沈錦煌,楊娜娜,張藝凡,鄭衛(wèi)敏,馬新華,鐘添華,張永紅*
1福建醫(yī)科大學藥學院,福州350122;2福建醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院醫(yī)學影像科,福州 350004;3自然資源部第三海洋研究所,廈門361006
葫蔓藤為馬錢科(Loganiaceae)葫蔓藤屬(Gelsemium)植物的全草。該屬植物在全世界一共有三種,分別為葫蔓藤(GelsemiumelegansBenth.),主要分布在我國福建、浙江、云南、廣西、廣東、湖南、貴州、江西等南部地區(qū)及東南亞地區(qū)[1];常綠鉤吻(GelsemiumsempervireusAit.)以及沼澤茉莉(GelsemiumromkimiiSmall.),主要分布于美洲國家[2]。葫蔓藤又名鉤吻、斷腸草、大茶藥、豬人參等,為常綠木質(zhì)藤本。全株有大毒,根、莖、枝、葉供藥用,有消腫止痛、拔毒殺蟲之效;民間有用于肝、胃、宮頸、乳腺、甲狀腺等癌癥的晚期治療,有一定的療效。生物堿是葫蔓藤中的主要化學成分。此外,還含有甾烷、三萜類、香豆素類等化合物。
近年來研究表明葫蔓藤總生物堿具有抗腫瘤、鎮(zhèn)靜鎮(zhèn)痛、調(diào)節(jié)免疫功能等作用。有學者報道了嗎啡、漢防己、延胡索等六種生物堿鎮(zhèn)痛作用強弱的對比研究,發(fā)現(xiàn)葫蔓藤總生物堿提高痛閾的作用強度僅次于嗎啡[3]。葫蔓藤乙醇提取物具有對抗環(huán)磷酰胺對小鼠的免疫抑制作用[4]。葫蔓藤總生物堿可顯著促進正常小鼠巨噬細胞吞噬功能,對正常小鼠其他免疫功能無明顯影響[4]。研究發(fā)現(xiàn)葫蔓藤的毒性主要來自吲哚類生物堿[5]。葫蔓藤總堿中許多單體化合物療效高但毒性大,對該植物進行深入研究,為進一步開發(fā)利用葫蔓藤植物,尋找具有抗腫瘤,鎮(zhèn)靜鎮(zhèn)痛等活性成分和以其為原料藥合成活性更高的化合物具有重要意義。
實驗所用儀器為AvanceⅡ 400 MHz核磁共振儀(Bruker Biospin);LCMS-2020質(zhì)譜儀(日本島津);Waters半制備高效液相色譜儀(美國Waters);170SX FT-IR紅外光譜儀(Thermo Nicolet);FD-2系列冷凍干燥機(北京博醫(yī)康實驗儀器有限公司);BUCHI Ropavapor R-200旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(瑞士BUCHI公司);MCI填料(日本三菱化學株式會社);Sephadex LH-20 (瑞典GE Healthcare);柱色譜和薄層色譜硅膠均為青島海洋化工廠產(chǎn)品;96孔細胞培養(yǎng)板(美國Lab serv);倒置顯微鏡(日本Olympus公司);超凈工作臺(上海整新SZX-7P);5%CO2及飽和濕度孵育箱(美國Thermo Forma公司);臺式高速離心機(美國Beckman公司);酶標儀(美國Thermo公司Multiskan FC型)。
實驗所用氘代試劑為CDCl3、CD3OD(美國Sigma公司);其他試劑均為分析純;RPMI 1640培養(yǎng)基(美國Gibco公司);噻唑藍(MTT)(美國Gibco公司);胎牛血清(美國Gibco公司);DMSO、鏈霉素、青霉素(武漢塞維爾生物科技有限公司);胰蛋白酶(武漢塞維爾生物科技有限公司);小鼠胚胎成纖維細胞(NIH3T3)、人肝癌細胞(HepG2)、人慢性髓系白血病細胞(K562)、人肺癌細胞(A549)(中國科學院上海生物化學與細胞生物學研究所)。
實驗使用的葫蔓藤根莖于2014年10月采摘于福州市臺江區(qū),由福建醫(yī)科大學天然藥物學系張永紅教授鑒定為葫蔓藤(GelsemiumelegansBenth.),標本(No.zyh20141002)存放于福建醫(yī)科大學藥學院天然藥物化學教研室。
取干燥的葫蔓藤根莖5 kg,粉碎,置于容量為20 L的下口瓶中。甲醇室溫浸泡一周后,回收溶劑得醇提浸膏,用同樣方法再提取2次,合并醇提浸膏。用2%HCl溶解浸膏,抽濾,得濾液。濾液先用300 mL氯仿萃取,除去脂溶性雜質(zhì),加5 mol/L NaOH堿化調(diào)pH>11得到紅棕色沉淀[6]。然后分別用氯仿、乙酸乙酯和正丁醇各萃取3次,合并萃取液,回收溶劑,分別得到氯仿萃取物(45.1 g)、乙酸乙酯萃取物(323.5 g)、和正丁醇萃取物(77.6 g)。將氯仿萃取物和乙酸乙酯萃取物合并,用等量的硅膠(100~200目)拌樣,濕法裝柱,干法上樣,洗脫劑為二氯甲烷-甲醇(1∶0~0∶1)梯度洗脫,每500 mL為一餾分,回收溶劑合并得到6個餾分,F(xiàn)r.1~Fr.6。Fr.1(67.2 g)經(jīng)Sephadex LH-20凝膠柱(CH2Cl2∶CH3OH=1∶1)洗脫,再經(jīng)半制備高效液相色譜(C18柱,甲醇∶水=65∶35)分離純化得到化合物1(25.0 mg)、2(23.0 mg)、3(10.0 mg)、6(12.0 mg)。Fr.3(56.1 g)經(jīng)Sephadex LH-20柱(CH2Cl2∶CH3OH=1∶1)洗脫,再經(jīng)半制備高效液相色譜(C18柱,甲醇∶水=55∶45)分離純化得到化合物9(9.0 mg)。Fr.4(87.6 g)經(jīng)Sephadex LH-20柱(CH2Cl2∶CH3OH=1∶1)洗脫,再經(jīng)半制備高效液相色譜(C18柱,甲醇∶水=45∶55)分離純化得到化合物4(5.0 mg)、5(50mg)、7(10.0 mg)、8(15.0 mg)。
采用MTT法[7]測定部分單體化合物對人肝癌細胞(HepG2)、人肺癌細胞(A549)、人慢性髓系白血病細胞(K562)、小鼠胚胎成纖維細胞(NIH3T3)的體外抗腫瘤活性。用含10%胎牛血清的RPMI 1640培養(yǎng)液配成單個細胞懸液,以約3×104~6×104個/mL,接種于96孔培養(yǎng)板上,每孔體積100 μL,每個濃度設定3個復孔,重復進行兩次平行實驗,過夜培養(yǎng)使其貼壁。取適量預先用二甲基亞砜配制的50 mg/mL藥物,用培養(yǎng)基配置成濃度160、80、40、20、10、5、2.5、1.25 μM的溶液,吸取96孔板中原培養(yǎng)液,加入上述不同濃度的藥物溶液,每孔100 μL,在37 ℃條件下培養(yǎng)48 h后,加入20 μL MTT溶液(用PBS配制,pH=7.4),繼續(xù)培養(yǎng)4 h,通過離心,棄去上清,隨后每孔加入二甲基亞砜150 μL,震蕩10 min,用酶標儀(BIO-RAD)于490 nm處測量各孔的OD(吸光度)值,各組取平均值,根據(jù)平均值計算抑制率,用SPSS12.0進行統(tǒng)計學分析,并計算IC50(半數(shù)抑制濃度)值。
抑制率=(OD空白-OD給藥)/OD空白×100%
化合物1無色針狀結(jié)晶(甲醇);化學式為C20H22N2O2,ESI-MS:m/z323.3[M+H]+。1H NMR(400 MHz,CD3OD)δ:7.34(1H,d,J= 7.8 Hz,H-9),7.18(1H,t,J= 7.8 Hz,H-11),6.96(1H,t,J= 7.8 Hz,H-10),6.23(1H,d,J= 7.8 Hz,H-12),6.21(1H,dd,J= 10.7,15.5 Hz,H-19),5.02(1H,d,J= 10.7 Hz,H-18b),4.93(1H,d,J= 12.0 Hz,H-18a),3.95(1H,dd,J= 2.0,10.7 Hz,H-17b),3.93(1H,dd,J= 2.0,10.7 Hz,H-17a),3.69(1H,s,H-3),3.58(1H,s,H-5),2.80(1H,d,J= 10.2 Hz,H-21b),2.74(1H,dd,J= 2.5,14.1 Hz,H-14b),2.46(1H,d,J= 10.2 Hz,H-21a),2.36(1H,br d,J= 8.5 Hz,H-16),2.31(1H,m,H-15),2.25(3H,s,N-Me),1.98(1H,m,H-14a),1.97(1H,d,J= 2.3 Hz,H-6);13C NMR(100 MHz,CD3OD)δ:180.6(C-2),70.9(C-3),73.2(C-5),52.0(C-6),55.5(C-7),133.1(C-8),129.2(C-9),122.6(C-10),129.5(C-11),110.4(C-12),142.6(C-13),23.7(C-14),37.0(C-15),38.9(C-16),62.2(C-17),113.0(C-18),139.7(C-19),55.0(C-20),66.5(C-21),40.4(N-Me)。以上數(shù)據(jù)與文獻[8]報道基本一致,故鑒定該化合物為鉤吻堿甲(結(jié)構(gòu)見圖1)。
圖1 化合物1~9的化學結(jié)構(gòu)Fig.1 The chemical structures of compounds 1-9
化合物2無色柱狀結(jié)晶(氯仿);化學式為C20H22N2O,ESI-MS:m/z307.6[M+H]+。1H NMR(400 MHz,CDCl3)δ:7.61(1H,d,J= 5.2 Hz,H-12),7.54(1H,d,J= 5.2 Hz,H-9),7.36(1H,t,J= 5.2 Hz,H-11),7.25(1H,t,J= 5.2 Hz,H-10),5.01(1H,s,H-3),4.84(1H,dd,J= 1.2,10.7 Hz,H-18β),4.79(1H,dd,J= 1.2,12.0 Hz,H-18α),4.68(1H,dd,J= 6.1,8.1 Hz,H-19),4.26(1H,dd,J= 1.4,11.0 Hz,H-17β),3.60(1H,d,J= 11.0 Hz,H-17α),3.16(1H,s,H-21β),3.07(1H,s,H-21α),2.80(1H,m,H-16),2.78(1H,m,H-5),2.62(3H,s,N-Me),2.61(1H,m,H-14β),2.41(1H,m,H-6α),2.36(1H,m,H-6β),2.32(1H,m,H-15),1.89(1H,dt,2.1,12.1 Hz,H-14α);13C NMR(100 MHz,CDCl3)δ:185.4(C-2),70.9(C-3),56.8(C-5),28.5(C-6),57.9(C-7),143.6(C-8),122.9(C-9),125.9(C-10),128.1(C-11),120.9(C-12),154.8(C-13),25.2(C-14),33.0(C-15),38.7(C-16),61.3(C-17),115.7(C-18),137.2(C-19),45.2(C-20),57.7(C-21),42.6(N-Me)。以上數(shù)據(jù)與文獻[9]報道基本一致,故鑒定該化合物為鉤吻素子。
化合物3淡黃色塊狀結(jié)晶(甲醇);化學式為C21H26N2O3,ESI-MS:m/z355.4[M+H]+。1H NMR(400 MHz,CD3OD)δ:7.48(1H,d,J= 4.4 Hz,H-9),7.34(1H,t,J= 5.6 Hz,H-11),7.15(1H,t,J= 5.2 Hz,H-10),7.06(1H,d,J= 5.2 Hz,H-12),5.47(1H,q,J= 4.4 Hz,H-19),4.24(1H,d,J= 7.6 Hz,H-17a),4.04(1H,d,J= 3.6 Hz,H-17b),3.98(3H,s,N-OMe),3.56(1H,d,J= 4.8 Hz,H-3),3.47(2H,m,H-21),3.38(1H,m,H-5),2.62(1H,m,H-15),2.47(1H,dd,J= 5.2,16.0 Hz,H-6b),2.36(3H,s,N-Me),2.30(1H,m,H-16),2.29(2H,m,H-14),1.74(1H,dd,J= 5.6,15.3 Hz,H-6a),1.68(3H,d,J= 4.4 Hz,H-18);13C NMR(100 MHz,CD3OD)δ:176.1(C-2),73.6(C-3),62.7(C-5),29.2(C-6),56.7(C-7),130.4(C-8),127.4(C-9),124.4(C-10),129.4(C-11),108.5(C-12),139.9(C-13),26.9(C-14),35.7(C-15),38.6(C-16),67.5(C-17),12.9(C-18),121.2(C-19),138.2(C-20),46.4(C-21),42.6(N-Me),64.0(N-OMe)。以上數(shù)據(jù)與文獻[10]報道基本一致,故鑒定該化合物為葫蔓藤堿乙。
化合物4淡黃色固體(甲醇);化學式為C21H24N2O3,ESI-MS:m/z353.7[M+H]+。1H NMR(400 MHz,CD3OD)δ:7.55(1H,d,J= 7.5 Hz,H-9),7.34(1H,m,H-11),7.09(1H,m,H-10),7.04(1H,d,J= 7.5 Hz,H-12),6.20(1H,dd,J= 5.1,10.7 Hz,H-19),5.08(1H,dd,J= 5.1,12.0 Hz,H-18α),5.00(1H,dd,J= 5.1,12.0 Hz,H-18β),4.08(1H,m,H-17α),3.96(3H,s,N-OMe),3.91(1H,m,H-17β),3.71(1H,m,H-3),3.52(1H,s,H-5),2.82(1H,dd,J= 2.5,14.2 Hz,H-14α),2.77(1H,d,J= 10.4 Hz,H-21α),2.46(1H,d,J= 7.8 Hz,H-16),2.36(1H,d,J= 10.4 Hz,H-21β),2.33(1H,m,H-15),2.25(3H,s,N-Me),2.04(1H,m,H-14β),1.95(1H,s,H-6);13C NMR(100 MHz,CD3OD)δ:173.2(C-2),69.3(C-3),71.9(C-5),50.8(C-6),52.2(C-7),128.0(C-8),128.2(C-9),122.6(C-10),127.8(C-11),107.0(C-12),139.3(C-13),35.6(C-14),22.5(C-15),37.5(C-16),62.5(C-17),112.4(C-18),137.9(C-19),53.7(C-20),65.2(C-21),38.9(N-Me),60.7(N-OMe)。以上數(shù)據(jù)與文獻[11]報道基本一致,故鑒定該化合物為鉤吻綠堿。
化合物5白色粉末(氯仿);化學式為C21H26N2O4,ESI-MS:m/z371.4[M+H]+。1H NMR(400 MHz,CDCl3)δ:7.31(1H,d,J= 2.5 Hz,H-9),7.04(1H,dt,J= 3.9,0.8 Hz,H-11),6.97(1H,d,J= 8.0 Hz,H-12),6.95(1H,dt,J= 0.8,7.8 Hz,H-10),5.50(1H,q,J= 7.5 Hz,H-19),4.15(1H,dd,J= 1.8,10.6 Hz,H-17α),3.97(3H,s,N-OMe),3.80(1H,s,H-3),3.46(1H,s,H-5),3.12(1H,d,J= 11.2 Hz,H-21α),2.61(1H,dd,J= 2.6,9.0 Hz,H-14α),2.45(1H,d,J= 11.2 Hz,H-21β),2.36(1H,m,H-16),2.24(3H,s,N-Me),2.05(1H,dd,J= 2.6,9.0 Hz,H-14β),2.01(1H,m,H-15),2.02(1H,dd,J= 2.0,11 Hz,H-17β)1.86(1H,s,H-6)1.17(3H,d,J= 7.5 Hz,H-18);13C NMR(100 MHz,CDCl3)δ:174.0(C-2),69.2(C-3),71.8(C-5),50.1(C-6),52.3(C-7),127.9(C-8),128.2(C-9),123.1(C-10),128.4(C-11),107.4(C-12),139.2(C-13),22.3(C-14),35.6(C-15),39.2(C-16),61.6(C-17),19.4(C-18),64.8(C-19),56.5(C-20),58.9(C-21),39.2(N-Me),63.4(N-OMe)。以上數(shù)據(jù)與文獻[12]報道基本一致,故鑒定該化合物為19-(S)-羥基二氫鉤吻綠堿。
化合物6無色片晶(甲醇);化學式為C19H22N2O,ESI-MS:m/z295.4[M+H]+。1H NMR(400 MHz,CD3OD)δ:7.41(1H,d,J= 8.0 Hz,H-9),7.28(1H,d,J= 8.0 Hz,H-12),7.04(1H,m,H-11),6.98(1H,m,H-10),5.40(1H,q,J= 6.1 Hz,H-19),4.23(1H,dd,J= 2.1,9.7 Hz,H-3),3.73(2H,m,H-21),3.63(1H,m,H-5),3.50(1H,dd,J= 4.1,12.7 Hz,H-17β),3.49(1H,m,H-6β),3.30(1H,m,H-6α),3.24(1H,dd,J= 5.2,15.2 Hz,H-17α),2.71(1H,m,H-15),2.27(1H,m,H-16),2.17(1H,dd,J= 5.8,12.0 Hz,H-14β),1.88(1H,dd,J= 6.8,12.1 Hz,H-14α),1.64(3H,d,J= 10.8 Hz,H-18);13C NMR(100 MHz,CD3OD)δ:138.7(C-2),49.3(C-3),54.0(C-5),23.1(C-6),105.8(C-7),127.4(C-8),118.6(C-9),118.8(C-10),119.9(C-11),112.0(C-12),137.5(C-13),29.1(C-14),34.9(C-15),43.9(C-16),61.1(C-17),12.6(C-18),115.9(C-19),140.9(C-20),54.5(C-21)。以上數(shù)據(jù)與文獻[13]報道基本一致,故鑒定該化合物為鉤吻堿戊。
化合物7淡黃色粉末(甲醇);化學式為C20H24N2O2,ESI-MS:m/z325.6[M+H]+。1H NMR(400 MHz,CD3OD)δ:7.71(1H,d,J= 7.2 Hz,H-9),7.54(1H,m,H-12),7.39(1H,m,H-11),7.31(1H,m,H-10),4.90(1H,q,J= 5.1 Hz,H-19),4.30(1H,d,J= 1.6 Hz,H-21α),3.64(1H,d,J= 1.6 Hz,H-21β),3.62(1H,m,H-17β),3.62(1H,d,J= 9.5 Hz,H-3),3.59(1H,m,H-17α),2.98(1H,m,H-6β),2.96(1H,m,H-6α),2.95(1H,m,H-14β),2.83(1H,m,H-14α),2.71(1H,m,H-16),2.71(3H,s,N-Me),2.25(1H,m,H-15),0.67(3H,d,J= 6.3 Hz,H-18);13C NMR(100 MHz,CD3OD)δ:187.7(C-2),70.5(C-3),56.5(C-5),30.5(C-6),57.0(C-7),143.9(C-8),123.8(C-9),125.9(C-10),127.8(C-11),120.2(C-12),153.6(C-13),23.6(C-14),37.8(C-15),27.4(C-16),60.6(C-17),18.5(C-18),66.1(C-19),47.3(C-20),53.2(C-21),41.4(N-Me)。以上數(shù)據(jù)與文獻[14]報道基本一致,故鑒定該化合物為19-(S)-鉤吻醇堿。
化合物8淡黃色粉末(甲醇);化學式為C20H24N2O2,ESI-MS:m/z325.2[M+H]+。1H NMR(400 MHz,CD3OD)δ:7.68(1H,d,J= 7.2 Hz,H-9),7.43(1H,d,J= 7.6 Hz,H-12),7.20(1H,m,H-11),7.02(1H,m,H-10),5.13(1H,q,J= 5.5 Hz,H-19),4.22(1H,m,H-17β),4.15(1H,m,H-17α),3.93(1H,d,J= 9.5 Hz,H-3),3.64(1H,m,H-21β),3.52(1H,m,H-21α),3.17(1H,m,H-6β),3.00(1H,m,H-6α),2.50(3H,s,N-Me),2.46(1H,m,H-16),2.42(1H,m,H-15),2.31(1H,m,H-14β),2.29(1H,m,H-14α),0.95(3H,d,J= 6.5 Hz,H-18);13C NMR(100 MHz,CD3OD)δ:185.7(C-2),70.8(C-3),56.7(C-5),28.0(C-6),58.7(C-7),143.5(C-8),123.6(C-9),126.3(C-10),129.0(C-11),122.1(C-12),154.7(C-13),24.5(C-14),39.7(C-15),29.0(C-16),61.2(C-17),16.2(C-18),67.2(C-19),47.9(C-20),56.7(C-21),42.6(N-Me)。以上數(shù)據(jù)與文獻[14]報道基本一致,故鑒定該化合物為19-(R)-鉤吻醇堿。
化合物9淡黃色粉末(甲醇);化學式為C19H22N2O3,ESI-MS:m/z327.8[M+H]+。1H NMR(400 MHz,CD3OD)δ:7.54(1H,d,J= 6.8 Hz,H-9),7.28(1H,m,H-11),7.06(1H,m,H-10),6.94(1H,d,J= 7.5 Hz,H-12),4.31(1H,m,H-3),4.24(2H,m,H-17),3.65(1H,m,H-5),3.30(3H,s,N-OMe),2.97(1H,m,H-19α),2.59(1H,m,H-19β),2.58(1H,m,H-16),2.45(1H,m,H-15),2.31(1H,m,H-6α),2.30(1H,m,H-14β),2.29(1H,m,H-14α),2.26(1H,d,m,H-6β),1.23(3H,t,J= 6.6 Hz,H-18);13C NMR(100 MHz,CD3OD)δ:173.0(C-2),73.3(C-3),76.2(C-5),38.6(C-6),57.4(C-7),133.5(C-8),125.9(C-9),124.6(C-10),129.3(C-11),107.8(C-12),139.1(C-13),27.9(C-14),40.9(C-15),43.6(C-16),62.6(C-17),10.2(C-18),25.6(C-19),187.5(C-20),63.9(N-OMe)。以上數(shù)據(jù)與文獻[15]報道基本一致,故鑒定該化合物為鉤吻素己。
以五氟尿嘧啶(5-fluorouracil)為陽性藥,對葫蔓藤根莖總生物堿分離得到的化合物1~9,共9個化合物進行了對人肝癌細胞(HepG2)、人肺癌細胞(A549)、人慢性髓系白血病細胞(K562)、小鼠胚胎成纖維細胞(NIH3T3)的體外抗腫瘤活性。實驗結(jié)果見表1,化合物1~4和6,對人肝癌細胞株HepG2顯示了很好的腫瘤細胞毒抑制活性,而化合物1~9對人肺癌細胞(A549)、人慢性髓系白血病細胞(K562)、小鼠胚胎成纖維細胞(NIH3T3)的腫瘤抑制活性較差。其中化合物2(鉤吻素子)對HepG2的活性最好,IC50值達到了3.98±0.11 μM,化合物1和3對HepG2的IC50值分別為10.02±0.16和9.87±0.18 μM。
表1 化合物對HepG2、A549、K562和NIH3T3細胞株的細胞毒活性Table 1 Cytotoxicity of compounds on HepG2,A549,K562 and
本研究采用硅膠柱色譜、MCI-gel、Sephadex LH-20、HPLC等方法對葫蔓藤根莖的總生物堿進行分離純化,共分離得到9個吲哚類生物堿,分別為鉤吻堿甲、鉤吻素子、葫蔓藤堿乙、鉤吻氯堿、19-(S)-羥基二氫鉤吻氯堿、鉤吻堿戊、19-(S)-鉤吻醇堿、19-(R)-鉤吻醇堿和鉤吻素己。并對這9個吲哚類生物堿進行體外抗腫瘤活性測試,結(jié)果顯示葫蔓藤生物堿對人肝癌細胞HepG2的抗腫瘤活性最好,而對A549、K562和NIH3T3的抑制作用較弱,鉤吻堿甲、鉤吻素子和葫蔓藤堿己對HepG2的IC50值分別為10.02±0.16、3.98±0.11和9.87±0.18 μM。其中鉤吻素子對人肝癌細胞HepG2具有良好的細胞毒活性,具有一定的抗腫瘤藥物開發(fā)潛力。本研究通過對葫蔓藤根莖總生物堿的化學成分和抗腫瘤活性的研究,進一步明確葫蔓藤的抗腫瘤活性的藥效學基礎,為葫蔓藤生物堿開發(fā)成為高效低毒的抗腫瘤藥物提供一定的理論依據(jù)。