檸檬苦素類化合物生物活性研究進(jìn)展

張文琦 紀(jì)宏秀 吳 倩 王 猛 魏德莉

（1聊城大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山東聊城 252059；2聊城市人民醫(yī)院，山東聊城 252200）

檸檬苦素類化合物是一類具有呋喃環(huán)并且高度氧化的四環(huán)三萜類化合物，具有中等極性，不溶于水和乙烷，溶于烴類、醇和酮。檸檬苦素類化合物具有多種生理活性，如抗癌、抗菌、抗炎、抗病毒和抗氧化等，體外研究發(fā)現(xiàn)其還具有顯著的抗蟲活性[1]。目前已經(jīng)鑒定出的檸檬苦素類化合物大約有2 700種。就基本碳骨架結(jié)構(gòu)而言，檸檬苦素類化合物是由具有環(huán)戊烷多氫菲骨架（A/B/C/D 四環(huán)）的apotirucallane 或apoeuphane 三萜類化合物側(cè)鏈?zhǔn)? 個(gè)末端碳而形成的，因而也稱為四降三萜類化合物[2]，具體結(jié)構(gòu)骨架詳見圖1。在實(shí)踐中，環(huán)戊烷多氫菲骨架可以被氧化斷裂而發(fā)生多種形式的重排，使得檸檬苦素類化學(xué)物的種類極為豐富和多樣。目前，公認(rèn)的分類標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)環(huán)戊烷多氫菲骨架四環(huán)的特征，把檸檬苦素類化合物分為環(huán)完整型、開環(huán)型和重排型三類，其中以重組型的占比最大[1]。隨著研究的不斷深入，一些新的檸檬苦素類化合物被合成和鑒定出來，且誕生了許多新的骨架結(jié)構(gòu)。

1 檸檬苦素類化合物的抗腫瘤活性

目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)多種檸檬苦素類化學(xué)物，如檸檬苦素、黃柏酮、異巴豆酸、檸檬酸和諾米林等均具有抑制癌細(xì)胞增殖或抗腫瘤活性作用。生物活性測(cè)試結(jié)果表明該化合物對(duì)結(jié)直腸癌、肝癌、胃癌、乳腺癌、卵巢瘤、黑色素瘤和神經(jīng)母細(xì)胞瘤等多種癌細(xì)胞具有顯著的抑制活性。

1.1 抗結(jié)直腸癌

檸檬苦素類化合物能顯著抑制結(jié)直腸細(xì)胞的生長(zhǎng)及增殖。研究表明，從大葉甜菊（Swieteniamacrophylla）中分離的檸檬苦素L1（Limonoid L1）、Swietenolide 對(duì)HCT116 結(jié)腸癌細(xì)胞[2-4]，以及從柑橘類水果中提取的檸檬苦素類物質(zhì)對(duì)Caco-2 結(jié)腸癌細(xì)胞[5]均有增殖抑制作用。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，來自印楝（Azadirachta indica）的印楝素內(nèi)酯（Nimbolide）可以通過抑制NF-κB 及相關(guān)促腫瘤蛋白調(diào)節(jié)促炎微環(huán)境來抑制結(jié)直腸癌的發(fā)生和發(fā)展[6]。在慢性炎癥誘導(dǎo)的小鼠試驗(yàn)中，黃柏酮（Obacunone）可以通過減少炎癥信號(hào)來降低結(jié)直腸癌的發(fā)生[7]。癌癥的發(fā)生與炎癥密切關(guān)聯(lián)，此類研究證明了檸檬苦素類化合物可以通過調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)來抑制結(jié)直腸的發(fā)生和發(fā)展。此外，檸檬苦素類化合物還可以通過生成活性氧（ROS）介導(dǎo)線粒體功能紊亂[8]或調(diào)節(jié)細(xì)胞周期誘導(dǎo)結(jié)直腸癌細(xì)胞的凋亡[9]，還有研究指出檸檬苦素類化合物可以通過調(diào)節(jié)β-catenin 信號(hào)通路抑制T細(xì)胞因子/淋巴增強(qiáng)因子達(dá)到抗腸癌的作用[10]。

除了直接抑制結(jié)直腸癌腫瘤細(xì)胞的增殖，檸檬苦素類物質(zhì)也可以對(duì)一些致癌物誘導(dǎo)的腫瘤發(fā)生起到抑制作用。研究發(fā)現(xiàn)，在大鼠飲食中添加一定量的黃柏酮（Obacunone）或者檸檬苦素（Limonin），可顯著降低由氧化偶氮甲烷（Azoxymethane，AOM）誘導(dǎo)的結(jié)腸腺癌發(fā)病率[11-12]，表現(xiàn)出一定的保護(hù)作用。

1.2 抗肝癌

肝癌細(xì)胞對(duì)藥物具有極強(qiáng)的耐藥性，是臨床中治療肝癌的難題。檸檬苦素類化合物在保肝護(hù)肝、抑制肝癌細(xì)胞增殖方面均有一定的作用。例如，檸檬苦素類化合物可以通過調(diào)控ROS/p53信號(hào)通路引起肝癌細(xì)胞G2/M 期阻滯，從而誘導(dǎo)線粒體和溶酶體凋亡[13]，還可以通過影響NF-κB信號(hào)通路誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞凋亡[14]。在保肝方面，檸檬苦素可通過抑制凋亡、促進(jìn)自噬并通過PPARα促進(jìn)脂肪酸氧化代謝來改善非酒精性脂肪性肝病[15]，或通過抑制YAP/Notch3 通路抑制肝星狀細(xì)胞活化和肝纖維化[16]，達(dá)到防止肝病進(jìn)一步發(fā)展、保肝護(hù)肝的作用。在抵抗某些致癌物質(zhì)方面，有研究指出，在大鼠中檸檬苦素可以通過穩(wěn)定脂質(zhì)過氧化和抗氧化狀態(tài)來對(duì)抗N-亞硝基二乙胺誘導(dǎo)的肝細(xì)胞癌[17]。

1.3 抗肺癌

桉脂素（Eudesmin）也是一種檸檬苦素，研究發(fā)現(xiàn)，其除了在體外可顯著抑制肺癌LC A549 細(xì)胞，提高caspase-3、caspase-9、Bax、P53 以及P-JNK 的表達(dá)水平和降低Bcl-2 蛋白以及Akt 磷酸化水平之外，在裸鼠體內(nèi)通過異源接種腫瘤細(xì)胞還可以顯著抑制腫瘤的增長(zhǎng)，這可能是通過藥物作用于線粒體介導(dǎo)的腫瘤細(xì)胞凋亡途徑來實(shí)現(xiàn)的[18]。此外，從苦楝皮（Meliae cortex）中提取的檸檬苦素類物質(zhì)除了對(duì)肝癌細(xì)胞和胃癌細(xì)胞表現(xiàn)出抑制作用之外，對(duì)肺癌細(xì)胞H460 也表現(xiàn)出明顯的抑制作用[19]。

1.4 抗乳腺癌

乳腺癌成為威脅女性健康重要的因素之一[20]。研究指出，柑橘類中的檸檬苦素可通過激活caspase-7顯著抑制乳腺癌細(xì)胞MDA-MB-435和MCF-7 的增殖[21]。從印度楝類中分離的檸檬苦素Nimbolide，可以通過破壞醛糖還原酶介導(dǎo)的IGF-1/PI3K/Akt 信號(hào)通路抑制乳腺癌血管生成，起到抗腫瘤作用[22]。

1.5 抗其他癌癥

迄今為止，已發(fā)現(xiàn)多種檸檬苦素類化合物具有抗癌作用。除上述對(duì)相關(guān)癌細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞的抑制作用之外，研究人員還發(fā)現(xiàn)，存在于蕓香科植物中的黃柏酮（Obacunone）對(duì)雄激素依賴性的前列腺癌LNCaP細(xì)胞也具有抑制作用[23]。印楝樹中的檸檬苦素類物質(zhì)可誘導(dǎo)前列腺癌細(xì)胞PC-3 的凋亡[24]。可以看出，檸檬苦素類化合物對(duì)多種癌細(xì)胞均具有抑制作用，但同一類物質(zhì)對(duì)不同腫瘤的實(shí)際抑制功效以及不同檸檬苦素類化合物對(duì)同一腫瘤的作用效果，需要進(jìn)行更廣泛深入的調(diào)查和研究。

2 檸檬苦素類化合物的抗菌活性

檸檬苦素類化合物對(duì)多種真菌、細(xì)菌均有顯著的抑制作用。

2.1 抗細(xì)菌

檸檬苦素類化合物對(duì)革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌均起到抑制作用，抑制效果顯著。例如，葡萄柚籽提取物中的檸檬苦素類化合物對(duì)銅綠假單胞菌（Pseudomonas aeruginosa）、大腸桿菌（Escherichia Coli）和嬰兒沙門氏菌（Salmonella Infantis）等革蘭氏陰性菌以及葡萄球菌（Staphylococcusspp.）和腸球菌（Enterococcusspp.）等革蘭氏陽性菌均有較強(qiáng)的生長(zhǎng)抑制作用[25]。研究指出，檸檬苦素類化合物對(duì)蘇云金芽孢桿菌（Bacillus thuringiensis）、蠟樣芽孢桿菌（Bacillus cereus）、藤黃微球菌（Micrococcus luteus）和志賀氏桿菌（Shigellaspp.）等具有顯著的抑制效用[26]。當(dāng)然，檸檬苦素的抑菌效果并非完全一致，其對(duì)其他細(xì)菌的抑菌能力為枯草芽孢桿菌＞金黃色葡萄球菌＞大腸桿菌＞黑曲霉＞志賀氏菌＞沙門氏菌[27]。檸檬苦素對(duì)細(xì)菌尤其是一些致病菌的研究不限于上述內(nèi)容，這足以表明其抗菌性能的廣譜性及多樣性。

2.2 抗真菌

檸檬苦素類化合物除了對(duì)致病細(xì)菌具有顯著抑制效果之外，研究發(fā)現(xiàn)，其中一些物質(zhì)還對(duì)真菌也具有顯著的抑制作用。例如，洋椿苦素（Cedrelone），作為楝科植物的一種重要的檸檬苦素類活性物質(zhì)，其對(duì)花生銹菌（Puccinia arachidis）具有顯著的抑制作用，該物質(zhì)功能團(tuán)及A 環(huán)或者B 環(huán)的改變均會(huì)造成其抑制能力的下降，這說明其結(jié)構(gòu)對(duì)功能作用的重要性[28]；從蕓香科植物根皮中分離的檸檬苦素對(duì)植物病害真菌瓜枝孢（Cladosporium cucumerinum）也具有抑制效用[29]。以上實(shí)例證明了檸檬苦素類化合物能夠?qū)σ恍┱婢鸬街苯拥囊种谱饔茫灿醒芯恐赋鰴幟士嗨仡惢衔锬茉鰪?qiáng)其他物質(zhì)抗真菌效果，如丁香酚納米乳劑對(duì)意大利青霉菌（Penicillium italicum）的抑制效果[30]。上述均證明檸檬苦素化合物的抗真菌作用，但其對(duì)真菌的抑制作用尤其是一些潛在的病害菌是否具有廣泛性，則需要進(jìn)一步研究。

3 檸檬苦素類化合物的抗病毒活性

檸檬苦素對(duì)多種包膜病毒表現(xiàn)出抗病毒活性。研究發(fā)現(xiàn)，檸檬苦素類化合物在人外周血單核細(xì)胞的體外培養(yǎng)中能夠通過抑制HIV-1蛋白酶活性抑制HIV-1病毒復(fù)制[31]。從楝科植物Khaya grandifoliola中提取的檸檬苦素可以通過阻斷CD81 受體靶向抑制丙型肝炎病毒（HCV）生命周期的進(jìn)入和降低RNA 聚合酶NS5B 的表達(dá)來抑制復(fù)制階段，以達(dá)到抑制HCV體外感染的效果[32]。此外，還有研究發(fā)現(xiàn)從葡萄柚籽中提取的檸檬苦素類物質(zhì)具有一定的抗禽流感病毒（AIV）、新城疫病毒（NDA）和新冠病毒（SARS-CoV-2）活性[25]。檸檬苦素不同化合物對(duì)不同病毒的作用效果及作用機(jī)制均存在較大差異，但種類豐富的檸檬苦素家族為將來進(jìn)行各類抗病毒治療、免疫治療以及疾病防御等提供了可行的探索實(shí)踐。

4 檸檬苦素類化合物的抗寄生蟲效果

很多疾病與寄生蟲的發(fā)生、發(fā)展有密切關(guān)系。隨著醫(yī)藥科技以及保健等的不斷進(jìn)步，研究人員不斷開發(fā)新的藥物去解決危害人們生命健康安全的“五大寄生蟲”病及“新五大寄生蟲”病，并取得顯著進(jìn)展。而寄生蟲病對(duì)人類的危害依然比較嚴(yán)重，因而對(duì)相關(guān)疾病的防護(hù)和治療是不能忽視的。研究發(fā)現(xiàn)，檸檬苦素類物質(zhì)對(duì)瘧疾的發(fā)生發(fā)展具有顯著作用，如苦楝素（Gedunin）和印楝酮（Azadirone）在體外能夠抑制瘧原蟲血液階段的發(fā)育，印楝素A（Azadirachtin A）能夠干擾瘧原蟲從人向蚊子宿主的傳播，阻斷寄生蟲傳播。此外，多種檸檬苦素也表現(xiàn)出抗布魯氏錐蟲（Rypanosoma brucei）和利什曼原蟲（Leishmania major）活性，表明檸檬素類化合物具有成為研發(fā)抗錐蟲病和利什曼病新藥物的巨大潛力[33]。研究表明，檸檬苦素類化合物對(duì)藍(lán)氏賈第鞭毛蟲（Giardia lamblia）具有重要抑制作用[34]。檸檬苦素及其部分苯甲酰腙衍生物在體外均呈現(xiàn)出一定的抗細(xì)粒棘球蚴原頭節(jié)的活性，且作用效果均隨時(shí)間的延長(zhǎng)而有不同程度增加[35]。在植物寄生線蟲的防治研究中，從吳茱萸中分離的檸檬素可以在體外試驗(yàn)中對(duì)南方根結(jié)線蟲（Meloidogyne incognita）起到很好的毒殺作用[36]。在農(nóng)業(yè)有關(guān)害蟲方面，檸檬苦素可以增加馬鈴薯甲蟲（Leptinotarsa decemlineata）等的拒食活性。可以看出，檸檬苦素化合物無論是對(duì)低等的原生動(dòng)物還是對(duì)高等的節(jié)肢動(dòng)物均能起到潛在的影響作用，展現(xiàn)了對(duì)人類疾病預(yù)防、農(nóng)作物病蟲害防控等方面的應(yīng)用價(jià)值。

5 檸檬苦素對(duì)其他疾病的功效

一些檸檬苦素類化合物在預(yù)防和治療糖尿病、肥胖、保肝護(hù)肝等方面具有顯著效果。研究指出，在超重和肥胖人群的飲食中添加純化的檸檬苦素葡萄糖苷可降低肝臟谷氨酰轉(zhuǎn)移酶、谷丙轉(zhuǎn)氨酶、堿性磷酸酶和補(bǔ)體C3在循環(huán)中的濃度，進(jìn)而預(yù)防許多慢性炎癥性疾病，如多發(fā)性硬化癥、非酒精性脂肪肝、Ⅱ型糖尿病、心血管疾病和慢性腎病等的發(fā)生發(fā)展[37]。一些動(dòng)物模型也證明，L-檸檬烯能夠通過抑制高脂肪飲食中糖尿病大鼠的氧化應(yīng)激/炎癥反應(yīng)來減少主動(dòng)脈粥樣硬化。研究證明，檸檬苦素能夠通過保護(hù)神經(jīng)細(xì)胞，預(yù)防因衰老而產(chǎn)生的機(jī)體氧化損傷，來改善神經(jīng)退行性病變及認(rèn)知功能的下降[38]。由此可以看出，檸檬苦素類化合物對(duì)一些潛在的慢性疾病也存在較大的臨床應(yīng)用及保健預(yù)防價(jià)值。

6 檸檬苦素的毒性

檸檬苦素類化合物應(yīng)用廣泛，在諸多方面均有價(jià)值。但是能否作為食品添加劑、食物保健品或應(yīng)用于臨床治療還需要進(jìn)一步探討，并且要考慮其合理安全的用藥劑量。研究指出，檸檬苦素有一定的腎毒性，且具有劑量依賴性，體外試驗(yàn)時(shí)最低50 μg/mL 便可抑制人胚胎腎細(xì)胞（HEK-293 細(xì)胞）的活力，繼續(xù)提高濃度則會(huì)引起腎細(xì)胞的收縮甚至死亡[39]。一項(xiàng)針對(duì)檸檬苦素對(duì)倉鼠肺細(xì)胞（CHL 細(xì)胞）的研究指出，檸檬苦素可造成肺細(xì)胞產(chǎn)生染色體橋接、染色體交換、雙心染色體、環(huán)狀染色體等多種染色體畸變[35]，由此說明檸檬苦素具有潛在的致突變性。此外，檸檬苦素具有一定的肝毒性，并可能會(huì)導(dǎo)致線粒體腫脹。因此，未來在應(yīng)用時(shí)需要進(jìn)一步審慎地予以評(píng)估。

7 結(jié)語

越來越多的檸檬苦素化合物及其潛在的生物學(xué)作用逐漸被發(fā)現(xiàn)和證實(shí)，也進(jìn)一步驗(yàn)證了這類物質(zhì)的應(yīng)用廣泛性、多樣性和有效性，因而越來越受到天然物質(zhì)及活性分析、藥物化學(xué)和醫(yī)藥保健等領(lǐng)域的關(guān)注。該化合物本身存在作用機(jī)制不精確、水溶性有限、口服生物利用度差及毒性不明確等問題，限制了其在實(shí)際中的進(jìn)一步應(yīng)用。因而，未來通過分子細(xì)胞生物學(xué)對(duì)其作用機(jī)制進(jìn)行深入研究，將會(huì)從細(xì)胞調(diào)節(jié)機(jī)制、生理學(xué)機(jī)制等方面發(fā)現(xiàn)其作用的有效性和潛在危害；也可進(jìn)一步通過結(jié)構(gòu)化學(xué)研究，在保留其活性的同時(shí)，對(duì)檸檬苦素類化合物進(jìn)行修飾，以減少其毒性，也有利于在使用時(shí)對(duì)其進(jìn)行劑量、用藥次數(shù)和副作用等方面的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。檸檬苦素類化合物多樣的生理學(xué)活性及在調(diào)節(jié)人類健康方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值，期待更多研究者發(fā)現(xiàn)新的檸檬苦素類化合物或合理設(shè)計(jì)新的檸檬苦素衍生物，并將其應(yīng)用于試驗(yàn)研究，這對(duì)未來新藥的開發(fā)具有重要意義。