天然呋喃香豆素類成分藥理活性、藥動學及毒性研究進展

王 凱，劉 翔，徐浩然，邱 峰

（天津中醫藥大學中藥學院，天津 301617）

關鍵字：呋喃香豆素；藥理作用；藥動學；機制性失活；毒性

呋喃香豆素是由香豆素母核（苯駢-α-吡喃酮，圖1A）的7位羥基與6位或8位取代的異戊烯基縮合形成呋喃環的一類化合物及其衍生物的總稱（圖1B）[1]。天然來源呋喃香豆素類成分廣泛分布于水果、蔬菜和調料中，如蕓香科柑橘類水果（葡萄柚和檸檬）、傘形科蔬菜（歐芹）和烹飪佐料（香菜）[2]。同時，這類成分還廣泛分布于各種中藥材中，如傘形科植物白芷[3]、北沙參[4]、當歸[5]、獨活[6]、羌活[7]和蛇床子[8]；豆科密花豆屬植物密花豆藤；瑞香科植物瑞香狼毒[9]；以及莧科、茄科、菊科和海棠科等藥用植物[10-11]。此外，在元胡止痛方[12]和復方南星止痛膏[13]等多種傳統中藥復方制劑中也富含此類成分。除分布廣泛外，天然呋喃香豆素類還結構多樣，如補骨脂素、白當歸腦、花椒毒酚、佛手酚、花椒毒素和氧化前胡素等（圖2）均屬于中藥中常見的典型呋喃香豆素類成分。

圖1 香豆素母核結構（A）和呋喃香豆素母核結構（B）.

圖2 中藥材中部分常見呋喃香豆素類成分的化學結構.

天然呋喃香豆素類廣泛應用于醫藥、化妝品以及食品調味劑等各種領域。張靜等[14]報道，含有補骨脂素、異補骨脂素的化妝品能夠促進黑色素合成，臨床上用于治療白癜風。王倩倩[15]報道，花椒毒酚、花椒毒素和香檸檬烯等是天然食品調味劑。在醫藥領域，呋喃香豆素類成分被報道具有抗腫瘤、舒張血管和鎮痛等多種藥理作用。然而，大量呋喃香豆素類成分被報道對肝中藥物代謝酶，即細胞色素P450（cytochrome P450，CYP）酶有抑制作用，在合并其他藥物使用時易導致藥物-藥物之間相互作用（drug-drug interaction，DDI），從而引發一些不良反應，且有些呋喃香豆素被證實對機體具有一定的毒副作用。本文主要聚焦于呋喃香豆素攝入體內后可能發揮的藥理活性，藥動學行為規律以及可能引發的毒性作用。

1 天然呋喃香豆素類成分的藥理活性

天然呋喃香豆素類成分具有多種藥理活性，包括抗腫瘤、光化學作用、血管舒張、鎮痛、抗氧化、神經保護和其他生物活性。

1.1 抗腫瘤作用

一些中藥中的呋喃香豆素類成分具有抗腫瘤活性，可抑制肝癌、胃癌、乳腺癌和肺腺瘤細胞增殖。Kubrak等[16]研究發現，花椒毒酚、獨活素和佛手柑內酯等呋喃香豆素可誘導白血病細胞凋亡，對人急性早幼粒細胞白血病細胞系HL-60的半數抑制 濃 度（half maximal inhibitory concentration，IC50）值分別為28.0，45.0和16.5 μmol·L-1。莫姍姍等[17]報道，補骨脂素具有抗癌作用，對胃癌細胞SNU-1和SNU-16的IC50值分別為53.0和203.0 μg·L-1。歐前胡素對肝癌細胞HepG2的抑制作用較明顯，IC50值約 60.5 μmol·L-1[18]。蛇床子素對表皮樣癌細胞A431、黑色素瘤細胞A375、人肺腺瘤細胞A549、前列腺癌細胞PC-3和結腸癌細胞HCT-116表現出較強的細胞毒性，相應的IC50值分別為3.2，6.2，14.5，24.8 和 30.2 μmol·L-1[19]。Yapasert等[20]研究發現，一種來源于泰國的植物藥制劑Benja Amarit（BJA）的95%的乙醇提取物對結腸癌細胞（IC50＜30.0 mg·L-1）和肝癌細胞（IC50=9.1 mg·L-1）有顯著的抑制作用，具有抗腫瘤活性，花椒毒酚為該提取物的主要抗癌活性成分之一。Liu等[21]從永嘉早香柚中提取出佛手柑素，并發現其可顯著抑制HepG2（IC50=17.5 mg·L-1），HL-60（IC50=8.6 mg·L-1）和BGC-823（IC50=18.1 mg·L-1）癌細胞的增殖，且隨濃度的增加，抑制作用逐漸增強。Sumorek-Wiadro等[22]報道，當歸素對人前列腺癌細胞系和白血病細胞系的G1細胞周期有抑制作用（在5～100 μmol·L-1間具有濃度依賴性），當歸素（10～50 μmol·L-1）還會干擾肺癌細胞向M期轉化。其作用機制與抑制了周期蛋白依賴性激酶2（cyclindependent kinase 2，Cdk2）協同蛋白，如周期蛋白B1和周期蛋白E1有關。Mottaghipisheh等[23]通過細胞實驗證明氧化前胡素、歐前胡素和獨活素等具有良好的抗腫瘤活性，對淋巴瘤細胞的IC50值分別為26.0，36.1和32.7 μmol·L-1。

1.2 光化學作用

許多植物中的呋喃香豆素是原生態光敏劑，可提高機體對長波紫外線的敏感程度。在銀屑病和許多肌膚疾病的治療中，通常使用含呋喃香豆素的藥物制劑并配合長波紫外線的診療方法[24]。梅家齊等[25]報道，呋喃香豆素在治療銀屑病方面取得了顯著成效，其中補骨脂素光化學療法的作用機制是通過增強黑色素細胞的功能，從而促進黑色素的形成。

1.3 血管舒張作用

中藥補骨脂中的主要呋喃香豆素類成分補骨脂素、異補骨脂素及補骨脂呋喃香豆精在大鼠體內有血管舒張作用，該作用依賴于內皮一氧化氮/環磷酸鳥苷信號通路。其中，補骨脂素和異補骨脂素可通過抑制經典型瞬時受體電勢通道3從而減輕苯丙氨酸引起的血管收縮作用[26]。補骨脂呋喃香豆精的主動脈松弛作用可能與L型鈣離子通道有關[27]。Nasser等[28]報道，中藥白芷或當歸中的歐前胡素可通過內皮型一氧化氮合酶通路抑制心肌重塑，從而減少心肌肥厚，減輕心肌纖維化，改善肺水腫。Hou等[29]研究發現，歐前胡素還可通過抑制電壓依賴性鈣通道和受體介導的Ca2+內流和釋放來誘導血管舒張。

1.4 鎮痛作用

王夢月等[30]研究發現，歐前胡素和異歐前胡素可顯著緩解許多原因產生的疼痛，如熱板和乙酸導致的疼痛。Chen等[31]研究結果表明，歐前胡素可介導Ca2+流入瞬時受體電位香草酸亞型1-人胚胎腎（transientreceptorpotentialvanilloidtype 1-human embryonic kidney，TRPV1-HEK）細胞，導致細胞內Ca2+超負荷，使辣椒素受體脫敏，并延長該受體脫敏后再恢復的時間，這可能是其產生鎮痛作用的原因。

1.5 抗氧化作用

Shu等[32]報道，白芷提取物中的呋喃香豆素類成分具有一定的清除1，1-二苯基-2-三硝基苯肼（1，1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）自由基的活性，其中花椒毒素的抑制作用最強，1 mmol·L-1對DPPH自由基活性的抑制率為66.0%。花椒毒素還可通過增加血液中超氧化物歧化酶、谷胱甘肽硫轉移酶和谷胱甘肽過氧化物酶等酶的活性，同時降低過氧化氫酶的活性發揮抗氧化作用[33]。

1.6 抗炎作用

白芷中的異歐前胡素可直接抑制環氧化酶-2（cyclooxygenase-2，COX-2）的活性（IC50=10.7 μmol·L-1）從而發揮抗炎作用[34]。Jeong 等[35]研究發現，二氫山芹醇可顯著抑制腫瘤壞死因子α和COX-2的表達，改善肥大細胞介導的過敏性炎癥反應。中藥延胡索中的libanoridin可抑制一些細胞炎癥因子的蛋白表達，被認為是具有開發價值的抗炎候選藥[36]。

1.7 對神經系統的作用

呋喃香豆素類成分具有鎮靜、抗焦慮、抗癲癇和保護中樞神經的作用。體外研究結果表明，歐前胡素可能通過與α1β2γ2S受體結合加強γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid，GABA)誘導的氯離子電流，增強GABA受體的活性，GABA受體的激活主要起鎮靜、抗焦慮和抗癲癇作用[37]。歐前胡素在小鼠體內可通過減少脂質過氧化和抑制活性氧簇的過量產生而發揮抗焦慮和增強認知功能等作用。歐前胡素和異歐前胡素聯用降低焦慮的潛力更大[38]。另外，蛇床子素也被報道具有神經保護作用[39]。

1.8 其他作用

補骨脂中的異補骨脂素對小鼠成骨細胞增殖有顯著的促進作用，從而可以促進成骨細胞的增殖與分化[40]。蕓香中某些補骨脂素的衍生物可抑制真菌感染[41]等。

2 天然呋喃香豆素的藥動學

2.1 吸收、分布、代謝和排泄

與香豆素類成分類似，天然呋喃香豆素類在胃腸道吸收效果良好，吸收方式主要以被動轉運為主，口服吸收率較高[42]。Hwang等[43]發現，大鼠ig給予白芷后，在結腸炎模型大鼠中，歐前胡素和異歐前胡素血藥濃度的達峰時間明顯延遲，且最大血藥濃度均降低，說明該類成分的吸收行為可能會受結腸炎病理變化的影響。

呋喃香豆素類成分被人體吸收后，會快速分布于體內各臟器中，尤其在心、肝、脾、肺和腎等主要臟器中含量較高。據報道，不同呋喃香豆素類成分人體內的分布情況與其化學結構直接相關，如補骨脂素在各臟器中的含量由高到低順序為肝＞肺＞心＞腎＞脾，而異補骨脂素的含量由高到低順序為腎＞肺＞肝＞心＞脾[44]。

約70%藥物在肝降解、滅活和轉化[45]，呋喃香豆素也不例外，肝是其代謝的主要場所。目前，體外代謝研究多通過將呋喃香豆素與人、大鼠或小鼠的肝微粒體共孵育后，利用液質聯用技術鑒定代謝產物。據報道，呋喃進入CYP酶的活性中心后，在其催化作用下形成親電反應性中間體，順式-2-丁烯-1，4-二醛或環氧結構[46-47]，這一過程稱為代謝活化。同樣，含呋喃環結構的天然呋喃香豆素類成分在CYP酶作用下，也可發生類似的代謝活化反應。研究表明，呋喃香豆素代謝活化后，往往產生不穩定的親電性代謝活化中間體，可利用親核試劑谷胱甘肽（glutathione，GSH）與其發生共價結合而捕獲[2,48]。以歐前胡素為例，具體代謝及捕獲途徑（圖3）。此外，研究顯示，CYP1A2酶不僅能夠代謝異歐前胡素，還可代謝歐前胡素，但CYP3A4酶僅能有效地代謝前者[49]，說明肝微粒體中不同的代謝酶會參與不同呋喃香豆素的代謝。Shi等[49]利用大鼠肝微粒體孵育白芷提取液后，用液質聯用技術鑒定出了白芷中歐前胡素和異歐前胡素的幾種代謝產物，如反式歐前胡素羥基酯、順式歐前胡素羥基酯以及歐前胡素環氧化物等。

圖3 天然呋喃香豆素歐前胡素的代謝活化和生成谷胱甘肽（GSH）結合物的反應過程.

呋喃香豆素主要通過膽汁或尿液排泄，一半以上的補骨脂素和異補骨脂素會隨尿液排出體外，糞便中的含量只有4.24%和2.32%[50]。

2.2 對CYP酶的抑制作用

隨著藥物代謝研究新技術和醫藥行業的迅速發展，基于藥物代謝酶的藥物間相互作用受到了廣泛關注。其中，呋喃香豆素對CYP450酶的抑制作用研究是該領域的熱點之一。CYP酶是一類以亞鐵血紅素為主要催化因子的硫醇鹽蛋白超家族[51]，在人體內各個器官中的分布比較廣泛，尤其在肝的含量最高。CYP酶有多種不同亞型，可參與多種物質的代謝過程，但其一旦與外源性物質相結合，就會影響甚至降低其代謝能力，在與其他藥物聯合用藥過程中，還可能會引發DDI。據報道，很多呋喃類化合物代謝活化后可生成親電反應性代謝中間體，在其未從CYP酶活性中心逸出前可與酶活性中心的親核基團發生共價結合，生成穩定的共價結合物，導致酶活性被不可逆破壞甚至喪失，即發生機制性失活（mechanism-based inactivation）。研究表明，多種呋喃香豆素類成分是不同CYP酶亞型的機制性失活劑。

某些含有大量呋喃香豆素類成分的果汁，如葡萄柚汁、楊桃汁和柑橘類水果汁，對CYP酶活性有抑制作用。患者服用某些藥物治療的同時，如長期攝取這些果汁或水果，就可能引發DDI。如鈣通道阻滯劑、免疫抑制劑和抗組胺藥等與葡萄柚汁合用時，藥物的生物利用度會大大增加[52]。據報道，葡萄柚汁中的呋喃香豆素類成分6′,7′-二羥基佛手素對大鼠和人CYP1A2均具有抑制作用[53]；佛手柑素是CYP3A4，CYP2B6和CYP3A5的機制性失活劑[54-55]；paradisin A和paradisin B等均可導致CYP3A4機制性失活[56]。張江偉等[57]研究表明，5%楊桃汁會對人體內的7種CYP酶產生抑制作用，其作用強度的順序依次為：CYP2A6＞CYP1A2＞CYP2D6＞CYP2E1＞CYP2C8＞YP2C9＞CYP3A4，該抑制作用與其中的呋喃香豆素類成分直接相關。有學者通過采用大鼠肝微粒體研究發現，有些柑橘類果汁可降低CYP3A酶活性，作用程度從強到弱依次為：柚＞琯溪蜜柚＞金柚＞胡柚＞甜橙[58]，與呋喃香豆素類成分在這些果汁內的豐度順序大致吻合。

同樣，中藥材中的呋喃香豆素也可抑制CYP酶活性，如常用中藥補骨脂中的補骨脂素和異補骨脂素等是CYP2B6酶的機制性失活劑[59-60]，能降低CYP2B6酶活性，減弱該酶對藥物的代謝能力，可能引發DDI，甚至產生毒副作用。陳琳等[61]也評價了白芷中呋喃香豆素類成分對CYP酶的作用，發現異歐前胡素、水合氧化前胡素和佛手柑內酯是CYP1A2的機制性失活劑，Ki值分別為2.08，1.96和6.71 μmol·L-1，Kinact分別為0.07，0.04和0.07 min-1。8-甲氧基補骨脂素（8-methoxypsoralen，8-MOP）和補骨脂素是大鼠CYP2B1的機制性失活劑[59]，5-MOP是大鼠CYP2B1[62]和CYP3A4[63]的機制性失活劑。傳統中藥羌活中的主要活性成分羌活醇是CYP2D6的機制性失活劑[64]。這些呋喃香豆素造成CYP酶失活的主要原因可能是形成了典型的親電反應性代謝產物環氧化中間體或γ-酮烯醛中間體[64]（圖3）。這類親電性中間體很不穩定，一旦生成便快速與CYP酶的親核基團，如含-NH2和-SH的氨基酸殘基或亞鐵血紅素基團等發生化學反應，被共價修飾的酶便失去催化活性[65]。

3 天然呋喃香豆素類成分的毒性作用

呋喃香豆素類成分能發生代謝活化，產生的親電反應性中間體不但可與CYP酶發生共價結合，還可能共價修飾其他重要生物大分子（DNA或蛋白），引發一些毒副作用，報道較多的2種毒性分別是肝毒性和光毒性。Deng等［38］報道歐前胡素（40 mg·kg-1）不僅會在小鼠體內產生明顯的肝毒性，還會產生腎損傷，主要是由于上調了腎中的一些有機離子轉運體的表達，如有機陽離子轉運體和有機陰離子轉運體等。Zhang等［66］將大鼠連續ig給予異補骨脂素（14 mg·kg-1）3個月，發現其肝、胰腺和生殖系統出現明顯病變。相應的代謝組學研究結果顯示，異補骨脂素給藥組大鼠體內的氨基酸代謝途徑發生明顯改變，包括苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的生物合成，及甘氨酸、絲氨酸和蘇氨酸的代謝，另外雌性大鼠主要被影響的通路為脂肪酸代謝，而雄性大鼠主要被影響的通路為脂質代謝和能量代謝。王宇等［67］將大鼠ig給予補骨脂素（80 mg·kg-1）和異補骨脂素（40 mg·kg-1）可誘導其肝等多器官，包括腎上腺、前列腺及精囊腺的毒性反應。補骨脂素和異補骨脂素的主要毒性機制為膽汁酸失衡、肝脂變、氧化應激、膽紅素代謝酶活性抑制和肝再生抑制等，但最主要的毒性機制為膽汁的排泄受阻從而導致肝損傷[68-69]。此外，某些呋喃香豆素類化合物，如5-MOP和8-MOP具有光毒性［70］，因此在治療皮膚病時也會發生許多副作用，如紅斑、水腫、皮膚老化等。呋喃香豆素類成分產生光毒性的機制可能是由于在長波紫外線的輻射下，角型呋喃香豆素如當歸素或線性呋喃香豆素，如補骨脂素和8-MOP會與DNA形成共價的光加和物［71］。Goto等［72］分別用大腸桿菌表達野生型CYP2A13酶及其突變體研究其對5-MOP代謝的影響，發現野生型CYP2A13酶會把5-MOP轉化為5-MOP-二氫二醇。這種二氫二醇代謝產物會與蛋白質或DNA結合并產生毒性。綜上所述，關于呋喃香豆素類全面系統的毒性作用及機制尚不十分明確，需進一步研究。

4 結語

天然呋喃香豆素類成分廣泛分布于各種中藥產品、飲品以及烹飪食物中，尤其在傘形科和蕓香科等藥用植物中最為常見。該類成分由于分子量較小、生物活性顯著，深受國內外科研工作者的重視。今后在繼續深入研究其藥效的同時，應注意其被人體吸收之后在CYP酶作用下發生代謝活化，不僅可能產生一些器官毒性，還可能減弱CYP酶催化功能，從而產生DDI。總之，應進一步系統和綜合地研究評價含此類成分的中藥的藥理作用以及臨床應用時的安全性，以推動新藥的研制和開發。