鼠尾草屬植物中松香烷型和意烯萜烷型二萜及其生物活性的研究進展*

夏 凡，湯楚明，趙建軍，許 剛

（中國科學院昆明植物研究所，云南 昆明 650201）

鼠尾草屬名“Salvia”源于拉丁語“salvare”，寓意治愈、安全[1]。鼠尾草屬隸屬于唇形科（Lamiaceae），全世界約1 000 種，遍布全球，有中南美洲、中亞—地中海和東亞3 個主要的多樣性分布中心[2]。鼠尾草屬植物具有廣泛的生物活性，如抗菌、解痙、止血等，在世界各地的民間醫(yī)學中普遍使用[1]。我國有82 種鼠尾草，是東亞的多樣性分布中心，分布于全國各地，尤以西南地區(qū)最多[2]。該屬植物是我國治療心腦血管疾病最著名的藥用植物類群之一，其中丹參（S. miltiorrhiza）是應用最早、最廣的一種，記載于我國第一本中藥書籍《神農本草經》，具有清肝熱、活血祛瘀、安神寧心和排膿止痛等功效[3]。甘西鼠尾草（S. przewalskii）、毛地黃鼠尾草（S. digitaloides）、云南鼠尾草（S. yunnanensis）、南丹參（S. bowleyana）作為丹參的替代品被廣泛應用[4]。丹參、復方丹參片及復方丹參滴丸自2000 年起均被《中國藥典》收錄，用于活血祛瘀、通經止痛[5]。

鑒于鼠尾草屬植物的藥用背景，該屬植物的化學成分研究一直是國際研究的熱點之一，其化學成分主要是二萜類和多酚類化合物。鼠尾草屬植物中二萜的結構類型主要包括松香烷型（abietane）、克羅登烷型（clerodane）、半日花烷型（labdane）、海松烷型（pimarane）和意烯萜烷型（icetexane）。多樣的化學結構，賦予這些二萜類天然產物廣泛而顯著的生物活性。例如：丹參的活血化瘀活性成分丹參酮ⅡA（tanshinoneⅡA），其磺酸鈉鹽在臨床上用于治療冠心病、心絞痛及心肌梗死[6]；從丹參中發(fā)現(xiàn)的抗腫瘤活性成分neotanshinlactone 對乳腺癌表現(xiàn)出選擇性抑制作用[7]；從紅根草（S. prionitis）中分離得到的saprothoquinone[8]經結構修飾得到了抗腫瘤活性顯著的salvicine[9]，其對多種實體瘤均表現(xiàn)出顯著的抑制活性，為新的DNA 拓撲異構酶Ⅱ抑制劑；從產自墨西哥的S. divinorum 中分離得到的化合物salvinorin A 為嗎啡受體κ 亞型的選擇性激動劑，是罕見的非含氮型阿片受體激動劑[10]（圖1）。

圖1 從鼠尾草屬植物中分離得到的代表性活性二萜類成分

松香烷二萜類化合物的研究最早追溯到公元19 世紀，人們從松香中得到了一種酸性化合物abietic acid（松香酸）[11]。日本化學家Fujita 于1968 年首次化學全合成了該類化合物，并第一次以abietane 命名其中的一個產物[12]。松香烷型二萜為具有6/6/6 環(huán)系的三環(huán)二萜，其基本骨架為氫化菲，C-4位存在1 組偕二甲基，C-10 位連接1 個角甲基，C-13 位連接1 個異丙基（圖2）。1968-2011 年間從鼠尾草屬植物中分離鑒定了545 個二萜，包含了365個松香烷二萜[1]。松香烷二萜結構多變，包括在基本骨架上形成內酯環(huán)、醚環(huán)、呋喃環(huán)，或衍生出裂環(huán)、重排、降碳、增碳及二聚等[11]。

圖2 松香烷和意烯萜烷型二萜的基本骨架和生源關系

意烯萜烷型二萜具有6/7/6 環(huán)系，生源上認為意烯萜烷源于松香烷，由松香烷的C-9 遷移至C-20 位形成了七元的B 環(huán)[13（]圖2）。上述生源途徑得到了化學合成的佐證，如，鼠尾草酸衍生物通過PPh3/DIAD（diisopropyl azodicarboxylate）介導的Mitsunobu 重排反應可以順利擴環(huán)得到意烯萜烷型二萜[14-15]。本文對2012-2022 年間從鼠尾草屬植物中發(fā)現(xiàn)的139 個新松香烷型和意烯萜烷型二萜（表1-6）及其生物活性（表7 和表8）進行歸納，以期為該屬植物的深入研究和利用提供參考。

1 松香烷型二萜（abietane）及其生物活性

1.1 常規(guī)松香烷二萜及其生物活性 常規(guī)骨架的松香烷二萜在鼠尾草屬植物中最為常見。2012-2022 年從中發(fā)現(xiàn)了38 個新常規(guī)松香烷二萜，其呈現(xiàn)出高氧化度的特點，氧化位點多位于C-7/C-17/C-19/C-20（表1，圖3）。其中，化合物5、7、16、19、25、33 和36 對不同的腫瘤細胞株表現(xiàn)出較顯著的細胞毒活性，IC50多小于10 μM（表7）。此外，化合物28 和29 具有顯著的抗氧化活性，對脂質過氧化的抑制作用優(yōu)于α-生育酚，IC50分別為5.9 和2.7 μM（表8）。

表1 鼠尾草屬植物中常規(guī)松香烷二萜類成分

圖3 鼠尾草屬植物中常規(guī)松香烷二萜類成分

1.2 A 環(huán)裂環(huán)型松香烷二萜及其生物活性 A 環(huán)裂環(huán)型松香烷是松香烷二萜家族中的小眾成員，類型包括C-2/C-3、C-3/C-4、C-4/C-5 和C-1/C-10裂環(huán)型松香烷。其中，C-4/C-5 裂環(huán)型松香烷二萜占多數(shù)：（1）在生源途徑上，其由常規(guī)松香烷衍生而來。常規(guī)松香烷二萜在C-5 位形成碳正離子，驅動Me-20 從C-10 遷移到C-5。隨后C-4/C-5 鍵斷裂，并經進一步轉化得到C-4/C-5 裂環(huán)型松香烷二萜，化學合成也佐證了這一生源途徑[40-41]。（2）A 環(huán)裂環(huán)后容易形成新的環(huán)系，如五元、六元、七元、八元氧環(huán)或碳環(huán)等。見圖4。

圖4 A 環(huán)C-4/5 位裂環(huán)型松香烷二萜可能的生源途徑

從鼠尾草屬植物中分離鑒定了9 個C-4/C-5（39-46）、2 個C-1/C-10（47-48）以及1 個C-2/C-3（49）裂環(huán)型松香烷二萜（表2，圖5）。其中，化合物47 和48 可能的生源途徑是松香烷前體的C-5 位形成碳正離子，驅動C-1/C-10 位裂環(huán)重排，經過電子的轉移，C-4 進一步與C-6 環(huán)合形成新的6/6/6 環(huán)系[42]?；衔?4a 和44b 是一對對映異構體，通過手性拆分，進一步ECD 計算確定其絕對構型[46]。生物活性方面，化合物48 對MCF-7（人乳腺癌細胞）、B16F10（小鼠皮膚黑色素瘤細胞）、PC-3（人前列腺癌細胞）和C26（小鼠結腸癌細胞）具 有 潛 在 的 細 胞 毒 活 性，IC50在5.4 ～10.3 μM 之間[48]（表7）。

圖5 鼠尾草屬植物中A 環(huán)裂環(huán)型松香烷二萜類成分

1.3 B 環(huán)裂環(huán)型松香烷二萜及其生物活性 目前，關于B 環(huán)裂環(huán)型松香烷二萜的報道較少，結構涉及C-6/C-7、C-7/C-8 和C-9/C-10 裂環(huán)型?；衔?0-53 和55-57 屬于C-6/C-7 裂環(huán)型松香烷二萜；58 屬于C-9/C-10 裂環(huán)型松香烷二萜，均是從S.deserta 中分離得到的?；衔?4 為C-7/C-8 裂環(huán)型松香烷二萜。見表2 和圖6。

圖6 鼠尾草屬植物中B 環(huán)裂環(huán)型松香烷二萜類成分

表2 鼠尾草屬植物中裂環(huán)型松香烷二萜類成分

1.4 C 環(huán)裂環(huán)型松香烷二萜及其生物活性 C 環(huán)裂環(huán)型松香烷二萜分為C-9/C-11、C-11/C-12、C-12/C-13 以及C-8/C-14 裂環(huán)型。其中，C-11/C-12裂環(huán)型松香烷占多數(shù)，生源上可能由松香烷二萜的C-11/C-12 位雙鍵氧化斷裂形成羧基轉化而來。若發(fā)生脫羧，則進一步形成C-11 或C-12 降碳型內酯；若羧基與其它位置的羥基或羰基縮合，則形成多種不同的環(huán)系（圖7）。

圖7 C 環(huán)C-11/12 位裂環(huán)型松香烷二萜可能的生源途徑

從鼠尾草屬植物中分離鑒定了23 個新C 環(huán)裂環(huán)型松香烷二萜（表2，圖8）?；衔?4-77 屬于C-11/C-12 裂環(huán)型，其中70 是C-11/C-12 裂環(huán)后C-12 與C-7 進一步環(huán)合產物。78-81 為C-12/C-13裂環(huán)型，裂環(huán)后進一步形成了新的環(huán)系?；衔?9對HeLa（人宮頸癌細胞）表現(xiàn)出顯著的細胞毒活性，IC50為0.8 μM[36]?？咕钚苑矫?，76 對菌株Aerobacter aerogenes 具有微弱的抑制活性[50]。

圖8 鼠尾草屬植物中C 環(huán)裂環(huán)型松香烷二萜類成分

1.5 雙裂環(huán)型松香烷二萜及其生物活性 從鼠尾草屬植物中報道了5 個雙裂環(huán)型松香烷二萜（表2，圖9）。82 和83 為雙鍵順反互變異構體，它們在質子溶劑（如甲醇）中會相互轉化。82 和83 及其混合物能同等程度增強Cav3.1 T-型鈣通道（TTCC）峰值電流，是首次發(fā)現(xiàn)的Cav3.1 TTCC 天然激活劑。其中，82 對Cav3.1 TTCC 電流的增強作用在1 μM 至100 μM 濃度范圍內成劑量效應關系，EC50為12.48 μM[55]（表8）?；衔?4 具有罕見的7/5/6 環(huán)系，生源上可能源于常規(guī)松香烷二萜的C-5 和C-6 雙羥化，再經頻哪醇重排而來。另外，84 具有較顯著的腫瘤細胞毒活性，對MCF-7、SMMC-7721（人肝癌細胞）、HL-60（人急性早幼粒白血病細胞）、SW-480（人結腸腺癌細胞）和A-549（人非小細胞肺癌細胞）的IC50在1.1～4.8 μM 之間[59]。

圖9 鼠尾草屬植物中雙裂環(huán)型松香烷二萜類成分

1.6 C23型松香烷二萜及其生物活性 C23萜類化合物是一類由二萜與其它小分子加合而得到的具有23 個骨架碳原子的化合物，在天然產物中較少見。2012-2022 年間，從鼠尾草屬植物中分離鑒定了9 個C23型萜類分子（表3，圖10）。該類分子形成過程中常伴隨著縮合、氧化、重排等反應，傾向于形成新的骨架[60-61]，如92-95 形成了新的七元C 環(huán)?；衔?5 對菌株Bacillus subtilis 具有一定的抑制作用[50]。

表3 鼠尾草屬植物中C23 型松香烷二萜類成分

圖10 鼠尾草屬植物中C23 型松香烷二萜類成分

1.7 含氮型松香烷二萜及其生物活性 從鼠尾草屬植物中分離鑒定了7 個松香烷型二萜生物堿（表4，圖11），其結構特點為C-11 和C-12 參與形成噁唑環(huán)?；衔?7 對Wild-Type HIV-1（wild-type human immunodeficiency virus-1）、VSVG/HIV-1（vesicular stomatitis virus glycoprotein/human immunodeficiency virus-1）、HIV-1（NL4-3 strain）和VSVG/MLV（vesicular stomatitis virus glycoprotein/murine leukemia virus） 具有顯著的抑制活性，IC50分別為0.03、0.03、5.4 和0.15 μM[63]。98 對Wild-Type HIV-1 病毒的IC50為1.2 μM[63]；102 對HSV-1（herpes simplex virus 1）和influenza virus A/Hanfang/359/95（H3N2） 病毒表現(xiàn)出潛在的抑制作用，IC50分別為11.1 和8.6 μM[52]。

圖11 鼠尾草屬植物中含氮型松香烷二萜類成分

表4 鼠尾草屬植物中含氮型松香烷二萜類成分

1.8 松香烷型二萜二聚體及其生物活性 2012-2022 年間報道了6 個松香烷型二萜二聚體，其聚合方式包括松香烷單體間聚合、松香烷與意烯萜單體聚合（表5，圖12）。生源上推測二聚體可能由分子間的Diels-Alder 加成反應構建，形成新的碳碳鍵或碳 氧 鍵?；?合 物105 對HL-60、SMMC-7721、A-549、MCF-7 和SW-480 表現(xiàn)出顯著的增殖抑制活性，IC50分別為0.6、2.3、1.8、0.9 和0.7 μM[23]（表7）。

表5 鼠尾草屬植物中松香烷型二萜二聚體

圖12 鼠尾草屬植物中松香烷型二萜二聚體

2 意烯萜烷型二萜（icetexane）及其生物活性

從鼠尾草屬植物中發(fā)現(xiàn)了29 個新意烯萜烷型二萜（表6，圖13），包括首次發(fā)現(xiàn)的C-6/C-7 裂環(huán)意烯萜烷型二萜（131-133）以及C23增碳型意烯萜烷型二萜（137 和138）?；衔?18、127、131、132和135 具有潛在的抗腫瘤活性（表7）。其中，127 活性最顯著，對U251（人膠質瘤細胞）、SKLU-1（人低分化肺腺癌細胞）和COS-7（非洲綠猴SV40 轉化的腎細胞）的IC50分別為1.4、0.8 和1.6 μM[26]。109 和110 表現(xiàn)出一定的抗血管新生活性，IC50分別為13.4 和39.3 μM[67]。137 和138 可顯著抑制脂多糖誘導的一氧化氮釋放，IC50分別為2.0 和6.3 μM[71]。此外，意烯萜烷型二萜對離子通道具有調節(jié)活性。126、134 和136 對Cav3.1 型離子通道具有顯著的抑制作用，IC50在7.0～11.7 μM 之間[70]（表8）；115 和121 對Cav3.2 具有顯著的抑制作用，IC50分別為2.9和5.1 μM[68]。并且，115 和121 的合成衍生物在小鼠醋酸扭體實驗中，表現(xiàn)出呈劑量依賴性的止痛效果，與藥物臨床試驗中的T 型鈣離子通道抑制劑Z944 活性相當[68]。

表6 鼠尾草屬植物中意烯萜烷型二萜類成分

表7 二萜類成分的腫瘤細胞毒活性

表8 二萜類成分的其它生物活性

續(xù)表8

圖13 鼠尾草屬植物中意烯萜烷型二萜類成分

3 總結與展望

本文對2012-2022 年間從鼠尾草屬植物中分離鑒定的139 個新松香烷型和意烯萜烷型二萜及其生物活性進行了歸納總結。結合松香烷和意烯萜烷型二萜可能的生源途徑，分類闡述了其結構類型，包括常規(guī)松香烷、開環(huán)型松香烷、增碳型松香烷、松香烷型含氮生物堿、松香烷型二聚體和意烯萜烷型二萜。松香烷和意烯萜烷型二萜的生物活性研究相對不足，主要集中于腫瘤細胞毒活性研究，在抗炎、抗氧化、抗HIV 和離子通道調節(jié)活性方面也有所涉及。雖然發(fā)現(xiàn)了少數(shù)分子具有顯著的抗腫瘤和抗HIV 活性，但都缺乏深入的機制研究及藥效學驗證，具有成藥前景的二萜鮮有發(fā)現(xiàn)，制約著鼠尾草屬植物及二萜類成分的開發(fā)和應用。鼠尾草屬植物是經典的活血化瘀類傳統(tǒng)中藥，其化學成分應該多圍繞心腦血管藥物靶點進行活性探索，如：PCSK9（proprotein convertase subtilisin/kexin type 9）[72]、Factor Xa（blood coagulation factor Xa）[73]、P2Y12（Purinergic P2Y 12 receptor）[74]、ACLY（ATP citrate lyase）[75]、GDF-15 （growth differentiation factor-15）[76]、NPC1L1 （Niemann-Pick C1-Like 1）[77]、GLP-1（glucagon-like peptide-1）[78]等，以期發(fā)現(xiàn)藥物先導分子。