骆驼蓬属植物的药用植物

骆驼蓬属植物的药用植物

骆驼彭属植物是水稻科的一种常见草本植物。全世界共有6种,主要分布于前苏联、蒙古、地中海沿岸及北美洲各地。在中国西北部的新疆、甘肃、青海、宁夏、内蒙古及陕西等地区的荒漠、沙质、干旱草地等地带主要分布骆驼蓬(P.harmalaL.)、多裂骆驼蓬[P.multisecrum(Maxim.)Bobr.]及骆驼蒿(P.nigellastrumBge.)3个种。骆驼蓬是维吾尔族、蒙古族民间沿用已久的药材,已被列入卫生部药品标准维吾尔药分册。骆驼蓬性平,味苦、辛,有毒,具有坚固筋脉、助阳暖阴、消除黏稠体液、消散寒湿之气等功能,主治筋脉软弱、骨关节痛、咳嗽痰多、偏瘫健忘、神昏头痛、月经不调等症。骆驼蓬植物的主要化学成分为生物碱,具有广泛的药理作用。为了更好地研究和利用骆驼蓬的药用价值,本文对近年来骆驼蓬植物中的生物碱类化学成分和药理作用研究进展进行综述。1常见的下含型化合物骆驼蓬属植物中的化学成分主要为生物碱类,种子中的生物碱含量高达4%~6%(干重)。早年发现其含有去氢骆驼蓬碱(harmine)、骆驼蓬碱(harmaline)、去甲骆驼蓬碱(harmalol)、哈尔满碱(harmane)、哈尔醇(harmol)等β-咔啉类生物碱,另外有喹唑啉类生物碱,如鸭嘴花碱(vasicine)、去氧鸭嘴花碱(deoxypeganine)、鸭嘴花碱酮(vasicinone)、去氧鸭嘴花碱酮(deoxyvasicinone)等生物碱。近年来,Faskhutdinov等从开花期的骆驼蓬地上部分中分离得到双骆驼蓬碱(dipegine)和双骆驼蓬醇(dipeginol)两个喹唑啉酮二聚体生物碱。Ma等首次从骆驼蒿的根中除分离到两个倍半萜类化合物外,继而又分离得到两个类苯基丙烷阿魏酸二氢芥子醇酚类化合物(dihydrosinapylferulate)和阿魏酸二氢松柏醇酯(dihydroconiferylferulate)以及一系列新的天然喹唑啉类生物碱成分,如骆驼宁碱(luotonin)A、骆驼宁碱B、骆驼宁碱C和骆驼宁碱D等。尤其是证明骆驼宁碱A具有类似喜树碱的抑制拓扑异构酶Ⅰ活性后,从此展开了对骆驼宁碱A及其衍生物的药理活性和合成方法的研究。Zheng等以抗乙酰胆碱酯酶活性的生物自显影技术为指导,对骆驼蒿进行系统地提取分离,得到11个具有抗乙酰胆碱酯酶(AChE)活性的生物碱成分,包括2个新生物碱骆驼蒿碱(nigellastrine)Ⅰ和骆驼蒿碱Ⅱ(属于喹唑啉与β-咔啉类的二聚体)。近年来骆驼蓬属植物中发现的主要活性生物碱类化合物结构见图1。因具有显著而广泛的生物活性,对骆驼蓬属植物中所含生物碱的研究引起了广泛的关注。2罗马坪活性物质2.1-弹簧啉类衍生物骆驼蓬生物碱对神经系统的作用探讨,主要集中于对β-咔啉类生物碱的研究。Frison等从毒理学角度确证了1例骆驼蓬生物碱中毒的病例。患者摄食了自制的骆驼蓬种子提取物(主要成分为β-咔啉类生物碱)后,出现了震颤、运动失调、呕吐等神经中毒的症状。由于β-咔啉类生物碱的结构与1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氢吡啶(MPTP,强黑质毒素,可诱发帕金森病)相似,这类化合物可能具有类似的内源性神经毒素的毒性作用。Cobuzzi等发现β-咔啉类生物碱对大鼠嗜铬细胞瘤细胞(PC-12)能够产生毒性,通过检测释放乳酸脱氢酶的活性来评估PC-12细胞的死亡率,发现β-咔啉类生物碱具有两种细胞毒性机制,其中2,9-二甲氨基β-咔啉类生物碱的细胞毒性的作用机制类似MPP+,此作用机制依赖于线粒体中ATP清除,而2-甲基骆驼逢碱是线粒体非依赖性ATP抑制剂,推测其细胞毒性作用机制与2、9位的N甲基化具有相关性。O′Hearn等采用尼斯尔染色法发现β-咔啉类生物碱伊波加因(ibogaine)和骆驼蓬碱能够使浦肯野纤维中神经微管相关蛋白2(MAP-2)和钙结合蛋白减少,从而选择性地使大鼠小脑皮质蚓部浦肯野纤维发生退行性病变,这可能就是β-咔啉类生物碱导致震颤作用的原因。但是,Moura等的研究发现,β-咔啉类生物碱能够改善物体识别模型小鼠的记忆,去氢骆驼蓬碱和哈尔醇能够增强小鼠的短时记忆,而骆驼蓬碱能同时增强小鼠的短时记忆和长期记忆。β-咔啉类生物碱能够拮抗由多巴胺和谷氨酸引起的神经兴奋性毒性。Lee等发现β-咔啉类化合物单独使用并没有产生明显的细胞毒性,而能够减少由多巴胺诱导的线粒体损伤和PC12细胞的死亡,并具有抑制由MPTP和MPP+导致的小鼠大脑线粒体损伤。此作用是通过清除活性氧簇的活性和抑制单胺氧化酶(MAO)的活性及巯基的氧化来实现的。Moura等采用过氧化氢及百草枯(paraquat)诱导酿酒酵母细胞产生氧化性损伤,并评价5种β-咔啉类生物碱的抗氧化活性。结果发现,哈尔醇、去氢骆驼蓬碱、骆驼蓬碱、去甲骆驼蓬碱、哈尔满碱在25~100mg/L浓度范围内都具有剂量依赖性的抗氧化活性。其中骆驼蓬碱、去甲骆驼蓬碱、哈尔满碱的抗氧化能力更强,它们的抗氧化活性主要体现在对羟自由基的清除能力,而哈尔满碱、去氢骆驼蓬碱、哈尔醇在浓度高于150mg/L时会降低细胞的活性。实验结果表明,芳香族的β-咔啉类生物碱(哈尔满碱,去氢骆驼蓬碱和哈尔醇)在高浓度(40mg/L)时可诱导V79细胞DNA断裂,而二氢β-咔啉类生物碱(骆驼蓬碱和去甲骆驼蓬碱)在此浓度下则未表现出显著的诱导DNA断裂作用。V79细胞预先用低浓度的β-咔啉类生物碱进行处理,可以显著性地抑制由过氧化氢诱导的DNA断裂,其中哈尔满碱、去氢骆驼蓬碱和哈尔醇在10~20mg/L浓度范围可以显著地降低过氧化氢诱导的DNA断裂指数和断裂率。去甲骆驼蓬碱和骆驼蓬碱则在10~40mg/L表现出相同的作用,但未呈现浓度依赖性。Splettstoesser等采用标准的全细胞膜片钳方法观察了骆驼蓬碱和哈尔满碱对3周龄大鼠脊根节神经元钙离子通道、钠离子通道和钾离子通道电压的影响,发现骆驼蓬碱和哈尔满碱可使通道电压呈浓度依赖性(10~500mol/L)的降低。骆驼蓬碱和哈尔满碱对钙离子通道电压抑制的作用在数分钟内达到平稳状态,且此作用是部分可逆的。骆驼蓬碱和哈尔满碱在体外对神经系统钙离子通道电压的调节作用与其对神经细胞的保护作用是相关的。以上研究表明,β-咔啉类生物碱对中枢神经的作用非常复杂,既具有一定的毒性作用,又有明显的保护作用。如何正确、有效地利用骆驼蓬中活性生物碱对中枢神经系统的作用,仍需要进行深入的研究。2.2高效低毒活性化合物骆驼蓬中的活性生物碱及其衍生物的抗肿瘤作用近年来引起了极大关注。Jahaniani等采用MTT法检测去氢骆驼蓬碱的抗癌活性,发现其对人类肿瘤细胞株(HL60,K562,HeLa,KB,A549,Saos-2,A2780-CP,A2780-S,MCF-7,A375,A172等)具有广泛的细胞毒性,其中对HL60和K562细胞株的细胞毒性最强。然而在体抗肿瘤实验显示去氢骆驼蓬碱的抗肿瘤活性效果不佳。ElGendy等发现骆驼蓬植物的甲醇提取物(主要含骆驼蓬碱和去氢骆驼蓬碱)能够拮抗二噁英的致癌作用。2,3,7,8-四氯代二苯并二噁英(TCDD)是一种常见的二噁英类致癌物,它和芳香烃受体结合并使其激活,从而引起代谢酶CYP1A1蛋白表达升高,活性增强,致癌性代谢产物增多,最终导致肿瘤的产生。骆驼蓬甲醇提取物能够抑制由TCDD诱导CYP1A1的mRNA和蛋白表达及其活性水平的改变,从而具有拮抗二噁英类化合物的致癌作用。为了寻找高效低毒的抗肿瘤药物,不少人对β-咔啉类生物碱母核进行修饰得到多种高效低毒的抗肿瘤衍生物。通过β-咔啉类生物碱衍生物的构效关系研究,为合成高活性低毒性的抗肿瘤药物提供了依据。Guan等发现,β-咔啉环9位的取代基能够增强嵌入DNA活性而产生细胞毒性,而β-咔啉环3位(DNA靶向位点)末端的氨基基团经酰胺化后可降低化合物嵌入DNA的活性,对β-咔啉环进行3位、9位修饰可使化合物的细胞毒性具有选择性,使药物攻击肿瘤细胞而非正常细胞。Cao等发现在2位和9位均有苯甲基取代的β-咔啉类衍生物的抗肿瘤活性较强,进一步研究表明,2位苯甲基取代后能够增强抗肿瘤活性但同时也明显增强了急性毒性,而3位和9位被氨基取代能够同时减弱急性毒性和抗肿瘤活性。另外,研究发现骆驼蓬种子的总生物碱提取物和其中的β-咔啉生物碱(骆驼蓬碱和去氢骆驼蓬碱)对DNA拓扑异构酶Ⅰ和Ⅱ具有抑制作用。DNA拓扑异构酶是催化三维构象转变的酶,直接与细胞增殖、复制、基因表达以及抗癌药的研究密切相关,成为抗菌药和抗肿瘤药等化疗药物作用的重要靶点之一。骆驼宁碱A与喜树碱有类似的化学结构,而且在体外对小鼠肿瘤细胞P388细胞系有抑制作用(IC50值为1.8mg/L),证明它有类似喜树碱的抑制拓扑异构酶Ⅰ活性的作用。从此展开了对骆驼宁碱A及其衍生物的合成方法和药理活性的研究,取得了一系列重大的进展,获得了很多具有更强DNA拓扑异构酶Ⅰ抑制活性的衍生物[7,23,24,25,26,27]。另外,去氢骆驼蓬碱通过与ATP-Mg2+竞争,对细胞周期蛋白依赖激酶CDK1/cyclinB、CDK2/cyclinA和CDK5/p25产生特异性抑制作用,成为其发挥抗癌作用的新作用靶点,而对丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸激酶不产生影响。由此可见,骆驼蓬属植物中的生物碱类成分及其衍生物可以通过多种作用机制,对多种肿瘤细胞具有潜在的杀伤和预防作用,值得进一步进行深入研究。2.3对-弹簧啉化合物的抑郁作用β-咔啉生物碱对MAO有较强的抑制活性,主要对MAOA活性产生可逆的、竞争性的抑制。MAOA抑制剂主要用于抗抑郁,而MAOB抑制剂主用于治疗帕金森病。早期β-咔啉生物碱用于帕金森病的治疗,后因MAOA抑制剂潜在的干酪效应(非选择性MAO抑制剂治疗可促进血中去甲肾上腺素蓄积,使血压升高,并可导致高血压危象)而淘汰。Kim等研究了一系列的β-咔啉化合物的MAO的抑制活性及其构效关系,去氢骆驼蓬碱、骆驼蓬碱、2-甲基骆驼蓬碱、2,9-二甲基骆驼蓬碱对MAOA的抑制活性最强,1位甲基化和7位O-甲基化都能够增强化合物对MAOA的抑制活性,可能此结构的改变能影响化合物和MAO的结合能力。Farzin等通过小鼠强迫游泳实验,发现腹腔注射β-咔啉生物碱哈尔满碱(5~15mg/kg)、去甲哈尔满(norharmane,2.5~10mg/kg)和去氢骆驼蓬碱(5~15mg/kg)后,在各自剂量范围内都呈剂量依赖性地减少小鼠不动状态时间。而且实验动物预先18h用利血平5mg/kg腹腔注射并不影响上述3个生物碱的抗抑郁作用。相反地,实验开始前30min腹腔注射5mg/kg氟马西尼,可完全拮抗哈尔满碱,去甲哈尔满和去氢骆驼蓬碱的抗抑郁作用。结果表明,哈尔满碱、去甲哈尔满和去氢骆驼蓬碱具有抗抑郁作用,其抗抑郁作用机制是通过反向激动苯二氮艹卓受体而实现的。去氢骆驼蓬碱等β-咔啉生物碱对MAOA的抑制活性,可能对于治疗抑郁具有潜在的疗效,有待于深入研究和开发。2.4新氧化物及其产物的抗氧化活性Zheng等首次采用薄层色谱-生物自显影技术从骆驼蒿中发现了一系列具有与加兰他敏相近的AChE抑制活性的β-咔啉生物碱,如去氢骆驼蓬碱、骆驼蓬碱、哈尔醇、哈尔满及2个新生物碱骆驼蒿碱Ⅰ和骆驼蒿碱Ⅱ,并对这些活性生物碱的AChE抑制活性进行了定性和半定量评价。其中去氢骆驼蓬碱、骆驼蓬碱、哈尔醇等β-咔啉类生物碱的抗AChE活性与加兰他敏相近,而去甲骆驼蓬碱、哈尔满碱和喹唑啉类生物碱如鸭嘴花碱、去氧鸭嘴花碱、鸭嘴花碱酮及2个新生物碱骆驼蒿碱Ⅰ和骆驼蒿碱Ⅱ的活性相对较弱。去氢骆驼蓬碱对CDK的选择性抑制作用、神经保护作用和良好的抗氧化活性等均有利于阿尔茨海默病的治疗。研究结果提示骆驼蓬属植物中的这一系列生物碱具有潜在的抗阿尔茨海默病作用,具有极大的开发和利用价值。2.5骆法律明合理注射在小鼠体内的急性毒性骆驼蓬生物碱提取物具有镇痛作用,其作用机制与阿片受体相关。Farouk等采用镇痛实验模型(如醋酸扭体法、热板法、舔趾反应)检测生物碱的镇痛作用。实验发现腹腔注射骆驼蓬生物碱提取物,在12.5~25mg/kg范围内呈剂量依赖性地减少小鼠扭体、舔趾、跳热板反应。而大鼠侧脑室注射骆驼蓬生物碱提取物,能够明显减少大鼠跳热板反应的次数。骆驼蓬生物碱提取物具有剂量依赖性镇痛作用,且其早期镇痛作用能被纳洛酮所拮抗。结果表明,骆驼蓬提取的生物碱通过中枢和外周机制发挥镇痛作用,且镇痛作用机制可能与阿片受体有关。骆驼蓬生物碱具有明显的镇痛作用,为其用于筋脉软弱、关节骨痛的传统用药提供了理论依据。2.6-弹簧啉类化合物-环丙氨酸抑制剂骆驼蓬生物碱通过对咪唑啉I2受体的亲和作用产生一定的阻断鸦片戒断引起的行为反应和生物化学效应。咪唑啉I2受体是新近发现的一种咪唑啉受体,根据其与阿米洛利的亲和力可进一步将其分为I2A和I2B两个亚型,主要分布于肾、脑和肝细胞的线粒体外膜上,其内源性配体是胍丁胺。许多证据提示咪唑啉I2受体与MAOB具有高度同源性。激活咪唑啉I2受体可能产生神经元保护、抗血管平滑肌增生及调节阿片受体功能等多种药理作用。咪唑啉I2受体与抑郁症、帕金森病、亨廷顿病、阿片成瘾及阿尔茨海默病等疾病的发生有关。β-咔啉类生物碱与咪唑啉I2B受体具有高亲和力,可以阻断鸦片戒断引起的行为反应和生物化学效应。Miralles等考察了β-咔啉类化合物去氢骆驼蓬碱、骆驼蓬碱、去甲骆驼蓬碱、哈尔满、去甲哈尔满对大鼠脑和肝的咪唑啉I2受体的亲和作用及其对吗啡依赖性大鼠脑中3,4-二羟基苯丙氨酸(DOPA)合成的影响。结果去甲哈尔满与脑咪唑啉I2受体亲和力最强,亲合力常数(KiH,nmol/L)顺序为去甲哈尔满(20)>去甲骆驼蓬碱(82)>骆驼蓬碱(177)垌去氢骆驼蓬碱(630)>哈尔满(700)。而与肝咪唑啉I2受体亲和力最强的是去氢骆驼蓬碱,其KiH顺序为去氢骆驼蓬碱(51)>骆驼蓬碱(103)垌去甲骆驼蓬碱(1290)>哈尔满(2000)垌去甲哈尔满(12382)。去甲哈尔满与咪唑啉I2受体配体LSL60101在20mg/kg剂量时均能完全阻断因停服吗啡引起的DOPA合成增加的作用,从而阻断鸦片戒断引起的行为反应和生物化学效应,并减轻戒断综合征的症状。2.7因公使用剂量而致的前后药动学药骆驼蓬种子提取物中的喹唑啉类生物碱鸭嘴花酮碱具有剂量依赖性地舒张由去氧肾上腺素引起的大鼠离体血管的收缩作用,可能是通过增加内皮细胞释放NO而起作用。另外两种β-咔啉类生物碱骆驼蓬碱和去氢骆驼蓬碱也具有一定的舒张血管作用,并表现为剂量依赖性舒张血管作用。骆驼蓬碱是通过作用于前列环素通路和上皮细胞释放NO产生血管舒张作用,而去氢骆驼蓬碱没有这种作用机制。这两种生物碱都是去内皮血管环的电压依赖性L型Ca2+通道的阻滞剂,能够通过抑制磷酸二酯酶的活性使第二信使(cAMP或cGMP)水平的上升,从而减少组织中的自由基。骆驼蓬生物碱的舒张血管作用为民间用于治疗高血压病提供了理论依据。但骆驼蓬的毒副作用也比较大,因此人们使用此种药材都很小心。2.8活性化合物的活性β-咔啉类生物碱哈尔满碱和去氢骆驼蓬碱具有潜在的治疗动脉粥样硬化的作用。Im等从体外检测了6种β-咔啉生物碱(去甲骆驼蓬碱、骆驼蓬碱、去甲哈尔满、哈尔醇、去氢骆驼蓬碱、哈尔满碱)的抗凝血活性。几种生物碱能够不同程度和选择性地抑制胶原诱发的血小板聚集反应,其中哈尔满碱和去氢骆驼蓬碱的抑制活性较强,IC50值分别为(113.7±8.4)和(132.9±16.6)μmolL,哈尔醇有中等强度抑制活性,IC50值为(200±4.6)μmol/L,其他4种生物碱没有明显的抑制活性,IC50值>200μmol/L。哈尔满碱和去氢骆驼蓬碱呈浓度依赖性地抑制胶原介导的磷酸酯酶(PL)Cγ2和蛋白酪氨酸磷酸化、细胞质的钙离子转运和花生四烯酸的释放,从而达到抗凝血的目的。但在200μmol/L时,6种β-咔啉类生物碱对花生四烯酸、凝血酶和U46619(血栓素A2类似物)诱导的血小板聚集无效。哈尔满碱和去氢骆驼蓬碱等生物碱的抗凝血作用为其发挥潜在地治疗动脉粥样硬化症的作用奠定了一定的实验基础。2.9细胞特异性作用去氢骆驼蓬碱通过对过氧化物酶体增殖物激活受体(PPARγ)表达的细胞特异性调节作用产生降血糖作用。PPARγ是脂肪形成中的关键因子,而且在胰岛素敏感性、细胞周期调节和细胞分化中起重要作用。噻唑烷二酮类降糖药物是PPARγ的特异性配体。这些药物的胰岛素敏感性和降低血糖作用与其相互作用有关。研究表明,去氢骆驼蓬碱虽然不是PPARγ配体,然而对PPARγ表达具有细胞特异性调节作用。分子机制研究表明,去氢骆驼蓬碱可以通过抑制Wnt信号通路控制PPARγ表达,从而抑制糖尿病小鼠脂肪细胞表达,提高胰岛素敏感度。与噻唑烷二酮类降糖药不同,去氢骆驼蓬碱不增加体重和肝脏脂肪积聚,对PPARγ有独特调节作用,这为耐胰岛素糖尿病的治疗奠定了基础,成为骆驼蓬生物碱新药理作用研究的重要靶点。2.10不同种类植物提取物的抗菌活性骆驼蓬种子总生物碱提取物具有良好的抗菌活性。不同溶剂(石油醚、氯仿、甲醇)制备的提取物具有不同的抗菌能力,对金黄色葡萄球菌均有很好的抗菌活性。其中甲醇提取物(主要成分为生物碱)对各种菌种(金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞杆菌、大肠埃希菌、肺炎克雷伯菌、普通变形菌)的抗菌活性最好。骆驼蓬种子提取物降低大肠埃希菌感染,但长期给药,会对家禽产生一定的毒副作用。Arshad等在筛选12种药用植物对多种细菌[如大肠埃希菌、沙门氏菌、链球菌属产气荚膜梭菌、(C