槐属植物生物碱研究进展

万 喜,刘伟婷,尹小英

(1.江西中医药大学 药学院,江西 南昌330004；2.上海工程技术大学 化学与化学工程学院,上海201620)

槐属(SophoraL.)为豆科蝶型花亚科或蝶型花科植物,该属植物主要为乔木、灌木或者亚灌木,约70多种,主要分布于温带和亚热带地区,在我国约20多种,南北都有种植,该属主要药用植物分布于肉果亚属和裂果亚属[1]。从多数槐属植物中可提取出具有药理活性的化学物质,如：生物碱、黄酮、苷类等,其中生物碱在该属化学成分中具有较强的药理活性,尤其在抗肿瘤、心血管疾病方面。目前文献研究主要集中于槐属生物碱的化学成分和药理作用,而对于其在植物体内的合成报道较少,通过搜集近年来文献资料,现对槐属植物生物碱成分、药理作用及生物碱的体内合成分析如下。

1 槐属植物的生物碱成分

槐属植物生物碱按照生源途径结合化学结构类型分类主要为喹诺里西啶(quinolizidine)类生物碱,由赖氨酸衍生的戊二胺为其前提物质,其基本母核由2个哌啶共用1个氮原子稠合而成。槐属植物生物碱主要为喹诺里西啶类,包括苦参碱型(Matrine type)、金雀花碱型(Cytisine type)、鹰爪豆碱型(Sparteine type)、羽扇豆碱型(Lupinine type)、苏苦西碱型(Tsukushinamine type)、苦豆碱型(Aloperine type),少数为双哌啶类生物碱[4]。

1.1 苦参碱型生物碱

在槐属植物中分布最广泛,主要结构组成为2个吡啶共用1个氮原子稠合而成,为4环结构。苦参型生物碱主要包括苦参碱、槐定碱、槐果碱等生物碱。苦参型生物碱在抗肿瘤、心血管方面具有较好的效果。结构详见表1、图1。

表1 苦参型生物碱

图1 苦参型生物碱

续图1 苦参型生物碱

1.2 金雀花型生物碱

主要是含有α-吡啶环酮的喹诺里西啶类生物碱,为3环结构。金雀花型生物碱主要包括金雀花碱、11-烯丙基金雀花碱,在槐属中分布比较广泛。详见表2、图2。

表2 金雀花型生物碱

图2 金雀花型生物碱

1.3 鹰爪豆碱型生物碱

基本母核与金雀花碱型相似,为4环结构,共用2个氮原子,主要包括鹰爪豆碱、臭豆碱、白金雀花碱等,广泛分布于黄叶槐当中。详见表3、图3。

表3 鹰爪豆型生物碱

图3 鹰爪豆型生物碱

1.4 羽扇豆碱型生物碱

羽扇型生物碱在槐属中分布不多,最基本结构就是2个吡啶环共用1个氮原子。详见表4、图4。

表4 羽扇豆碱型生物碱

图4 羽扇豆碱型生物碱

1.5 苏苦西碱型生物碱

目前只在闽槐当中发现过苏苦西碱,其他同属植物中并未发现该中生物碱。其结构为3环,与金雀花型生物碱基本结构差不多,但其空间结构更加明显。详见表5、图5。

表5 苏苦西碱型生物碱

图5 苏苦西碱型生物碱

1.6 苦豆碱型生物碱

目前发现的苦豆碱型生物碱都是在苦豆子当中发现的,基本结构与鹰爪豆碱型相似,为4环结构,共用1个氮原子。苦豆子当中还有一些其他同属植物没有的生物碱,如tricrotonyltetramine[4]、尼古丁[4]和 Alopecurin A[21]。详见表6、图6、图7。

表6 苦豆碱型生物碱

图6 苦豆碱型生物碱

图7 苦豆子中其他类型生物碱

1.7 双哌啶类生物碱

目前发现的双哌啶类生物碱主要在苦参及黄叶槐当中发现的,其结构由2个哌啶连接而成。详见表7、图8。

表7 双哌啶类生物碱

图8 双哌啶类生物碱

2 槐属植物生物碱的药理作用

槐属植物生物碱具有较强的药理活性,近年来引起药学学者广泛关注,研究的主要方向在抗肿瘤、心血管、免疫、抗病毒方面。目前临床上研究比较多的槐属生物碱集中在苦参型生物碱,现根据文献资料对槐属生物碱药理作用进行概述。

2.1 抗肿瘤作用

2.1.1 抑制细胞增殖、促进细胞凋亡 SW620细胞经过苦参碱处理后,G0/G1期百分比明显增高,S期细胞比例下降,形成SW620细胞G1期阻滞,阻断细胞DNA合成与复制,从而抑制肿瘤细胞的增殖[22]。何松等[23]采用MTT法和流式细胞仪检测了苦参碱对Hep G2细胞增殖和凋亡情况,表明苦参碱具有抗HepG2细胞增殖且有剂量、时间关系,可诱导其凋亡并用PCR-ELISA法确定了对端粒酶的抑制作用。苦参碱能够促进Bax蛋白的合成,诱导乳腺癌MCF-7细胞凋亡[24]。

2.1.2 抑制端粒酶活性 当苦参碱浓度在500μg/mL以上时,可抑制HepG2的生长但不是通过抑制端粒酶逆转录酶(h TERT)启动子来达到抑制作用,在浓度达到750μg/mL时,苦参碱才表现出通过抑制h TERT启动子来抑制HepG2细胞的生长[25]。

2.1.3 抑制相关酶活性 细胞环氧化酶-2(COX-2)在大肠癌及一些其他消化道肿瘤中起促癌作用[26]。王晓燕等[27]实验研究表明以0.50 mg/mL的苦参碱作用于SW480细胞8 h、12 h后测得COX-2mRNA的表达无影响,但24 h后,COX-2mRNA的表达会下降,表明一定浓度的苦参碱可通过降低COX-2mRNA的表达而对SW480细胞达到抑制作用,且抑制作用与时间有关。

2.1.4 抑制肿瘤细胞血管增殖 氧化苦参碱可通过抑制生长因子对血管内皮细胞(VEC)的识别而达到抑制肝癌细胞生长的目的[28],此外氧化苦参碱还可抑制胃癌和肺癌的VEC增殖[29]。

2.2 心血管系统作用

2.2.1 抗心律失常 由乌头碱(AC)、氯仿－肾上腺素、氯化钡诱发的心率失常,槐胺碱起拮抗作用,而对氯化钙引起的大鼠心室房颤有保护作用[30]。苦参碱和氧化苦参碱均能对抗由乌头碱、肾上腺素和哇巴因诱发的心律失常[31],其中,苦参碱主要是提高心肌舒张期的兴奋阈值(DET),延长有效不应期(ERP),从而达到抗心律失常的作用[32]。

2.2.2 正性肌力作用 离体心脏实验表明0.5%槐胺碱具有一定的正性肌力作用,主要是降低心率,增加冠脉血流量及心脏起搏幅度[33]。季勇等[34]实验从细胞层次说明了苦参碱的正性肌力作用与Ca2＋浓度有关。庄宁宁等[35]通过对L-型钙离子通道研究发现,氧化苦参碱能影响通道的电流,其中激活电位、锋值电位和反转电位都不改变,但是电流却呈浓度依赖性增长,这表明氧化苦参碱的正性肌力作用与Ca2＋内流有关。Zhou等[36]从细胞层次表明苦参碱的正性肌力作用与Ca2＋浓度的提高和刺激L-型钙离子通道有关,并且与阻断α、β肾上腺素受体无关。可见,随着实验的进一步深入,其正性肌力作用机制越来越清晰。

2.2.3 对免疫系统的作用 冯亚珍等[37]采用苦参水煎剂对小鼠灌胃发现,苦参能够抑制小鼠T细胞、B细胞和腹腔巨噬细胞的生理活性,以此来影响小鼠免疫系统。

2.2.4 抗肝纤维化作用 于金华等[38]实验研究发现氧化苦参碱具有抗肝纤维化作用,主要是抑制肝星状细胞(HSK)的增殖,并诱导其凋亡,同时也减少细胞外基质(ECM)的生成与堆积,从而达到抗肝纤维化,并能降低肝纤维化细胞的纤维化程度。目前已有上市的药品如苦参碱注射液、氧化苦参碱注射液在临床上有较好的应用。

2.3 中枢神经作用

在槐属植物生物碱中具有中枢神经作用的生物碱有槐定碱、氧化槐定碱、槐果碱、苦参碱、氧化苦参碱等,其中枢抑制作用主要有镇痛、镇静、降温等。

2.3.1 镇痛作用 闫琳等[39]通过小鼠实验发现氧化槐定碱能有效减轻福尔马林所引起的小鼠疼痛,竖尾实验表明氧化槐定碱对中枢神经和外周神经都有镇痛作用,镇痛作用可能与中枢Ca2＋浓度有关[40]。张爽等[41]通过药理实验发现,苦参碱和槐定碱都具有镇痛作用,且在同等条件下槐定碱的镇痛效果比苦参碱效果更好。

2.3.2 镇静作用 氧化苦参碱能明显缩短戊巴比妥钠的入睡潜伏期,且能增加睡眠时间[42]。余建强等[43]通过对小鼠中枢神经实验发现氧化苦参碱和氧化槐定碱对小鼠中枢神经都有抑制作用,能增加阈下剂量戊巴比妥钠的镇静作用,且相同剂量下氧化苦参碱和氧化槐定碱的作用不同,氧化槐定碱能增加阈下剂量戊巴比妥钠的镇静作用,而氧化苦参碱增加戊巴比妥钠的睡眠时间作用更强。

2.3.3 降温作用 研究表明苦参碱能够有效降低大鼠体温,给药1～2天后发现大鼠体温明显下降,5 h后恢复正常[44],同时也发现槐胺碱同样具有降低大鼠体温的作用[45]。

3 槐属植物生物碱在植物体内合成

早在1995年,Saito等[46]发现羽扇豆类生物碱的体内合成是以碳为基本框架的,且在分子中存在着吡啶环或喹诺里西啶环。羽扇豆类生物碱由2个尸胺构成,而鹰爪豆碱型、臭豆碱型、苦参碱型以及苏苦西碱型由3个尸胺构成,Camoensidine推测可能是由2个尸胺与1个腐胺构成,腐胺是由鸟氨酸脱羧而成。酰基转移酶催化羽扁豆的羽扇豆碱酯的形成,植物体内酰基转移酶催化的羽扇豆碱酯的形成见图9。

图9 植物体内酰基转移酶催化的羽扇豆碱酯的形成过程

Bunsupa S等[47]发现在豆科植物中喹诺里西啶类生物碱的第一步骤是通过赖氨酸脱羧酶的催化来实现的,在腐胺和尸胺的合成过程中与赖氨酸/鸟氨酸脱羧酶这2种酶相关。Rongchun Han等[48]研究表明,通过转录组分析了苦参中9个不同组织(愈合组织、叶、花、茎、嫩芽、成熟的芽、开花前的芽、蕾状期的花茎、开花期的花茎)中超过2亿的基因板式,83 325个蛋白质以及一些重要的酶对苦参中活性成分体内合成相关基因的影响,在苦参的叶和茎中证实了赖氨酸/鸟氨酸脱羧酶是苦参生物碱的第一步。Kazuki等[49]发现在植物体内苦参碱的含量与叶绿素的含量密切相关,没有叶绿素的细胞内不含有苦参碱,并且在细胞不同发展阶段苦参型生物碱与臭豆碱型生物碱的体内形成也不相同。研究表明,苦豆子成熟种子中生物碱含量明显高于其他部位[50],而在种子中,生物碱主要在种子的子叶当中[51]。槐属植物生物碱的体内合成途径还有待于进一步探究,相较于其他植物因缺少基因组模型导致了解其体内合成更加困难。苦豆子植物地上部分总生物碱含量为6.11%～8.03%,种子中总生物碱含量为8.11%[52],可见生物碱在植物体内含量不高,了解生物碱在体内的合成途径对于提高生物碱含量有重大意义。

4 结语

槐属植物因其生物碱具有良好的药理活性,目前已提取分离鉴定出五大类型生物碱,且其中对于苦参型生物碱药理研究更多也较为系统,但在其他类型生物碱方面研究较少。金雀花碱以往都是用于戒烟瘾,随着研究的进一步深入,发现其也具有抗肿瘤作用,有可能成为下一个新的抗癌药。因其生物碱具有的药理作用,了解其在植物体内合成也成为了必要,提高植物体内生物碱含量,为开发槐属植物生物碱提供原料,为新药开发提供基础。