冰片藥理作用及冰片酯的研究進展

吳諭鋒，朱澤宇，陳靖南，皮家愷，魏宇辰

(1.江西中醫藥大學藥學院藥理毒理實驗室，江西 南昌 330000；2.中山大學藥學院藥理學與毒理學實驗室，廣東 廣州 510006；3.執信中學，廣東 廣州 510006)

冰片在我國有著悠久的使用歷史，歷代記載其功效如《新修本草》：“主心腹邪氣，風濕積聚，耳聾，明目，去目赤膚翳”；《本草綱目》：“通諸竅、散郁火”；《本草衍義》：“獨行則勢弱，佐使則有功”。《中國藥典》2015年版中收載的冰片分為天然冰片，合成冰片和艾片(見圖1)，學名為 2-茨醇。但冰片表現出的揮發性強[1-2]和一定的生殖毒性[3]等特點使科學家們對其進行了結構修飾和改造，以求獲得毒性更低，藥代動力學參數更好的冰片衍生物。當今研究的熱點是合成冰片酯，本文在前人的基礎上進一步的總結近年來國內外對于冰片和冰片酯的藥理活性研究進展，并初步探討了今后的研究方向和重點，以期望對冰片酯的研究有所幫助，現綜述如下。

1.天然冰片;2.艾片;3.合成冰片圖1 冰片的3種結構式

1 冰片的主要作用

1.1 抗菌作用 黃曉敏等[4]對天然冰片 3 種不同劑型的體外抗菌活性進行測定，在其實驗中發現冰片對金黃色葡萄球菌等細菌有較強的抑制作用，其中油劑的抑菌活性最強，其 MIC50為粉劑的 2 倍。何桂芳等[5]發現冰片注射液對大腸桿菌 K88、溶血性大腸桿菌、豬丹毒桿菌、豬巴氏桿菌均有較強的抑制作用。牟家碗等[6]發現天然冰片、艾片和合成冰片均具有抗金黃色葡萄球菌等的作用，在低濃度時有抑菌作用，高濃度時表現為殺菌作用，且抗菌效果隨冰片濃度增加而增加。常頌平等[7]發現冰片可以破壞真菌的細胞結構，導致真菌溶解死亡。其實驗結果表明冰片的最低抑制真菌的濃度為 5%，殺菌濃度為 10%。

1.2 冰片對腦部神經的保護 肇麗梅等[8]觀察了冰片對腦缺血小鼠空間分辨學習的影響發現。冰片能有效減少小鼠腦缺血再灌注損傷后的跳臺反應錯誤次數和增強小鼠的記憶能力，實驗結果發現在 2 mg·kg-1冰片組中小鼠跳臺錯誤次數為 2.2 次相較于模型組小鼠的 3.9 次顯著減少。表現為冰片對缺血再灌注小鼠腦部的神經有著保護作用。何曉靜等[9]發現冰片注射液大、中、小 3 個劑量均可顯著降低大腦中動脈栓塞(middle cerebral artery occlusion，MCAO)小鼠的神經行為學評分，其中 MCAO 小鼠在使用了大中劑量的冰片后腦梗死面積相較于空白對照小鼠減少了三分之一，何曉靜等同時也研究了冰片對小鼠的抗缺氧作用，發現注射了大劑量冰片后的小鼠在缺氧環境下的存活的時間相較于空白對照的小鼠延長了 1.32 倍。

1.3 協助藥物透過體內屏障的作用 冰片在中藥配伍中常用作佐藥幫助其他藥物更好地發揮療效，有著“獨行則勢弱，佐使則有功”的說法。張鄭[10]所進行的實驗表明在有冰片參與用藥的情況下，可以明顯增加丹參素的在腦部的分布。丹參素在腦部平均滯留時間(mean residence time，MRT)的增加反映出冰片能增強與之配伍藥物的長效緩釋性。陳艷明等[11]利用犬腎細胞(Madin-Darby canine kidney cells，MDCK)研究冰片對 MDCK 細胞間連接的緊密程度的影響，實驗結果表明，冰片可以使MDCK上皮細胞之間的緊密程度降低，同時使MDCK上皮細胞胞吞的囊泡數量增多、粒徑增大。Jiang 等[12]研究了同時給予冰片和速效救心丸后大鼠不同器官中人參皂苷的濃度，發現冰片可以顯著增加速效救心丸中的人參皂苷在心臟部位的分布從而增強速效救心丸緩解心絞痛的作用。

1.4 鎮痛抗炎作用 在侯桂芝等[13]的實驗中發現對燒傷創面直接使用冰片后的小鼠痛閉值比萬紅燙傷膏和生理鹽水處理組分別高出了 2.78 倍和 6.24 倍。孫曉萍等[14]在實驗中發現冰片能顯著抑制由醋酸導致的小鼠 15 min內的扭體反應(P<0.01)，其 ED50=0.581 3 g·kg-1。蔡瑞宏等[15]研究了蘆薈冰片燒傷膏對燒傷小鼠耳郭腫脹抑制率及其鎮痛效果。實驗結果表明：蘆薈冰片燒傷膏在用藥 5 d 后展現療效，能顯著的縮小小鼠的燙傷面積，在 13 d 之后蘆薈冰片燒傷膏的促進創面愈合作用明顯優于磺胺嘧啶銀。Kong 等[16]在研究冰片對腦缺血的保護作用時通過觀察免疫組織的染色切片發現冰片可以顯著地降低腦缺血后腦內的白細胞浸潤數量、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)陽性細胞的數量和細胞間黏附因子-1(ICAM-1)陽性血管的數目，結果表明冰片能抑制腦內的炎癥反應，防止了腦損傷。

1.5 防止血栓的形成 Li 等[17]研究了冰片抗血栓和抗血小板活性及其對血栓形成的影響，在把不同劑量的冰片抗血栓作用與阿司匹林對比后發現，發現口服冰片70 mg·kg-1后的小鼠靜脈血栓重量比造模組小鼠的輕了44.7% 靜脈血栓的抑制率達到了約43%，相比之下阿司匹林組的小鼠靜脈血栓重量相較于造模組小鼠下降了42%，阿司匹林組小鼠的靜脈血栓的抑制率約為41%。同時發現 35 mg·kg-1的冰片使凝血酶原時間延長了 1.18 倍而凝血酶時間延長了1.23倍。故認為冰片有著很好的抗血栓作用，且作用強度隨著冰片用量的增大而增大。

2 冰片的酯類衍生物

冰片酯是運用前藥拼接原理來合成的一類冰片的酯類衍生物，前藥是在體內酶的作用下釋放出母體藥物而發揮作用的一類化合物[18]。冰片酯在進入體內后會釋放出母體藥物和冰片，這有效地克服了冰片具有揮發性而不宜與藥物直接做成制劑的缺點[19]。同時也降低了冰片的毒副作用[20]，增強了母體藥物和冰片的治療作用[21-24]、改善了其藥代動力學參數[10]、使母體藥物透皮作用[25]和通過血腦屏障能力增強[26]等。一系列實驗結果表明合成冰片酯對改善已知藥物的藥理學活性有很大的作用。

2.1 冰片酯的藥代動力學研究 劉少靜[27]發現丹參素冰片酯(Danshensu borneol ester，DBZ)(見圖 2)在體內分布和消除速度都很快，不適合作為靜脈注射劑使用，建議制作成緩釋制劑以延長藥物的施放時間。張鄭[10]研究了 DBZ 的靶向性，發現 DBZ 能改善丹參素的藥代動力學參數，使其在體內的平均滯留時間和半衰期 t1/2比丹參素分別增加了 2.71倍和1.42倍。在蘭薇[28]的實驗中發現沒食子酸冰片酯(見圖2)在腦部的回收率最高，在加入沒食子酸冰片酯 9 mg·L-1時大鼠腦部的回收率為 86.8%，表現沒食子酸冰片酯的腦靶向作用較強。根據這些藥代動力學的研究發現，藥物在與冰片成酯之后能夠顯著的增加其在腦組織中的分布，符合中醫理論中描述冰片 “芳香開竅，引藥上行”的特點。

圖2 丹參素冰片酯和沒食子酸冰片酯結構式

2.2 毒副作用 吳祈德[20]在實驗中合成了5種苯甲酸類冰片酯(見圖3)，并對其毒性進行了評價。結果表明合成出的苯甲酸冰片酯的毒性皆遠小于冰片的毒性，其中(+)4-甲氧基苯甲酸冰片酯的LD50的95%可信限為 3.189 5～4.237 6 g·kg-1遠小于冰片的2.425 9 g·kg-1，表明冰片酯能有效地降低冰片的毒性。張易[29]發現大多數小鼠在注射 DBZ之后出現了呼吸衰竭的現象，故認為DBZ的毒性主要表現為中樞神經的急性毒性。

圖3 苯甲酸類冰片酯結構式

2.3 抗菌殺蟲作用 Silva等[30]利用微波合成法合成了一系列的冰片酯化合物(見圖4)，并對其抗菌能力進行了研究，實驗結果表明這些化合物都有著較好的抗菌活性，其中化合物9、10分別表現出了比其陽性對照藥氨芐青霉素更好的革蘭陽性血鏈球菌和革蘭陰性大腸桿菌的殺滅效果。化合物 11 則對革蘭陽性細菌有最好的選擇性，其MIC50為 62.5 μg·mL-1。研究者推測這些化合物結構上的芳香基團和甲氧基起著對特定細菌的識別作用。而冰片在制成油劑的情況下其MIC50僅為 0.625 mg·mL-1，其抑菌能力遠遠弱于冰片酯[4]。

圖4 長鏈脂肪酸與苯甲酸冰片酯

在Glaser等[31]的研究發現咖啡酸冰片酯有著很好的殺滅利什曼蟲的作用，研究結果顯示咖啡酸冰片酯(見圖5)能有效地抑制利什曼蛋白酶從而達到治療利什曼病的作用。

Feng 等[22]發現乙酸冰片酯(見圖5)能夠有效地殺滅蚊子，書虱等害蟲，對書虱有著顯著的熏蒸毒性，研究者的實驗表明其LD50=2.8 mg·L-1(空氣中)而冰片殺滅書虱的LD50=10.1 mg·L-1。同時研究者也發現乙酸冰片酯對人體的傷害較小，適合作為大面積噴灑農藥使用。

圖5 咖啡酸冰片酯和乙酸冰片酯

2.4 對心血管的保護與修復 Liao等[21]測定了在血管受損后人臍靜脈內皮細胞(human umbilical vein endothelial cells，HUVEC)創面邊緣與遷移的人腦微血管內皮細胞(human brain microvascular endothelial cells，HCMEC)數目之間的關系。結果表明使用左旋丹參素冰片酯(S-DBZ)和右旋丹參素冰片酯(R-DBZ)的小鼠與空白對照組相比，均可顯著增加HCMEC向創面遷移的數量，提高內皮細胞在血管內皮受損后的活力，從而促進受損血管內皮的修復，在使用S-DBZ和R-DBZ處理后血管的平均管徑和血管面積的增加，說明冰片酯能夠顯著提高親本化合物促血管生成的活性。他們同時發現 DBZ 的潛在靶點調控了血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)相關的信號通路，在使用了 DBZ 后發現血管內皮細胞生長因子受體2(VEGFR2)表達量顯著提高，DBZ也可以顯著的提高蛋白激酶 B(PKB)、磷脂酶 C γ(PLCγ)、Raf-1和細胞外調節蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases，ERK 1/2)的磷酸化的比例，這些通路和蛋白的變化都能激活絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)，促進HCMEC和HUVEC等血管內皮細胞的分裂，從而達到修復受損血管的作用。

Jia等[32]在研究DBZ對動脈粥樣硬化治療的實驗中發現DBZ能有效地抑制內源性膽固醇和泡沫細胞的生成，其實驗結果表明丹參素冰片酯與其陽性對照藥辛伐他汀有著一樣優異的降脂作用，同時DBZ調節更多與代謝途徑相關的代謝產物進入正常狀態，Jia等[32]推測，DBZ 可能通過作用于多個生物靶點來治療動脈粥樣硬化性疾病。李靜等[33]的實驗中發現在使用了DBZ之后小鼠體內的 Toll 樣受體 4 (TLR4)、NF-κB和白細胞介素-6(IL-6)表達量被抑制，表明 DBZ 有減少動脈粥樣硬化斑塊生成的能力，對動脈粥樣硬化疾病有著一定的治療作用。

冠心病的發生和發展與同型半胱氨酸有關，王雪等[34]探索了DBZ對同型半胱氨酸誘導的大鼠骨髓間充質干細胞(bone mesenchymal stem cells，BMSC)損傷保護作用發現使用DBZ組的超氧化物歧化酶(SOD)水平高于模型組，同時丙二醛(MDA)的水平均低于模型組。在投射電子顯微鏡下觀察到模型組的BMSC的細胞器腫脹明顯，衰老凋亡的細胞數目明顯增多，而在DBZ干預組中細胞衰老較少，損傷程度較輕。在劉明等[35]的實驗中采用了三氯化鐵制造大腦中的動脈栓塞的模型，再評價造模后腦梗死的范圍、SOD及MDA的含量，實驗結果表明使用了 54 mg·kg-1的DBZ后小鼠的腦梗死面積相較于空白對照組減小了1.07 倍，SOD活性增強了1.51 倍，腦內的MDA含量有所減少。

2.5 對神經系統的作用 阿爾茨海默病(Alzheimer′s disease,AD)患者腦中 β-淀粉樣蛋白(amyloid β-protein，Aβ)中β片層結構可促進Aβ聚集形成不溶性纖維，進一步形成難溶沉淀生成老年斑(senile plaques，SP)，最終引起AD發生[36]。在Han等[37]的實驗中發現DBZ能有效的減少體外孵育的Aβ1～40 的含量，并且Aβ含量隨著DBZ的濃度增加而降低。Han等[37]同時也進行了損傷模型的研究，使用H-SY5Y和VSC4.1這兩種細胞系作為H2O2損傷細胞模型，發現DBZ可以保護神經細胞免受H2O2氧化，有著較好的抗氧化作用。

在AD發生的過程中TLR4有著對 Aβ 的綁定和吞噬的中介作用[38]，這會使 NF-κB 炎癥通路的激活從而再導致細胞核內的IL-1、IL-6、IL-8、TNF-α等炎癥因子和細胞毒素的生成[39]。在李靜等[33]的實驗顯示在使用了 DBZ 后發現動脈粥樣硬化斑塊中的TLR4、NF-κB和IL-6 mRNA 的表達明顯減少。故推測DBZ可能同時有著消除腦內炎癥的作用，考慮能否進行DBZ對腦內炎癥的抑制性的研究，從而開發出對AD新的療法。

在腦缺血的條件下，興奮性氨基酸(如谷氨酸)過度釋放，使得腦內通過NMDAE-PSD-95-nNOS的途徑過度釋放一氧化氮，產生神經毒性。在Zhu等[23]的實驗中發現了 N-(2-碳酸甲氧乙酰)-d-纈氨酸甲酯(ZLc-002)對小鼠海馬區的nNOS-CAPON有良好的阻斷作用，表現為使用了ZLc-002 后的小鼠相較于空白對照組的小鼠焦慮程度明顯降低。然而ZLc-002在MCAO動物模型中不能表現出明確的神經保護作用，且其在藥物濃度較高的情況下藥效降低。故李飛等[40]對ZLc-002進行了結構改造(見圖 6)，把ZLc-002上的纈氨酸甲酯的甲基用冰片代替，發現其能顯著地提高對神經元損傷的抑制率，其中化合物 2對神經元細胞的抑制率為69.4%±5.9%，比冰片和ZLc-002分別高出了6.73 倍和2.29 倍，在高濃度下也有神經保護作用。ZLc-002冰片酯在MCAO動物模型中同樣有著優異的神經保護作用，在給藥 2 mg·kg-1的化合物2時小鼠的神經缺陷癥狀評分比冰片組、ZLc-002 和模型組分別降低了1.31倍、1.62倍和1.85倍，同時使用了ZLc-002冰片酯的小鼠腦梗死面積相較于冰片組、ZLc-002 組和模型組分別減少了1.37倍、1.50倍和1.62倍。實驗結果表明冰片酯很好地改善了冰片以及母體藥物的藥理作用。

匡新謀等[41]的實驗中制備了纈氨酸冰片酯(見圖7)，發現其表現出很好的抗癲癇作用，其在高濃度時表現出與陽性對照藥卡馬西平一致的抗驚厥活性，低濃度時的表現甚至優于卡馬西平。

2.6 促透作用

2.6.1 促進透過血腦屏障 血腦屏障是存在于脊椎動物的血液循環與神經系統之間一層細胞屏障，有著保護神經系統，維持腦內微環境穩定的作用[42]。但血腦屏障的存在也同時阻止了藥物進入腦內的效率。血腦屏障的作用體現在大腦內皮細胞的緊密排列、低的胞飲作用和高的 P-蛋白表達。P-蛋白具有外排進入腦內藥物的作用，使藥物在腦內的濃度低、作用力弱。研究者發現在使用DBZ后小鼠海馬區的P-蛋白表達量明顯減少，給藥 45 min 后 P-蛋白的表達降低至最低水平(47.5%)，其余部位表達量也呈下降趨勢，表明DBZ能有效地開放血腦屏障使藥物進入腦內發揮療效。

吳祈德[20]使用伊文氏藍溶液檢測了使用冰片酯之后小鼠的血腦屏障透過率，實驗結果表明所有冰片酯組的小鼠腦中都有染色現象，表明冰片酯有著打開血腦屏障的作用，其中(+)-2-甲氧基苯甲酸冰片酯和(+)-4-甲氧基苯甲酸冰片酯促進透過血腦屏障的能力相較于天然冰片分別提高了 1.25倍和 1.38倍，說明冰片酯相較于冰片更好的促進藥物透過血腦屏障。

2.6.2 透皮作用 王濤等[25]合成了水楊酸冰片酯(見圖3)并利用紫外分光光度法研究了其對鼠皮的促透作用。實驗結果表明與空白對照組相比水楊酸冰片酯有著良好的透皮作用，其透皮速率常數J=0.253 9 mg·(cm2·h)-1。

2.6.3 抑制腫瘤細胞多藥耐藥性的作用 臨床試驗表明共軛亞油酸具有抑癌能力，但是由于腫瘤細胞上的P-蛋白表現出特殊的藥物外排作用導致腫瘤細胞表現出多藥耐藥性(MDR)，這使共軛亞油酸不能很好地進入癌細胞內發揮藥效[43]。王羽倫[44]把共軛亞油酸與冰片結合成酯后作用于癌細胞，發現共軛亞油酸冰片酯(見圖8)能顯著的抑制腫瘤細胞的生長，研究者的實驗結果表明在給藥共軛亞油酸冰片酯 200 μmol·L-1的情況下其對HePG2細胞的抑制能力比給藥同劑量的共軛亞油酸高1.2倍，比冰片高出3.88倍，并且抑制的效果隨著共軛亞油酸冰片酯濃度增加而增加。說明合成了冰片酯之后使共軛亞油酸能更好地發揮其藥效，得到比原藥和冰片更加杰出的藥性。

圖6 N-(2-碳酸甲氧乙酰)-d-纈氨酸甲酯(ZLc-002)及其冰片酯類衍生物

圖7 纈氨酸冰片酯

圖8 共軛亞油酸冰片酯

在匡新謀等[41]的實驗中發現纈氨酸冰片酯表現出很好的抑制HeLa細胞的作用，且隨著作用時間的增長，纈氨酸冰片酯對HeLa細胞的抑制率也增強，加藥1～6 d，纈氨酸冰片酯組內的HeLa細胞數量分別為空白對照組的90.9%、79.3%、67.3%、45.9%、43.4%、42.9%，抑制率分別為9%、21%、33%、54%、57%和57%。表明了冰片酯有顯著的抑制HeLa細胞增殖的能力。

2.6.4 與成藥的結合 把藥物制成前藥可以降低其不良理化性質的影響，前藥在血液中經過酶和化學轉化等作用可以釋放出有活性的母體藥物，從而發揮預期的藥理作用[45]。惠愛玲等[26，46]運用前藥原理以冰片為原料結合了一系列的藥物，如：布洛芬、阿魏酸、美金剛、他克林、萘普生、阿司匹林、L-多巴等(見圖9)，研究者發現在與冰片成酯之后明顯優化了母體藥物的藥代動力學參，提高了藥物的腦靶向性(見表1)，降低了部分母體藥物的毒性，如他克林冰片酯顯著的降低了他克林的外周毒性，增強了藥物的促透作用。同時也開發了一些藥物的新用途，如Hirohata等[47]的研究中表明非甾體抗炎藥有著抗Aβ的生成，降低AD發病風險的作用。但是布洛芬難以通過血腦屏障，在腦內的分布較少，而布洛芬冰片酯能有效地通過血腦屏障，使布洛芬能夠發揮治療AD的作用。

1.布洛芬冰片酯；2.酮洛芬冰片酯；3.氟比洛芬冰片酯；4.菲諾洛芬冰片酯；5.雙氯酚酸冰片酯；6.賽諾酚酸冰片酯；7.甲氯酚酸冰片酯；8.萘普生冰片酯；9.氟芬那酸冰片酯；10.吲哚美辛冰片酯；11.美金剛冰片酯；12.他克林冰片酯；13.L-多巴冰片酯圖9 冰片與成藥合成的冰片酯

表1 合成的冰片酯藥代動力學參數的變化

2.7 鎮痛作用 王濤等[24]發現(+)順丁烯二酸單冰片酯(見圖10)相較于天然冰片能夠有效地降低痛閾，在給藥(+)順丁烯二酸單冰片酯0.36 mmol·g-1時其鎮痛效果高出空白對照組大約10.6倍，在同劑量給藥的情況下其鎮痛效果高出天然冰片組約1.33倍，效果接近于其陽性對照藥羅定痛。且鎮痛效果隨著(+)順丁烯二酸冰片酯用量的增大而增大。結果表明在合成了冰片酯之后其鎮痛效果相較于冰片有了很大的提升。

圖10 (+)順丁烯二酸單冰片酯

3 展望

冰片在我們國家有著很長的運用歷史，隨著國家越來越重視傳統中醫藥的發展，加上提取工藝及合成技術的日益成熟為冰片的發展提供了諸多的便利。根據以往的研究以及臨床實踐充分證明了冰片是一種有著多樣的藥理活性，開發前景良好的一種天然活性產物。然而，因為其本身的易揮發，有毒性而導致了冰片不宜單獨合成制劑以及長期連續服用，為了更好地發揮冰片的藥用價值，以他克林冰片酯等新合成藥物為代表的一系列實例證明了通過化學修飾可以增強母體藥物的藥效，并減少母體藥物所帶來的毒性(見表2)。

表2 已報道冰片酯作用小結

考慮大部分的藥物有著酸的結構，可以作為構成酯基的原料，再基于當今的研究發現合成冰片酯之后可以很好協助原藥進入病位，不只是穿過血腦屏障等，也可以抑制腫瘤細胞的多藥耐藥性等，同時降低冰片和母體藥物的毒性等。所以今后的研究可以考慮把冰片和帶有羧基的藥物或天然活性產物成酯，再對其藥代動力學等參數進行研究并與母體藥物作對比。冰片酯的研究開辟了應用冰片的一條新途徑，值得進一步的探索。