金雀花堿的生物活性研究進展

張彤 王紅興 薛慧 王詩濃 羅英花 金成浩

摘要：金雀花堿（Cytisine，Cyt）是一種主要存在于豆科毒豆屬植物種子中的喹諾里西啶生物堿。近年來金雀花堿的多種生物活性被逐漸發(fā)掘，其具有戒煙、促呼吸、鎮(zhèn)痛、抗腫瘤等功效。在抗癌活性方面能夠誘導(dǎo)癌細胞凋亡，已被廣泛應(yīng)用于抑制多種腫瘤細胞的增殖;在戒煙方面能夠作為選擇性局部激動劑，降低吸煙者對尼古丁的依賴，有望廣泛應(yīng)用于戒煙;在鎮(zhèn)痛方面能夠反射性的興奮呼吸，已被廣泛應(yīng)用于臨床手術(shù)對患者的麻醉作用。本文通過對大量文獻的查閱及驗證，將對金雀花堿的生物活性及其相關(guān)作用機制進行總結(jié)，以期為金雀花堿的開發(fā)和利用提供理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：金雀花堿;抗癌;戒煙

中圖分類號：R285.5 文獻標(biāo)識碼：A文章編號：2095-9737（2020）03-0001-03

Abstract：Cytisine （Cyt） is a quinolizidine alkaloid mainly found in the seeds of the leguminous genus. In recent years， a variety of biological activities of cytisine have been gradually discovered， and it is known to have the effects of quitting smoking， promoting breathing， analgesia， and anti-tumor. It can induce apoptosis of HepG2 cells in liver cancer in terms of anticancer activity， and has been widely used to inhibit the proliferation of various tumor cells; it can be used as a selective local agonist in smoking cessation， reducing the dependence of smokers on nicotine， and is expected to be widely used in smoking cessation; reflective excitatory breathing in terms of analgesia has been widely used in clinical anesthesia for patients. Through reviewing and verifying a large number of literatures， this paper summarizes the biological activity of cytisine and its related mechanism of action， in order to provide a theoretical basis for the development and utilization of cytisine.

Key words：Cytisine; Anticancer; Quit smoking

金雀花堿是一種從豆科毒豆屬種子中提取出來的一類生物堿，中文別名野靛堿、烏樂堿。分子式為C15H26N2，分子量為234.38，弱堿條件下溶于丙酮，極其容易氧化，提取過程需要避光操作，臨床中使用0.15%金雀花堿水溶液靜脈注射，可用于搶救休克現(xiàn)象，同時兼有阻斷尼古丁誘導(dǎo)的多巴胺釋放，達到戒煙的功效[1]。另外，金雀花堿具有較強的抗癌特性，能夠在體外抑制多種癌細胞的增殖并誘導(dǎo)其凋。因此，作者通過查閱了大量參考文獻，對金雀花堿的各方面生物活性進行研究總結(jié)。

1 金雀花堿的抗癌活性

1.1 抑制癌細胞增殖

許多研究表明，金雀花堿可以有效抑制多種癌細胞增殖。在體外實驗中，用金雀花堿處理人乳腺癌細胞后，人乳腺癌細胞的增殖明顯被抑制[2]。在將小劑量金雀花堿作用于人肺癌細胞系A(chǔ)549、NCI-H23和NCI-H460時，發(fā)現(xiàn)三種細胞增殖明顯受到抑制，展現(xiàn)出金雀花堿具有很強的抗增殖活性。此外，金雀花堿可使肺癌A549細胞中Bcl-2蛋白的表達量降低，Bax蛋白表達量升高，抑制原癌基因表達并促進抗癌基因表達[3]。研究還發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過金雀花堿處理對裸鼠移植瘤小鼠的腫瘤生長具有很強的抑制作用，并呈現(xiàn)劑量依賴性，在同等濃度下，金雀花堿的抗癌效果優(yōu)于5-氟尿嘧啶。金雀花堿聯(lián)合異黃酮（isoflavonoids）能夠通過抑制過氧化物酶體雙功能酶的活性來抑制PC-3前列腺和LS174T人結(jié)腸癌細胞增殖，發(fā)揮抗癌作用[4]。

1.2 誘導(dǎo)癌細胞發(fā)生線粒體依賴性凋亡

細胞凋亡是細胞內(nèi)多基因嚴(yán)格控制的過程，誘導(dǎo)細胞凋亡可以在不影響其他細胞活性的前提下清除掉癌細胞，是治療癌癥的熱門手段之一。有研究表明，金雀花堿能夠增強HepG2細胞的線粒體通透性，導(dǎo)致線粒體基質(zhì)膨脹，外膜破裂，釋放出Cyt-c，使線粒體膜電位降低，進而誘導(dǎo)HepG2細胞發(fā)生凋亡[5]。同樣有研究表明，金雀花堿可通過調(diào)控線粒體膜逆轉(zhuǎn)生物細胞內(nèi)Ca2+離子，平衡Bax和Bcl-2相關(guān)蛋白的表達水平，實現(xiàn)對多種腫瘤細胞的誘導(dǎo)凋亡[6]。

1.3 激活內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（ER）應(yīng)激及調(diào)節(jié)多條信號通路

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激導(dǎo)致的細胞凋亡是近年來新發(fā)現(xiàn)的一種凋亡方式。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)及其膜結(jié)合細胞器能夠合成、排序、組裝、修改生物所需的多種蛋白質(zhì)，在真核細胞中起著至關(guān)重要的作用。研究表明，金雀花堿不僅可以通過線粒體途徑誘導(dǎo)HepG2細胞凋亡，還可以誘導(dǎo)HepG2細胞Ca2+離子超載，進而誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)的發(fā)生。在金雀花堿處理后使用透射電鏡觀察HepG2細胞形態(tài)學(xué)表現(xiàn)時，觀察發(fā)現(xiàn)胞漿空泡化后出現(xiàn)明顯的細胞凋亡，并且在此過程中HepG2細胞的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)擴張、線粒體腫脹;使用激光共聚焦熒光顯微鏡檢測細胞內(nèi)鈣濃度時，激光共聚焦熒光顯微鏡顯示鈣離子濃度與金雀花堿劑量呈現(xiàn)出依賴性增加的趨勢[7]。金雀花堿通過從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)釋放鈣離子來增加細胞內(nèi)鈣離子濃度，從而引起內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)，進一步加快HepG2的細胞的凋亡。除此之外，金雀花堿能夠直接阻滯大鼠心室肌細胞上主要的離子通道（INa、Ito和ICa-L）電流，并能使其通道動力學(xué)特征發(fā)生改變[8]。

MAPK信號通路主要包括三個亞族，即JNK、ERK、p38，能夠參與控制細胞的多種生命活動，在細胞凋亡中起著至關(guān)重要的作用。MAPK可由多種應(yīng)激刺激所激活，如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)，ROS水平變化等。有研究表明，在金雀花堿處理A549細胞后，通過western blot實驗檢測發(fā)現(xiàn)JNK/p38信號通路被激活，ERK信號通路被抑制，流式細胞術(shù)實驗表明ROS水平升高，在加入活性氧清除劑后，MAPK信號通路均恢復(fù)原來水平，因此推斷金雀花堿能夠通過上調(diào)ROS水平，進而調(diào)節(jié)MAPK通路，最終誘導(dǎo)癌細胞凋亡[2]。

2 金雀花堿的戒煙作用

相關(guān)研究表明，金雀花堿在機體內(nèi)可以在一定程度逆轉(zhuǎn)尼古丁的一些作用，為尼古丁依賴者戒斷香煙提供了可能性。在治療患者時金雀花堿可以通過刺激神經(jīng)元尼古丁受體來拮抗掉吸煙時尼古丁所帶來的作用，并且減輕吸煙者對尼古丁的依賴性。金雀花堿具有降低大腦刺激，增強運動能力的作用。另一方面金雀花堿可以阻斷尼古丁誘導(dǎo)的多巴胺釋放，從而降低尼古丁的自我給藥點。雖然金雀花堿具有較低的血腦屏障穿透能力從而限制了它的臨場應(yīng)用，但最近臨床分析表明，金雀花堿確實有助于戒煙，并且可能成為一種負擔(dān)得起的更為廉價的治療藥物。浙江大學(xué)社會科學(xué)研究中心的一項研究發(fā)現(xiàn)，金雀花堿在低劑量的水平下，可產(chǎn)生類似尼古丁的自我刺激行為。

另外，金雀花堿在體內(nèi)表現(xiàn)為低非特異性的部分激動劑。研究發(fā)現(xiàn)，金雀花堿具有較弱的尼古丁辨別刺激作用，但是可以促進顱內(nèi)自我刺激，同時恢復(fù)尼古丁的尋求行為。在使用金雀花堿戒煙時，盡管高劑量的氫化可能會比較容易拮抗尼古丁所產(chǎn)生的危害，但是卻降低了尼古丁依賴者產(chǎn)生戒斷癥狀的可能性[9]。目前一系列研究表明，金雀花堿可以產(chǎn)生一種相當(dāng)獨特的體內(nèi)效應(yīng)模式，將其與其他尼古丁受體激動劑區(qū)分開來。

3 金雀花堿對皮層神經(jīng)損傷的保護作用

相關(guān)研究表明，金雀花堿可以通過逆轉(zhuǎn)細胞內(nèi)鈣離子超載，平衡Bcl-2和Bax蛋白的表達水平。其通過調(diào)控Bcl-2家族保護皮層神經(jīng)元，可顯著逆轉(zhuǎn)N-甲基-D-天冬氨酸受體的上調(diào)但不影響受體水平表達。在最近的一項研究中，金雀花堿還表現(xiàn)出通過抑制T細胞活性來減輕中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥的特性，這種特性與一些抗抑郁藥物作用相類似。通過6-羥多巴胺來誘導(dǎo)紋狀體使多巴胺組織水平下降，同時它也是一種潛在的帕金森病的治療藥物。

近年來，因為N-甲基-D-天冬氨酸受體2B亞基拮抗劑對許多神經(jīng)系統(tǒng)疾病具有潛在的治療價值，許多研究者對其進行了廣泛的研究。有研究表明，興奮性中毒是由含有GluN2B亞基的N-甲基-D-天冬氨酸受體選擇性激活所觸發(fā)的，這在研究神經(jīng)性發(fā)病機制中發(fā)揮重要作用。金雀花堿則可以通過調(diào)控Bcl-2家族和下調(diào)GluN2B水平使鈣離子超載，對神經(jīng)損傷具有顯著的保護作用。NMDAR通道的激活和打開導(dǎo)致鈣離子通道打開，致使鈣離子的流入，谷氨酸進一步釋放，神經(jīng)元細胞出現(xiàn)丟失現(xiàn)象[10]。鈣離子超載可觸發(fā)多種細胞內(nèi)分解代謝過程，如以下幾種致死反應(yīng)，包括硝化反應(yīng)，氧化應(yīng)激反應(yīng)和線粒體功能障礙反應(yīng)。在一些小鼠實驗研究中已經(jīng)闡明了NMDA介導(dǎo)的皮層神經(jīng)元興奮性神經(jīng)毒性可能具有神經(jīng)保護特性[11]。在研究中發(fā)現(xiàn)，NMDA刺激的鈣離子升高被金雀花堿以濃度依賴性的方式抑制，來對神經(jīng)進行保護。金雀花堿在研究中被證實可能是通過抑制過活化GluN2B-NMDARs來引起細胞凋亡，保護皮層神經(jīng)元[12]。

4 金雀花堿與抗癲癇藥物的作用

金雀花堿在精神患者中安全性研究有限，現(xiàn)有數(shù)據(jù)并不能得出明確結(jié)論。比如在一些研究中稱金雀花堿誘導(dǎo)動物強直性痙攣性驚闕，但是其對患者癲癇病程及臨床結(jié)局影響并不清楚。拉科酰胺、左乙拉西坦、普瑞巴林的抗驚闕活性可能與金雀花堿的活性相關(guān)。在一些研究中，曾經(jīng)測試了8種不停的抗驚闕機制作用的抗癲癇藥物。研究結(jié)果表明，金雀花堿通過增加伽馬氨基丁酸合成，抑制GABA降解并且不影響神經(jīng)傳遞藥物的抗驚闕活性[13]。Levetirace-tam的作用機制包括神經(jīng)元與突觸泡蛋白2A的結(jié)合，抑制神經(jīng)元內(nèi)鈣離子的濃度。另外，levetirace-tam是治療部分癲癇病發(fā)作最常用的處方藥之一。在現(xiàn)有文獻中曾證實，金雀花堿與抗癲癇藥物的相互作用可能只依賴于金雀花堿對levetirace-tam的保護性抗驚闕活性的影響，而并產(chǎn)生其他急性不良反應(yīng)[14]。金雀花堿的作用是藥效學(xué)機制所引起的，與抗癲癇藥物的總濃度變化無關(guān)，其所涉及的神經(jīng)學(xué)領(lǐng)域仍有待發(fā)展。

5 展望

金雀花堿在臨床醫(yī)學(xué)中具有搶救休克，提升白細胞活性的作用，可以治療和預(yù)防肝癌、乳腺癌，同時因為其價格低廉、原材料易得等特點，有望成為當(dāng)今效果良好卻價格高昂的戒煙藥物Varenicline的替代品[15]。近幾年的研究中也可以發(fā)現(xiàn)，金雀花堿可通過誘導(dǎo)細胞凋亡、抑制細胞增殖、ER的應(yīng)激機制和激活JNK、CHOP等通路來實現(xiàn)對腫瘤的控制。此外，其在神經(jīng)領(lǐng)域與抗癲癇藥物的結(jié)合也發(fā)揮了較好的抗癲癇作用，但具體分子機制尚不完全明晰，還需要進行更加深入的研究和探討。

參考文獻：

[1] 劉穎杰，那娜，張曉璐，等.金雀花堿的全合成及結(jié)構(gòu)修飾研究進展[J].中國新藥雜志，2019，28（07）：810-820.

[2] Peng TT， Sun XR， Liu RH， et al. Cytisine-Pterocarpan Derived Compounds： Biomimetic Synthesis and Apoptosis-Inducing Activity in Human Breast Cancer Cells[J]. Molecules， 2018， 23（12）： 30-59.

[3] Xu WT， Li TZ， Li SM， et al. Cytisine exerts anti-tumour effects on lung cancer cells by modulating reactive oxygen species-mediated signalling pathways[J]. Artif Cells Nanomed Biotechnol. 2020， 48（1）： 84-95.

[4] Frasinyuk MS， Zhang W， Wyrebek P， et al. Developing antineoplastic agents that target peroxisomal enzymes： cytisine-linked isoflavonoids as inhibitors of hydroxysteroid 17-beta-dehydrogenase-4. Org Biomol Chem. 2017， 15（36）： 7623-7629.

[5] 于蕾，尚東雨，楊經(jīng)輝，等. 維藥布亞中金雀花堿誘導(dǎo)HepG-2細胞凋亡作用及其衍生物的制備[J].中醫(yī)藥學(xué)報，2018，46（3）：43-49.

[6] 吳雨杭，韓忠保，馬嘉澤，等. 同步熒光光譜法結(jié)合分子對接研究金雀花堿與牛血清白蛋白間相互作用[J].光譜學(xué)與光譜分析，2016，36（03）： 765-769.

[7] Yu L， Jiang B， Chen Z， et al. Cytisine induces endoplasmic reticulum stress caused by calcium overload in HepG2 cells[J]. Oncol Rep， 2018， 39（3）： 1475-1484.

[8] 沙毛毛，匡怡，任靜娜，等.金雀花堿對大鼠心室肌細胞鈉通道的影響[J].中國中西醫(yī)結(jié)合雜志，2019，39（08）：978-982.

[9] Radchenko E V， Dravolina O A， Bespalov A Y. Agonist and antagonist effects of cytisine in vivo[J]. Neuropharmacology， 2015， 95： 206-214.

[10] Paduszyńska A， Banach M， Rysz J， et al. Cytisine - From the Past to the Future[J]. Curr Pharm Des. 2018， 24（37）： 4413-4423.

[11] Li Y J， Yang Q， Zhang K， et al. Cytisine confers neuronal protection against excitotoxic injury by down-regulating GluN2B-containing NMDA receptors[J]. NeuroToxicology， 2013， 34： 219-225.

[12] RRezvani AH， Tizabi Y， Getachew B， et al. Chronic nicotine and dizocilpine effects on nicotinic and NMDA glutamatergic receptor regulation： interactions with clozapine actions and attentional performance in rats[J]. Prog Neuropsychopharmacol Biol Psychiatry. 2008， 32（4）：1030-40.

[13] Tutka P， Kondrat-Wróbel， Maria W， et al. Cytisine inhibits the protective activity of various classical and novel antiepileptic drugs against 6 Hz-induced psychomotor seizures in mice[J]. Psychopharmacology， 2016， 234（2）： 281-291.

[14] Indurthi DC， Qudah T， Liao VW， et al. Revisiting autosomal dominant nocturnal frontal lobe epilepsy （ADNFLE） mutations in the nicotinic acetylcholine receptor reveal an increase in efficacy regardless of stochiometry[J]. Pharmacol Res. 2019， 139： 215-227.

[15] 戴志廷，張勇，唐勝，等. 金雀花堿衍生物的設(shè)計、合成及降糖活性研究[J].藥學(xué)學(xué)報，2018， 53（3）：416-424.