銀杏葉藥效分子機制研究進展

孟杰,王國霖,陸宜斌,郝夢玥,吳云飛

(青島農業大學園林與林學院,山東 青島 266109)

銀杏(GinkgobilobaL.)是銀杏綱(Ginkgopsida)銀杏科(Ginkgoaceae)植物譜系中唯一存活下來的孑遺物種,被稱為“活化石”[1]。銀杏葉是其發揮最大藥用價值的部位,是近代國際上天然藥物研發的熱點之一?！吨袊幍洹?020年版記載銀杏葉功效為“活血化瘀,通絡止痛,斂肺平喘,化濁降脂。用于瘀血阻絡,胸痹心痛,中風偏癱,肺虛咳喘,高脂血癥”[2]。銀杏葉提取物主要臨床用于心腦血管疾病、阿爾茲海默癥、動脈粥樣硬化、哮喘、糖尿病并發癥等疾病的治療[3-5]。相對于藥效成分單一的西藥,銀杏提取物制劑發揮藥效是銀杏黃酮類、萜內酯類、酚類及其他微量元素等協同作用的結果,具有多成分作用于機體多靶點的特征,因此具有較好的臨床應用價值和前景[6]。雖然已將銀杏葉提取物藥理活性基本總結清楚,但還缺乏關于這些藥效的物質基礎以及作用靶點和分子機制的總結。本文首先分類匯總銀杏葉中化學成分,然后根據藥用活性,對它們發揮藥效的分子機制進行綜述,為新藥開發或臨床聯合用藥提供指導。

1 銀杏葉中主要化學成分種類

銀杏葉中已報道的主要成分根據結構特點分為黃酮類、萜類、苯丙素及多酚類、烷基酚(酸)類、其他的微量成分如有機酸、苯酚糖苷、生物堿和甾體等。

1.1 黃酮類黃酮類是銀杏中含量最豐富的成分[7],其結構類型包括(Ⅰ)二氫黃酮類[7-8];(Ⅱ)黃酮類[8-10];(Ⅲ)異黃酮類[8,11];(Ⅳ)二氫黃酮醇類[8];(Ⅴ)黃酮醇類[12-13];(Ⅵ)黃烷醇類[7,14];(Ⅶ)雙黃酮類(1～7)[8,13];(Ⅷ)糖基化及苯丙?；S酮類[15],部分化學結構式見圖1。

圖1 銀杏中雙黃酮及萜內酯類化合物結構式

1.2 萜類萜內酯由Nakanishi等[16]于1965年首次對銀杏內酯A、B、C、M,(簡稱GA,以此類推,下同,9～12)的化學結構進行了報道,接下來陸續分離鑒定出了白果內酯(BB,8)和銀杏內酯J、P、Q、L、K、N(13～18)[17-19]。Lee等[20]在銀杏葉中分離到一種新的白果內酯異構體(19)。除此之外,銀杏中還含有其他無內酯結構的常見萜類物質如倍半萜類[20-21]、三萜類和聚戊烯醇類[22],部分化學結構式見圖1。

1.3 苯丙素類及多酚聚合物類目前,分離鑒定到的化合物有:(Ⅰ)苯丙烯酸(醇)類[8,23];(Ⅱ)苯甲酸類[8,23];(Ⅲ)香豆素類[8];(Ⅳ)木脂素類[21,24-25],根據結構分為駢雙四氫呋喃類(furofurans);苯駢呋喃新木脂素類(benzofurans neolignans);苯駢環己烷新木脂素類(benzo-cyclohexane neolignans);8-O-4′ 新木脂素(8-O-4′ neolignans);(Ⅴ)苯丙素衍生物[9,12,21,24],包括苯丙醇(酸)類、6-羥基喹啉酸、scrophenoside G等;(Ⅵ)原花青素類[14]。

1.4 烷基酚(酸)類烷基酚(酸)類是指含有烷基長側鏈的酚類代謝物,主要包括:(Ⅰ)銀杏酸(ginkgolic acid)[9,26];(Ⅱ)烷基間苯二酚酸(resorcylic acid)[27];(Ⅲ)腰果酚(cardanols)[28];(Ⅳ)強心酚(cardols)[28];(Ⅴ)漆酚(urushiols)[29];(Ⅵ)烷基香豆素類[30]。

1.5 其他目前,還有一些含量不高且不是銀杏獨有的化合物成分也被鑒定到。根據其結構特點分為以下幾種:(Ⅰ)非芳香有機酸類[8,23];(Ⅱ)苯酚糖苷類:包括苯乙醇糖苷[31]、苯甲醇[25,31]、鄰苯二酚類[25,31]、二聚體[20];(Ⅲ)硝基苯苷類[32];(Ⅳ)生物堿類[33]:包括吡哆醛、4′-O-甲基吡哆醇(MPN)、MPN-5′-磷酸、MPN-5′-葡糖苷;(Ⅴ)甾體類[34]:包括β-谷甾醇、豆甾醇、菜油甾醇、胡蘿卜苷、豆甾醇-3,6-二酮、豆甾醇-4-烯-3,6-二酮等。

2 銀杏葉化學成分的藥理活性

2.1 改善心腦血液循環血小板活化因子(platelet-activating factor,PAF)是血液中重要的凝血因子[35],銀杏萜內酯作為PAF的競爭性拮抗劑,能有效結合血小板活化因子受體(platelet-activating factor receptor,PAFR),抑制PAF誘導的血小板凝集,從而防止血栓形成,改善心腦及外周血液循環[36]。研究發現萜內酯成分中PAF抑制活性由強到弱順序一般為GB(10),GK(17)>GA(9)>GQ(15)>GC(11)>GP(14)>GJ(13)>GM(12)[37]。

Li等[38]采用綜合系統藥理學方法證實銀杏葉提取物(GBE)中27個化學成分通過作用于多個靶點,參與調節促生存、抗凋亡和抗炎過程的多個通路,表現出協同治療作用。體外實驗證明GA(9)、GB(10)和異鼠李素通過磷酸肌苷-3-激酶/蛋白激酶b通路(PI3K-Akt)和NF-κB信號途徑發揮協同作用治療心肌病;另一方面,Cui等[39]利用網絡藥理學方法證實了疏血寧注射液通過抑制炎癥反應、調節氧化應激水平,減少腦組織神經元細胞凋亡,對大鼠腦組織起到保護作用,揭示了其治療缺血性中風的內在機制。Chen等[40]的研究表明GK(17)通過JAK2/STAT3通路促進缺血卒中后血管生成,為未來GK(17)及其類似物在缺血卒中治療中的臨床應用提供了新思路。除了銀杏萜內酯,Chen等[41]發現銀杏雙黃酮是天然形成的人凝血酶抑制劑,可作為開發高效、安全新型凝血酶抑制劑的先導化合物。

2.2 治療神經系統相關疾病

2.2.1 神經系統保護作用銀杏葉提取物能結合神經遞質受體治療神經系統相關疾病[42]。銀杏萜內酯通過與中樞神經系統甘氨酸受體(GlyR)離子通道的中心孔結合發揮GlyR拮抗劑作用[43]。Jensen等[44]證明天然銀杏萜內酯分子的緊湊籠型結構對GlyR拮抗活性至關重要,并發現通過與陰離子半胱氨酸環狀通道(Cys-loop)特異結合發揮GlyR拮抗作用[45]。這與PAFR抑制活性的構效關系明顯不同,說明銀杏萜內酯針對不同靶點有完全不同的作用機制[46]。Mateey等[47]發現銀杏酸也是一種新型α1GlyR增強劑。銀杏提取物中的萜內酯和雙黃酮還可以通過對GABAA受體的拮抗作用調節神經遞質平衡[48]。Svenningsen等[49]證明穗花杉雙黃酮(1)結合在GABAA受體上的苯二氮平類藥物結合位點,發揮焦慮抑制活性。

2.2.2 改善認知和記憶改善認知和記憶是銀杏葉成分治療神經系統疾病的主要臨床應用。阿爾茨海默病(Alzheimer′s disease,AD)是一種起病隱匿,進行性發展的神經系統退行性疾病。Fan等[50]通過對迄今為止AD相關治療文獻的綜述發現銀杏葉提取物是AD患者的最佳認知和日常生活藥物。Wang等[51]利用轉錄組學探討了GB(10)對AD病理環境中星形膠質細胞損傷的保護作用機制,發現GB(10)可能通過調節Hippo和Wnt通路促進谷氨酸轉運體表達,在谷氨酸誘導的星形膠質細胞損傷中發揮保護作用。Yu等[52]發現GK(17)可以抑制趨化分子CCL-2/3/5的表達,限制了炎癥細胞向脊髓遷移,有效改善自身免疫性腦脊髓炎的嚴重程度,首次揭示了GK(17)用于多發性硬化癥治療的可能性。另外,GA(9)靶向N-甲基-D-天冬氨酸受體(NMDA受體),可以阻止淀粉樣蛋白誘導的皮層神經元去極化,說明在治療AD方面具有很大的臨床潛力[53]。

2.3 調節代謝銀杏葉提取物中的雙黃酮成分已廣泛用于治療代謝性疾病[54]。Dell′Agli等[55]發現銀杏提取物中的雙黃酮作為磷酸二酯酶-5(PDE5)抑制劑參與調節脂質代謝和吸收。Chou等[56]發現銀杏素(3)通過調節STAT5介導的PPARγ和C/EBPα抑制脂肪形成。胰脂酶(pancreatic lipase,PL)是促進脂質吸收的關鍵酶,能催化胃腸道內甘油三酯的水解,因此可以通過抑制PL來治療肥胖[57]。Liu等[54]發現白果素(2)、銀杏素(3)、異銀杏素(4)、金松雙黃酮(5)通過氫鍵與PL催化三聯體形成強烈的相互作用,發揮顯著的抑制效果(2.90 μmol·L-1

2.4 抗炎、抗氧化活性

2.4.1 抗炎活性PAFR可參與炎癥激活導致的多種疾病,銀杏萜內酯的抗炎作用主要與它的PAFR抑制活性有關:Xiang等[59]揭示了GB(10)可能通過拮抗PAFR通路降低TRIM37的表達,從而抑制NF-κB的激活,減輕肺泡上皮細胞的炎癥反應,首次證明GB(10)在急性腦卒中并發肺部炎癥的臨床應用中可能有效;Liu等[60]發現BB(18)通過TLR-4/MyD88/NF-κB通路減輕盲腸結扎穿刺所致的急性肺損傷,首次指出BB(18)可能是一種治療膿毒癥所致急性肺損傷的潛在藥物。

2.4.2 抗氧化活性抗氧化活性與細胞凋亡、增殖、脂質代謝、細胞分化和免疫反應有關。Zhang等[61]采用分子對接和網絡藥理學方法構建復合靶標的分子作用機制網絡,發現它們的抗氧化活性主要集中在8個生物功能和6個信號通路上,指出銀杏黃酮類、銀杏內酯、原花青素和有機酸4類成分存在協同作用。Wang等[62]利用液質聯用(LC-MS)篩選銀杏葉中超氧陰離子自由基清除劑和黃嘌呤氧化酶抑制劑,鑒定出4種黃嘌呤氧化酶抑制劑:槲皮素、芹菜素、山萘酚和異鼠李素,4種超氧陰離子自由基清除劑:蘆丁、槲皮素、山萘酚和異鼠李素。

2.5 抗腫瘤活性腫瘤發生原因復雜,靶點多樣,呈現網絡化和協同性。目前關于銀杏提取物抗腫瘤方面的研究主要針對以下幾種成分:①雙黃酮。Zhuang等[63]證明銀杏素通過調節JAK2/STAT3信號通路阻滯黑色素瘤細胞G1/G0期轉換;Pan等[64]證明銀杏素通過抑制JAK1/STAT3和PI3K/Akt的激活因子抑制子宮內膜癌的生長和侵襲;②萜內酯。Kawasaki 等[65]首先證明PAFR是調節口腔鱗狀癌細胞(OSCC)中順鉑(CDDP)敏感性的治療靶點,并發現PAFR特異性抑制劑GB(10)可增強CDDP的藥敏性和其誘導的細胞凋亡;③銀杏酸。Fukuda等[66]發現銀杏酸是第一個能抑制E1酶泛素化活性的天然分子,Brackett等[67]通過合成不同烷基側鏈的銀杏酸衍生物揭示了銀杏酸結構與E1泛素化抑制活性的構效關系。Liu等[68]發現銀杏酸抑制胰島素樣生長因子1受體(IGF-1R)與小泛素樣修飾劑-1(SUMO1)結合,降低IGF-1R的表達,阻礙了胃癌的發生。

3 總結與展望

銀杏提取物發揮不同藥理作用的主要成分可以總結如下:①銀杏萜內酯具有拮抗PAFR、GlyR和GABAA受體的功能,是發揮改善心腦和外周血液循環以及神經保護作用的關鍵物質,另外通過PAFR抑制功能發揮抗炎抗腫瘤活性;②雙黃酮在調節神經遞質和代謝性疾病中具有重要作用;③銀杏黃酮類和有機酸等成分主要具有抗氧化、抗炎功效;④銀杏酸類有抑制類泛素蛋白分子修飾活性可為抗癌藥提供新思路。所以說一方面,銀杏提取物中的某類成分因其顯著的藥理活性可以用作治療癌癥、糖尿病、神經系統疾病等的先導化合物或輔助藥物;另一方面,銀杏葉提取物中的多成分協同作用可以達到只服用一種銀杏藥物起到同時治療多種疾病的作用,提高患者的順應性。因此,隨著各種新技術和方法的發展與應用,例如提高生物利用度的新型藥物遞送系統,對銀杏藥物的各種藥理作用機制的認識將會更深入,更利于銀杏提取物用于新藥研發。