山姜屬二苯基庚烷類化合物及其生物活性研究進(jìn)展

李承哲，彭成，周勤梅，3，劉菲▲，熊亮▲

(1.成都中醫(yī)藥大學(xué) 藥學(xué)院 西南特色中藥資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 611137；2.成都中醫(yī)藥大學(xué) 西南特色藥材創(chuàng)新藥物成分研究所，四川 成都 611137；3.成都中醫(yī)藥大學(xué) 中醫(yī)藥創(chuàng)新研究院，四川 成都 611137)

山姜屬(Alpinia)，多年生草本，屬于姜科(Zingiberaceae)植物，主要分布于亞洲熱帶地區(qū)，全球有 250 余種，我國(guó)有 46 種，主要分布于廣東、廣西、云南、海南、福建等東南和西南省份[1]。山姜屬藥用植物資源豐富，有高良姜、益智、草豆蔻等[2]。有關(guān)山姜屬中藥的化學(xué)研究表明，山姜屬主要含有二苯基庚烷、黃酮、揮發(fā)油等成分，且二苯基庚烷類相較于其他類型成分種類和含量均較為豐富[3]。此外，國(guó)內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)，二苯基庚烷類化合物具有良好的生物活性，作為現(xiàn)代藥物與食品的主要組成部分，具有很好的開(kāi)發(fā)潛力[4]。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)山姜屬中的二苯基庚烷類成分進(jìn)行了深入研究，發(fā)現(xiàn)這類化學(xué)成分在抗腫瘤、抗氧化、抗炎、抗菌、抗病毒、降血糖以及神經(jīng)保護(hù)等方面表現(xiàn)出較好的藥理活性[5]。筆者查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，對(duì)近年來(lái)從山姜屬中分離鑒定出的二苯基庚烷類成分的化學(xué)結(jié)構(gòu)和生物活性進(jìn)行簡(jiǎn)要梳理總結(jié)，為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)研究山姜屬二苯基庚烷類成分整理思路，提供啟發(fā)。

1 二苯基庚烷類化學(xué)成分

二苯基庚烷(diarylheptanoid)，是一類具有1，7-二取代苯基并以庚烷為骨架結(jié)構(gòu)的化合物。根據(jù)其直鏈狀或雙苯基連接成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)可歸納分為鏈型二苯基庚烷和大環(huán)型二苯基庚烷兩大類。鏈狀二苯基庚烷根據(jù)其烷烴結(jié)構(gòu)上的七個(gè)碳是否處于氧環(huán)上，可進(jìn)一步分類為無(wú)環(huán)直鏈二苯基庚烷類和環(huán)氧二苯基庚烷類化合物。環(huán)氧二苯基庚烷類化合物大多于庚烷鏈上的1位和5位或3位和6位之間存在氧橋，進(jìn)而在鏈上形成吡喃或呋喃環(huán)結(jié)構(gòu)。類黃酮類(如查爾酮、黃烷酮)部分也可以連接到C-5或C-7的二苯基庚烷骨架上[6]。二苯基庚烷類合物通過(guò)分子內(nèi)環(huán)化、聚合與不同官能團(tuán)的偶聯(lián)和雜化而顯示出巨大的結(jié)構(gòu)多樣性而且具有廣泛的生物活性，目前已從二苯基庚烷中分離鑒定出140多個(gè)化合物，包括鏈型二苯基庚烷和二苯基庚烷二聚體等，結(jié)構(gòu)豐富多樣。

1.1 鏈型二苯基庚烷類

1.1.1 無(wú)環(huán)直鏈二苯基庚烷類

無(wú)環(huán)直鏈二苯基庚烷類為鏈型二苯基庚烷中較為簡(jiǎn)單一類，主要在其碳骨架的庚烷鏈上的C-3和C-5有出現(xiàn)羥基化和乙?；?，苯基上C-3和C-4位多有羥基、甲氧基取代。目前國(guó)內(nèi)外研究者從山姜屬中鑒定出30多個(gè)無(wú)環(huán)二苯基庚烷類化合物(化合物1-38，化合物名稱、植物來(lái)源見(jiàn)表1，化合物結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1)。

圖1 山姜屬中的無(wú)環(huán)直鏈二苯基庚烷類化合物

表1 山姜屬中的無(wú)環(huán)直鏈二苯基庚烷類化合物一覽表

1.1.2 環(huán)氧二苯基庚烷類

該類化合物大多于庚烷鏈上的C-1和C-5或C-3位和C-6位存在氧橋,進(jìn)而在鏈上形成吡喃或呋喃環(huán)結(jié)構(gòu)。吡喃或呋喃環(huán)的C-2和C-3位常有羥基取代(化合物39-42)。此類化合物單體在山姜屬內(nèi)存在較少,且多來(lái)源于云南草寇(A.blepharocalyx)(名稱以及植物來(lái)源見(jiàn)表2,結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖2)。

圖2 山姜屬中的環(huán)氧二苯基庚烷類化合物

1.2 二苯基庚烷聚合體類

1.2.1 二苯基庚烷二聚體和三聚體

目前報(bào)道的山姜屬中二苯基庚烷二聚體與三聚體主要以線型二苯基庚烷為主要組成部分，并可進(jìn)一步分類為無(wú)環(huán)直鏈二苯基庚烷二聚體(化合物50-57)和無(wú)環(huán)直鏈-環(huán)氧二苯基庚烷二聚體(化合物45-49，58-67)。無(wú)環(huán)直鏈二苯基庚烷二聚體的聚合方式主要分為通過(guò)庚烷鏈上的碳原子相互聚合(化合物51-52)或通過(guò)氧橋連接(化合物55-57)、兩個(gè)苯基之前通過(guò)氧橋相連接(化合物53)或通過(guò)彼此之間的碳原子相連接(化合物50和54)三種聚合方式。無(wú)環(huán)直鏈-環(huán)氧二苯基庚烷二聚體的聚合方式主要是通過(guò)環(huán)氧二苯基庚烷上的吡喃環(huán)上的碳原子或羥基與另一部分的二苯基庚烷的直鏈上的碳原子或羥基連接而成(化合物45-49，58-67)。截至目前，從山姜屬中共分離鑒定得到22個(gè)此種類型二聚體和三聚體 (名稱見(jiàn)表3，結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖3)。

圖3 山姜屬中的二苯基庚烷二聚體和三聚體

表3 山姜屬中的二苯基庚烷二聚體和三聚體類化合物一覽表

1.2.2 二苯基庚烷-單萜/倍半萜聚合體

二苯基庚烷與萜類化合物的二聚體目前僅在高良姜中有報(bào)道(名稱見(jiàn)表4，結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖4)。具有特征性的環(huán)己烯基序。其骨架可能是由二苯基庚烷單元和單萜或倍半萜部分通過(guò)關(guān)鍵的[4+2]環(huán)加成結(jié)合而成。作為前體的二苯基庚烷部分上的C-3和C-5之間的α-β不飽和酮在反應(yīng)中起到親烯體的作用，通過(guò)非立體選擇性Diels-Alder環(huán)加成，C-4和C-5之間的雙鍵與α-法尼烯或β-月桂烯的末端雙鍵部分偶聯(lián)成環(huán)。部分化合物偶聯(lián)形成外消旋體(化合物71-80)。此類化合物來(lái)源于石油醚萃取物，極性較小。

圖4 山姜屬中的二苯基庚烷-單萜/倍半萜聚合體

表4 山姜屬中的二苯基庚烷-單萜/倍半萜聚合體類化合物一覽表

1.2.3 二苯基庚烷-黃烷酮/查爾酮聚合體

二苯基庚烷和黃酮類化合物為山姜屬中的兩種主要成分。目前研究發(fā)現(xiàn)山姜屬內(nèi)存在大量的二苯基庚烷-黃酮/查爾酮聚合體，尤以近五年報(bào)道居多。截至目前，共從山姜屬中鑒定出此類化合物50余個(gè)(名稱見(jiàn)表5，結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖5)。大致可分類為無(wú)環(huán)直鏈二苯基庚烷-查爾酮/黃烷酮聚合體和環(huán)氧二苯基庚烷-查爾酮/黃烷酮聚合體。無(wú)環(huán)直鏈二苯基庚烷-查爾酮/黃烷酮聚合體多數(shù)于二苯基庚烷鏈上C-1至C-3間與查爾酮或黃烷酮部分上的苯環(huán)C-5直接相連(化合物81-90，108-112，115-116，131-136，140-143)，少部分與苯環(huán)上羥基連接形成吡喃環(huán)(化合物100，113-114)。環(huán)氧二苯基庚烷-查爾酮/黃烷酮聚合體在多數(shù)在四氫吡喃或四氫呋喃環(huán)的C-3位都有查耳酮或黃烷酮部分(化合物93-99，101-107，117-120，123-125)，此類化合物部分在氧環(huán)的C-6處具有含氧的對(duì)羥基芐基，呈現(xiàn)較為新型的碳骨架結(jié)構(gòu)(化合物91-92，121-122，138-139)，另有少部分與吡喃環(huán)的C-5至C-6和苯環(huán)駢合，在碳骨架中呈現(xiàn)三元環(huán)結(jié)構(gòu)(化合物91-92，137-139。此類化合物推測(cè)以二苯基庚烷鏈上C-5和C-7與黃酮或查爾酮上的苯環(huán)發(fā)生傅克烷基化反應(yīng)聚合形成。其中化合物126和127為罕見(jiàn)的環(huán)氧二苯基庚烷-查爾酮-無(wú)環(huán)直鏈二苯基庚烷三聚體，其結(jié)構(gòu)由環(huán)氧二苯基庚烷的四氫呋喃環(huán)的C-3連有查耳酮，四氫呋喃環(huán)的C-2又與無(wú)環(huán)直鏈二苯基庚烷C-1相連，形成復(fù)雜結(jié)構(gòu)，推測(cè)其生物合成途徑可能以無(wú)環(huán)直鏈二苯基庚烷脫氫后發(fā)生邁克爾加成反應(yīng)，再經(jīng)氫化合成。

圖5 山姜屬中的二苯基庚烷-黃酮/查爾酮聚合體

表5 山姜屬中的二苯基庚烷-黃酮/查爾酮聚合體類化合物一覽表

2 山姜屬中二苯基庚烷類化合物的生物活性

2.1 抗腫瘤作用

Matsuda[49]等報(bào)道從高良姜的80%丙酮提取物中分離得到的二苯基庚烷類化合物可以顯著抑制由茶堿誘導(dǎo)的大鼠B16黑素瘤4A5細(xì)胞黑素原生成，在對(duì)化合物構(gòu)效關(guān)系的探討中，推測(cè)C-3和C-5之間的烯醇式結(jié)構(gòu)可能對(duì)黑素瘤細(xì)胞中黑素原的生成起到關(guān)鍵的抑制作用。Wang[43]等發(fā)現(xiàn)由二苯基庚烷類和黃酮類化合物的聚合體對(duì)肺癌細(xì)胞(NCI-H460)、人宮頸癌細(xì)胞(HeLa)、人肝癌細(xì)胞(SMMC-7721)和人結(jié)腸癌細(xì)胞(HCT-116)表現(xiàn)出中等及其以上的抗增殖活性。Katsuyoshi[35]等研究發(fā)現(xiàn)云南草寇中分離得到的二苯基庚烷類化合物可以有效抑制人纖維肉瘤細(xì)胞(HT-1080)和小鼠結(jié)腸癌細(xì)胞(26-L5)的增殖(化合物81)。An[17]等測(cè)試后發(fā)現(xiàn)從高良姜中分離得到的二苯基庚烷類化合物對(duì)人肝癌細(xì)胞(HepG2)、人乳腺癌細(xì)胞(MCF-7)和人神經(jīng)癌細(xì)胞(SF-268)具有潛在的細(xì)胞毒性，IC50分別為6、7、10 μg/mL。在對(duì)了化合物的構(gòu)效關(guān)系的推測(cè)過(guò)程中，認(rèn)為化合物結(jié)構(gòu)中庚烷鏈上的α，β不飽和酮部分可能對(duì)抗腫瘤活性起到關(guān)鍵作用，是抗腫瘤活性的主要藥效基團(tuán)，不飽和度或共軛體系的加大，以及兩端苯環(huán)上的取代基增多都可能有助于活性的增強(qiáng)。Tabata[50]等對(duì)于研究了高良姜中二苯基庚烷類成分誘導(dǎo)神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞系(IMR-32、SK-N-SH、NB-39)凋亡的藥理作用及其機(jī)機(jī)制，研究發(fā)現(xiàn)，從高良姜中分離而得的兩個(gè)二苯基庚烷類化合物可誘導(dǎo)細(xì)胞核收縮和碎裂，并激活Caspase-3和Caspase-9兩個(gè)細(xì)胞凋亡蛋白促使細(xì)胞核萎縮以及破碎。流式細(xì)胞術(shù)分析顯示誘導(dǎo) S 期細(xì)胞周期停滯與增加的亞G1細(xì)胞群同時(shí)發(fā)生。此外,低濃度 (10-8mol/L)的化合物在NB-39細(xì)胞系中顯著誘導(dǎo)了神經(jīng)軸突分支。推測(cè)“C--O-C”鍵和C-9氧化形成的α，β-不飽和酮以及其二苯基庚烷單元上的甲氧基可能參與了該化合物的細(xì)胞毒活性。

2.2 抗氧化作用

Zhang[21]等人研究發(fā)現(xiàn)高良姜地上部分與主根部位含有相似的抗氧化活性物質(zhì)，且主根部位的抗氧化能力高于地上部分。通過(guò)鑒定得出具有抗氧化能力的化合物為一種二苯基庚烷類(化合物21)。Bian[19]等發(fā)現(xiàn)從益智中分離得到的二苯基庚烷(化合物25-26)在DPPH實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出有效的自由基清除作用，IC50在39.64-192.71 mg/mL范圍內(nèi)。推測(cè)苯環(huán)上的酚羥基基團(tuán)可能對(duì)二苯基庚烷的抗氧化活性影響較大。

2.3 神經(jīng)保護(hù)作用

Liu[34]等評(píng)估了所有分離得到的二苯基庚烷-單萜/倍半萜聚合體(化合物71-80)對(duì)MPP+(1-甲基-4-苯基吡啶)誘導(dǎo)的皮質(zhì)神經(jīng)元損傷的神經(jīng)保護(hù)作用。與單獨(dú)使用MPP+處理相比，當(dāng)化合物濃度為16 μmol/L時(shí)，神經(jīng)元細(xì)胞活力顯著增加。而此類聚合體的前體測(cè)試濃度下均未顯示出明顯的神經(jīng)保護(hù)活性，表明二苯基庚烷和單萜的聚合可能對(duì)神經(jīng)保護(hù)活性至關(guān)重要。Liu[30]等發(fā)現(xiàn)從高良姜中分離得到的新型二聚二苯基庚烷類化合物(55-57)顯著改善防止初級(jí)皮質(zhì)神經(jīng)元中的氧-葡萄糖剝奪和再氧合(OGD/R)損傷。此類化合物顯著降低了cleaved-caspase-3的表達(dá)，并通過(guò)激活PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路實(shí)現(xiàn)神經(jīng)保護(hù)作用。

2.4 抗炎活性

Kiuchi[45，46]等報(bào)道高良姜的根莖中含有抗前列腺素生物合成酶的有效抑制劑。其主要成分二苯基庚烷類被鑒定為活性化合物。這些抑制劑對(duì)白三烯生物合成的一種酶，即花生四烯酸5-脂氧合酶也有抑制活性。這是通過(guò)測(cè)試它們對(duì)RBL-1細(xì)胞制備的5-脂氧合酶的抑制作用來(lái)驗(yàn)證的。含有兒茶酚基團(tuán)的二芳基庚烷類化合物對(duì)5-脂氧合酶的活性最強(qiáng)，而益智酮甲對(duì)抑制PG合成酶的活性最強(qiáng)。Lee[51]等報(bào)道6個(gè)高良姜二苯基庚烷類化合物抑制脂多糖誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞 RAW 264.7的一氧化氮生成。在構(gòu)效關(guān)系的討論中，推測(cè)C-4處的雙鍵基團(tuán)此外或烯酮對(duì)抗炎活性可能很重要。兩個(gè)苯基上的甲氧基和羥基對(duì)活性影響不大，但羥基甲基化會(huì)使活性降低。其抗炎機(jī)制可能與下調(diào)一氧化氮合酶(iNOS)蛋白和相關(guān)mRNA的表達(dá)有關(guān)。Yadav[52]等的研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)從高良姜分離得到的二苯基庚烷化合物通過(guò)抑制NF-κB活化和 p44/42 MAPK 的磷酸化來(lái)抑制脂多糖誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞 RAW 264.7中一氧化氮、白介素-1β(IL-1β )和腫瘤壞死因子-α(TNF-α )等炎癥因子的產(chǎn)生以及iNOS和 環(huán)氧合酶(COX-2 )的基因表達(dá)。Honmore[53]等用從高良姜中分離得到的3個(gè)二苯基庚烷和2個(gè)黃酮分別對(duì)角叉菜膠誘導(dǎo)的大鼠足趾腫脹進(jìn)行干預(yù)，發(fā)現(xiàn)二苯基庚烷化合物高良姜素能顯著抑制注射角叉菜膠3-5 h后大鼠足趾腫脹度，此外，分子對(duì)接研究表明這些化合物對(duì) COX-2 活性位點(diǎn)具有親和力，可作為選擇性 COX-2抑制劑進(jìn)一步探索。

2.5 降血糖作用

Zhang[44]等發(fā)現(xiàn)從草豆蔻中分離得到的大多數(shù)二苯基庚烷-查爾酮聚合體(化合物114-137)對(duì)α-葡萄糖苷酶和PTP1B具有雙重抑制作用，所有化合物對(duì)α-葡萄糖苷酶均有明顯的抑制作用，其IC50值為2.9-29.5 μmol/L，是阿卡波糖的6-59倍(IC50為170.9 μmol/L)。此外，發(fā)現(xiàn)從中分離得到的二苯基庚烷二聚體也具有相似的作用[31]。推測(cè)在 C-6 位具有對(duì)羥基芐基的二芳基庚烷-黃烷酮雜化物可能為一類有前途的多靶點(diǎn)抗糖尿病藥物。

2.6 其他藥理活性

山姜屬二苯基庚烷還具有止嘔、抗血小板聚集等藥理活性。Tian[48]等報(bào)道二苯基庚烷類化合物可顯著抑制硫酸銅誘導(dǎo)的小雞嘔吐。其中作用最強(qiáng)的化合物在20 mg/kg時(shí)嘔吐抑制率達(dá)71.0%。Fan[15]等報(bào)道從高良姜中分離鑒定得到3種二苯基庚烷類化合物，其中化合物18測(cè)得其對(duì)血小板活化因子(PAF)結(jié)合拮抗活性IC50為1.6 mol/L。

3 討論和結(jié)論

作為姜科中植物資源種類最多，資源最為豐富的一個(gè)屬，山姜屬有很大的研究?jī)r(jià)值，二苯基庚烷類化合物作為山姜屬藥用植物主要的活性成分中的一個(gè)類別，在早期生物活性研究中，國(guó)內(nèi)外學(xué)者發(fā)現(xiàn)其對(duì)腫瘤細(xì)胞具有明顯的細(xì)胞毒活性。近年來(lái)在這類成分中發(fā)現(xiàn)大量結(jié)構(gòu)新穎的二苯基庚烷化合物，如從高良姜中分離所得的二苯基庚烷-黃酮類聚合體成分，并發(fā)掘了如神經(jīng)保護(hù)、降血糖、抗氧化等新的藥理活性，引起了國(guó)內(nèi)外研究者的廣泛興趣。雖然該屬貢獻(xiàn)了多種具有生物活性的二苯基庚烷類化合物，但其藥理活性研究?jī)H停留在量大的已知化合物和粗提物上，對(duì)結(jié)構(gòu)新穎的化合物的藥理活性研究不夠深入，大多僅停留在細(xì)胞活性層面的篩選。同時(shí)，對(duì)于部分結(jié)構(gòu)復(fù)雜的二苯基庚烷類化合物，其支鏈上手性碳原子構(gòu)型的確定是難點(diǎn)。因此，學(xué)界應(yīng)重視對(duì)山姜屬中的二苯基庚烷的化學(xué)成分和藥理活性的進(jìn)一步研究，尤其應(yīng)以其中結(jié)構(gòu)復(fù)雜的二苯基庚烷-黃酮類聚合體為切入點(diǎn)，進(jìn)一步探索推斷其生物合成途徑，并尋找合適的藥理病理模型研究其降血糖的作用靶點(diǎn)，討論其結(jié)構(gòu)或者構(gòu)型對(duì)藥理活性的影響，增加結(jié)構(gòu)新穎且具有生物活性的新穎化合物數(shù)目。在面對(duì)構(gòu)型確定的挑戰(zhàn)時(shí)，研究者可以綜合應(yīng)用多種波譜解析技術(shù)手段以及化學(xué)轉(zhuǎn)換技術(shù)確定柔性片段的構(gòu)型，如改良Mosher法等，最終發(fā)掘二苯庚烷類成分潛在的食品和醫(yī)藥方面的應(yīng)用價(jià)值，為山姜屬藥用植物的研究開(kāi)拓新的思路與方法。