唇形科香茶菜屬二萜類化合物生物活性研究進展Δ

董瑞華，高洪志，劉澤源（軍事醫學科學院附屬醫院藥理室，北京市 100071）

香茶菜屬類植物資源豐富，主要分布于亞洲的熱帶和亞熱帶區域，是唇形科屬植物中重要的一類。全世界約有150種，在我國有90余種，25個變種，其中有30種為民間藥用，作為清熱解毒、活血化瘀、抗菌消炎、抗腫瘤和治療肝炎的藥物來應用[1]。香茶菜屬植物中包含多種化學成分，如二萜、三萜、甾醇、脂肪酸以及少量的黃酮、倍萜半、連烴苷等，其中主要成分為二萜類化合物。人們已從香茶菜屬植物中提取了百余種二萜類成分，藥理篩選發現其中許多具有抗菌、抗腫瘤、細胞毒、降血壓等活性。本文著重對香茶菜屬二萜類化合物的各種生物活性及作用機制研究進展作一綜述。

1 香茶菜屬二萜類化合物的抗菌活性

1954年，日本研究者首次從日本山茶（Isodon japonica）的乙醇提取物中得到了延命素（Enmein），并發現其可以抑制革蘭陽性菌增殖。隨后研究發現化合物中的α-亞甲基環戊酮結構是抗菌活性單位，通過與病菌中的巰基酶發生類似于邁克爾加成反應的機制實現。日本的Fujita E等發現，在C-7、C-20位具有環氧環的對映-貝殼杉烯類化合物中，C-6位具有β-OH的化合物對藤黃八疊球菌有很強抑制作用，可能是由于C-6位β-OH與C-15位酮基形成分子內氫鍵所致。國內學者對毛萼香茶菜（Isodon eriocalyx）提取物毛萼乙素（Eriocalyxin B）的研究表明，該化合物對革蘭陽性菌有很強的抑菌活性。其活性機制除了C-6位β-OH與C-15位酮基形成分子內氫鍵，還有分子中A環上存在的α，β-不飽和酮基活性作用[2]。

近年來，又相繼發現一些香茶菜屬二萜類化合物具有抑菌活性。癭花香茶菜素甲、乙、丙、丁（Rosthornins A～D）對革蘭陽性菌有抑制活性，但對革蘭陰性菌沒有作用[3]。尾葉香茶菜（Rabdosia excisus）水提取物對所實驗各菌如甲型溶血性鏈球菌、乙型溶血性鏈球菌、丙型鏈球菌、肺炎鏈球菌等均有一定的體外抑制作用，對金黃色葡萄球菌作用最強，其最低抑菌濃度（MIC）為1.95 mg·mL-1[4]。

2 香茶菜屬二萜類化合物的細胞毒/抗腫瘤作用

2.1 細胞毒/抗腫瘤作用

研究報道，該類化合物具有明顯的細胞毒作用。大萼香茶菜葉的乙醇提取物中分離的大萼香茶菜癸素對體外培養Hela細胞有較強抑制作用[5]。顯脈香茶菜（Isodon nervosus）屬植物中提取出的一系列化合物對K562、A549和Hep-G2等細胞系表現出明顯細胞毒作用，同時在顯脈香茶菜甲素（Nervonin A）中發現了一個新的環丁烷結構[6]。毛萼香茶菜葉子中新分離出來一種化合物毛萼晶（Maoecrystal Z）不僅具有一種新的、唯一的骨架結構，而且對K562、MCF7、A2780腫瘤細胞具有很好增殖抑制活性，其半數抑制濃度（IC50）值分別為2.90、1.63、1.45 μmol·L-1[7]。葉穗香茶菜（Isodon phyllostachys）中提取出的香茶菜甲素（Amethystoidin A）具有很好的細胞毒性，它對K562細胞的半數增殖抑制濃度僅為0.69 μg·mL-1[8]。利用乙酸乙酯從干燥的藥用香茶菜屬植物分離出來的旱生香茶菜甲素和乙素（Xerophinoids A和B）對多數腫瘤細胞系都有很好的細胞毒性作用（IC50＜11 μmol·L-1），但對人類的T淋巴細胞（C8166）沒有毒性[9]。

2.2 構效關系分析

1961年，Arai T先生通過對延命素的研究發現，α-亞甲基環戊酮結構是其關鍵活性基團。Fujita E先生對一系列來自日本山茶和毛果楊苷化合物的研究，支持了α-亞甲基環戊酮的活性結構理論，同時發現C-1，C-4位附加的α，β-不飽和酮基是另一個關鍵部分。之后，人們又先后發現了其它一些活性基團，如在C-6位上的螺旋內酯或者環氧酮基等[2]。

趙昱等[10]對19個合成的毛萼乙素衍生物進行構效關系分析，發現A環和D環上的α，β-不飽和酮基是最重要的抗癌活性中心；C-6、C-7位上-OH能夠增強活性；7，20-環氧型比3，20-環氧型活性強。對小毛葉香茶菜葉中分離出來的10種已知對映-貝殼杉烯類二萜化合物進行A549、HT29和K562抗癌活性測試，其中4種具有α-亞甲基環戊酮結構的化合物對上述3種腫瘤細胞株均表現出不同程度抑制活性[11]。白柔毛香茶菜地上部分的丙酮提取物中分離鑒定了15個對映-貝殼杉烯類二萜化合物，用Hep-G2細胞進行抗腫瘤活性評價發現，7個含α-亞甲基環戊酮結構的化合物中有2個完全沒有活性，推測可能是因為A環上的羧基影響了化合物活性[12]。

本實驗室對近30個天然及化學修飾得到的對映-貝殼杉烯類化合物進行了系統的體外抗腫瘤活性篩選及構效關系分析，發現應用化學手段破壞化合物分子中的α-亞甲基環戊酮結構單元，可顯著降低對映-貝殼杉烯類化合物抗腫瘤活性。

上述研究表明，具有抗癌活性的香茶菜屬二萜化合物在結構上具有一個共同特征，即D-環存在一個α-亞甲基環戊酮結構單元。如果此單元的共軛體系被打破，化合物就會失去活性。另外，分子內諸如環氧酮基等其它取代基也會影響化合物活性。

2.3 作用機制研究

新近研究表明，毛萼乙素具有抑制端粒酶和抗血管生成活性；冬凌草甲素（Oridonin）和冬凌草乙素（Ponicidin）也具有抗血管生成作用；4種從冬凌草素中提取的二萜類化合物具有抑制核轉錄因子κB（NF-κB）轉錄、下游區基因表達和環氧化酶-2（COX-2），誘生型一氧化氮合酶（iNOs）表達等活性[2]。

Leung CH[13]證實，毛萼乙素以一種非競爭性方式可逆性干擾P65和P50亞基同DNA結合來抑制NF-κB轉錄活性，但并不影響環磷酸腺苷（cAMP）效應元件結合蛋白。Wang L等[14]通過毛萼乙素對t（8；21）白血病細胞作用發現，毛萼乙素抑制NF-κB活性，且干擾MAPK信號傳導通路，從而對細胞凋亡發揮作用；同時激活Caspase-3通路，下調AML1-ETO癌蛋白表達，誘導白血病細胞凋亡。冬凌草甲素和冬凌草乙素均可通過減少細胞周期調節蛋白B1、cdc2，轉錄因子E2F和包括在S780點磷酸化Rb等機制來誘導乳腺癌細胞凋亡，進一步研究發現其改變NF-κB通路，減少P65和P50形成以及IκB上游基因表達來發揮作用[15]。冬凌草甲素對肝癌細胞BEL-7402的抗腫瘤作用機制主要是通過激活Caspase-3通路，下調Bcl-2基因和上調Bax基因表達來實現[16]。

本實驗室對另一結構類型的對映-貝殼杉烯二萜類化合物苞葉香茶菜庚素（Melissoidesin G）進行了系統抗腫瘤作用機制研究。結果顯示，苞葉香茶菜庚素通過激活Caspase通路和線粒體凋亡途徑誘導腫瘤細胞凋亡，并發現氧化應激是該化合物誘導腫瘤細胞凋亡發生的重要因素，如實驗發現含-SH類抗氧化劑特異性抑制其細胞毒作用，而其它具有不同機制的抗氧化劑均無保護作用。進一步研究表明，細胞內還原型谷胱甘肽（GSH）降低是其誘導腫瘤細胞凋亡的始動因素[17]。

3 香茶菜屬二萜類化合物的抗炎作用

3.1 抗炎作用

該類化合物還具有顯著的抗炎活性。尾葉香茶菜（Isodon excisus）地上部分的一系列甲醇提取物對小鼠巨噬細胞-RAW264.7的NF-κB活性有顯著的抑制作用[18]。唇形科的延命草（Isodon japonicus）能夠抑制化合物48/80在小鼠身上誘導的全身反應和血漿中組織胺的釋放，同時減少被動的皮內過敏反應。延命草劑量依賴性地減少化合物48/80或抗DNP免疫球蛋白E激活的大鼠腹膜肥大細胞組織胺的釋放[19]。

3.2 抗炎機制

由于NF-κB在腫瘤發生發展及炎性反應過程中發揮重要作用，NF-κB調控的基因產物iNOS和COX-2可以誘導炎性介質前列腺素E2（PGE2）和NO產生，因而毛萼乙素可通過影響NF-κB轉錄能力，進而調控炎性介質表達，發揮抗炎活性[15]。光萼青蘭（Dracocephalum argunenseDAAE）能夠通過細胞內鈣離子的調節抑制小鼠炎癥反應和血清組胺釋放。此外，DAAE可減少腫瘤壞死因子α（TNF-α）和白細胞介素（IL）-6基因表達，這種表達抑制是NF-κB依賴性的[20]。內折香茶菜（Inflexinol）能夠抑制IκB降解和P65、P50的核轉位進而抑制NF-κB激活，最終抑制iNOS和COX-2表達，從而抑制RAW 264.7和星形膠質細胞中炎性介質的產生與釋放[21]。

Liu YQ等[22]還報道了在組織多肽抗原（TPA）誘導的類人巨噬細胞樣U937細胞上觀察到了冬凌草甲素通過Ras/Raf1/ERK信號依賴性通路下調IκBa，從而激活NF-κB通路，同時誘導IL-1合成，增加吞噬細胞的吞噬作用從而發揮抗炎作用。

4 香茶菜屬二萜類化合物的其他作用

冬凌草乙素、香茶菜醛（Ame）、毛葉香茶菜醇（Iso）能有效地清除羥自由基和NO，抑制脂質過氧化，提高體內GSH含量而產生抗氧化作用[23]。本實驗室以抗氧化反應元件（antioxidant response element，ARE）調控的報告基因表達為模型，對苞葉香茶菜庚素系列衍生物進行了初步篩選，也發現了多數對映-貝殼杉烯類化合物具有不同程度抗氧化作用。Liu JW等[24]研究了冬凌草甲素細胞免疫抑制機制，發現其以劑量和時間依賴方式抑制刀豆蛋白刺激脾淋巴細胞的過量表達。

5 結語

綜上所述，香茶菜屬植物活性成分主要是二萜類化合物，研究表明其具有抗菌、抗腫瘤、抗炎、抗氧化等多種生物活性。以往研究表明，α-亞甲基環戊酮結構對二萜類化合物生物活性的發揮是必不可少的，分子內諸如環氧酮基等其它取代基也會影響化合物活性。通過對該化合物生物活性及活性機制的大量研究，可深入全面地揭示其屬性，有望開發出更安全有效的藥物。

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