白屈菜紅堿的研究進(jìn)展

周 佳，邱智東，王雨辰，許佳明*，黃曉巍,2*

（1.長春中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，長春130117；2.長春中醫(yī)藥大學(xué)東北亞中醫(yī)藥研究院，長春130117）

1929年，Miller.E.R首次從Bocconia frutescens L.中分離出一種生物堿，并將其命名為Chelerythrine[1]。白屈菜紅堿（chelerythrine，CHE）是一種從罌粟科、蕓香科等自然植物中提取得到的一種季銨型苯并菲啶類生物堿。早期藥理學(xué)研究顯示，白屈菜紅堿可以降低麻醉中貓的血壓，抑制呼吸作用，麻痹平滑肌，并具有一定的毒性[2]。隨著科學(xué)研究的不斷發(fā)展，大量實(shí)驗(yàn)研究表明，白屈菜紅堿在農(nóng)業(yè)上具有廣泛的抗菌活性，對革蘭氏陽性菌、大腸桿菌等多種有害菌具有抑制能力，甚至對大口黑鱸蛙虹彩病毒、日本血吸蟲尾蚴、福壽螺等生物也具有毒殺作用。除此之外，白屈菜紅堿在醫(yī)療上還具有抗炎、抗氧化、抗腫瘤等多種生物學(xué)功能，有良好的藥物研發(fā)應(yīng)用前景。近年來，國內(nèi)外學(xué)者對白屈菜紅堿的分布、結(jié)構(gòu)、藥理作用、作用機(jī)制和新型給藥系統(tǒng)的開發(fā)等多方面進(jìn)行了研究。本文重點(diǎn)對白屈菜紅堿的理化性質(zhì)、資源分布、提取方法和藥理作用進(jìn)行綜述，以期為后續(xù)白屈菜紅堿的研究與應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 白屈菜紅堿的理化性質(zhì)

白屈菜紅堿化學(xué)名1,2-二甲氧基-N-甲基-[1,3]苯并二氧雜環(huán)戊烯并[5,6-c]氯化菲啶 （1,2-dimethoxy-12-methyl-[1,3]benzodioxolo[5,6-c]phenanthridin-12-ium），分子式為C21H18NO4＋，SMILES表示為C[N+]1=C2C(=C3C=CC(=C(C3=C1)OC)OC)C=CC4=CC5=C(C=C42)OCO5，相對分子量為348.36，熔點(diǎn)195°C～205°C[3]。白屈菜紅堿具有帶四個(gè)稠環(huán)的剛性結(jié)構(gòu)，其D環(huán)上的四環(huán)離域大π鍵使白屈菜紅堿的分子共面性極好，結(jié)構(gòu)中的烯胺正離子單元(C-6位的N+)是活性的決定因素[4]。在酸堿性為中性至弱堿性時(shí)，白屈菜紅堿會(huì)衍生出“亞胺”和“烷醇胺”兩種形式，這兩種形式在平衡反應(yīng)中相互轉(zhuǎn)化；當(dāng)pH小于6時(shí)，亞胺形式存在的白屈菜紅堿具有DNA強(qiáng)結(jié)合能力；當(dāng)pH為8.5～11時(shí)，烷醇胺形式的白屈菜紅堿具有更強(qiáng)的BSA親和力[5]。

2 白屈菜紅堿的資源

自上個(gè)世紀(jì)90年代，白屈菜紅堿的相關(guān)研究日益增多。白屈菜紅堿主要分布于罌粟科、蕓香科植物中，在我國20余個(gè)省市均有分布，野生資源豐富：如白屈菜（Chelidonium majus L.）、博落回（Macleaya cordata R.Br.）、小 果 博 落 回（Macleaya microcarpa Fedde）、兩面針（Zanthoxylum nitidum DC.）、單面針（Zanthoxylum echinocarpum Hemsl.）、 血 水 草（Eomecon chionantha Hance）、 巖 黃 連 （Corydalis saxicola Bunting）、飛龍掌血（Toddalia asiatica Lam.）、海南地不容 （Stephania hainanensis H.S.Lo&Y.Tsoong）、花 椒（Zanthoxylum bungeanum Maxim.）、青花椒（Zanthoxylum schinifolium Siebold & Zucc.）等。

3 白屈菜紅堿的制備和提取

白屈菜紅堿主要通過從植物中提取、化學(xué)合成兩種方法制備。

3.1 化學(xué)合成法

南開大學(xué)黃康倫等以2,3-Dimethoxybenzylbromide為原料，合成中間體2,3-dimethoxy-6-iodobenzoate，運(yùn)用鈀催化的串聯(lián)反應(yīng)構(gòu)建白屈菜紅堿B/C環(huán)結(jié)構(gòu)，在10步之內(nèi)實(shí)現(xiàn)了白屈菜紅堿的全合成，總收率達(dá)到60.9%[6]。

3.2 溶劑提取法

溶劑法提取白屈菜紅堿主要是利用其極性和生物堿的特性，主要分為醇提法和酸水提取法。于敏等通過正交實(shí)驗(yàn)考察了4種因素對白屈菜中紅堿提取效果的影響，結(jié)果表明乙醇濃度對實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響最大，最佳的提取工藝為料液比1∶6，乙醇濃度95%，向乙醇中添加0.5%的鹽酸，提取時(shí)間90min[7]。林雄通過從博落回果莢和葉片中提取白屈菜紅堿，比較了酸水和乙醇溶液的提取效果。從提取結(jié)果上看，酸水法利用酸提堿沉的原理，在時(shí)間上只需要花費(fèi)2天時(shí)間；乙醇提取需要消耗大量的溶劑，并耗費(fèi)時(shí)間回收乙醇，大大增加了時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本，兩種方法各有利弊[8]。

然而，考慮到白屈菜紅堿結(jié)構(gòu)中的亞胺基團(tuán)是白屈菜紅堿的重要活性基團(tuán)之一，可能與多種有機(jī)溶劑發(fā)生氧化還原反應(yīng)，在溶劑的選擇時(shí)應(yīng)選用穩(wěn)定的、不易與白屈菜紅堿發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的試劑進(jìn)行提取，防止在酸性條件下A環(huán)中的兩個(gè)甲氧基發(fā)生脫甲基化反應(yīng)，生成非離子型叔胺，改變其化學(xué)性質(zhì)。因此在提取白屈菜紅堿的過程中應(yīng)盡量保證低溫、醇性溶劑兩個(gè)條件。

更多的研究者選用甲醇、乙醇作為提取溶劑，在提取白屈菜紅堿的同時(shí)，保護(hù)其化學(xué)穩(wěn)定性。趙美雪選取95%乙醇對飛龍掌血的有效部位進(jìn)行浸漬，并取其乙酸乙酯萃取浸膏進(jìn)行化學(xué)成分的研究，得到一種黃色粉末狀化合物，經(jīng)MS、1H NMR、13C NM鑒定為白屈菜紅堿[9]。然而，基于對環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益方面的考慮，在提取白屈菜紅堿的過程中，更多實(shí)驗(yàn)者傾向于結(jié)合新型提取方法，從而提高效率、降低成本。

3.3 超聲提取法

在通過有機(jī)溶劑提取白屈菜紅堿的過程中，還可以通過增加超聲來輔助提取，從而破壞植物的細(xì)胞組織，破碎細(xì)胞壁。超聲提取法既不會(huì)影響熱敏感白屈菜紅堿的結(jié)構(gòu)和活性，又能在相同的時(shí)間內(nèi)得到更高的產(chǎn)率，減少溶劑使用量，降低生產(chǎn)成本。

曾琦等人采用不同的方法對血水草中的主要成分進(jìn)行提取分離，發(fā)現(xiàn)與甲醇、二甲基亞砜相比，選用75%乙醇，在料液比1∶20、超聲30min的條件下，可以對血水草中的白屈菜紅堿進(jìn)行較好的提取，并且具有毒性小、提取率高的優(yōu)點(diǎn)[10]。劉銘等選用浸泡、超聲、滲漉、微波等4種方法對血水草粉中的白屈菜紅堿進(jìn)行提取分離；對不同酸度硫酸、鹽酸、甲酸、乙酸、磷酸進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)pH=1的鹽酸水溶液提取率最高，因此選其作為4種方法的提取溶劑；浸泡的方法為料液比1∶100，100℃，浸泡30min；超聲提取的方法為料液比1∶100，250w超聲30min；微波提取的方法為料液比1∶100，280w微波5min；滲漉提取的方法為50g藥粉填柱，流速2mL/min；提取后選用大孔樹脂洗脫，洗脫劑為60%、90%甲醇水溶液，可以得到純度為40%的白屈菜紅堿[11]。對4種提取方法進(jìn)行比較后，發(fā)現(xiàn)從血水草粉中提取白屈菜紅堿，微波提取法所花時(shí)間最少、提取率最高，可以在工業(yè)化的生產(chǎn)用予以應(yīng)用。張宏浩選用了索氏提取、超聲、微波、超臨界流體萃取、浸漬等5種方法對白屈菜中的活性物質(zhì)進(jìn)行提取，并對提取溫度、提取時(shí)間等因素進(jìn)行考察，采用紫外吸收方法檢測有效成分的含量[12]。研究結(jié)果表明，索氏提取法的提取效率略高于其他方法，提取率為0.376%。但在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中，索氏提取法不如超聲波提取法節(jié)省時(shí)間和溶劑，因此也可選用超聲提取法作為常用的提取方法，提取條件為在50%的乙醇中，料液比1∶50，超聲35min，提取率也能達(dá)到0.368%。鄭梅霞等人發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)的甲醇、乙醇溶劑提取方法比較，輔助超聲處理可以提高博落回中生物堿的提取效率，其中超聲-甲醇補(bǔ)足提取法的效果最好[13]。劉拉平等采用化學(xué)轉(zhuǎn)化法和柱層析提取分離小果博落回中的5種生物堿進(jìn)行提取分離，按1∶10料液比取無水乙醇，間歇超聲法提取總生物堿。將提取液減壓過濾、濃縮后，用不同極性的有機(jī)溶劑萃取，石油醚-乙酸乙酯層中有效成分含白屈菜紅堿[14]。

由此可見，與溶劑法、微波法、索氏提取法等方法比較，超聲提取法與有機(jī)溶劑提取法相結(jié)合，可以更有效地從多種天然植物中提取分離出白屈菜紅堿，增加其提取率、降低提取成本。

3.4 酶解法

酶解法是一種利用纖維素酶、果膠酶等生物酶將植物細(xì)胞壁上的特定糖苷鍵水解，加速細(xì)胞內(nèi)活性成分溶出的一種提取手段。將酶解法與超聲法兩種現(xiàn)代提取手段相結(jié)合，也可大大提高白屈菜紅堿的提取率。陸世惠等在兩面針中加入纖維素果膠復(fù)合酶酶解30min后，采用40%乙醇對酶解物超聲提取3次，在此條件下白屈菜紅堿提取率為35.7%，高于傳統(tǒng)方法提取率[15]。

4 白屈菜紅堿的藥理作用

4.1 抗炎作用

炎癥的發(fā)生是是由于巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞產(chǎn)生炎性介質(zhì)、激活補(bǔ)體因子造成的炎癥部位的液體和蛋白質(zhì)外溢、白細(xì)胞聚集。因此，可以通過抑制炎性介質(zhì)的產(chǎn)生從而減輕身體的炎癥反應(yīng)。Xiaofeng Niu等研究發(fā)現(xiàn)，白屈菜紅堿可以有效地抑制二甲苯、甲醛注射造成的小鼠耳部、足部炎癥及冰醋酸誘導(dǎo)的扭體反應(yīng)，抑制PGE2的產(chǎn)生，降低COX2活性，為白屈菜紅堿的抗炎和鎮(zhèn)痛作用提供了有利依據(jù)[16]。Lu Fan等研究發(fā)現(xiàn)，白屈菜紅堿可以保護(hù)脂多糖誘發(fā)的急性肺損傷，抑制TNF-α、IL-6、IL-1β等炎癥因子的產(chǎn)生，減輕肺部水腫和中性粒細(xì)胞浸潤，其機(jī)制可能與抑制NF-κB活化、干預(yù)Nrf2蛋白核轉(zhuǎn)位有關(guān)[17]。Maciej Danielewski等評估了黃連中白屈菜紅堿組分的抗炎活性及其對胃粘膜完整性的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，白屈菜紅堿給藥可以有效降低因角叉菜膠注射引起的足底組織TNFα、PGE2和MMP-9產(chǎn)生，同時(shí)不會(huì)引起胃粘膜損傷，比現(xiàn)有的非甾體類抗炎藥更具有胃粘膜保護(hù)性[18]。

4.2 抗病毒作用

研究表明，白屈菜紅堿可以降低多種病毒的自我復(fù)制能力，具有廣泛的抗病毒作用。作為一種經(jīng)典的PKC抑制劑，白屈菜紅堿對于依賴蛋白激酶C致病的病毒尤其有效。Lan Liu等人的研究結(jié)果顯示，白屈菜紅堿可阻斷NF-κB通路，消除乙肝核心抗原（HBcAg）對p-IκB、p-p65、p-PKC和Bcl2水平的影響，抑制HBcAg誘導(dǎo)的小鼠骨髓來源樹突狀細(xì)胞（BMDC）增殖[19]。此外，白屈菜紅堿在水產(chǎn)養(yǎng)殖中也展現(xiàn)出了良好的抗病毒作用。牛晨發(fā)現(xiàn)白屈菜紅堿可以顯著抑制大口黑鱸蛙虹彩病毒（LMBV）活性，殺滅病毒、降低鯉魚上皮瘤細(xì)胞（EPC）的感染率，同時(shí)降低LMBV感染導(dǎo)致的炎癥反應(yīng)，其機(jī)制可能與降低病毒引起的炎癥風(fēng)暴有關(guān)[20]。

4.3 抗菌作用

白屈菜紅堿是一種天然的殺菌劑[21]。He N等研究表明，白屈菜紅堿對G+金黃色葡萄球菌、MRSA菌和ESBLs金黃色葡萄球菌具有很強(qiáng)的抗菌活性，其機(jī)制可能是由于白屈菜紅堿破壞了細(xì)菌細(xì)胞膜上的通道，使胞內(nèi)蛋白質(zhì)外流，并抑制了蛋白質(zhì)的生物合成[22]。Weidong Qian等人也發(fā)現(xiàn)白屈菜紅堿可以通過增加生物膜的滲透性，影響多糖、蛋白質(zhì)和eDNA從而抑制生物膜的形成，并且協(xié)同促進(jìn)其他抗生素的殺菌作用[23]。此外，白屈菜紅堿對變形鏈球菌的抑制作用在齲齒的治療中也具有極大的潛力，通過降低細(xì)菌之間的黏附能力，斷裂細(xì)菌鏈，降低表面疏水性，是潛在的齲齒防治藥物[24]。

4.4 抗腫瘤作用

近年來，白屈菜紅堿在抗腫瘤研究中逐漸成為熱點(diǎn)，在各種腫瘤細(xì)胞系中都表現(xiàn)出了顯著的抑瘤效果，如乳腺癌(MCF-7)[25]、三陰性乳腺癌（TNBC）[26]、前列腺癌（PC-3）[27]、腎細(xì)胞癌（RCC）[28]、葡萄膜黑色素瘤(OCM-1)[29]等等。研究表明，白屈菜紅堿具有很強(qiáng)的核酸結(jié)合、拓?fù)洚悩?gòu)酶中毒作用和端粒酶抑制特性；此外，白屈菜紅堿還是天然的PKC抑制劑，這些特點(diǎn)使其發(fā)揮了抑制P-糖蛋白活性、激活凋亡途徑、誘導(dǎo)自噬的作用，通過多靶點(diǎn)、多種機(jī)制去抑制腫瘤的增殖、侵襲、遷移、耐藥，同時(shí)增強(qiáng)化療藥物的治療效果。Mingwei Zhu等研究發(fā)現(xiàn)，白屈菜紅堿可以顯著抑制膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞系（GBM）U251和T98G細(xì)胞的活力、增殖能力和干性，在裸鼠體內(nèi)的異種移植瘤也表現(xiàn)出了相同的結(jié)果，其機(jī)制可能是白屈菜紅堿抑制TGFβ1的激活，降低下游蛋白Smad2/3、ERK1/2的磷酸化，進(jìn)而減少EMT的發(fā)生，導(dǎo)致Snail、ZEB1蛋白的表達(dá)量下調(diào)[30]。

藥代動(dòng)力學(xué)研究表明，白屈菜紅堿的親脂性使其可以通過細(xì)胞膜進(jìn)入血液循環(huán)，并在血液中快速達(dá)到血藥濃度峰值，在肝微粒體中會(huì)被還原為二氫白屈菜紅堿，但半衰期很短[31]。為提高白屈菜的生物利用度，延長藥物半衰期，越來越多的研究者將研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)向白屈菜紅堿新型給藥系統(tǒng)的開發(fā)，來克服其在血液、肝臟中代謝過快的缺陷，如脂質(zhì)體、納米微球給藥等，將白屈菜紅堿包封于材料中，實(shí)現(xiàn)緩釋、控釋的效果[32]。Jiahui Wang等將白屈菜紅堿制備成聚乙二醇修飾的長循環(huán)脂質(zhì)體（CHELP），通過增強(qiáng)滲透性選擇性地在腫瘤部位積累藥物，并在使用被動(dòng)靶向策略后產(chǎn)生保留效應(yīng)；發(fā)現(xiàn)白屈菜紅堿和CHELP均可以通過抑制糖酵解和PKC-ε蛋白的表達(dá)來抑制非小細(xì)胞肺癌腫瘤的生長，其中CHELP的抑瘤率可以達(dá)到80%[33]。趙義軍等選用硬脂酸作為白屈菜紅堿的藥物載體，采用乳化蒸發(fā)法制備白屈菜紅堿固體脂質(zhì)納米粒，使其達(dá)到緩釋的作用；體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，CHE-SLN可以抑制肝癌HepG2細(xì)胞的增殖，將白屈菜紅堿制備成固體脂質(zhì)納米粒后可以提高腫瘤細(xì)胞的藥物攝取能力，提高抗腫瘤活性[34]。楊錦等采用納米沉淀方法將白屈菜紅堿用PLGA進(jìn)行包裹，制備mPEG-PLAGCHE納米微球，提高了白屈菜紅堿的親水性，延長藥物半衰期；體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)CHE-NPs可以顯著抑制B16黑色素瘤生長，效果強(qiáng)于同濃度的白屈菜紅堿[35]。由此可見，無論是白屈菜紅堿單體還是其新型給藥系統(tǒng)，在腫瘤治療中都具有良好的應(yīng)用前景。

4.5 抗肝纖維化作用

肝臟是人體中代謝外來化合物和解毒的重要臟器，當(dāng)機(jī)體受到病毒感染、飲食不節(jié)、藥物過量服用等損傷時(shí)，肝臟中的結(jié)締組織會(huì)發(fā)生過度堆積，纖維化間隔異常。如果長時(shí)間不加以干預(yù)，肝纖維化將逐漸惡化形成肝硬化、肝癌。Liu Xuwen等人通過代謝組學(xué)、網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)和分子對接分析發(fā)現(xiàn)，白屈菜紅堿可以通過調(diào)節(jié)丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶（ALT）治療肝纖維化[36]。李曉明等人研究發(fā)現(xiàn)白屈菜紅堿能夠抑制四氯化碳誘發(fā)的小鼠肝纖維化，降低血液中AST和ALT含量，改善肝內(nèi)組織的增生，其機(jī)制可能與抑制TGF-β/Smads信號通路，干預(yù)ECM的沉積有關(guān)[37]。此外，白屈菜紅堿還可以緩解酒精導(dǎo)致的急慢性肝損傷，抑制肝星狀細(xì)胞（HSC-T6）的增殖，減少Ⅰ型膠原和Ⅲ型膠原的合成[38]。

4.6 其他作用

Bo Hu等人發(fā)現(xiàn)白屈菜紅堿對心肌有保護(hù)作用，可通過調(diào)節(jié)蛋白激酶C/NF-κB通路激活CSE/H2S來減輕腎缺血/再灌注誘導(dǎo)的心肌損傷[39]。Arif Aladag等人在大鼠模型中評估了白屈菜紅堿在實(shí)驗(yàn)性SAH后抑制腦血管痙攣中的作用，結(jié)果表明白屈菜紅堿對腦血管痙攣具有有益的治療作用和顯著的全身活性[40]。Mehrdad Ghashghaeinia等人發(fā)現(xiàn)白屈菜紅堿可以顯著抑制PMA刺激的PKC-α活化和由此產(chǎn)生的Ca2+內(nèi)流和細(xì)胞收縮導(dǎo)致的紅斑狼瘡，對于紅斑狼瘡的誘導(dǎo)及其抑制都具有重要的臨床意義[41]。Xiaoyin Zhang等在對脲酶抑制劑的篩選中發(fā)現(xiàn)，白屈菜紅堿可以抑制鎳與UreG的結(jié)合并誘導(dǎo)二級結(jié)構(gòu)的變化，與UreG的Asp41殘基形成π-陰離子相互作用，從而發(fā)揮脲酶抑制的作用，減輕反芻動(dòng)物的氮排泄情況，提高畜牧業(yè)中尿素-N利用效率，降低氮污染[42]。由此可見，白屈菜紅堿在防治心腦血管系統(tǒng)疾病、免疫系統(tǒng)疾病及畜牧業(yè)發(fā)展中也發(fā)揮了重要作用。

5 討論與展望

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，國內(nèi)外對白屈菜紅堿的研究已取得了較大的進(jìn)展。作為一種廣泛存在于天然植物中的生物堿，白屈菜紅堿的抗炎、抗菌、抗病毒等多種生物活性正在被畜牧業(yè)、農(nóng)業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，圍繞白屈菜紅堿的提取分離、藥理活性、作用機(jī)制、新劑型制備的研究也日益深入，但在醫(yī)療領(lǐng)域仍需要進(jìn)一步探索。目前，對于白屈菜紅堿治療腫瘤的研究眾多，但多數(shù)仍處于實(shí)驗(yàn)階段，尚未在臨床中得到應(yīng)用。對于這樣一種擁有巨大潛力的生物堿單體，期待后續(xù)有更多的研究人員對其進(jìn)行開發(fā)，發(fā)揮其生物學(xué)活性，解決更多的醫(yī)學(xué)難題。