五味子木脂素的藥理作用及其代謝途徑和代謝產物研究進展

林河煒，劉澤潤，林虹敏，張金龍，傅俊，劉忠英

（吉林大學藥學院，吉林 長春130021）

五味子[Schisandra chinensis(Turcz.)Baill.]是中醫常用的藥材，常以果實和藤莖入藥。《新修本草》記載：“五味皮肉甘酸，核中辛苦，都有咸味”，故有五味子之名。在古醫書中也稱其為五梅子、玄及或會及。五味子主要含木脂素、有機酸、多糖及揮發油等多種化學成分，其中木脂素類成分是五味子的主要活性成分[1]。目前已有多種五味子木脂素類成分的結構被鑒定出來，包括五味子甲素、五味子乙素、五味子丙素、五味子醇甲、五味子醇乙、五味子酯甲和五味子酯乙等[2,3]。五味子木脂素結構的多樣性和功能的復雜性吸引諸多學者對其進行研究，許多研究表明，五味子木脂素可在體內經過多種途徑進行代謝，并通過影響蛋白質表達水平、調節信號通路等方式發揮藥理作用。本文對五味子木脂素的藥理作用、代謝途徑和代謝產物進行總結，旨在為五味子木脂素的藥效研究以及五味子的開發、利用和質量控制等提供參考。

1 藥理作用

五味子木脂素藥理作用廣泛，相關研究表明，其對機體的多個器官和系統具有保護作用，同時還具有抗炎免疫、抗菌抗病毒和抗腫瘤作用。

1.1 肝臟保護作用

五味子木脂素的一個重要藥理作用是保護肝臟。研究表明，五味子木脂素可以通過影響淋巴細胞亞群和自然殺傷細胞來增強酒精性肝損傷小鼠的免疫功能從而保護肝臟[4]，或通過減輕肝細胞的氧化損傷并增強抗氧化能力從而減輕應激性肝損傷[5,6]，或通過影響肝臟藥物代謝酶的活性從而發揮保肝作用[7]。Fan等[8]研究發現，五味子甲素、乙素、丙素、醇甲、醇乙、酯甲及酯乙等木脂素通過激活孕甾烷X受體進而激活多種信號通路，最終起到對膽汁淤積性肝損傷的預防和治療作用。

1.2 中樞神經系統作用

五味子木脂素對于中樞神經系統的作用主要表現在對學習記憶能力的影響及對阿爾茨海默病認知障礙的改善作用。郭笑等[9]通過研究五味子木脂素對D-半乳糖致衰老模型小鼠的學習記憶能力的改善實驗發現，五味子木脂素能改善衰老小鼠的學習記憶能力，該作用與五味子木脂素提高小鼠抗氧化能力及上調小鼠腦組織中抗氧化蛋白的表達水平有關。Wei等[10]基于UHPLC-Q-TOF-MS分析技術和靶向網絡藥理學策略，發現五味子木脂素能改善阿爾茨海默病動物的認知障礙，其作用與影響淀粉樣前體蛋白代謝、神經纖維纏結、神經遞質代謝、炎癥反應和抗氧化系統有關。為進一步明確作用機制，Wei等[11,12]通過Morris水迷宮法對動物進行學習記憶實驗，最終發現木脂素可通過上調-氨基丁酸、5-羥色胺、乙酰膽堿、去甲腎上腺素和甘氨酸水平，下調天冬氨酸水平等途徑，減輕阿爾茨海默病的神經炎癥、氧化應激、A蛋白沉積和Tau蛋白磷酸化的神經毒性作用。

1.3 心血管系統作用

五味子木脂素能夠通過多種機制對心血管系統起到保護作用。孫紅霞和陳建光[13]提出五味子乙素通過激活腺苷酸活化的蛋白激酶和磷脂酰肌醇-3激酶信號通路，對大鼠離體心臟缺血再灌注損傷具有一定的保護作用。姜恩平等[14]通過實驗證明五味子乙素能通過相同的機制對大鼠的腦缺血再灌注損傷產生保護作用。陳彭生等[15]的研究表明，五味子乙素具有改善梗死后心肌重構及心功能的作用，能夠延緩心肌重構，減少心臟梗死面積，改善缺血心肌細胞的炎癥，加強缺血心肌細胞的修復。張旻昱等[16]在前人研究的基礎上，對五味子的心腦血管作用機制進行了總結，結果表明，五味子及其活性成分木脂素主要通過抑制細胞凋亡[17]、抗氧化[18]、抗炎[19]、提高能量代謝、調節自噬、調節神經遞質以及晝夜相關基因的表達等機制發揮抗心腦血管疾病的作用。

1.4 抗炎和免疫調節作用

炎癥是機體應對刺激產生的一種防御反應，表現為紅、腫、熱、痛和功能障礙，多由致炎因子引起，如與發熱有關的白細胞介素-1（PL-1）、白細胞介素-6（PL-6）及腫瘤壞死因子-（TNF-），與疼痛有關的前列腺素E2（PGE2）、緩激肽、P物質以及組織胺、一氧化氮等其他物質。炎癥與免疫關系密切，許多免疫因子可激發、誘導和調控炎癥反應，中性粒細胞和單核細胞等炎癥細胞也具有重要免疫功能。目前研究表明，多種五味子木脂素類成分均具有較強的抗炎活性和（或）免疫調節作用，其分子機制與調節炎癥信號通路的活性、減少炎癥因子的產生與釋放、促進抗炎因子白細胞介素-10（PL-10）的生成等有關[20]。

Araki等[21,22]學者的報告表明戈米辛N可以抑制TNF-誘導的信號轉導通路ERK和JNK活化，從而抑制炎癥介質的產生，發揮抗炎作用。崔鶴蓉等[23]發現五味子甲素可在一定濃度范圍內通過阻斷半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-1活化，抑制半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-1對PL-1前體的剪切活化，進而抑制核苷酸結合寡聚化結構域樣受體家族pyrin結構域蛋白3（NLRP3）炎性小體的活性，即通過抑制PL-1的分泌發揮作用。此后通過研究其對慢性不可預知溫和刺激大鼠抑郁行為及小鼠實驗性潰瘍性結腸炎等的影響[24,25]，五味子甲素對IL-1、TNF-的抑制作用及對PL-10的促進作用被一一證實。相較于五味子甲素，五味子乙素發揮作用時呈劑量依賴性，可通過影響多條信號通路進而調節炎癥因子的含量，在抗炎之外還能發揮增強免疫的作用[26-28]。與乙素功能類似，五味子醇甲在小鼠體內也能表現出更強的抗炎免疫作用[29,30]。

1.5 抗病原微生物作用

早期學者研究發現，五味子木脂素具有一定的抗菌作用。Hakala等[31]發現木脂素能抑制肺炎衣原體包涵體的形成，同年，Xu等[32]提出五味子乙素選擇性地抑制HIV-1逆轉錄酶相關的DNA聚合酶活性。張媛媛[33]發現用超聲波提取的五味子乙醇溶液具有良好的抑菌穩定性，并提出抑菌機理之一是五味子木脂素類物質破壞了細菌細胞膜的平滑形態，影響對糖類等營養物質的吸收從而發揮抗菌抑菌作用。袁萌[34]通過建立禽致病性大腸桿菌感染雞肺Ⅱ型上皮細胞模型和雞肺損傷的動物模型，證實五味子醇甲可以通過抑制生物膜的形成發揮抗APEC感染作用，降低細菌耐藥性。這些研究結果證明木脂素對包括細菌在內的多種病原微生物具有抑制作用，其機制與影響生物膜的活性有關。

1.6 抗腫瘤作用

腫瘤是指機體在各種致瘤因子作用下局部組織細胞過度增生所形成的新生物，其極快地增生和轉移速度導致了極高的危險性。五味子木脂素能夠抑制多種腫瘤的增殖和轉移，有很好的抗腫瘤作用。

1.6.1 作用于乳腺癌五味子木脂素中主要由五味子乙素發揮抗乳腺癌作用，通過干擾信號通路從而抑制人乳腺癌細胞MCF-7的增殖。趙煒等[35]在裸鼠皮下接種MCF-7細胞建立裸鼠乳腺癌移植瘤模型，發現五味子乙素組裸鼠腫瘤體積及質量明顯受抑制,且腫瘤組織Notch-1及其下游分子Hes-1、Hey-1蛋白表達顯著降低，提出其作用機制與降低Notch-1信號通路相關因子表達有關。米慧瓊等[36]發現五味子乙素能夠將細胞停留在G1期及G2/M期，并能夠顯著抑制Wnt/-catenin信號通路分泌型糖蛋白Wnt及糖原合成酶激酶3（GSK-3）蛋白的表達，故認為五味子乙素通過干擾MCF-7細胞中Wnt/-catenin信號傳導而發揮有效的抗增殖及促凋亡的作用。

1.6.2 作用于膠質細胞瘤五味子木脂素對膠質細胞瘤也有較好的增殖抑制作用，不同成分通過選擇性促進Caspase家族在細胞中的表達發揮作用，并已在膠質瘤干/祖細胞SHG-44s[37]、腦膠質瘤C6細胞型[38]、膠質細胞瘤U-251MG[39]和人神經母細胞瘤SH-SY5Y細胞型[40]等中得到驗證。五味子甲素主要使Caspase-3蛋白表達水平升高，并且可以通過抑制膠質瘤干/祖細胞表面已存在的ATP結合盒轉運子B1（ABCB1）基因編碼的P-糖蛋白泵出藥物能力并降低ABCB1基因轉錄和翻譯能力，逆轉膠質瘤干/祖細胞耐藥性。五味子乙素可同時促進Caspase-3、Caspase-8和Caspase-9的表達，并通過上調DISC水平增加與腫瘤壞死因子相關凋亡誘導配體TRAIL共同位點Caspase-8的表達，逆轉TRAIL的抗性，增強誘導細胞凋亡，發揮更好的抗腫瘤作用[41]。五味子醇甲通過影響細胞周期蛋白D1和細胞周期蛋白依賴性激酶4等基因的表達阻滯細胞周期，調節B淋巴細胞瘤-2家族基因的表達，促進人神經母細胞瘤SH-SY5Y細胞的凋亡，發揮抗膠質細胞瘤增殖作用。

1.6.3 其他姜恩平等[42]經實驗證實，五味子乙素可抑制結腸癌SW480細胞的增殖和侵襲，其機制與p38 MAPK信號途徑有關。董晶晶[43]發現含五味子木脂素的血清對體外培養的人肺癌A549細胞具有抑制作用，能促進人肺癌A549細胞的凋亡。五味子木脂素酯甲還可以增加順鉑對卵巢癌Skov3細胞的促凋亡作用，其機制與上調Bax蛋白和Caspase-3的基因表達、下調B淋巴細胞瘤-2的基因表達有關[44]。

五味子木脂素的抗腫瘤作用主要針對于乳腺癌、膠質細胞瘤、結腸癌、肺癌及卵巢癌等惡性腫瘤，由五味子甲素和五味子乙素為主力軍，通過調節細胞周期而影響腫瘤細胞的增殖。

2 代謝途徑與代謝產物

2.1 代謝途徑

五味子木脂素在大鼠體內主要發生Ⅰ相代謝轉化，即氧化、去甲基化和羥基化等[45]。不同的木脂素成分主要代謝途徑也不完全相同，7種常見的木脂素成分的主要代謝途徑見表1[46-48]。

表1 7種五味子木脂素成分的代謝途徑Table 1 Metabolic pathways of seven lignans in Schisandra chinensis

2.2 代謝產物

2.2.1 五味子木脂素醇提取物的主要代謝產物蘇聯麟等[45]研究五味子木脂素醇提物在大鼠體內的代謝產物，采用UHPLC-QTOF/MS技術從大鼠血漿、膽汁、尿液和糞便中鑒定出6種木脂素原形成分及它們的20種可能的代謝產物，6種木脂素原形成分分別為五味子甲素、五味子乙素、五味子丙素、五味子醇乙、五味子酯甲及五味子酯乙，20種代謝產物中有13種為五味子甲素、乙素和丙素相關的代謝物群，分子式分別為C22H26O6、C23H28O6、C23H26O7、C23H30O6、C23H30O7、C23H30O8、C22H28O6、C22H28O7、C22H28O8、C23H29O8、C24H32O7、C24H30O8和C24H32O8，其余7種為五味子醇乙、五味子酯甲及五味子酯乙相關的代謝物群，分子式分別為C22H26O7、C23H28O8、C22H26O8、C22H26O9、C21H24O7、C21H24O8和C22H24O7。

2.2.2 五味子醇甲的代謝產物五味子醇甲由于具有對稱的甲基和對稱的甲氧基結構，易發生去甲基化、脫甲氧基和羥基化等途徑的代謝。Liu等[47]為大鼠進行五味子醇甲灌胃處理后，在大鼠血漿中檢測到五味子醇甲原型和4種代謝產物，已經確定的3種產物有M1[2-去甲基-8（R）-羥基-五味子醇甲]、M2[3-去甲基-8（R）-羥基-五味子醇甲]和M4（去甲氧基五味子醇甲），另一種產物M3可能為2-羥基-五味子醇甲、3-羥基-五味子醇甲、12-羥基-五味子醇甲或13-羥基-五味子醇甲，具體結構見圖1（代謝產物M3 4種可能的結構依次編號為1、2、3和4）；進一步對大鼠主要臟器的代謝產物進行分析，發現大鼠腦和脾臟中存在M1和M3，心臟中存在M1，腎臟中存在M1、M2和M3，肝臟中存在M1、M2、M3和M5，其中M5為2,3-去甲基-8（R）-羥基-五味子醇甲，具體結構見圖1；對尿液和糞便中的代謝產物進行分析，在尿液中發現M2和M3，糞便中發現五味子醇甲原型、M2和M3。未來可以依據五味子醇甲的代謝產物在各個組織器官中分布的不同，進行醇甲的靶向藥物研發。

圖1 五味子醇甲及其代謝產物的結構Fig.1 Structures of schisandrol A and its metabolites

2.2.3五味子酯甲的代謝產物Feng等[50]利用UHPLC-Q-TOF-MS/MS技術，以大鼠為實驗對象，研究五味子酯甲的體內外代謝產物。實驗結果表明，五味子酯甲在大鼠體內外代謝實驗中共測得60個代謝產物，其中Ⅰ相代謝產物48個，都發生了氧化反應；Ⅱ相代謝產物12個，主要與葡萄糖醛酸、硫酸和牛磺酸等結合。從60種代謝產物綜合分析得出，五味子酯甲的代謝以6號碳原子上的C7H4O和C7H4O2基團的丟失為基礎，隨后發生氧化、羧酸反應、脫亞甲基、脫甲氧基和與小分子基團的結合反應，五味子酯甲的具體結構見圖2。60個代謝產物中在大鼠體內檢測出59個，其中尿液中存在56個，血漿中存在19個，膽汁中存在8個；在大鼠體外肝微粒體代謝模型中檢測出5個，其中僅有1個代謝產物N未在體內檢測到，具體結構見圖2。由此可見，五味子酯甲在大鼠體內的代謝比體外的代謝復雜得多。

圖2 五味子酯甲及其代謝產物N的結構Fig.2 Structures of schisantherin A and its metabolite N

2.2.4 其他木脂素成分的代謝產物在大鼠體內代謝實驗[49]中，五味子乙素可代謝成1種產物，化學式為C22H26O7；五味子丙素可代謝成1種產物，化學式為C22H24O7；五味子醇乙可代謝成5種產物，化學式分別為C22H26O7、C23H28O8、C23H26O7、C23H28O8和C21H24O8；去氧五味子素可代謝成3種產物，化學式分別為C23H30O6、C23H30O7和C23H28O6。在大鼠體外肝微粒體模型的代謝實驗[50]中，五味子甲素可代謝出8種產物，化學式分別為C23H30O6、C23H30O6、C24H32O7、C24H32O8、C24H30O6、C23H30O7、C23H28O6和C19H20O6；五味子乙素可代謝出4種產物，化學式分別為C22H26O7、C23H28O7、C23H28O7和C23H26O6；五味子丙素可代謝出3種產物，化學式分別為C22H24O7、C22H22O6和C21H24O6；五味子醇乙可代謝出10種產物，化學式分別為C22H26O7、C22H26O7、C22H26O7、C23H28O8、C23H28O8、C23H26O7、C23H26O6、C22H24O6、C23H26O7和C18H18O6。

3 結語

五味子是一味歷史悠久的中藥，其中所含的木脂素成分具有廣泛的醫療保健功能。五味子木脂素雖然具有諸多藥理作用，但相關藥物的研發仍處在空白階段，對于我國人口老齡化引起的帕金森病、阿爾茨海默病等神經退行性疾病高發的現狀，擁有中樞神經系統作用的五味子木脂素可進一步用于臨床開發治療神經性疾病的藥物，而木脂素類成分的抗腫瘤作用則可能成為抗腫瘤藥物研發的突破口。相較于藥理作用，對于木脂素類成分代謝方面的研究仍存在一定的局限。由于代謝產物同分異構體數量多，較難區分。因此，目前僅鑒別出少數木脂素類成分代謝產物的化學結構，多數代謝產物的化學結構仍有待進一步鑒別。