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白鲜属柠檬苦素类化合物及其生物活性的研究进展



全 文 :作者简介:白媛媛,女,在读硕士研究生,研究方向:天然药物化学,E - mail:bai15866707266@ 163. com
通讯作者:王晓静,女,硕士生导师,研究方向:天然药物化学,Tel:0531 - 82629336,E - mail:xiaojing6@ gmail. com
白鲜属柠檬苦素类化合物及其生物活性的研究进展
白媛媛,唐文照,王晓静
( 济南大学,山东省医学科学院医学与生命科学学院,山东省医学科学院药物研究所,山东 济南 250062)
摘要:柠檬苦素类化合物是一类高度氧化的四降三萜类植物次生代谢产物,是白鲜属主要特征的化学成分,具
有明显的抗肿瘤、除虫、抗炎、镇痛、神经保护等生物活性。本文针对近年来国内外对白鲜属植物柠檬苦素类化学
成分及生物活性的研究进展进行综述。
关键词:白鲜属;柠檬苦素; 生物活性
中图分类号:R284 文献标识码:A 文章编号:2095 -5375(2013)08 -0475 -004
Research progress on limonoids from Genus Dictamnus with their biological activities
BAI Yuan-yuan,TANG Wen-Zhao,WANG Xiao-jing
(Institute of Materia Medica,Shandong Academy of Medical Sciences,School of Medicine and Life
Sciences,Jinan University,Shandong Academy of Medical Sciences,Jinan 250062,China)
Abstract:Limonoids are tetranortriterpenoids,which are the main charcteristic chemical constitutents for Genus Dict-
amnus. This kind of compounds exhibit significant anticancer,antibacterial activities and neuroprotective effects. In recent
years,studies on limonoids from Genus Dictamnus have focused on the chemical structures and biological activities. This pa-
per reviwed the research advances in recent years.
Key words:Dictamnus;Limonoids;Biological activities
芸香科白鲜属(Dictamnus L.) 植物全世界约有5 种,主
要分布于欧亚大陆[1]。我国有 2 种,是白鲜(D. dasycarpus
Turcz.) 和新疆白鲜(D. angustifolius G. Don.) ,新疆白鲜又名
狭叶白鲜。两者区别在于前者叶轴有狭翅侧,主要分布在黑
龙江、吉林、辽宁、内蒙古、河南、山西、宁夏、甘肃、陕西等地;
而后者叶轴无狭翅,仅分布在新疆。历代本草及《中国药典》
2010 年版( 一部) 收载记录,中药白鲜皮为芸香科白鲜属植
物白鲜的干燥根皮,是中国常用中药,又名北鲜皮、野花椒根
皮、臭根皮等[2]。现代药理学研究表明,中药白鲜皮具有清
热燥湿、祛风止痒以及解毒等功效,用以治疗黄水淋漓、湿
疹、风湿热痹、疥癣疮癞、黄疸尿赤等症[3]。目前,从白鲜根
皮已分离鉴定出多种化学成分,包括挥发油类、生物碱类、柠
檬苦素类、多糖化合物以及香豆素、黄酮类、甾体类等成分。
柠檬苦素类化合物(Limonoids) 是白鲜属植物中分布最
为广泛的一类化合物,为白鲜皮中一大类重要活性成分,是
一类高度氧化的具有 4,4,8 -三甲基 - 17 -呋喃甾体骨架的
化合物或其衍生物的总称。主要表现具有抗肿瘤、除虫、抗
炎、镇痛等很多药理活性。在生源上,柠檬苦素是由△7 -
tirucallol或者△7 - euphol经过降解,失掉 C - 17 侧链末端的
四个碳原子衍生而来的,因此这类化合物又称为四降三萜
(tetranortriterpenoids)。
2006 年 Roy等[4]对柠檬苦素类化合物的生物界分布、
化学结构及生物合成、药理活性以及构效关系进行了综述,
2009年王贱荣等[5]对芸香科植物中分离得到的柠檬苦素类
化合物的化学结构、合成途径及生物活性等方面的研究现状
进行综述;2011 年 Gao 等[6]对白鲜属化学成分及药理活性
进行了综述。目前尚未发现关于白鲜属柠檬苦素类化合物
化学结构生理活性等方面的详细综述,本文对 2013 年以前
白鲜属植物中分离得到的柠檬苦素类化合物的化学结构及
生物活性等研究概况进行综述。
1 化学结构
柠檬苦素类化合物在化学结构上均具有典型的结构,即
都是含有 4,4,8 -三甲基 - 17 -呋喃甾体骨架或是由其衍生
而来。所有天然产生的柠檬苦素在 D 环 C - 17 处都连接一
个呋喃环,同时在 C - 3,C - 4,C - 7,C - 16 以及 C - 17 连接
含氧官能团。根据其结构柠檬苦素类化合物主要分为 3 类:
柠檬苦素苷元类(limonoid aglycons)、降解型柠檬苦素类(de-
graded limonoeds) 以及糖苷型柠檬苦素类(limonoid gluco-
·574·药学研究·Journal of Pharmaceutical Research 2013 Vol. 32,No. 8
DOI:10.13506/j.cnki.jpr.2013.08.010
sides)[5]。目前从白鲜属中分离得到的柠檬苦素苷元类化合
物 10 个,降解型柠檬苦素类 11 个,糖苷型柠檬苦素类 2 个。
1. 1 柠檬苦素苷元类化合物 从芸香科分离得到的柠檬苦
素苷元类化合物主要包括四环均完整型(havanensin 型)、A
-环开环、A、D -环开环、C -环开环和 A,B,D -环开环型等
几类。目前白鲜属中发现的柠檬苦素类化合物均为 A、D -
环开环( 化合物1 ~ 10) ,A、D 环开裂型化合物的特征是 A 环
和 D 环同时开裂,环高度氧化,如黄柏酮(Obacunone,化合物
1)、柠檬苦素( 化合物4)。其中化合物 9 kihadanin B 为
kihadanin BA ( 化合物9a) 和kihadanin BB( 化合物9b) 两个
差向异构体 1∶1 的等量混合物[38]。从白鲜属植物中分离得
到的柠檬苦素苷元类化合物按照环开裂情况和氧化程度列
于表 1,各化合物的化学结构见图 1。
1. 2 降解型柠檬苦素类化合物 白鲜属中分离得到的降解
型柠檬苦素类化合物(11 ~ 21) 见表1,化学结构见图 1。降
解型柠檬苦素类化合物主要包括腀酮(fraxinellone) 一类的
化合物,腀酮是白鲜属主要活性物质之一,1969 年,Coggon
等[33]从 D. albus. L.中分离出腀酮。Yan等[7]于 2003 年通过
使用黑曲霉对腀酮进行微生物转化,分别得到 dasycarpol 及
一个新的化合物命名 fraxinigerllone。2005 年 Trudeau S等[8]
通过钯催化的 Oshima - Utimoto立体选择性反应对腀酮、iso-
fraxinellone及 fraxinellonone等进行了全合成。
表 1 白鲜属植物中柠檬苦素类化合物
序号 名称 分子式 植物来源 文献
1 obacunone( 黄柏酮) C26H32O7
D. angustifolius
D. dasycarpus
[9]
2 7α - acetylobacunol C28H34O8 D. dasycarpus [11]
3 7α - acetyldihydronomilin C30H38O10 D. dasycarpus [11]
4 limonin( 柠檬苦素) C26H30O8 D. angustifolius [12]
5 rutaevin(dictamnolide) C26H30O9 D. dasycarpus [10]
6 rutaevine acetate C28H32O10 D. dasycarpus [19]
7 Limonin diosphenol(evodol) C26H28O9
D. angustifolius
D. dasycarpus
[12]
[15]
8 limonexic acid C26H30O10 D. angustifolins [13]
9a kihadanin BA C26H30O9 D. dasycarpus [38]
9b kihadanin BB C26H30O9 D. dasycarpus [38]
10 dihydroobacunone C26H30O7 D. dasycarpus [16]
11 dictamdiol C15H18O5 D. angudtifolius [17]
12 isodictamdiol C15H18O5 D. angustifolius [17]
13 calodendrolide C15H16O4 D. dasycarpus [18]
14 dictamdiol A C15H18O5 D. dasycarpus [18]
15 dictamdiol B C15H18O5 D. dasycarpus [18]
16 fraxinellone(腀酮) C14H16O3
D. dasycarpus
D. albus
[11]
17 9β - hydroxyfraxinellone C14H16O4 D. dasycarpus [11]
18 isofraxinellone C14H16O3 D. dasycarpus [14]
19 fraxinellonone C14H14O4
D. angustifolius
D. dasycarpus
[13]
[15]
20 dasylactone A C14H20NO5 D. dasycarpus [19]
21 dasylactone B C14H20NO5 D. dasycarpus [19]
22 dictamnusine C21H28O10 D. dasycarpus [18]
23
9α - hydroxyfraxinellone
- 9 - o - β - D - Glc
C20H26O9 D. dasycarpus [18]
1. 3 糖苷型柠檬苦素类化合物 目前白鲜属分离得到的糖
苷型柠檬苦素类化合物为 dictamnusine ( 化合物22) 及9α -
hydroxyfraxinellone - 9 - o - β - D - Glc ( 化合物23) ,均由柠
檬苦素苷元在 17 位与一分子葡萄糖以糖苷键的形式结合。
化学结构见图 1。
图 1 白鲜属植物中柠檬苦素类化合物的化学结构
2 生物活性
柠檬苦素类化合物是白鲜属中一大类重要活性成分,
《中国药典》2010 年版规定常用中药白鲜皮中腀酮含量不得
少于 0. 05%,黄柏酮含量不得少于 0. 15%[2]。近年来研究
表明,柠檬苦素类化合物具有昆虫拒食、抗炎、抗癌、抗菌、神
经保护等活性作用。
2. 1 昆虫拒食活性 腀酮具有较强的拒食活性,Liu 等[20]
证明白鲜皮中的腀酮对赤拟谷盗(Tribolium castaneum) 成
虫、幼虫以及玉米象(Sitophilus zeamais) 成虫的EC50值为
57. 6 mg·kg -1。Lü 等[21]研究发现腀酮对鳞翅目昆虫尤其
是粘虫幼虫小菜蛾(Plutella xylostella) 幼虫及2 龄小地老虎
(Agrotis ypsilon) 幼虫有较强活性,24 h 时的拒食中浓度
(AFC50) 值分别为11. 47、7. 78 及 13. 40 mg·mL
-1。其毒杀
活性与腀酮提高粘虫体内羧酸酯酶及谷胱甘肽 S -转移酶
的活性,而降低了 NADPH -细胞色素 P450 还原酶及 O -脱
·674· 药学研究·Journal of Pharmaceutical Research 2013 Vol. 32,No. 8
甲基酶的活性有关。原春兰等[37]通过对腀酮提取工艺的研
究改进,使得腀酮收率达到 94. 7%,经小叶碟添加法活性测
试证实 w腀酮 = 0. 21%时,72 h的拒食率和死亡率分别为 90.
4%和 95. 2%,并于 2008 年 1 月 24 日申请中华人民共和国
国家发明专利“腀酮的新用途及腀酮水剂杀虫剂”。李彪
等[22]研究发现柠檬苦素对夹竹桃蚜虫、吹绵蚧和菜蝽具有
较高的毒杀活性,10 mg·mL -1的柠檬苦素能将供试害虫全
部杀死,0. 625 mg·mL -1的柠檬苦素杀虫活性依然很高。
2. 2 镇痛抗炎活性 时东方等[23]通过二甲苯致小鼠耳郭
肿胀急性实验和小鼠毛细血管渗透性实验两种模型考察了
腀酮单体的抗炎作用,其实验结果表明腀酮能够显著降低二
甲苯致小鼠耳郭肿胀程度,说明具有明显的抗炎作用,在抑
制醋酸致小鼠腹腔毛细血管渗透性增高效果方面,腀酮中低
剂量组表现有抑制醋酸所致小鼠腹腔毛细血管渗透性的增
高的趋势,但是高剂量组出现趋势不是很明显。温靖等[24]
通过研究小鼠甲醛实验及扭体实验观察柠檬苦素的镇痛作
用,小鼠耳郭肿胀模型和角叉菜胶致大鼠足肿胀模型观察柠
檬苦素的抗炎作用,研究结果表明柠檬苦素能显著提高小鼠
甲醛实验中的痛域,减少扭体次数,显著抑制二甲苯致小鼠
耳郭肿胀和角叉菜胶致大鼠足肿胀程度。
2. 3 抗癌活性 柠檬苦素类化合物具有很强的抗癌活性,
对多种肿瘤包括神经瘤、乳腺癌、肝癌、口腔癌、皮肤癌、结肠
癌、肺癌及胃癌等有明显的抑制作用。国外研究人员通过在
豚鼠、仓鼠的动物试验研究中发现其主要通过: 清除自由基
激发谷胱甘肽转移酶(GST) 的活性抑制致癌化学物质的活
性作用及抑制肿瘤细胞的增殖等四种机制达到防治肿瘤的
目的[34]。张娟娟等[25]通过 MTT 法研究发现柠檬苦素对肝
癌细胞株 SMMC -7721 有明显的时效和量效关系,对其增值
有明显抑制作用。么乃琦[26]通过 MTT法测定白鲜皮中分离
出的化合物黄柏酮(obacunone) 和柠檬苦素地奥酚(evdol) 发
现其对人肝癌 HepG2 细胞具有保护作用。Tian 等
[27]研究了
柠檬苦素等五类柠檬苦素类化合物对人源肿瘤细胞株 HL -
60、SKOV - 3、HeLa、NCI - SNU - 1、HepG2 及 MCF - 2 等的增
殖作用,结果表明柠檬苦素对人乳腺癌 MCF - 7 细胞增殖有
明显抑制作用,在较高浓度下能诱导 MCF - 7 细胞凋亡,但
对其他肿瘤细胞无明显抑制作用。左风[28]研究表明黄柏酮
与长春新碱联合使用能够增强长春新碱对 L1210 细胞的细
胞毒性,增强效应约为原效应的 10 倍,同时其他微观抑制剂
如长春碱和紫杉醇 KB - 3 - 1 细胞和产生多药耐药的 KB -
V1 细胞的细胞毒性,也能被黄柏酮增效。
2. 4 抑菌活性 王麦玲等[29]通过对白鲜皮的研究发现其有
效成分腀酮可有效抑制玉米弯孢病菌和烟草赤星病菌孢子的
萌发。腀酮对烟草赤星病菌的 EC50值为 64. 2 mg·mL
-1,对
玉米弯孢病菌的 EC50值为 123. 3 mg·mL
-1。Govindaehari
等[30]研究柠檬苦素类化合物对 Puccinia araehidis的抑制效果时
发现,柠檬苦素抑制效果较明显,其质量浓度为 7. 35 μg·cm -2
时的抑菌率为 67. 7% 。罗水忠等[31]用不同浓度的柠檬苦
素对微生物的抑菌试验表明,质量浓度为 1. 0 g·L -1的柠檬
苦素对枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌有较强的抑制作用,质
量浓度为 0. 5 g·L -1时抑制作用较弱。李赤翎等[32]通过研
究表明柠檬苦素还对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、苏云金杆
菌、蜡样芽孢杆菌及沙门氏菌均有良好抑菌作用,其最低抑
菌浓度分别为 3%、6%、12%。
2. 5 神经保护作用 Yoon 等[18,35]人从白鲜根皮的甲醇提
取物中得到的 dictamnusine、dictamdiol A、fraxinellone、caloden-
drolide、obacunone及 limonin 等 12 个柠檬苦素类化合物,通
过使用 MTT法,以 MK -801 为阳性对照,除 fraxinellonone外
均能对抗谷氨酸对原代培养大鼠大脑皮层细胞的神经毒作
用。其中 dictamnusine、dictamdiol A、fraxinellone、calodendrol-
ide、obacunone及 limonin 的神经保护活性高于阳性对照物
MK -801(0. 1 μmol·L -1)。其潜在神经保护活性强弱顺序
为 limonin≥calodendrolide≥fraxinellone > obacunone≥dictam-
nusine = dictamdiol A。其机制为这些活性成分可以有效地抑
制钙离子内流,以及抑制伴随谷氨酸诱导的神经毒性产生的
一氧化氮和活性氧的过量产生。同时,可以显著平衡线粒体
膜电位及保持抗氧化酶的活性。Gil - Saeng Jeong等[36]通过
研究表明黄柏酮浓度为 100 ~ 150 μmol·L -1时对谷氨酸诱
导的神经毒性具有强效神经保护作用。黄柏酮是通过提高
p38 丝裂原活化蛋白激酶的磷酸化水平,通过 p38 丝裂原活
化蛋白激酶途径诱导血红素加氧酶 HO - 1 的表达,从而保
护小鼠海马 HT22 细胞免遭谷氨酸的神经毒损伤,提高海马
细胞对谷氨酸性氧化损伤的耐受性,有望成为治疗谷氨酸导
致的神经退行性疾病的潜在药物。
3 应用展望
柠檬苦素类化合物作为一类比较重要的天然产物,具有
明确的生物活性,人们对于它们的应用与开发业已展开,如
从川楝中分离的川楝素(toosendanin) 作为生物农药已经在
农业中被广泛应用。白鲜属植物作为柠檬苦素类化合物的
天然来源,具有自己的特点,我们分离研究发现,柠檬苦素与
黄柏酮在白鲜属植物中的含量非常高,而它们也具有多种生
物活性,可以利用它们作为先导化合物进行结构改造或者生
物转化,以期发现活性更强的衍生物进行开发与利用。腀酮
昆虫拒食活性的研究与发现也为白鲜属植物中的柠檬苦素
类化合物在农业方面的应用提供了一个方向,今后可以开展
抗植物病毒、拒食、杀虫等活性研究,希望开发出新的生物
农药。
白鲜属植物在我国分布广泛、药源丰富、采用便利,具有
很高应用价值和广阔的开发前景,柠檬苦素类化合物作为它
们的代表性活性成分,有必要对该属植物的该类成分做更为
深入的系统研究。
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