生物碱乌头碱及其衍生物的研究

生物碱—乌头碱及其衍生物研究生物碱乌头碱及其衍生物的研究第1页乌头属植物研究乌头属（AconitumL.）毛茛科多年生、二年生或一年生草本开花植物,本属有250多个种。乌头属植物药材主要活性物质是生物碱,近年来已经分离判定了900各种二萜类生物碱,其中从乌头属植物中分离得到有400各种。

生物碱乌头碱及其衍生物的研究第2页01C18二萜类生物碱02C19二萜类生物碱03C20二萜类生物碱04双二萜类生物碱乌头类生物碱大都属于四环或五环二萜类衍生物，都在C18、C19和C20位上与一个胺基氮原子相连，按化合物母核结构能够分为:生物碱乌头碱及其衍生物的研究第3页C18二萜碱型生物碱是含量最少一类二萜类生物碱,能够细分为高乌宁碱（lappacinitines）和冉乌宁碱（ranaconitines）。高乌宁碱和冉乌宁碱主要差异是C7位上是否有含氧基团。生物碱乌头碱及其衍生物的研究第4页C19二萜碱型生物碱是从乌头属植物中得到最多一类二萜类生物碱。按照C7上有没有含氧基团和骨架差异能够分为:乌头碱型（Aconitines），牛扁碱型（Lycoctonines），7，17-次裂型（7,17-Seco-type），内酯型（Lactone-type），热解型（Pyro-type）和重排型（Rearraged-type）生物碱乌头碱及其衍生物的研究第5页生物碱乌头碱及其衍生物的研究第6页相对于C18、C19二萜碱型生物碱，C20二萜碱型生物碱骨架复杂多样，大多数都含有环外双键结构。该类生物碱醇胺型生物碱居多，氧化程度低而且取代基较少，部分常与苯甲酸或乙酸形成单酯型生物碱，毒性较低，且在乌头属植物中分布较少。依据骨架差异C20型二萜型生物碱可分为7个类型:阿替生型（Atisines）、维特钦型（Veatchines）、海替定型（Hetidines）、海替生型（Hetisines）、光翠雀碱型（Denudatines）、纳哌啉型（Veatchines）和阿诺特啉型（Anopterines）生物碱乌头碱及其衍生物的研究第7页生物碱乌头碱及其衍生物的研究第8页双二萜碱型能够看作是两分子二萜类生物碱缩合而成trichocarpineAtrichocarpineB生物碱乌头碱及其衍生物的研究第9页乌头碱物理性质分子式:C34H47NO11六方形片状结晶熔点204℃旋光度[α]D+17.3°水溶液对石蕊呈碱性反应pK5.88溶于无水乙醇、乙醚和水，微溶于石油醚乌头碱属二元酯类，轻易被水解乌头碱为双酯类生物碱，含有麻辣感(1/10000溶液即可产生麻辣感)。生物碱乌头碱及其衍生物的研究第10页乌头碱药理作用1.对心血管作用乌头碱含有扩张冠状血管和四肢血管作用,在小剂量(未致心室纤颤)时,就已产生抗急性心肌缺血作用,并有显著常压耐缺氧作用。近年来相关研究证实:乌头碱是一个钠通道激动剂,它正性肌力作用也是经过激动钠通道,增加钠离子内流,从而经过反向Na+/Ca2+交换使细胞内钙离子浓度增高,增强心肌收缩力,而到达强心效果。但迄今没有把乌头碱作为强心药品研究与应用,是因为乌头碱极易引发快速心律失常和室颤缘故。生物碱乌头碱及其衍生物的研究第11页2.抗肿瘤作用乌头碱抑瘤及抗肿瘤转移研究始于20世纪80年代,药理研究表明,乌头有抗癌作用。用中药乌头提取精制乌头注射液进行动物和胃癌病人临床研究表明,肌注乌头注射液2mL/d(总生物碱0.18mg)有抑制癌瘤生长和癌细胞自发转移作用,临床用于治疗晚期胃癌等消化系统恶性肿瘤均收到一定效果。乌头注射液对肝癌也有一定疗效,对在体小鼠腹水型肝癌抑制率为47.8%～57.4%,能抑制癌细胞有丝分裂,临床应用于原发性肝癌,效果很好,可改进临床症状,增加食欲,延长存活期。生物碱乌头碱及其衍生物的研究第12页3.抗癫痫作用乌头碱如拉普乌头碱，6一苯基异叶碱、1一苯基欧乌头碱和美沙乌头碱都能抑制试验性诱导癫痫症，拉普乌头碱已经显示能抑制癫痫发作时随即组峰，这显示了其毒理学活性，而保留它第一个突触后波峰这表现了其正常神经活性．美沙乌头碱在单一浓度状态下能减弱激发型和自发型癫痫症．并可降低癫痫发作频率、连续时间、幅度．生物碱乌头碱及其衍生物的研究第13页4.抗炎作用动物模型研究表明,乌头碱有较强抗炎活性,口服能显著反抗角叉菜胶引发大鼠和小鼠后踝关节肿,抑制蛋清、组织胺等致炎剂引发皮肤渗透性增加,降低受精鸡胚浆膜囊上肉芽组织形成。但临床抗炎效果当前尚无法得到证实。生物碱乌头碱及其衍生物的研究第14页5.免疫抑制作用乌头碱对免疫器官影响和体液免疫均呈免疫抑制作用。它能对T细胞及其亚群产生抑制作用，从而影响B细胞功效。且这种抑制作用是可逆,停药后完全恢复正常状态。生物碱乌头碱及其衍生物的研究第15页6.局麻作用乌头碱能刺激局部皮肤粘膜感觉神经末稍，先兴奋产生瘙痒与灼热之感，继以麻醉、丧失知觉。乌头碱对神经肌肉接头活动和神经干复合电位首先是阻遏兴奋神经末稍传导，高浓度下也可使神经干完全丧失兴奋和传导冲动能力。生物碱乌头碱及其衍生物的研究第16页7、镇痛作用含有显著镇痛作用,临床上用于缓解癌痛,尤其适合用于消化系统癌痛；外用时能麻痹周围神经末梢,产生局部麻醉和镇痛作用。生物碱乌头碱及其衍生物的研究第17页构效关系1.镇痛活性构效关系二萜生物碱镇痛活性与中枢神经系统细胞膜Na+通道相关，含有镇痛活性主要是C18及C19型二萜生物碱，且双酯型镇痛活性最强，单酯型其次，胺醇型最弱，8位、14位酯基对活性影响很大。有研究经过对乌头碱、3-乙酰乌头碱和草乌甲素镇痛活性比较发觉，3位羟基引入使镇痛活性增大，同时也使毒性增大，而此羟基乙酰化后又可降低其毒性，即3位羟基乙酰化可提升这类生物碱镇痛指数。C-14位连接芳酰基或芳酯基镇痛活性强于C-4位连接芳酯基活性，且芳香环C-5位反应活性系数对于镇痛活性来说是一个最主要因子。C18和C19型二萜生物碱镇痛作用必需基团为:A环三价N;C-8位乙酰氧基或乙氧基取代;C-14位芳基取代;D环处于饱和状态，且3α-羟基或5位羟基能增强化合物镇痛活性。生物碱乌头碱及其衍生物的研究第18页2、抗炎活性构效关系乌头在中医上长久被用于治疗关节炎等,其抗炎机制可能与抑制炎证介质组胺、5-HT等相关。有试验表明,乌头碱、中乌头碱、次乌头碱煎煮后水解产物苯甲酰乌头碱、苯甲酰中乌头碱、苯甲酰次乌头碱含有显著抗炎活性,水解产物抗炎活性强于原型乌头碱,且含有抗炎活性滇乌碱结构中C-8位也含有乙酰氧基。所以,对于C19-型二萜生物碱来说,其抗炎活性可能与C-8位乙酰氧基有亲密关系。且与乌头碱相比,C-8位有长链酯基取代衍生物毒性也会降低。生物碱乌头碱及其衍生物的研究第19页3.局部麻醉构效关系研究认为，在C-14位连芳酯基最具局部麻醉作用，而C-4位连接芳酯基活性相对较弱。另外，乌头型生物碱局部麻醉活性ED50与分子量、核-核之间排斥能量、空间能量等含有显著地联络，其中分子量是最主要结构参数，与其正相关，其次是芳香环上C-5及C-2反应活性指数，与其负相关。生物碱乌头碱及其衍生物的研究第20页4.对运动神经和颈上神经节作用C-18位苯甲酸酯基上苯甲酸酯上邻甲基丁二酸内酰胺基对受体亲和力影响很大，若离去或开环都会使活性显著降低，C-7、C-8位偕羟基对活性影响较弱。C-18上酯基影响着生物碱与Ach能N受体在神经肌肉结合处突出亲和力，若失去则毒性及效力均大大降低。生物碱乌头碱及其衍生物的研究第21页乌头碱毒性乌头属二萜生物碱毒性主要表现为神经毒性、心脏毒性和细胞毒性。乌头碱首先兴奋－麻痹感觉神经和中枢神经,其次是兴奋胆碱能神经和呼吸中枢而出现一系列胆碱能神经M样和N样症状,最终则因为呼吸麻痹和中枢抑制而造成机体死亡;心脏毒性是其对钠通道激动作用,严重心律失常、室颤以及猝死是乌头碱造成心肌兴奋性增高、促进膜去极化而产生异位节律结果。不过,正因为二萜生物碱细胞毒性,一些二萜生物碱表现出了抗肿瘤活性。生物碱乌头碱及其衍生物的研究第22页在临床上毒性反应表现:消化系统主要表现为恶心、呕吐、流涎、腹痛、肠鸣、腹泻,严重者可出现大小便失禁;循环系统表现为面色苍白,唇青肢冷或大汗淋漓,心慌胸闷,心率迟缓或节律紊乱,血压下降以致休克如不及时治疗易引发死亡;神经系统轻者口、舌发麻,四肢麻木,皮肤感觉先减退后消失,伴有头晕,头痛、烦躁;重者全身发硬,四肢抽搐,语言及神志不清,呼吸先加紧后减慢,直至麻痹。生物碱乌头碱及其衍生物的研究第23页乌头属二萜生物碱毒性与结构之间构效关系主要有几个方面:①结构类型:乌头碱型双酯碱＞牛扁碱型酯碱＞乌头碱型单酯碱＞C19-及C20-醇胺型碱＞内酯型碱。且双酯型生物碱毒性与4.8和14位酯基相关，C-14-OBZ是乌头碱主要毒性基团，C-8-OAC也发挥了主要作用。②取代基数目:乌头碱型酯碱中，含氧取代基多毒性大于含氧取代基少，且羟基酯化后毒性有所降低，并与酯化程度成反比。③取代基位置:C19型乌头碱中，3位羟基消除或酯化比15位羟基消除使毒性下降更为显著。二萜生物碱分子量越大、疏水性越强、氮原子形成份子内氢键能力越强其毒性越小。生物碱乌头碱及其衍生物的研究第24页正是因为乌头属二萜生物碱毒性,若想将其应用于临床,首要问题是消除其毒性。

《中药炮制学》教材中记述双酯型乌头碱水解过程是,经过加水,加热处理,使极毒双酯型乌头碱位上乙酸基水解（或分解）,失去一分子醋酸,得到对应苯甲酰单酯型,其毒性为双酯型乌头碱1/50~1/100；再深入将位上苯甲酰基水解（或分解）,失去一分子苯甲酸,得到亲水性氨基醇类乌头原碱,其毒性仅为双酯型乌头碱1/~1/4000。另一个过程可能是因为在炮制过程中脂肪酰基取代了上乙酰基,生成脂碱,从而降低了毒性。生物碱乌头碱及其衍生物的研究第25页生物碱乌头碱及其衍生物的研究第26页乌头碱衍生物即使乌头碱有很多生理活性,但因为其极强毒副作用,并不能将其应用于临床。研究发觉,乌头碱型二萜生物碱基本结构骨架和其药理活性亲密相关,而侧链改变将引发活性和毒性大小改变。3位羟基引入使镇痛活性增大,毒性也增大而羟基乙酰化可降低毒性和镇痛活性,但后者下降幅度较小而加大了治疗指数。同时发觉,8位、14位酯基改变对活性和毒性影响也很大,含有8、14位双酯乌头碱毒性最大,而水解掉一个酯基变成单酯基化合物则毒性大大降低而镇痛活性下降不多。同时氮原子状态可能也会对镇痛活性有所影响。生物碱乌头碱及其衍生物的研究第27页药理试验证实含有较强中枢镇痛作用。它主要是经过阻滞电压依从性钠离子通道,抑制神经传导,抑制突触前膜对去甲肾上腺素重摄取,使突触间去甲肾上腺素增加,从而抑制传入纤维物质释放,而发挥镇痛效应。抗炎消热,对各种炎症模型造成毛细血管通透性增高及渗出,肿胀等有显著抑制作用和增强肾上腺皮质功效作用。同时,能够抑制毛细血管通透性,消除耳廓、足趾、关节、下肢肿胀、抑制球内芽肿形成。高乌甲素（拉巴乌头碱或刺乌头碱）生物碱乌头碱及其衍生物的研究第28页增强免疫力:能刺激网状内皮细胞增生，增强白细胞和单核巨噬细胞吞噬能力，从而提升免疫力作用持