急性毒性分類標(biāo)準(zhǔn)，21只小鼠幾乎沒有發(fā)現(xiàn)相關(guān)毒副作用，確定小鼠的口服急性毒性超過 2500 mg/kg(體重)。在這項(xiàng)工作的基礎(chǔ)上，Wang等[15]使用肉桂醛、4-氯肉桂醛和4-甲氧基肉桂醛作為肉桂醛成分與八種氨基酸合成了24種席夫堿肉桂醛類似物，結(jié)果表明，在試驗(yàn)濃度為 0.25 mol/L 時(shí)，所有化合物均能抑制金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的生長(zhǎng)；1號(hào)和2號(hào)(圖1)表現(xiàn)出最好的抗菌活性：2號(hào)對(duì)大腸桿菌的相關(guān)抑制區(qū)直徑最高，為 31.3 mm，而肉桂油的相關(guān)抑制區(qū)直徑為 29.5 mm，普通抗生素環(huán)丙沙星的相關(guān)抑制區(qū)直徑為 24.3 mm；1號(hào)對(duì)金黃色葡萄球菌的抑制區(qū)直徑最高，為 33.7 mm，而肉桂油的抑制區(qū)直徑為 10.5 mm，環(huán)丙沙星的抑制區(qū)直徑為 21.0 mm。該研究還檢測(cè)了肉桂醛衍生物對(duì)兩種霉菌的作用，發(fā)現(xiàn)它們相較于兩種試驗(yàn)細(xì)菌對(duì)肉桂醛衍生物更敏感。

No.1No.2

Shen等[16]研究了肉桂醛及其衍生物根除大腸桿菌殘留的能力。大腸桿菌廣泛殘留在細(xì)菌、真菌和寄生蟲中，會(huì)導(dǎo)致反復(fù)感染和治療后復(fù)發(fā)。α-溴肉桂醛顯示出所評(píng)估化合物的最佳活性，在高達(dá) 400 μg/mL 的質(zhì)量濃度下具有100%的殺滅率，而肉桂醛在相同濃度下具有99.8%的類似殺滅率。在給藥質(zhì)量濃度為 100 μg/mL 的α-溴代肉桂醛后，只有不到1%的細(xì)胞存活，并且在質(zhì)量濃度為 400 μg/mL 的情況下，α-溴代肉桂醛能夠根除指數(shù)期的所有大腸桿菌細(xì)胞以及固定期的細(xì)胞，而處于固定相的細(xì)胞通常對(duì)傳統(tǒng)抗生素治療具有耐藥性。該研究還發(fā)現(xiàn)，α-溴代肉桂醛的作用機(jī)制不同于一些常見的抗生素，α-溴肉桂醛的作用機(jī)制與活性氧無關(guān)。

2 肉桂醛及其衍生物的抗炎活性

據(jù)報(bào)道，反式肉桂醛及其衍生物可以作為抗炎劑。核因子NF-κB是一種調(diào)節(jié)炎癥和免疫基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄因子，Reddy等[17]將反式肉桂醛和天然存在的2-甲氧基肉桂醛作為NF-κB抑制劑，不僅可以抑制其轉(zhuǎn)錄活性，而且可以劑量依賴性地抑制其脂多糖誘導(dǎo)的DNA結(jié)合。Guo等[18]研究表明，肉桂醛通過抑制環(huán)氧化酶活性來抑制白細(xì)胞介素(IL)-1β誘導(dǎo)的前列腺素E2(PGE2)的產(chǎn)生，使用培養(yǎng)的大鼠腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞證明了這一點(diǎn)，而IL-1β和PGE2均與發(fā)燒有關(guān)。Liao等[19]研究了肉桂醛的抗炎作用，并提出作用機(jī)制可能與抑制誘導(dǎo)型一氧化氮合酶蛋白表達(dá)的能力有關(guān)。此外，還增加了抗氧化酶過氧化氫酶、超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過氧化物酶的活性。Kwon等[20]同樣證實(shí)，合成2-苯甲酰氧基肉桂醛抑制脂多糖誘導(dǎo)一氧化氮合酶生成和誘導(dǎo)型一氧化氮合酶表達(dá)，這樣做不會(huì)影響細(xì)胞增殖或引起細(xì)胞毒性。其作用模式被確定為抑制JNK激活和隨后的AP-1活性。因此，2-苯甲酰氧基肉桂醛被認(rèn)為是治療炎癥相關(guān)疾病的有希望的候選者。Rao等[21]還討論了天然存在的2′-羥基肉桂醛作為一種潛在的抗炎劑的研究，其通過降低NF-κB的活性來抑制一氧化氮合酶的生成。

早期實(shí)驗(yàn)表明，肉桂醛對(duì)病毒性心肌炎有明顯的治療作用，但肉桂醛在體內(nèi)不穩(wěn)定。為了克服這個(gè)局限性，Zhang等[22]使用肉桂醛作為先導(dǎo)化合物來合成α-溴-4-氯肉桂醛(BCC)。在該研究中，比較了α-溴-4-氯肉桂醛和肉桂醛對(duì)柯薩奇病毒B3(CVB3)誘導(dǎo)的病毒性心肌炎(VMC)的治療作用，并探討了可能的機(jī)制。分別對(duì)CVB3感染的海拉細(xì)胞和大鼠心肌細(xì)胞進(jìn)行體外抗病毒和細(xì)胞毒理作用評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，在α-溴-4-氯肉桂醛和肉桂醛處理的細(xì)胞中，IC50分別為0.78±0.13 μmol/L 和48.16±5.79 μmol/L。α-溴-4-氯肉桂醛處理細(xì)胞的50%毒性濃度(TC)比肉桂醛組高22倍。在體內(nèi)用CVB3感染BALB/c小鼠建立VMC模型，結(jié)果表明，α-溴-4-氯肉桂醛可降低病毒滴度和心臟毒性病理變化呈劑量依賴性，50 mg/kg 的α-溴-4-氯肉桂醛治療組的心肌病毒滴度顯著低于肉桂醛組。此外，α-溴-4-氯肉桂醛可顯著抑制CVB3感染心肌細(xì)胞中CVB3的mRNA的復(fù)制和炎性細(xì)胞因子TNF-α、IL-β和IL-6的分泌。進(jìn)一步觀察到，α-溴-4-氯肉桂醛以濃度依賴性方式抑制CVB3誘導(dǎo)NF-κB激活、IκB-α降解和磷酸化，并降低心臟中Toll樣受體4蛋白水平。這些結(jié)果表明，與肉桂醛相比，α-溴-4-氯肉桂醛對(duì)VMC具有非常顯著的治療效果和低毒性。此外，α-溴-4-氯肉桂醛對(duì)VMC的作用可能是通過抑制炎癥信號(hào)傳導(dǎo)。

3 肉桂醛及其衍生物的抗癌活性

許多合成肉桂醛衍生物，包括2-苯甲酰氧基肉桂醛、4-羥基肉桂醛、2-羥基-5-氟肉桂醛、CB403和許多合成二聚體類似物，以及天然存在的2-羥基肉桂醛和2-甲氧基肉桂醛。已證明對(duì)一系列癌細(xì)胞系具有抗癌特性，包括人類白血病、口腔癌、前列腺癌和結(jié)腸癌細(xì)胞系[23-26]。Cabello等[27]不僅研究了天然存在的肉桂醛和肉桂酸的作用，以及一系列合成肉桂醛衍生物對(duì)黑色素瘤細(xì)胞增殖、侵襲性和腫瘤生長(zhǎng)的影響，并發(fā)現(xiàn)作為邁克爾受體的能力對(duì)活性有較大的影響。在其他生物活性測(cè)定中也觀察到了類似的發(fā)現(xiàn)，包括Motohishi等[28]進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，評(píng)估了抗突變苯甲丙酮及其相關(guān)化合物的結(jié)構(gòu)和活性的關(guān)系。

Jeong等[29]合成了一系列肉桂醛衍生物，以確定其抗腫瘤作用機(jī)制為抑制細(xì)胞周期蛋白依賴激酶4。該領(lǐng)域的研究重點(diǎn)是細(xì)胞周期蛋白D1-CDK4復(fù)合物，因?yàn)樵絹碓蕉嗟淖C據(jù)表明其活性對(duì)許多腫瘤的增殖至關(guān)重要。在Jeong評(píng)估的一系列肉桂醛衍生物中，(E)-3-苯甲酰氧基肉桂醛具有最高的活性。

Chang等[30]將牛血清白蛋白與低水溶性抗腫瘤化合物肉桂醛(CA)結(jié)合制備一種新的納米粒子BSA，通過CA與鄰氨基苯甲酰肼(AH)反應(yīng)合成肉桂醛衍生物(CAH)，以獲得具有藥用活性的藥物載體，產(chǎn)率可達(dá)95%。通過去溶劑法制備BSA-CAH納米顆粒(NPs)，經(jīng)過修飾后，NPs的等電點(diǎn)增加至5.5～6.0，腫瘤微環(huán)境出現(xiàn)負(fù)面的變化。顯微鏡分析表明，NPs顆粒均勻分散，呈現(xiàn)圓形顆粒結(jié)構(gòu)，尺寸為 172 nm，通過各種光譜分析對(duì)修飾后的牛血清白蛋白的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，β-轉(zhuǎn)角和反平行β-折疊的含量增加，370nm處的熒光強(qiáng)度也顯著增強(qiáng)和紅移，因此修飾后的共軛程度增加。凝膠滲透色譜顯示NPs的相對(duì)分子質(zhì)量為83.629 kDa，證實(shí)56個(gè)CAH分子與一個(gè)BSA分子共軛。通過穩(wěn)定性分析，與游離鈣相比，NPs在溶液中在室溫下穩(wěn)定 30 d。此外，細(xì)胞攝取實(shí)驗(yàn)表明，BSA-CAH納米顆粒作為載體進(jìn)入癌細(xì)胞，并通過FITC標(biāo)記抑制大多數(shù)研究的癌細(xì)胞系。值得注意的是，喉癌抑制率>80%，表明制備的BSA-CAH納米粒具有良好的抗癌活性。

Lu等[31]設(shè)計(jì)并合成了一系列新型的肉桂醛基阿司匹林衍生物。生物學(xué)評(píng)價(jià)表明，與母體化合物相比，活性最強(qiáng)的化合物1f(圖2)在HCT-8細(xì)胞中的抗增殖功效增加了10倍以上。其在另一種大腸癌細(xì)胞系DLD-1中也有類似的作用，但在非腫瘤性結(jié)腸細(xì)胞中的抑制活性降低了7到11倍。流式細(xì)胞術(shù)分析表明，1f誘導(dǎo)細(xì)胞周期停滯和凋亡，通過免疫印跡分析裂解的半胱天冬酶3和PARP的相對(duì)蛋白水平以及CRC細(xì)胞中ROS的產(chǎn)生，進(jìn)一步驗(yàn)證了這一點(diǎn)。此外，在小鼠異種移植模型中，1f顯著抑制體內(nèi)植入的大腸癌的生長(zhǎng)。我們的結(jié)果表明，基于肉桂醛的阿司匹林衍生物(如1f)有望成為新的抗CRC藥物，用于進(jìn)一步的藥物開發(fā)。

圖2 肉桂醛基阿司匹林衍生物1f結(jié)構(gòu)式

4 結(jié)語

在這篇綜述中，對(duì)天然化合物反式肉桂醛及其衍生物的藥理功能，特別是抗真菌、抗癌和抗炎特性進(jìn)行了總結(jié)。反式肉桂醛及其衍生物因?yàn)閺V泛的抗菌、抗炎和抗癌活性，且毒性較低，是一個(gè)很有前途的新型藥劑。這些化合物及其作用機(jī)制值得進(jìn)一步研究，將有助于肉桂醛基抗菌、抗癌和抗炎藥劑或?qū)で罄妙愃谱饔脵C(jī)制的新型藥劑的發(fā)展。