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1-O-乙酰基大花旋覆花内酯及其衍生物的研究进展



全 文 :综 述
1-O-乙酰基大花旋覆花内酯及
其衍生物的研究进展
李香荷 1 ,黄 虎 1 ,宋 超 1 ,郭 毅 2 ,何 杰1 ,付 焱 1
(1.河北医科大学药学院新药开发研究室 ,河北 石家庄 050017;2.河北省药品检验所 ,河北 石家庄 050011)
摘要:1-O-乙酰基大花旋覆花内酯为倍半萜内酯类化合物 ,是中药旋覆花的活性成分之一 , 具有抗炎 、抗肿瘤 、抗菌等多种药理作用 ,
近年来 1-O-乙酰基大花旋覆花内酯类化合物的药理作用及其机制以及结构修饰得以较为深入的研究。此外 ,以该天然产物为原料 ,
通过化学反应进行结构修饰的衍生物在细胞毒活性方面研究也取得了新的进展。本文综述了 1-O-乙酰基大花旋覆花内酯及其衍生
物的提取制备 、含量测定 、药理活性 、作用机制和构效关系。
关键词:1-O-乙酰基大花旋覆花内酯;倍半萜内酯;药理活性;构效关系
中图分类号:R285      文献标志码:A       文章编号:1673-4610(2011)03-0133-05
基金项目:河北省科技支撑计划项目(编号:09276418D-2);
河北省卫生厅重大科技攻关项目(编号:08004)
作者简介:李香荷 ,硕士研究生 , Tel:13931114224, E-mail:tianshanyoulan@163.com
通讯作者:付 焱 ,教授 , Tel:0311-86266335, E-mail:fuyan616@hotmail.com
  2010年版 《中国药典 》规定日本旋覆花(Inulaja-
ponicaThunb.)及欧亚旋覆花(Inula.britannicaL.)的
干燥头状花序作为旋覆花正品药源 。旋覆花化学成分
主要有甾醇类 、黄酮类 、倍半萜内酯和萜类化合物 ,其中
1-O-乙酰基大花旋覆花内酯(1-O-acetylbritannilactone,
ABL)是旋覆花的主要有效成分之一 [ 1] ,是一种天然 α,
β -不饱和倍半萜内酯类化合物 ,其化学结构 [ 2] (见图 1)
属于桉烷型倍半萜内酯类 。本研究室对山西产欧亚旋
覆花乙醇提取物进行了系统分离研究 ,石油醚部分分离
得到包括 ABL在内的 7个化合物[ 3] ;从氯仿部分分离
得到 6个倍半萜内酯 [ 4] , 其中 6 β -O-isobutyrylbritan-
nilactone是首次发现的倍半萜内酯 , Hydroxyalantolac-
tone和 8-Epi-ivanivangustin是首次从欧亚旋覆花中分离
得到的;从正丁醇部分和乙酸乙酯部分系统分离得到 12
种黄酮类化合物 [ 5] ,其中 5种是首次从该植物分离得到。
目前研究表明 , ABL作为旋覆花中的活性成分之一 ,在山
西产欧亚旋覆花头状花序中的含量最高 ,该草本植物在
我国资源丰富 ,成为 ABL不竭的天然来源。近年来关于
ABL及其衍生物的提取制备 、含量测定 、活性及作用机制
研究等方面的成果显著 ,为对该天然产物进一步研究与
开发 ,本文就 ABL及其衍生物的提取制备 、含量测定 、药
理活性 、作用机制和构效关系研究做一综述 。
图 1 1-O-乙酰基大花旋覆花内酯的结构
1 ABL含量测定及在旋覆花中的分布
1.1 ABL的含量测定
伴随着科学研究手段的发展 ,旋覆花的化学成分已
得到较为全面的研究 、分离和鉴定 ,并有包括 ABL在内
的许多活性成分被发现和制备 。然而 , 2010年版 《中国
药典》所规定的旋覆花质量标准中只有鉴别项 ,无含量
测定项 ,因此 ,建立化学活性成分含量测定方法可为旋
覆花质量标准的制定和完善提供科学的依据 。
1.1.1 反相高效液相色谱法(RP-HPLC) ABL作为
旋覆花的特征性成分 ,可作为控制该药材质量的指标性
成分。许俊博等[ 6]和王维娜等[ 7]用 RP-HPLC(紫外检
测器)对其进行定性 、定量分析 ,为旋覆花质量评价提
供了可靠的依据。尽管通过 RP-HPLC测定 ABL的检
测灵敏度比较高 ,但由于中药所含成分复杂 ,许多成分
都能出峰 ,常常需要使用梯度洗脱 ,耗时且结果重复性
差 。蒸发光检测器的漂移管温度较高 ,部分低沸点成分
可能挥发掉 ,从而减少色谱峰数。高效液相色谱 -蒸发
光散射检测器法 [ 8] (HPLC-ELSD)使用等度洗脱即可实
现快速 、准确地测定欧亚旋覆花中 ABL的含量。
HPLC-ELSD在进样量为 1.37 ~ 8.21 μg时与其峰面积
的线性关系良好 ,不适合痕量组分的分析 。
1.1.2 在线样品富集 -胶束电动毛细管色谱法(MECC-
sweeping) 用氯仿抽提法从旋覆花中分离得到的有效
部位中既有带电物质又有中性物质 ,而其中的有效成分
ABL是一个中性的脂溶性物质。赵京山等 [ 9]报道了将
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胶束电动毛细管色谱模式和在线样品富集技术联合用
于血浆中微量 ABL的检测 ,该方法进样量小 , 分离高
效 ,传递快速 ,并且简化了样品预处理的繁琐过程 ,缩短
了分离周期 ,克服了胶束电动毛细管色谱灵敏度差的缺
点 ,适合检测有效部位中 ABL的含量及天然成分在体
内的动态变化。
1.1.3 旋覆花多组分 RP-HPLC检测 中草药是一个
多组分的复杂体系 ,由于其多靶位 、多器官作用而具有
多效性和整体平衡性 ,如果仅用 1 ~ 2种化学成分表征
中草药质量 ,无法表征中药的化学成分群的整体性和复
杂性。候艳鹏等 [ 10]建立了旋覆花药材的 HPLC指纹图
谱 ,发现了 13个色谱峰为共有峰 ,确定了其相对保留时
间和峰面积比值的范围 ,利用旋覆花指纹图谱可以对不
同植物来源的旋覆花药材进行鉴别 ,并可在一定程度上
进行质量控制。但中草药指纹图谱的研究主要为定性
质量控制 ,对药材因地域 、采摘时间和植物部位等的不
同造成的化学成分 ,特别是有效成分的含量差异无法定
量控制 ,因此 ,研究中药多部位多组分质量控制方法 ,是
目前有效控制药材质量另一有效途径 。本研究室采用
RP-HPLC的方法同时测定了旋覆花中波叶素 、6-甲氧
基 -木犀草素 、槲皮素 、木犀草素 、异鼠李素 5种黄酮的
含量[ 5] ;对旋覆花乙醇提取物的氯仿萃取物中 6个倍
半萜内酯的含量 [ 11]同时测定 ,实现了通过多部位多组
分控制旋覆花质量的目的 。
1.2 ABL在旋覆花中的分布
旋覆花为常用中药 ,除市售日本旋覆花及欧亚旋覆
花的干燥头状花序外 ,目前商品旋覆花中还有其他旋覆
花品种 , 常见如线叶旋覆花[ 12, 13] (Inulalinariaefolia
Turcz)、湖北旋覆花 [ 14] (InulahupehensisLing)、水朝阳
旋覆花 [ 15] (Inulahelianthus-aquaticaC.Y.Wu)和显脉
旋覆花 [ 16] (InulanervosaWal.)。研究显示 ,不同种属
和不同产地 [ 7, 8]的旋覆花含有 ABL的情况是不一样的
(见表 1),迄今为止 ,只有日本旋覆花和欧亚旋覆花中
报道含有 ABL,而且山西产样品中 ABL含量明显高于
其他省份 ,且花序中 ABL的含量高于其他部位。未见
有关线叶旋覆花 、湖北旋覆花 、水朝阳旋覆花和显脉旋
覆花中含有 ABL的报道。
2 ABL提取制备
传统系统分离法[ 3, 17]是目前从旋覆花中制备 ABL
的常用方法 , ABL主要分布在氯仿部分 ,经反复柱层析
后 ,重结晶精制。此法收率低 ,而且耗时 、繁琐 ,大量有
机溶剂的使用加重了环境污染。 CO2超临界流体萃取
(SFE)是近代分离领域出现的高新技术 ,除了可以减少
有机溶剂使用外 ,还具有萃取效率和选择性高 、省时 、萃
取溶媒便于挥发 、提取物较为干净 、环境污染小 、操作条
件易于改变等特点。最近 ,本研究室经单因素考察实验
和正交实验优化 ,确定最佳工艺 ,采用 CO2超临界流体
选择萃取欧亚旋覆花中的 ABL[ 18] ,工艺条件简单 、稳
定 、可行 ,实现了 ABL快速高效提取 ,以山西产欧亚旋
覆花干燥头状花序为原料 , ABL的 CO2 -SFE制备收率
是 0.45%,为传统提取分离法的 9倍。
表 1 日本旋覆花和欧亚旋覆花中 1-O-乙酰基大花旋覆花内酯
的含量
种名 产地 部位 含量(%)RSD(%)
旋覆花 山西 , 平陆 花序 0.578 3.9
山西 , 平陆 茎 0.294 2.1
山西 , 平陆 地上部分 0.375 2.5
河北 花序 0.341 3.3
河南 花序 0.320 2.3
欧亚旋覆花 山西 , 平陆 花序 0.344 1.03
山西 , 平陆 茎 0.247 1.26
山西 , 平陆 地上部分 0.262 1.37
河北 花序 0.138 1.14
河南 花序 0.127 1.23
3 ABL及其衍生物的药理活性
3.1 抗炎
ABL是一种调节 NF-κB活性的化合物 ,具有抑制
致炎因子表达 ,上调抑炎因子水平 ,维持两者平衡的作
用 ,可消除脂多糖(LPS)诱导的血管炎症反应[ 19] 。而
且 ABL对 LPS诱导的单核 /巨噬细胞活化也具有明显
的抑制作用 ,表现出一种抗炎剂的作用 [ 20] 。
3.2 细胞毒活性
大花旋覆花内酯(BL)、ABL和 1, 6-O, O-二乙酰基
大花旋覆花内酯(1, 6-O, O-ABL)是从旋覆花属植物欧
亚旋覆花中提取分离得到的 3个倍半萜内酯化合物 ,其
中 1, 6-O, O-ABL对 P-388有细胞毒活性 [ 2] ,而且 1, 6-
O, O-ABL对人结肠癌细胞 COLO-205、HT-29、人白血病
癌细胞 HL-60、人胃腺癌细胞 AGS、人急性淋巴母细胞
白血病细胞 Molt-4、人肝癌细胞 Bel-7402、人肺腺癌细
胞 A549、人白血病癌 细胞 K562 的毒性均大于
ABL[ 4, 22] , 1, 6-O, O-ABL具有诱导 Bcl-2磷酸化的作用 ,
效果与紫杉醇相近 ,另外对乳腺癌 、卵巢癌 、前列腺癌细
胞也有明显细胞毒作用 [ 21] 。苏晓会 [ 23] 采用体外细胞
培养法研究发现 , ABL对人子宫内膜癌细胞 Hela、人肝
癌细胞 HLE和人黑色素瘤细胞 HMV-1增殖有强的抑
制活性 。然而 ,最近司亚茹等 [ 24]研究发现 ABL和 BL
即使在 100 μmol/L的高浓度下 ,对体外培养的人子宫
颈癌细胞 HeLa、人子宫内膜癌细胞 HEC-1、人卵巢透明
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细胞癌细胞 SHIN3、HOC-21和人卵巢囊腺癌细胞 HAC-
2的增殖不显示明显抑制活性 。于峰[ 25]也报道 ABL仅
在 100 μmol/L的高浓度下 ,对人肝癌细胞和人黑色素
瘤细胞的增殖显示中等程度的抑制活性 , BL对人脑神
经胶质瘤细胞 、人肝癌细胞 、人黑色素瘤和人乳腺癌脑
转移肿瘤细胞的增殖不显示任何抑制活性 。体外细胞
培养[ 26]研究发现 ABL衍生物 5-[ 5-(ethylperoxy)pen-
tan-2-yl] -6-methyl-3-methylene-2-oxo-2, 3, 3a, 4, 7, 7a-
hexahydrobenzo-furan-4-yl2-(6-methoxynaphthalen-2-yl)
propanoate(ABL-N)[ 3] (结构见图 2)低浓度下可以诱导
人类乳腺癌细胞凋亡 ,可能成为一个预防和治疗乳腺癌
的潜在药物 。
3.3 抑菌
ABL对黄瓜白粉病菌 、黄瓜霜霉病菌 、黄瓜灰霉病
菌 、番茄早疫病菌和致病疫霉等 5种植物病原菌均有一
定的抑菌活性[ 27] ,其中对致病疫霉休止孢萌发抑制作
用最强 ,在浓度为 0.1 mg/ml时 ,抑制率可达 100%,与
化学药剂百菌清相当。此外 , ABL对番茄灰霉病菌 、油
菜菌核病菌 、辣椒疫霉病菌 、小麦赤霉病菌等 4种病原
菌的菌丝生长也均有较强的抑制作用[ 28] ,其中对油菜
菌核病菌抑制作用最强 , EC50为 71.8 μg/ml。采用透射
电镜和扫描电镜技术观察 ,发现 ABL可使油菜菌核病
菌菌丝的形态与结构产生明显的影响 ,表现为菌丝畸
形 、粗细不均 、不规则地缢缩和膨大和质壁分离等现象。
3.4 ABL改善记忆的作用
王英杰等[ 29]研究表明 ABL具有改善痴呆大鼠学
习记忆的作用 ,应用 ABL处理后 ,经水迷宫测试药物处
理组大鼠平均潜伏期较痴呆组大鼠明显减少 ,单位时间
内跨越原平台次数增多 ,并认为 ABL的抗炎作用可能
是其改善痴呆大鼠学习记忆能力的作用机制之一。
4 ABL作用机制研究
4.1 ABL及衍生物抗炎作用机制
血管炎症反应是动脉粥样硬化 、经皮腔内冠状动脉
成形术后血管再狭窄等心血管疾病发生发展的主要病
理机制 。 NF-κB是参与炎症反应的一类重要转录因
子 ,在炎症反应中起重要的枢纽作用 ,受其调控基因达
160多种 。在炎症因子诱导下 , NF-κB活化 ,一氧化氮
合酶(induciblenitricoxidesynthase, iNOS)和环加氧酶
(cyclo-oxygenase-2, COX-2)在血管细胞中的表达上调 ,
导致催化合成了一氧化氮(nitricoxide, NO)与前列腺素
E2(prostaglandinE2, PGE2 )等重要的炎症介质 。同
时 ,黏附分子 VCAM-1、ICAM-1等有关因素的表达也
升高 ,促进循环白细胞 、淋巴细胞 、单核细胞 、嗜碱粒细
胞等各种炎症细胞的募集 ,进而引发炎症反应 。
主动脉离体培养模型研究证明 ABL能够抑制 LPS
诱导的 IKK磷酸化活化和 κB的磷酸化降解 ,继而阻断
NF-κB的活化及核转位 ,通过抑制下游 iNOS、COX-2、
ICAM-1和 VCAM-1的表达和抑炎因子 κB降解 ,发挥
其抑制血管炎性反应的作用 [ 19] 。逆转录-聚合酶链反
应技术检测表明 ABL对 LPS诱导的离体培养血管组织
中 iNOS和 COX-2的表达具有显著抑制作用。采用体
外培养血管平滑肌细胞的方法 [ 30] ,研究证明 ABL对
LPS诱导的血管内皮细胞 ICAM-1和 VCAM-1等黏附分
子的表达具有显著抑制作用 ,可明显抑制血管内皮细胞
与淋巴细胞的黏附 ,进而阻止白细胞 、淋巴细胞 、单核细
胞 、嗜碱粒细胞等各种炎症细胞的募集 ,从而减轻炎症
造成的血管损伤及损伤后增生 。此外 ,研究发现 ABL
能有效抑制 RAW 264.7巨噬细胞合成炎性介质 NO和
PGE2 ,其作用机制与 NF-κB活化及 iNOS和 COX-2基因
表达有关[ 20] 。采用体外培养 RAW264.7细胞的方法 ,证
明 ABL能够抑制 LPS诱导的 iNOS的上调 , IC50为 22.1
mmol/L,比阳性对照 L-赖氨酸(IC50 33.7mmol/L)具有
更好的活性 [ 31] 。ABL衍生物 1, 6-O, O-ABL的抗炎活性
也是通过抑制 IKK活性及 κB降解而抑制 NF-κB活化 ,
进而起到抑制 NF-κB依赖的黏附分子表达及细胞黏附
作用 [ 32] 。
4.2 ABL及衍生物抗增殖作用机制
细胞的过度增殖是炎症诱发血管狭窄形成的主要
病理机制 ,以主动脉球囊损伤的大鼠为模型[ 33] ,采用免
疫组织化学及免疫印记技术 ,观察 ABL的抗增殖效应 ,
发现 ABL对内皮剥脱诱导的增殖相关基因 C-Jun、PC-
NA的表达具有抑制作用 ,因而抑制新生内膜的形成。
进一步研究表明 , ABL通过抑制抗凋亡基因 Bcl-2表
达 、上调促凋亡基因 Bax和 Caspase-3的水平来调制抗
凋亡 /促凋亡过程的平衡 ,加速细胞凋亡 、抑制血管新生
内膜增厚 ,其中 , ABL对抗凋亡基因 Bcl-2表达的抑制
作用更明显。同时还发现 ABL通过下调 MMP-2活性
和抑制 MMP-2、TIMP-2表达来有效抑制血管内皮剥脱
后新生内膜的增生 ,进而抑制内膜损伤后血管管腔的狭
窄 ,因此 ABL可用于治疗经皮腔内冠状动脉血管成形
术后再狭窄 。刘彬等 [ 34]研究 ABL对主动脉球囊损伤
的大鼠血管平滑肌细胞增殖的影响 ,探讨其作用机制是
通过阻断 PDGF激活的 ERK1/2信号通路 ,从而阻滞
VSMC细胞周期的进程 ,抑制细胞 DNA的合成 ,诱导细
胞凋亡 ,并且可以抑制大鼠颈总动脉球囊损伤模型中血
管新生内膜的形成。
4.3 ABL及衍生物细胞毒作用机制
王俊杰[ 35]通过体外细胞培养法证明 ABL剂量依
赖性地抑制 HT-29细胞的增殖活性 , 机制研究表明
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ABL通过下调 CDK4和 cyclinE, 上调 p21使 HT-29细
胞的周期进程停滞于 G0/G1期 ,另外 ABL对 HT-29细
胞增殖的抑制作用与其激活 KLF4的表达有关 。刘
彬 [ 26, 36]对 ABL及其衍生物 ABL-N进行抗肿瘤机制研
究 ,从细胞和整体水平上系统观察了 ABL及其衍生物
对乳腺癌细胞增殖的抑制效应 , ABL通过抑制乳腺癌
细胞 COX-2的表达和活性从而协同增强 Celecoxib的抗
肿瘤效应;在体内外 , ABL衍生物 ABL-N可通过激活
JNK信号通路和上调 Bax/Bcl-2比值而促进乳腺癌细
胞凋亡 ,抑制肿瘤生长;体内的抗肿瘤活性结果显示 ,
ABL-N(15 mg/kg/d)可明显抑制移植瘤的生长 ,而对裸
鼠的一般状况无明显影响 ,表明 ABL-N是一种低毒 、高
效的活性化合物 。
5 ABL及其衍生物构效关系研究
5.1 α, β -不饱和五元环结构是细胞毒活性必需结构
α, β -不饱和倍半萜内酯化合物均具有明显的抗癌
生理活性 ,其具有生理活性的根本原因是含有环外双键
的五元环结构的化学内应力所致 ,内应力促使其双键化
学加成活性提高 ,摄取细胞中某些化学基团(如半胱氨
酸等)进行加成反应 ,从而杀死肿瘤细胞。但这一抗癌
药物分子不具有识别肿瘤细胞和正常细胞的功能 ,这可
能是这类药物表现出毒副作用的主要原因 。
5.2 1, 6位羟基修饰可提高抗炎和细胞毒活性
吴一兵 [ 3]用 ABL为起始原料 ,对其 6位侧链进行
修饰 , 与相应的羧酸反应 ,设计合成了萘普生衍生物
(ABLN)(结构见图 2)等 5个衍生物 ,并对 ABL和 1 , 6-
O, O-ABL进行了初步药理活性与其构效关系研究 ,研
究表明 1 , 6-O, O-ABL抗炎作用强于 ABL。 BL、ABL及
1, 6-O, O-ABL抗炎活性依次增强 ,说明 1, 6位羟基的
乙酰化修饰可增强旋覆花內酯的抗炎活性 。
ABL和 1, 6-O, O-ABL对 HL-60和 Bel-7402细胞株
具有细胞毒活性 , 但后者的细胞毒活性是前者的 10
倍 [ 37] 。从结构分析 ,两者的化学结构具有相同的母核 ,
区别在于前者的 6位是羟基是否乙酰化 ,因而推测 6位
侧链的化学修饰可能与该化合物的细胞毒活性密切相
关 。程永浩等[ 38]选择了具有明显生理活性的脯氨酸为
侧链 , N-苯磺酰化后转化成酰氯 ,再与 ABL进行 “嫁
接 ”,合成了新化合物(1)-(5)(结构见图 2),通过药理
实验已证实有明显的抗肿瘤活性 ,对人白血病癌细胞
HL-60作用 ED50 =4.6 μg/ml,其作用机制是脯氨酸作
药动团带着药效团 ——— ABL进人癌细胞中 ,与癌细胞
中的特定基团作用 ,阻碍蛋白质的生成 ,从而起到杀死
癌细胞和防止细胞扩散的作用 ,提高了 ABL在癌细胞
的特异性分布 ,不在或少在其它组织中分布和贮积 ,减
少对正常细胞的毒副作用 ,提高 ABL的抗癌生理活性。
为了得到活性更好的化合物 ,程永浩等[ 39]又将 ABL的
6位羟基转化成了氨噻肟酸酯 ,得到单乙酰大花旋覆花
内酯氨噻肟酸酯(6)-(10)。刘守信 [ 37]对 ABL进行衍
生化 ,合成了化合物(11),进行了 HL-60、Bel-7402这 2
种肿瘤细胞体外活性测试 ,证明此化合物具有更好的细
胞毒活性。
图 2 ABL衍生物的结构
6 展望
ABL是从中草药中提取分离得到的一个天然产
物 ,我国旋覆花资源丰富 ,分布广泛 ,研究不同种属旋覆
花以及不同植物部位活性成分的分布 ,并对含量较高天
然产物进行分离制备不仅有利于合理利用我国丰富的
旋覆花资源 ,而且可促进这一天然产物的研究与开发。
从国内外研究现状来看 , ABL的抗炎活性较为突出 ,有
关其抗炎作用机制的研究报道较多 ,而 ABL的细胞毒
活性并不明显 ,其抗肿瘤作用的研究报道主要集中于
ABL衍生物 ,即 ABL的 6-羟基衍生物。由于 ABL具有
多种药理活性 ,其药理学和分子生物学作用机制的研究
开展和深入 ,为 ABL及其衍生物的设计提供了明确生
物靶标 ,相信通过对 ABL结构官能团的修饰和改造 ,借
助细胞和分子水平的筛选技术 ,能够对该活性化合物有
进一步了解 ,并在此基础上获得活性更好的新型化合
物 ,最终实现减少其毒副作用 ,提高生物活性和选择性
的目的 ,进而促进 ABL及其衍生物的研究与开发 。
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(收稿日期:2011-01-12)
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· 2011年 03月第 21卷第 03期 · 今日药学