花椒屬植物抗腫瘤活性成分研究進展

馬麗梅，楊軍麗

1中國科學院蘭州化學物理研究所 中國科學院西北特色植物資源化學重點實驗室 甘肅省天然藥物重點實驗室，蘭州730000；2中國科學院大學，北京100049

蕓香科(Rutaceae)花椒屬(ZanthoxylumL.)植物在全世界約有250種，廣泛分布于亞洲、非洲、大洋洲和北美洲的熱帶和亞熱帶地區[1]。世界上栽培花椒屬植物的國家主要是中國、日本和韓國，其中以中國栽培面積最大、產量最高[2]。我國有39種、14變種，在全國地區均有種植[1]。花椒屬植物的化學成分主要包括揮發油、生物堿、酰胺、木酯素、香豆素、黃酮類和脂肪酸[3]，研究證明其化學成分具有多種生物活性。本文就花椒屬植物中的抗腫瘤活性成分作系統的綜述和討論，并對其抗腫瘤活性成分的深入研究進行展望。

1 揮發油

花椒屬植物揮發油是一類具有芳香氣味的揮發性油狀成分，主要成分有醇類，如芳樟醇、 松油醇和沉香醇等；烯烴類，如檸檬烯、蒎烯、月桂烯、松油烯、羅勒烯、側柏烯和丁香烯等；酮類，如胡椒酮和薄荷酮等；另有醛類、酯類、芳烴和環氧化合物等[4]。

Han等[5]采用水蒸氣蒸餾法從青椒(Z.schinifoliumSieb.et Zucc.)或花椒(Z.bungeaumMaxim.)果皮中提取的揮發油對宮頸癌細胞系HeLa、肺癌細胞系A549和白血病細胞系K562的生長均具有抑制活性，IC50值分別為11.2±0.2、6.26±0.05、1.37±0.03 mg/mL。另有研究表明花椒揮發油還以劑量依賴的方式對人肺癌細胞A549[6]、人永生表皮細胞HaCaT[7,12]、人肝癌細胞HepG2[8,9]、腎上腺嗜鉻細胞瘤PC12[10]、人胃癌細胞SGC7901[11]、人乳腺癌細胞MFC7和宮頸腫瘤細Hela[12]增殖有抑制并誘導凋亡的作用；此外，Z.bungeaumMaxim.種子油還可通過阻滯細胞G1期和誘導細胞凋亡抑制黑色素瘤細胞A375的侵襲和增殖，對A375細胞有選擇性抑制活性[13]，即花椒揮發油具有良好的體外抗腫瘤作用。同時，Yuan等[14]研究發現，Z.bungeaumMaxim.果皮揮發油不僅在體外對小鼠肝癌細胞H22具有一定的抑制活性，也在體內對該腫瘤生長起到了抑制作用。另外，Da Silva等[15]評價了花椒(Z.rhoifolium)葉子精油的抗腫瘤活性，體外試驗顯示精油對A549、HeLa和人結腸腺癌細胞系HT29均具有抑制作用，ED50值分別為82.3、90.7、113.6 μg/mL。

Zhang等[16]也用水蒸氣蒸餾法從簕欓花椒(Z.avicennae(Lam.) DC.)葉中提取揮發油并進行成分分析，含量較高的組分分別為芳樟醇(24.36%)、β-欖香烯(12.03%)、(E)-2-己烯-1-醇(11.73%)、石竹烯氧化物(10.84%)等，其抗癌活性研究發現，該揮發油對肺腺癌細胞SPCA1、肝癌細胞BEL7402、胃癌細胞SGC7901和白血病細胞K562等四種腫瘤細胞株均具有抑制活性，其中對K562的抑制活性最強，其IC50值為1.76 μg/mL。

此外，研究證明花椒屬植物Z.xanthoxyloidesLam.和Z.leprieuriiGuill.& Perr.[17]的果實精油對人膠質母細胞瘤細胞系T98G、人乳腺癌細胞系MDA-MB231、人惡性黑色素瘤細胞A375和人結腸癌細胞系HCT116均具有抑制作用。針對以上四種腫瘤細胞，Z.xanthoxyloidesLam.果實精油的IC50分別為35.4±4.9、18.2±1.5、47.6±4.3、22.8±3.3 μg/mL；Z.leprieuriiGuill. & Perr.的果實精油的IC50分別為89.6±8.8、76.0±11.1、96.8±6.3、92.5±9.0 μg/mL。其主要成分細胞毒性實驗研究表明，這兩種植物精油的抗癌活性差異可能與其香葉醇和香茅醇的含量的有關。根據以上研究表明花椒屬植物揮發油中含有抗癌活性成分，值得進一步深入研究。

2 生物堿

花椒屬植物中普遍含有生物堿，按母核可分為異喹啉類、喹啉類、苯并菲啶類和喹諾酮類等4大類[18]，且生物堿被認為是花椒屬植物中最有開發前景的生物活性成分。

Tian等[19]研究并發現三種花椒屬植物Z.ailanthoides、Z.simulans和Z.chalybeum的生物堿總提物對四種腫瘤細胞系，即胃腫瘤細胞SGC7901、宮頸腫瘤細胞Hela、結腸腫瘤細胞HT29和肝腫瘤細胞HepG2，均具有抑制活性，在200 μg/mL的濃度下，其抑制率為60.71%～93.63%。針對三種生物堿總提物的成分分析表明苯并菲啶類生物堿均存在于三種花椒屬植物中，且含量較高，即三種植物的抗腫瘤活性可能來源于苯并菲啶類生物堿。

花椒屬植物Z.nitidum的化學成分多樣，且生物堿是該植物中的主要化學成分，其藥理作用最為顯著，可抑制腫瘤細胞株的增值，誘導腫瘤細胞凋亡和抑制腫瘤細胞的侵襲和轉移，即具有抗腫瘤活性[20]。Hu等[21]從Z.nitidum根的乙醇提取物中分離得到3種吡喃甘露糖苷吲哚生物堿(1～3)，體外細胞實驗顯示，這3種生物堿對8 種人類腫瘤細胞A-549、BGC-823、 HCT15、HeLa、HepG2、MCF-7、SGC-7901、SK-MEL-2均表現出細胞毒性，IC50分別介于18.11～21.04、23.47～28.12、9.21～12.75 μmol/L之間；另有研究發現從Z.nitidum分離的nitidum(4)、chelerythrine(5)和isofagaridine(6)可通過抑制DNA拓撲異構酶I，從而發揮抗腫瘤活性[22]。

圖1 化合物1～6的化學結構Fig.1 The chemical structures of compounds 1-6

其中，氯化兩面針堿(4)是一種苯丙氮雜菲類生物堿[23]，在體外呈濃度依賴性顯著抑制人口腔鱗癌細胞KB、其耐藥株KBV200細胞的生長，IC50分別為2.36和2.43 mg/L[24]。此外，在體內外對小鼠腹水型H22肝癌也有抑制作用，在體外其劑量為2.5 mg/kg時，癌細胞死亡率11.38%；在體內可延長小鼠壽命[25]。同時，還可抑制人肺癌SPC-A-1、舌癌Tca8113[26]、人腎細胞癌細胞786-O和A498[27]的增殖，誘導人肝癌細胞SMMC7721細胞[28,29]、MG63 細胞凋亡[30]，對A549細胞也有殺傷作用[31]。另有研究證明其具有對腫瘤細胞的廣譜性抑制作用，并且體內實驗也表明了這一點，即氯化兩面針堿在體內體外均有明顯的抗腫瘤活性[32]。

Liu等[33]從Z.nitidum的根中鑒定出新的STAT3途徑抑制劑生物堿angoline(7)，其可以抑制STAT3磷酸化及其靶基因表達，從而抑制人癌細胞的生長，IC50=3.14～4.72 μmol/L。這意味著氯化兩面針堿可以作為潛在抗癌劑開發并值得進一步研究，即有望成為一種廣譜性抗癌藥物。

圖2 化合物7～9的化學結構Fig.2 The chemical structures of compounds 7-9

Zhao等[34]從Z.nitidum的甲醇提取物中分離鑒定了生物堿6S-10-O-demethylbocconoline(8)，并發現這種生物堿和鵝掌楸堿(liriodenine，9)對人結腸癌細胞HT29、A549和MDA-MB-231均具有一定的細胞毒活性，其IC50分別為27.37、24.10、33.58 μmol/L和9.12、6.05、11.35 μmol/L，即化合物9比8具有更加高效的抑制作用。

此外，Louis等[35]從Z.buesgenii分離得到的苯并菲啶生物堿(buesgenine(10)、isofagaridine(11))和呋喃并喹啉生物堿(maculine(12)、kokusaginine(13))，對阿霉素耐藥的白血病細胞CEM/ADR5000有較好的抑制作用，而對正常肝細胞AML12的毒性通常較低，同時，化合物10和11對白血病CCRF-CEM癌細胞均具有顯著的抑制活性，其IC50值分別為0.24和0.30 μmol/L，即可進一步研究具有強活性的抗癌活性成分。

圖3 化合物10～13的化學結構Fig.3 The chemical structures of compounds 10 - 13

Chen等[36]從Z.simulans根皮中分離得到的化合物zanthosimuline(14)和huajiaosimuline(15)均是吡喃喹啉類生物堿，通過對癌細胞BC1、HT1080、Lu1、Mel、Col2、KB、 KBV1、P388、A431、LNCaP、ZR-75-1和U373細胞的毒性實驗研究發現：14對以上細胞均具有毒性；而15僅對 Mel、KB、KBV1、P388和ZR-75-1細胞具有毒性，且15對乳腺癌細胞ZR-75-1和對長春花堿耐藥的KBVI顯示出較強的毒性，ED50值分別為11.1和4.0 μmol/L，這可能是側鏈的氧化基團增加了其細胞毒性。另外，Wang等[37]從其根皮中分離得到5種吖啶酮生物堿：去甲異蜜茱萸堿(normelicopidine，16)、去甲蜜茱萸堿(normelicopine，17)、蜜茱萸堿(melicopine，18)、異蜜茱萸堿(melicopidine，19)和蜜茱萸生堿(melicopicine，20)，研究發現這5種生物堿對兩種前列癌細胞PC-3M和LNCaP均表現出一定的細胞毒性，但normelicopidine的活性最強，IC50值分別為12.5和21.1 μg/mL。即可進一步研究對其他腫瘤細胞的毒性，以獲得高效的廣譜性抗腫瘤化學成分。

圖4 化合物14～20的化學結構Fig.4 The chemical structures of compounds 14-20

Ngoumfo等[38]從Z.leprieuriiGuill.et Perr.根和果實中共提取得到12種生物堿類化合物，其中4種吖啶酮生物堿：3-羥基-1-甲氧基-10-甲基-9-吖啶酮(21)、1-羥基-3-甲氧基-1-甲基-9-吖啶酮(22)、1-羥基-2，3-二甲氧基-10-甲基-9-吖啶酮(23)、1，3-二羥 基-2-甲氧基-10-甲基-9-吖啶酮(24)，研究表明以上4種生物堿對肺癌細胞A549、大腸癌細胞DLD1均表現出抑制作用，其IC50在27～77 μmol/L之間。

圖5 化合物21～24的化學結構Fig.5 The chemical structures of compounds 21-24

Silva等[39]研究探討了從Z.stelligerum中提取的生物堿(dihydrochelerythrine，25)對細胞活力的作用，結果表明其作為一種化學增敏劑，對膠質瘤細胞C6具有選擇抑制效果，即可將其運用于膠質母細胞瘤中的化學療法和免疫療法中。

Han等[40]從Z.ailanthoidesSieb的丁醇提取物中分離出的三種四氫原小檗堿(26～28)對G-四鏈體有顯著的穩定作用，即可能是Z.ailanthoides中最有效的G-四鏈體配體，說明有可能從其中提取廣譜性的抗癌藥物。

圖6 化合物25～28的化學結構Fig.6 The chemical structures of compounds 25-28

另外，Chen等從Z.pistaciiflorumHayata分離出的skimmianine(29)、1-羥基吳茱萸次堿(1-hydroxyrutaecarpine，30)和崖椒堿(γ-fagarine，31)對P388、A549和HT29細胞系均表現出明顯的體外抗腫瘤作用，ED50值在0.12～24.5 μg/mL之間[41]。

圖7 化合物29～31的化學結構Fig.7 The chemical structures of compounds 29 - 31

3 酰胺類

酰胺類物質是花椒屬植物中主要的化學成分之一，也是重要的生物活性成分之一，其大多為鏈狀不飽和脂肪酸酰胺，是花椒呈麻味的主要成分，有些具有強烈的刺激性，其中以山椒素類為代表，其他則為連有芳環的酰胺[42]。

Stephanie等[43]從Z.zanthoxyloides果實中分離出的三種烷酰胺類化合物，在癌細胞毒性評估中發現zanthoamide G(32)對人乳腺癌細胞MCF7細胞具有一定的細胞毒性，IC50=153.6±32.7 μmol/L。另外，也有研究發現從Z.piperitum種子中分離出五種直鏈脂肪酸酰胺中的單羥基山椒素(33～35)對人肺癌A549細胞系有細胞毒性，LC50分別為56、16和55 mg/mL[44]。

圖8 化合物32～35的化學結構Fig.8 The chemical structures of compounds 32-35

4 木脂素

木酯素是由苯丙素雙分子聚合形成并廣泛存在于植物中的一類天然化學成分，其分子中含有多個不對稱碳原子，遇酸堿易異構化。由于其具有重要的生理活性而引起了人們的關注，并且可以從許多個花椒屬植物中分離出來。花椒中的木脂素幾乎均為雙環氧木脂素，即是屬I型(左旋異構體)的二苯基雙駢四氫呋喃衍生物[45]。

Mukhija等[46]從花椒屬(Z.alatumRoxb.)莖皮的石油醚提取物中提取的木脂素(sesamin(36)、kobusin(37)、4′-O-demethyl magnolin(38))在人肺癌細胞系A549和胰腺癌細胞系MIA-PaCa中發揮抗癌活性，其IC50分別為37.46±1.097、34.71±2.331、26.47±1.871 mg/mL；34.04±1.7621、32.86±2.0271、21.72±1.5071 mg/mL，即化合物38的抑制活性最強，是最具有發展成為新的抗癌藥物的成分。

圖9 化合物36～38的化學結構Fig.9 The chemical structures of compounds 36-38

Su等[47]從花椒屬(Z.planispinum)根中分離得到了木脂素類化合物：bizanthplanispine A(39)、bizanthplanispine B(40)、zanthpodocarpin A(41)、zanthpodocarpins B(42)和planispine A(43)，其細胞毒性實驗結果顯示：化合物39～42可以顯著地降低人宮頸癌細胞HeLa的增殖，IC50介于15.00～26.44 μg/mL之間；化合物43對人白血病細胞HL-60和人前列腺細胞PC-3的抑制活性最強，IC50分別為4.90和23.45 μg/mL。從Z.pistaciiflorum分離出的化合物((-)-hinokinin，44)對P-388、A-549和HT-29細胞系均表現出明顯的抑制作用，ED50分別為5.87、6.61和3.52 μg/mL；而化合物xanthoxylol(45)僅對P-388細胞系有強抑制作用，ED50為4.85 μg/mL[41]。

5 香豆素

香豆素是一類具有芳香甜味的順式鄰羥基肉桂酸的內酯，香豆素類化合物廣泛分布于植物界。花椒屬植物中的香豆素主要類型有簡單香豆素和吡喃香豆素兩類，其中后一類可看成是香豆素苯環上的異戊烯基和鄰羥基環合而形成的，其余還有呋喃香豆素類。

香豆素類化合物是椿葉花椒(Z.schinifolium)莖的主要成分，Li等[48]從Z.schinifolium莖的甲醇提取物中分離得到的12種香豆素類中，化合物collinin(46)、8-methoxyanisocoumarin H(47)和acetoxyschinifolin(48)能誘導人急性早幼粒細胞白血病細胞HL-60、前列腺癌細胞PC-3和結腸直腸癌細胞SNUC5凋亡，其IC50介于4.39～6.26、5.02～33.5、5.12～35.11 μmol/L之間，即化合物collinin(46)對以上細胞均具有強細胞毒性，基于其與47和48的分子結構比較(如圖11)，其R位可能是活性官能團。

圖10 化合物39～45的化學結構Fig.10 The chemical structures of compounds 39-45

圖11 化合物46～48的化學結構Fig.11 The chemical structures of compounds 46-48

另外，從食茱萸(Z.ailanthoidesSieb.& Zucc.)莖皮的石油醚中分離出的香豆素(luvagetin，49),以劑量依賴性方式抑制人肺癌細胞A549細胞的生長，IC50值為4.28 μg/mL[49]。

圖12 化合物49～51的化學結構Fig.12 The chemical structures of compounds 49-51

6 其他

Yang等[50]通過水提醇沉法提取的蜆殼花椒(Z.dissitumHemsl.)果皮多糖在體外對人腫瘤細胞Hela和SMMC-721的增殖均表現出抑制活性，其IC50分別為460.9和425.6 μg/mL;體內實驗表明，蜆殼花椒果皮多糖高(1.5 g/kg)、中(0.75 g/kg)、低(0.375 g/kg)劑量組均能抑制荷瘤小鼠瘤塊的生長，抑瘤率依次為41.55%、34.96%、33.71%，即蜆殼花椒果皮多糖在體內外均有明顯的抗腫瘤活性，且毒副作用小，可增強免疫功能。Jin等[51]從Z.piperitum中分離出糖蛋白(20 mg/kg)能誘導穿孔素和粒酶B的分泌以及增強NK細胞的活性，從而達到抗肝癌細胞HCC的作用,即其可能具有預防肝癌發生的潛在藥用價值。

另外，香葉醇(gerantol，50)和香茅醇(citronellol，51)是Z.xanthoxyloides精油中的主要成分，研究表明這兩種化合物對人膠質母細胞瘤細胞系T98G、人乳腺癌細胞系MDA-MB231、人惡性黑素瘤細胞系A375和人結腸癌細胞系HCT116均有顯著抑制腫瘤細胞生長的作用，針對以上腫瘤細胞，香葉醇的IC50分別為10.8±1.4、21.6±1.0、3.6±0.1和6.2±0.4 μg/mL；香茅醇的IC50分別為18.2±3.3、10.7±0.6、8.9±0.4和13.5±1.0 μg/mL[17]。

7 結語

目前，腫瘤是嚴重威脅人類健康和生命的重大疾病之一，而臨床治療腫瘤的化學藥物耐藥性差，缺乏理想的抗腫瘤藥物，因此尋找高效低毒的抗腫瘤藥物是化學法治療腫瘤的關鍵[52]。天然產物化學成分結構多樣，是抗腫瘤藥物活性成分的重要來源，如喜樹堿、長春新堿和紫杉醇等都來自于天然產物[53]。近年來，國內外學者開始關注花椒屬植物的研究和開發，對花椒屬各個種植物的果實、莖、葉、根等各部位的抗腫瘤活性成分已進行了大量的研究，已發現花椒屬植物中多種成分均具有抗腫瘤活性，即具有開發為新的廣譜性抗腫瘤藥物的巨大潛力。但對花椒屬植物功效成分的分析依然停留在基礎性研究上，如發現Z.armatumDC的葉提取物誘導細胞毒性以及對化學治療藥物(順鉑，絲裂霉素C和喜樹堿)效率增加的影響[54]，而具體生物活性成分及其構效關系尚不明確，需進一步研究。我國的花椒屬植物資源豐富，其化學成分復雜，生理活性廣泛，因此花椒屬植物的抗腫瘤藥物有著巨大的開發潛力和深遠的研究意義。