槐屬植物生物堿研究進展

萬 喜,劉偉婷,尹小英

(1.江西中醫藥大學 藥學院,江西 南昌330004；2.上海工程技術大學 化學與化學工程學院,上海201620)

槐屬(SophoraL.)為豆科蝶型花亞科或蝶型花科植物,該屬植物主要為喬木、灌木或者亞灌木,約70多種,主要分布于溫帶和亞熱帶地區,在我國約20多種,南北都有種植,該屬主要藥用植物分布于肉果亞屬和裂果亞屬[1]。從多數槐屬植物中可提取出具有藥理活性的化學物質,如：生物堿、黃酮、苷類等,其中生物堿在該屬化學成分中具有較強的藥理活性,尤其在抗腫瘤、心血管疾病方面。目前文獻研究主要集中于槐屬生物堿的化學成分和藥理作用,而對于其在植物體內的合成報道較少,通過搜集近年來文獻資料,現對槐屬植物生物堿成分、藥理作用及生物堿的體內合成分析如下。

1 槐屬植物的生物堿成分

槐屬植物生物堿按照生源途徑結合化學結構類型分類主要為喹諾里西啶(quinolizidine)類生物堿,由賴氨酸衍生的戊二胺為其前提物質,其基本母核由2個哌啶共用1個氮原子稠合而成。槐屬植物生物堿主要為喹諾里西啶類,包括苦參堿型(Matrine type)、金雀花堿型(Cytisine type)、鷹爪豆堿型(Sparteine type)、羽扇豆堿型(Lupinine type)、蘇苦西堿型(Tsukushinamine type)、苦豆堿型(Aloperine type),少數為雙哌啶類生物堿[4]。

1.1 苦參堿型生物堿

在槐屬植物中分布最廣泛,主要結構組成為2個吡啶共用1個氮原子稠合而成,為4環結構?？鄥⑿蜕飰A主要包括苦參堿、槐定堿、槐果堿等生物堿?？鄥⑿蜕飰A在抗腫瘤、心血管方面具有較好的效果。結構詳見表1、圖1。

表1 苦參型生物堿

圖1 苦參型生物堿

續圖1 苦參型生物堿

1.2 金雀花型生物堿

主要是含有α-吡啶環酮的喹諾里西啶類生物堿,為3環結構。金雀花型生物堿主要包括金雀花堿、11-烯丙基金雀花堿,在槐屬中分布比較廣泛。詳見表2、圖2。

表2 金雀花型生物堿

圖2 金雀花型生物堿

1.3 鷹爪豆堿型生物堿

基本母核與金雀花堿型相似,為4環結構,共用2個氮原子,主要包括鷹爪豆堿、臭豆堿、白金雀花堿等,廣泛分布于黃葉槐當中。詳見表3、圖3。

表3 鷹爪豆型生物堿

圖3 鷹爪豆型生物堿

1.4 羽扇豆堿型生物堿

羽扇型生物堿在槐屬中分布不多,最基本結構就是2個吡啶環共用1個氮原子。詳見表4、圖4。

表4 羽扇豆堿型生物堿

圖4 羽扇豆堿型生物堿

1.5 蘇苦西堿型生物堿

目前只在閩槐當中發現過蘇苦西堿,其他同屬植物中并未發現該中生物堿。其結構為3環,與金雀花型生物堿基本結構差不多,但其空間結構更加明顯。詳見表5、圖5。

表5 蘇苦西堿型生物堿

圖5 蘇苦西堿型生物堿

1.6 苦豆堿型生物堿

目前發現的苦豆堿型生物堿都是在苦豆子當中發現的,基本結構與鷹爪豆堿型相似,為4環結構,共用1個氮原子?？喽棺赢斨羞€有一些其他同屬植物沒有的生物堿,如tricrotonyltetramine[4]、尼古丁[4]和 Alopecurin A[21]。詳見表6、圖6、圖7。

表6 苦豆堿型生物堿

圖6 苦豆堿型生物堿

圖7 苦豆子中其他類型生物堿

1.7 雙哌啶類生物堿

目前發現的雙哌啶類生物堿主要在苦參及黃葉槐當中發現的,其結構由2個哌啶連接而成。詳見表7、圖8。

表7 雙哌啶類生物堿

圖8 雙哌啶類生物堿

2 槐屬植物生物堿的藥理作用

槐屬植物生物堿具有較強的藥理活性,近年來引起藥學學者廣泛關注,研究的主要方向在抗腫瘤、心血管、免疫、抗病毒方面。目前臨床上研究比較多的槐屬生物堿集中在苦參型生物堿,現根據文獻資料對槐屬生物堿藥理作用進行概述。

2.1 抗腫瘤作用

2.1.1 抑制細胞增殖、促進細胞凋亡 SW620細胞經過苦參堿處理后,G0/G1期百分比明顯增高,S期細胞比例下降,形成SW620細胞G1期阻滯,阻斷細胞DNA合成與復制,從而抑制腫瘤細胞的增殖[22]。何松等[23]采用MTT法和流式細胞儀檢測了苦參堿對Hep G2細胞增殖和凋亡情況,表明苦參堿具有抗HepG2細胞增殖且有劑量、時間關系,可誘導其凋亡并用PCR-ELISA法確定了對端粒酶的抑制作用。苦參堿能夠促進Bax蛋白的合成,誘導乳腺癌MCF-7細胞凋亡[24]。

2.1.2 抑制端粒酶活性 當苦參堿濃度在500μg/mL以上時,可抑制HepG2的生長但不是通過抑制端粒酶逆轉錄酶(h TERT)啟動子來達到抑制作用,在濃度達到750μg/mL時,苦參堿才表現出通過抑制h TERT啟動子來抑制HepG2細胞的生長[25]。

2.1.3 抑制相關酶活性 細胞環氧化酶-2(COX-2)在大腸癌及一些其他消化道腫瘤中起促癌作用[26]。王曉燕等[27]實驗研究表明以0.50 mg/mL的苦參堿作用于SW480細胞8 h、12 h后測得COX-2mRNA的表達無影響,但24 h后,COX-2mRNA的表達會下降,表明一定濃度的苦參堿可通過降低COX-2mRNA的表達而對SW480細胞達到抑制作用,且抑制作用與時間有關。

2.1.4 抑制腫瘤細胞血管增殖 氧化苦參堿可通過抑制生長因子對血管內皮細胞(VEC)的識別而達到抑制肝癌細胞生長的目的[28],此外氧化苦參堿還可抑制胃癌和肺癌的VEC增殖[29]。

2.2 心血管系統作用

2.2.1 抗心律失常 由烏頭堿(AC)、氯仿－腎上腺素、氯化鋇誘發的心率失常,槐胺堿起拮抗作用,而對氯化鈣引起的大鼠心室房顫有保護作用[30]?？鄥A和氧化苦參堿均能對抗由烏頭堿、腎上腺素和哇巴因誘發的心律失常[31],其中,苦參堿主要是提高心肌舒張期的興奮閾值(DET),延長有效不應期(ERP),從而達到抗心律失常的作用[32]。

2.2.2 正性肌力作用 離體心臟實驗表明0.5%槐胺堿具有一定的正性肌力作用,主要是降低心率,增加冠脈血流量及心臟起搏幅度[33]。季勇等[34]實驗從細胞層次說明了苦參堿的正性肌力作用與Ca2＋濃度有關。莊寧寧等[35]通過對L-型鈣離子通道研究發現,氧化苦參堿能影響通道的電流,其中激活電位、鋒值電位和反轉電位都不改變,但是電流卻呈濃度依賴性增長,這表明氧化苦參堿的正性肌力作用與Ca2＋內流有關。Zhou等[36]從細胞層次表明苦參堿的正性肌力作用與Ca2＋濃度的提高和刺激L-型鈣離子通道有關,并且與阻斷α、β腎上腺素受體無關。可見,隨著實驗的進一步深入,其正性肌力作用機制越來越清晰。

2.2.3 對免疫系統的作用 馮亞珍等[37]采用苦參水煎劑對小鼠灌胃發現,苦參能夠抑制小鼠T細胞、B細胞和腹腔巨噬細胞的生理活性,以此來影響小鼠免疫系統。

2.2.4 抗肝纖維化作用 于金華等[38]實驗研究發現氧化苦參堿具有抗肝纖維化作用,主要是抑制肝星狀細胞(HSK)的增殖,并誘導其凋亡,同時也減少細胞外基質(ECM)的生成與堆積,從而達到抗肝纖維化,并能降低肝纖維化細胞的纖維化程度。目前已有上市的藥品如苦參堿注射液、氧化苦參堿注射液在臨床上有較好的應用。

2.3 中樞神經作用

在槐屬植物生物堿中具有中樞神經作用的生物堿有槐定堿、氧化槐定堿、槐果堿、苦參堿、氧化苦參堿等,其中樞抑制作用主要有鎮痛、鎮靜、降溫等。

2.3.1 鎮痛作用 閆琳等[39]通過小鼠實驗發現氧化槐定堿能有效減輕福爾馬林所引起的小鼠疼痛,豎尾實驗表明氧化槐定堿對中樞神經和外周神經都有鎮痛作用,鎮痛作用可能與中樞Ca2＋濃度有關[40]。張爽等[41]通過藥理實驗發現,苦參堿和槐定堿都具有鎮痛作用,且在同等條件下槐定堿的鎮痛效果比苦參堿效果更好。

2.3.2 鎮靜作用 氧化苦參堿能明顯縮短戊巴比妥鈉的入睡潛伏期,且能增加睡眠時間[42]。余建強等[43]通過對小鼠中樞神經實驗發現氧化苦參堿和氧化槐定堿對小鼠中樞神經都有抑制作用,能增加閾下劑量戊巴比妥鈉的鎮靜作用,且相同劑量下氧化苦參堿和氧化槐定堿的作用不同,氧化槐定堿能增加閾下劑量戊巴比妥鈉的鎮靜作用,而氧化苦參堿增加戊巴比妥鈉的睡眠時間作用更強。

2.3.3 降溫作用 研究表明苦參堿能夠有效降低大鼠體溫,給藥1～2天后發現大鼠體溫明顯下降,5 h后恢復正常[44],同時也發現槐胺堿同樣具有降低大鼠體溫的作用[45]。

3 槐屬植物生物堿在植物體內合成

早在1995年,Saito等[46]發現羽扇豆類生物堿的體內合成是以碳為基本框架的,且在分子中存在著吡啶環或喹諾里西啶環。羽扇豆類生物堿由2個尸胺構成,而鷹爪豆堿型、臭豆堿型、苦參堿型以及蘇苦西堿型由3個尸胺構成,Camoensidine推測可能是由2個尸胺與1個腐胺構成,腐胺是由鳥氨酸脫羧而成。?；D移酶催化羽扁豆的羽扇豆堿酯的形成,植物體內?；D移酶催化的羽扇豆堿酯的形成見圖9。

圖9 植物體內酰基轉移酶催化的羽扇豆堿酯的形成過程

Bunsupa S等[47]發現在豆科植物中喹諾里西啶類生物堿的第一步驟是通過賴氨酸脫羧酶的催化來實現的,在腐胺和尸胺的合成過程中與賴氨酸/鳥氨酸脫羧酶這2種酶相關。Rongchun Han等[48]研究表明,通過轉錄組分析了苦參中9個不同組織(愈合組織、葉、花、莖、嫩芽、成熟的芽、開花前的芽、蕾狀期的花莖、開花期的花莖)中超過2億的基因板式,83 325個蛋白質以及一些重要的酶對苦參中活性成分體內合成相關基因的影響,在苦參的葉和莖中證實了賴氨酸/鳥氨酸脫羧酶是苦參生物堿的第一步。Kazuki等[49]發現在植物體內苦參堿的含量與葉綠素的含量密切相關,沒有葉綠素的細胞內不含有苦參堿,并且在細胞不同發展階段苦參型生物堿與臭豆堿型生物堿的體內形成也不相同。研究表明,苦豆子成熟種子中生物堿含量明顯高于其他部位[50],而在種子中,生物堿主要在種子的子葉當中[51]?；睂僦参锷飰A的體內合成途徑還有待于進一步探究,相較于其他植物因缺少基因組模型導致了解其體內合成更加困難?？喽棺又参锏厣喜糠挚偵飰A含量為6.11%～8.03%,種子中總生物堿含量為8.11%[52],可見生物堿在植物體內含量不高,了解生物堿在體內的合成途徑對于提高生物堿含量有重大意義。

4 結語

槐屬植物因其生物堿具有良好的藥理活性,目前已提取分離鑒定出五大類型生物堿,且其中對于苦參型生物堿藥理研究更多也較為系統,但在其他類型生物堿方面研究較少。金雀花堿以往都是用于戒煙癮,隨著研究的進一步深入,發現其也具有抗腫瘤作用,有可能成為下一個新的抗癌藥。因其生物堿具有的藥理作用,了解其在植物體內合成也成為了必要,提高植物體內生物堿含量,為開發槐屬植物生物堿提供原料,為新藥開發提供基礎。