香豆素類化合物的藥理作用研究進展

張國鐸，李 航

(重慶市第一人民醫院，重慶 400011)

香豆素(coumarins)是具有苯駢α－吡喃酮結構的一類化合物，可看作是順式鄰羥基桂皮酸脫水形成的內酯，絕大多數在C－7位有羥基或烴基，具有芳香氣味。香豆素類化合物在自然界分布廣泛，特別是在傘形科、蕓香科、豆科、菊科、木犀科和茄科植物中較多，如蛇床子、獨活、白芷、前胡、秦皮、茵陳、補骨脂、續隨子等;少數發現于動物和微生物，如來自發光真菌(Armillarialla tabescens)的亮菌素類，從海洋真菌中分離出的異香豆素，以及中藥僵蠶中含有的香豆素。現代研究表明，香豆素類化合物具有廣泛的藥理活性，如抗腫瘤、抗艾滋病、抗病毒、抗真菌、抗細菌、抗凝血、抗氧化、增強人體免疫功能等作用，在臨床上有廣泛的應用?，F就其研究進展介紹如下。

1 抗腫瘤作用

早在20世紀60年代，便有香豆素類化合物抗腫瘤作用的報道。近年來，越來越多的具有抗腫瘤活性的香豆素被分離或合成出來。如Reutrakul等[1]從南亞植物 Mammea harmandii中分離出11種香豆素，并通過體外試驗證實其中3種香豆素有較強的抗腫瘤作用。Ju等[2]從北美植物 Zanthoxylum americanum中分離出4種吡喃香豆素和2種木脂素，其中3種香豆素對人白血病細胞HL－60有明顯的增殖抑制作用。Musa等[3]通過軛合反應結合形成若干個香豆素－雌激素軛合物，并證實其中的軛合物11和13對MCF 7，MDA－MB－435等人乳腺癌細胞株有較強的細胞毒作用。楊秀偉等[4－7]評價了40余種香豆素類化合物對人鼻咽癌、胃癌、肝癌、乳腺癌、表皮癌、膀胱癌、白血病等7種細胞株的抑制作用，發現傘形花內酯劉寄奴酸酯、牛防風素、羌活苷、前胡素和傘形花內酯等香豆素有明顯的抗腫瘤作用，且不同的藥物對不同種腫瘤有特異的抑制活性。

香豆素類化合物抗腫瘤的作用機制也是多方面的。Kempen 等[8－9]研究發現，2 個溴代香豆素衍生物在體外博伊登室趨化試驗(Boyden chamber assay)中可抑制人纖維肉瘤HT1080的侵襲和轉移能力，且能抑制人乳腺癌MDA－MB231裸鼠移植瘤的生長，并認為其抗轉移作用與尿激酶、纖溶酶、基質金屬蛋白酶－2(MMP－2)、基質金屬蛋白酶－9(MMP－9)等酶的抑制無關。Thati等[10]合成了二氧乙酸雙菲羅啉香豆素的銅絡合物，發現其在體外有顯著的抗腫瘤作用，而對正常細胞無明顯抑制作用，且高濃度下可引起因DNA完全降解而出現的細胞壞死，低濃度下則可誘導劑量依賴的亞二倍體凋亡峰(Sub－G1峰)的產生。Riveiro等[11]的研究發現，7，8－二羥基－4－甲基香豆素可通過活化 JNKs、抑制ERK1/2和PI3K/Akt信號通路，下調原癌基因c－myc，并通過非p53依賴的機制誘導細胞周期抑制因子p21WAF1/CIP1的表達，進而促進腫瘤細胞凋亡，發揮抗腫瘤作用。Yamazaki等[12]從中藥刺五加中提取分離出異秦皮素，發現非細胞毒濃度的異秦皮素即可通過抑制ERK1/2磷酸化，在mRNA和蛋白水平抑制人肝癌HepG2及HuH－7細胞基質金屬蛋白酶－7(MMP－7)的表達以及肝癌細胞的體外侵襲。此外，香豆素類化合物還可抑制腫瘤血管生成[13]，抑制絲氨酸蛋白酶[14]，下調核因子－κB、通過線粒體途徑誘導Caspase酶依賴的細胞凋亡[15]，抑制癌基因ras表達、通過上調Bcl 2蛋白家族促凋亡因子表達而誘導凋亡[16]，抑制NAD(P)H苯醌氧化還原酶活性[17]，調控促分裂原活化蛋白激酶(mitogen－activated protein kinases，MAPK)通路誘導凋亡[18]，抑制人類表皮生長因子受體2(HER 2)和上皮生長因子受體(EGFR)表達[19]，以及具有預防腫瘤的作用[20－21]。

藥物發揮藥理活性往往與其結構的特殊性有關。對香豆素抗腫瘤作用的構效關系也有較多研究報道。Kawaii等[22]比較了33種香豆素的抗腫瘤活性，其結構主要是含異戊烯基的香豆素、呋喃香豆素和吡喃香豆素，結果發現其中11種香豆素(包括osthenone、山黃陂素、黃陂香豆素、齒葉黃陂素、去甲齒葉黃陂素、歐前胡素、邪蒿內酯、花椒內酯、軟木花椒素、脫水長葉九里香內酯、蛇床子素等)對人肺腺癌細胞A549、鼠黑色素瘤細胞4A5、人白血病細胞CCRF－HSB－2、人胃癌淋巴結轉移細胞TGBC11TKB均有不同程度的抑制作用，但對正常的人HUVEC、人包皮角化細胞HFK沒有或僅有很弱的抑制作用，并且通過結構分析，認為香豆素芳香環上的異戊烯基結構、羥基石炭酸結構、1，1－二甲基烯丙基結構均與其活性密切相關。Riviere等[23]從馬達加斯加民間藥物傘形科植物 Phellolophium madagascariense Baker中分離提取出蛇床子素、尤里香醇、橙皮內酯等3種香豆素，初步的研究發現，它們對人前列腺癌激素敏感細胞株LNCaP、人前列腺癌激素抵抗細胞株PC3及DU145、鼠白血病細胞株L1210等均有增殖抑制作用，而這3種香豆素的芳香環上均有異戊烯基結構。Kempen等[9]通過對多種結構衍生的香豆素抗腫瘤侵襲和轉移活性的比較，發現C－3位上的芳香酯基較硫代酸酯和酰胺酯基更能誘導較強的活性，而在C－6位上乙酰氧甲基和乙酰氨基甲基的作用一致。Belluti等[24]將白藜蘆醇的抗腫瘤活性基團3，5－二甲氧基苯基連接到多個香豆素的母核上，發現其中兩個帶有7－甲氧基的香豆素復合物具有較強的抑制人上皮細胞A431、黑色素瘤細胞JR8增殖的作用，并可誘導人肺癌細胞H460凋亡、誘導G2/M期細胞周期阻滯。

2 抗人類免疫缺陷病毒(HIV)作用

艾滋病即獲得性免疫缺陷綜合征(acquired immunodeficiency syndrome，AIDS)，由 HIV引起，目前用于臨床治療的藥物，主要以HIV的逆轉錄酶(HIV－RT)、HIV整合酶、HIV蛋白酶為靶點。1992年Kashman等[25]首次發現，藤黃科胡桐屬植物 Calophyllum lanigerum的抽提液對HIV的復制具有很強的抑制作用并對人體正常細胞有保護作用，而其活性物質為香豆素類化合物Calanolide A及Calanolide B，它們對HIV－1－RT有高度專一性，且作用劑量較低，對常用抗艾滋病藥耐藥株也有較強抑制作用。該藥是唯一進入臨床試驗階段的抗HIV植物提取物，其后也有大量經過結構改造的活性增強的衍生物出現。Shikishima等[26]從 Prangos tschimgnica地上部分的甲醇提取物中分離得到33個呋喃香豆素，經篩選發現其中獨活素、栓翅芹烯醇、石當歸素、補骨脂素和佛手內酯均具有抗HIV活性。3－苯氧丙基－4－羥基香豆素及其3－取代的衍生物，均可以競爭性抑制HIV病毒蛋白酶活性[27－28]。Tewtrakul等[29]從亞洲熱帶地區使用的植物藥菊科 Eclipta prostrata Linn.中分離出6個化合物，其中化合物蟛蜞菊內脂(wedelolactone)可以抑制HIV整合酶和HIV蛋白酶活性。Lin等[30]研究發現，一種香豆素衍生物BPRHIV001可通過減少Akt磷酸化，抑制 HIV－1編碼的RNA結合蛋白Tat的轉錄，從而發揮抗HIV－1作用。

3 抗氧化作用

游離氧自由基在人體內的過度蓄積可損傷脂質、蛋白、DNA等，從而引起多種疾病。香豆素類化合物的主要藥理活性之一即是清除體內過多的氧自由基。Pedersen等[31]研究了22種結構上相關的4－甲基香豆素對自由基的清除作用，結果發現10μmol/L的O－二羥基香豆素可顯著降低應激引起細胞內產生的活性氧簇(ROS)，作用較m－二羥基和單羥基取代的類似物強，而且O－二乙酸基衍生物也有很好的自由基清除作用。由于4－甲基香豆素在體內代謝時不產生有毒的環氧化物中間體，因而被認為是很有希望的抗氧化劑前體藥物。Soltani等[32]研究了異戊烯基化的香豆素傘形花素的抗氧化作用，結果發現該藥可保護人外周淋巴細胞免受自由基引起的DNA損傷。Beillerot等[33]研究發現，4－甲基－7，8－二羥基香豆素可降低阿霉素引起的人乳腺癌細胞MCF－7內ROS的產生，同時不降低阿霉素的抗腫瘤效果。Murat Bilgin等[34]發現香豆素具有很好的抗氧化和肝細胞保護作用，可有效防治四氯化碳引起的大鼠血清丙氨酸氨基轉移酶、天門冬酸氨基轉移酶、堿性磷酸酶的升高，其中具有6，7－二羥基結構的七葉亭作用最強，而具有6，7－二甲氧基結構的濱蒿內酯作用次之，提示其抗氧化效用與結構密切相關。

4 抗凝血作用

香豆素類抗凝血藥屬于維生素K拮抗劑(VKAs)，半個世紀來一直是口服抗凝治療的基本藥物，主要包括雙香豆素(dicoumarol)、芐丙酮香豆素(warfarin)、醋硝香豆素(aceniciumarol)、苯丙香豆素(phenprocoumon)和環香豆素(cyclocumarol)，均具有4－羥基香豆素的基本結構。作用原理是這些藥物的化學結構與維生素K相似，在肝臟中與維生素K競爭性地結合酶蛋白，抑制酶蛋白活性，從而抑制凝血酶原及維生素K依賴的凝血因子的合成。其中華法林因在胃腸道吸收快而安全，在臨床應用廣泛[35]。

5 其他

香豆素類化合物還具有抗真菌、抗細菌、抗骨質疏松、抗心律失常、降血壓、光敏等復雜多樣的藥理活性，是具有較大臨床應用價值的一類化合物。

[1]Reutrakul V，Leewanich P，Tuchinda P，et al.Cytotoxic coumarins from Mammea harmandii[J].Planta Med，2003，69(11):1048 －1051.

[2]Ju Y，Still CC，Sacalis JN，et al.Cytotoxic coumarins and lignans from extracts of the northern prickly ash (Zanthoxylum americanum)[J].Phytother Res，2001，15(5):441 －443.

[3]Musa MA，Khan MO，Cooperwood JS.Synthesis and antiproliferative activity of coumarin－estrogen conjugates against breast cancer cell lines[J].Lett Drug Des Discov，2009，6(2):133 －138.

[4]楊秀偉，徐 波，冉福香，等.40種香豆素類化合物對人胃癌細胞株BGC和人肝癌細胞株BEL－7402細胞生長抑制活性的篩選[J].中國現代中藥，2006，8(11):7 －10.

[5]楊秀偉，徐 波，冉福香，等.40種香豆素類化合物對人表皮癌細胞系A432細胞株和人乳腺癌細胞系BCAP細胞株增殖抑制活性的篩選[J].中國現代中藥，2006，8(12):9 －10.

[6]楊秀偉，徐 波，吳 軍，等.40種香豆素類化合物對人鼻咽癌細胞株κB和人白血病細胞株HL－60細胞生長抑制活性的篩選[J].中國現代中藥，2006，8(10):7－13.

[7]楊秀偉，徐 波，冉福香，等.11種香豆素類化合物對人膀胱癌細胞系E－J細胞株生長抑制活性的篩選[J].中西醫結合學報，2007，5(1):56－60.

[8]Kempen I，Papapostolou D，Thierry N，et al.3 －Bromophenyl 6 －acetoxymethyl－2－oxo－2H－1－benzopyran－3－carboxylate inhibits cancer cell invasion in vitro and tumour growth in vivo[J].Br J Cancer，2003，88(7):1111 －1118.

[9]Kempen I，Hemmer M，Counerotte S，et al.6 －Substituted 2 －oxo －2H －1－benzopyran－3－carboxylic acid derivatives in a new approach of the treatment of cancer cell invasion and metastasis[J].Eur J Med Chem，2008，43(12):2735 －2750

[10]Thati B，Noble A，Creaven BS，et al.An in vitro investigation of the induction of apoptosis and modulation of cell cycle events in human cancer cells by bisphenanthroline－coumarin－6，7－dioxacetatocopper(II)complex[J].Chem Biol Interact，2007，168(2):143 －158.

[11]Riveiro ME，Vazquez R，Moglioni A，et al.Biochemical mechanisms

underlying the pro－apoptotic activity of 7，8－dihydroxy－4－methylcoumarin in human leukemic cells[J] .Biochem Pharmacol，2008，75(3):725－736.

[12]Yamazaki T，Tokiwa T.Isofraxidin，a coumarin component from Acanthopanax senticosus，inhibits matrix metalloproteinase－7 expression and cell invasion of human hepatoma cells[J].Biol Pharm Bull，2010，33(10):1716－1722.

[13]Lee S，Sivakumar K，Shin WS，et al.Synthesis and anti－angiogenesis activity of coumarin derivatives[J].Bioorg Med Chem Lett，2006，16(17):4596－4599.

[14]Pochet L，Frédérick R，Masereel B.Coumarin and isocoumarin as serine protease inhibitors[J].Curr Pharm Des，2004，10(30):3781 －3796.

[15]Chuang JY，Huang YF，Lu HF，et al.Coumarin induces cell cycle arrest and apoptosis in human cervical cancer HeLa cells through a mitochondria－and caspase－3 dependent mechanism and NF－κB down －regulation[J].In vivo，2007，21(6):1003 －1010.

[16]Singh RK，Lange TS，Kim KK，et al.A coumarin derivative(RKS262)inhibits cell－cycle progression，causes pro－apoptotic signaling and cytotoxicity in ovarian cancer cells[J].Invest New Drugs，2011，29(1):63－72.

[17]Nolan KA，Zhao H，Faulder PF，et al.Coumarin－based inhibitors of human NAD (P)H:quinone oxidoreductase－1.Identification，structure－activity，off－target effects and in vitro human pancreatic cancer toxicity[J].J Med Chem，2007，50(25):6316 －6325.

[18]Finn G，Creaven B，Egan D.Modulation of mitogen－activated protein kinases by 6－nitro－7－hydroxycoumarin mediates apoptosis in renal carcinoma cells[J].Eur J Pharmacol，2003，481(2 －3):159 －167.

[19]Reddy NS，Gumireddy K，Mallireddigari MR，et al.Novel coumarin－3－(N－aryl)carboxamides arrest breast cancer cell growth by inhibiting ErbB －2 and ERK1[J].Bioorg Med Chem，2005，13(9):3141－3147.

[20]Okamoto T，Kobayashi T，Yoshida S.Chemical aspects of coumarin compounds for the prevention of hepatocellular carcinomas[J].Curr Med Chem －Anticancer Agents，2005，5(1):47 －51.

[21]Takeuchi H，Saoo K，Matsuda Y，et al.Dose dependent inhibitory effects of dietary 8－methoxypsoralen on NNK－induced lung tumorigenesis in female A/J mice[J].Cancer Lett，2006，234(2):232 －238.

[22]Kawaii S，Tomono Y，Ogawa K，et al.Antiproliferative effect of isopentenylated coumarins on several cancer cell lines[J].Anticancer Res，2001，21(3B):1905 －1911.

[23]Riviere C，Goossens L，Pommery N，et al.Antiproliferative effects of isopentenylated coumarins isolated from Phellolophium madagascariense Baker[J].Natural Product Research，2006，20(10):909 －916.

[24]Belluti F，Fontana G，Dal Bo L，et al.Design，synthesis and anticancer activities of stilbene－coumarin hybrid compounds:Identification of novel proapoptotic agents[J].Bioorg Med Chem，2010，18(10):3543 －3550.

[25]Kashman Y，Gustafson KR，Fuller RW，et al.The calanolides，a novel HIV－inhibitory class of coumarin derivatives from the tropical rainforest tree，Calophyllum lanigerum[J].J Med Chem，1992，35(15):2735 －2743.

[26]Shikishima Y，Takaishi Y，Honda G，et al.Chemical constituents of Prangos tschiniganica;structure elucidation and absolute configuration of coumarin and furanocoumarin derivatives with anti－HIV activity[J].Chem Pharm Bull，2001，49(7):877 －880.

[27]Lunney EA，Hagen SE，Domagala JM，et al.A novel nonpeptide HIV －1 protease inhibitor:elucidation of the binding mode and its application in the design of related analogs[J].J Med Chem，1994，37(17):2664－2677.

[28]Kirkiacharian S，Thuy DT，Sicsic S，et al.Structure－activity relationships of some 3－substituted－4－hydroxycoumarins as HIV－1 protease inhibitors[J].II Farmaco，2002，57(9):703 －708.

[29]Tewtrakul S，Subhanhirasakul S，Cheenpracha S，et al.HIV －1 protease and HIV －1 integrase inhibitory substances from Eclipta prostrata[J].Phytother Res，2007，21(11):1092 －1095.

[30]Lin PH，Ke YY，Su CT，et al.Inhibition of HIV －1 Tat－Mediated Transcription by a Coumarin Derivative，BPRHIV001，through the Akt Pathway[J].J Virol，2011，85(17):9114 －9126.

[31]Pedersen JZ，Oliveira C，Incerpi S，et al.Antioxidant activity of 4 －methylcoumarins[J].J Pharm Pharmacol，2007，59(12):1721 －1728.

[32]Soltani F，Mosaffa F，Iranshahi M，et al.Evaluation of antigenotoxicity effects of umbelliprenin on human peripheral lymphocytes exposed to oxidative stress[J].Cell Biol Toxicol，2009，25(3):291 －296.

[33]Beillerot A，Domínguez JC，Kirsch G，et al.Synthesis and protective effects of coumarin derivatives against oxidative stress induced by doxorubicin[J].Bioorg Med Chem Lett，2008，18(3):1102 －1105.

[34]Murat Bilgin H，Atmaca M，Deniz Obay B，et al.Protective effects of coumarin and coumarin derivatives against carbon tetrachloride－induced acute hepatotoxicity in rats[J].Exp Toxicol Pathol，2011，63(4):325－30.

[35]Beinema M，Brouwers JR，Schalekamp T，et al.Pharmacogenetic differences between warfarin，acenocoumarol and phenprocoumon[J].Thromb Haemost，2008，100(6):1052 －1057.