金发藓属化学成分及抗肿瘤作用研究进展

成晓霞，张志琪，3，肖娅萍，刘全宏＊

（1陕西师范大学 化学化工学院；2生命科学学院；3药用植物资源与天然药物化学教育部重点实验室，陕西 西安 710119）

金发藓属Polytrichum植物因孢蒴上多覆盖有金黄色多毛的蒴帽而得名，在分类学中属于藓纲Musci、金 发 藓 目 Polytrichales、金 发 藓 科Polytrichaceae.该属植物体型较大，有时高度可达40cm以上，硬挺，密集丛生或散生，绿色、暗绿色或棕红色，湿润时似松杉幼苗.植物体具茎、叶组织结构分化，且有类似输导组织的厚壁细胞，对干旱有较强的适应能力.主要生长于落叶松林下腐殖土地、沼泽或山坡路边，常形成大片群落覆盖地面［1］.

该属在全世界广泛分布，生物学家对其原丝体的形成、叶绿体的复制和淀粉代谢的关系、光合作用时细胞的构象变化及干燥复水过程中生理学和结构上的变化等方面开展了相关研究［2－6］.苔藓植物生长缓慢，且对生长环境要求较高，为了加快其种群扩增，生物学家以金发藓为材料，研究了诱导愈伤组织形成及从原丝体中诱导出配子体的条件［7－10］.苔藓植物结构简单，没有真正意义上的根，茎中尚未分化出维管束，这些特点使它非常有利于吸收和富集大气沉降中的各种元素，因此成为生态研究的指示植物.有关金发藓属植物对含氯化合物的吸收和释放以及研究北极地区辐射累积量的研究也已见报道［11－12］.同时，还有学者用碳同位素测定法取代纤维素测定法对金发藓中有机物含量和硝化纤维的提取率进行了检测［13］.此外，通过分析金发藓中提取的硝化纤维中碳稳定同位素来确定生物的死亡年代对考古学也是一大贡献［14］.

目前，对金发藓的研究主要集中在植物形态、分类及与生态环境相关等方面，而金发藓作为药用苔藓的一种，早在宋代的医药丛书中就有记录.近年来，陆续有学者从金发藓属植物中分离得到一系列表现出显著生物活性的新化合物，如具有新颖结构骨架的苯并萘并呫吨酮类化合物及其衍生物、苯乙烯醛基并联苄化合物和苯乙烯基并二氢黄酮类化合物等.上述新化合物的抗肿瘤活性检测结果显示其对体外培养的多种肿瘤细胞具有一定的细胞毒性，并能显著抑制白血病细胞的增殖，为了更好的研究并开发金发藓的药用价值，本文从化学成分及抗肿瘤活性两方面就金发藓的研究进展进行综述.

1 金发藓的化学成分

苔藓植物因其个体微小不易识别，混杂丛生不易收集，缺乏直接的经济价值而淡出人们的视野.全球约23 000种苔藓植物，仅有不到6% 苔类植物的化学成分被系统地研究，藓类植物被研究的数量不足2%.金发藓的植株体型相对较大，对其化学成分的研究自1993年始陆续见诸报端.Zheng Guoqiang的研究小组［15］对采自 Maryland的多形拟金发藓PolytrichumohioenseRen＆Card中表现出抗肿瘤活性的氯仿成分组进行分离、鉴定，得到5个具有新颖结构骨架的苯并萘并呫吨酮类化合物（见图1，1-5）.次 年，该 研 究 小 组［16］又 对 变 形 金 发 藓PolytrichumpallidisetumFunck的化学成分进行分离、鉴定，又得到3个具有新颖结构骨架的苯并萘并呫吨酮类化合物（见图1，6-8）和2个结构新颖的苯乙烯醛基并联苄化合物（见图1，9、10）.

图1 多形拟金发藓和变形金发藓中的化学成分Fig.1 Chemical constituents of Polytrichum ohioense Ren＆Card and Polytrichum pallidisetumFunck

2008年，陈胜等人［17－18］连续报道了从采自贵州省贵阳市青岩、高坡地区的大金发藓Polytrichum communeL.ex Hedw中分离、鉴定出13种化合物，结构式见图2.其中，包括从石油醚组分中得到的里白烯（11），二十八烷酸甲酯（12），二十八烷酸丁酯（13），二十八烷酸戊酯（14），β－谷甾醇（15），二十八烷酸十八烷醇酯（16），二十酸十九烷醇酯（17），正三十四烷醇（18），正二十八烷醇（19），豆甾醇（21）和从乙酸乙酯组分中分得的三二十八烷酸甘油酯（20），豆甾醇（21），5，7-二羟基-4＇-甲氧基-3＇-乙酰基黄酮（22），3-氧代-30-羧甲基齐墩果-12，18-二烯-28-羧酸（23）.

图2 大金发藓中的化学成分Fig.2 Chemical constituents of Polytrichum Commune L.ex Hedw

2009年，傅芃等人［19］又对浙江省龙泉市凤阳山自然保护区大田坪的大金发藓Polytrichum communeL.ex Hedw进行了化学成分的分析.从其丙酮提取物中分离得到11种化合物（结构式见图3），分别为 Communin A（24）、Communin B（25）、Ohioensin F（26）、6-乙酰基二氢吲哚（27）、4-羟基-2-甲氧基苯甲酸（28）、5-羟基-7-甲氧基色酮（29）、β-D-呋喃阿洛酮糖（30）、β－谷甾醇（15）、7α－羟基谷甾醇（31）、麦角甾醇（32）及乙二醇的11倍聚合体（33）.从甲醇提取物中分得以下四种化合物:对羟基苯甲酸（34）、5，7-二羟基-6-甲氧基香豆素-7-O-β-D-葡萄糖苷（35）、蔗糖（36）、α-D-呋喃阿洛酮糖（37）.其中Communin A和Communin B为两个具有新颖结构骨架的苯乙烯基并二氢黄酮类化合物，Ohioensin F为苯并萘并呫吨酮衍生物，上述三种化合物均为首次从大金发藓中分离得到的新物质.

图3 大金发藓中的化学成分Fig.3 Chemical constituents of Polytrichum Commune L.ex Hedw

2 金发藓的抗肿瘤作用

目前，金发藓已成为常见药用苔藓中的一种，其入药始见于宋代的《嘉祐补注本草》.书中所载“土马”即为金发藓，可败热散毒、通大小便、治骨热［20］.至明代李时珍所著《本草纲目》中也收录金发藓为“土马鬃”，对其药性描述为全草入药，味甘，性凉.能滋阴清热，凉血止汗，气味甘浚，无毒.清代吴其濬编撰的《植物名实图考》中对金发藓也有如下描述，“土马鬃，嘉佑本草始著录.垣衣生于土墙头上者，性能败热毒”［21］.现代医药学家对《本草纲目》重新解读之后完成的《本草纲目﹒校点本》中记载金发藓主治久热不退、肺病咳嗽、盗汗、吐血、便血、崩漏、跌打损伤、子宫脱垂、刀伤出血.并对高夫克氏球菌、金色葡萄菌、肺炎球菌、结核杆菌有抗性，对淋巴细胞白血病等癌症有一定抑制作用［22］.

1952年，M.Belkin等人在对植物提取液进行抗肿瘤活性筛选的过程中发现桧叶金发藓Polytrichumjuniperum的乙醇或酸的提取液对注入CAFI老鼠的肉瘤37引起的癌细胞有抑制作用［23］.

1993年，Zheng Guoqiang等人［15］对从多形拟金发藓中分离出的苯并萘并呫吨酮类化合物1－5（图1a）进行了抗肿瘤活性检测，结果显示化合物1、3、4、5均能显著抑制9PS小鼠P388白血病细胞的增殖，同时也对A-549人肺癌细胞、MCF-7人乳腺癌细胞、HT-29人结肠癌细胞的生长表现出一定抑制作用.化合物2仅对 HT-29人结肠癌细胞和MCF-7人乳腺癌细胞表现出一定细胞毒性.以上5种化合物均对9KB人鼻咽癌细胞的增殖不产生明显影响.

1994年，Zheng Guoqiang的研究小组［16］同样对从变形金发藓中分离的3种新型苯并萘并呫吨酮类化合物（6-8）和2种新结构的联苄并苯乙烯醛基化合物（9，10）的抗肿瘤活性进行检测，结果表明化合物6能抑制HT-29人结肠癌细胞、RPMI-7951黑色素瘤和U-251胶质母细胞瘤的增殖；化合物7仅对U-251胶质母细胞瘤表现出明显的细胞毒性；化合物8明显抑制A-549人肺癌细胞和RPMI-7951黑色素瘤的生长；化合物9，10均对RPMI-7951黑色素瘤和 U-251胶质母细胞瘤的增殖产生明显影响.

2009 年，Fupeng 等 人［24］采 用 四 氮 唑 盐（Methyl-Thiazol-Tetrozolium，MTT）还原法比较了从大金发藓甲醇提取物中分离得到的两个具有新颖结构骨架的苯乙烯基并二氢黄酮类化合物（24，25）和一个苯并萘并呫吨酮衍生物（26）分别对A549人肺癌细胞、LOVO人肠癌细胞、MDA-MB-435人乳腺癌细胞、HepG2人肝癌细胞和6T-CEM人T细胞白血病细胞的生长抑制作用.结果显示，除化合物 Communin A 外，化 合 物 Communin B、Ohioensin h对5种人肿瘤细胞株均显示一定的细胞毒性，其中对6T-CEM人T细胞白血病细胞的增殖抑制最显著.该文作者推测Communin A、Communin B对人肿瘤细胞的生长抑制作用的差异性，可能取决于Communin B中Z-型构型的双键.

已发表的研究结果均显示金发藓对白血病细胞的增殖能产生较为明显的影响，但鲜有涉及作用机制的研究报道.Cheng Xiaoxia等人［25－26］也以大金发藓PolytrichumcommuneL.ex Hedw为研究对象，筛选出其乙酸乙酯成分组可能是大金发藓杀伤L1210小鼠白血病细胞的活性物质富集部位.同时，通过荧光显微镜观察到大金发藓作用后，L1210细胞发生凋亡的形态学特征，并进一步采用流式细胞术检测了药物作用后细胞凋亡发生的比例及细胞线粒体膜电位的变化，实验结果提示大金发藓乙醇提取物和低剂量的乙酸乙酯成分组均可诱导L1210细胞发生凋亡，此过程中线粒体扮演重要角色.而高剂量的大金发藓乙酸乙酯成分组可直接导致L1210细胞坏死.然后，该研究小组对大金发藓乙酸乙酯成分组诱导L1210细胞凋亡的机制进行探究，实验结果表明该药物能够损伤L1210细胞的DNA，此外，细胞内的Bax蛋白出现由细胞质向线粒体的转定位现象，凋亡相关蛋白caspase-9发生剪切活化.结合之前线粒体的变化，可以判断大金发藓乙酸乙酯成分组可能诱导细胞发生内源性途径的凋亡.大量文献报道，活性氧（ROS）含量升高导致细胞氧化还原失衡时将损伤DNA导致细胞死亡或触发凋亡信号转导途径的激活.大金发藓乙酸乙酯成分组作用于L1210细胞后可检测到胞内ROS含量显著升高.然而，加入活性氧抑制剂（NAC）可明显提升细胞存活率，并缓解由药物导致的细胞线粒体损伤，还可在一定程度上降低药物造成的细胞DNA片段化比例.因此，推测ROS是大金发藓乙酸乙酯成分组诱导L1210细胞发生凋亡的重要因素之一.

3 研究展望

在经历了化学合成药物的多次药害之后，植物来源的抗肿瘤药物因其低毒高效、可降低化疗不良反应、逆转多药耐药和提高机体免疫功能等特性引起人们的广泛重视；从中寻找毒副作用小、疗效独特的抗癌及辅助药物成为治疗肿瘤的希望和新途径，并且是当今肿瘤研究的热点之一.随着植物化学分析技术的进步结合精密仪器的使用，研究者从苔藓植物中分离获得大量结构独特、生物活性显著的化合物，其中许多可作为新药研究的良好先导化合物，具有深度开发的潜力.从目前对金发藓属植物化学成分的研究来看，分离出的新化合物多为黄酮类化合物，该类化合物具有抗氧化和清除自由基、抗菌、抗病毒、抗炎、免疫力增强和治疗心血管疾病等多种药理活性，并可通过抑制肿瘤细胞增殖、干预癌细胞信号转导、诱导癌细胞分化和凋亡、抑制肿瘤组织中血管新生等途径来实现抗肿瘤作用.从金发藓属植物中分离得到的一系列具有新颖结构骨架的化合物仅对离体培养的多种肿瘤细胞表现出显著的增殖抑制能力，但对其在体抑癌效果及作用机制的研究尚未深入.因此，未来对金发藓属植物抗肿瘤作用的研究可从以下几方面展开:（1）具有相同骨架的同一类化合物抗肿瘤能力差异较大，是否因其不同的侧链结合部位导致功能差异，亦即其是否具有显著的构效相关性目前还没有报道，可以此为方向进行系统研究.（2）目前的研究相对集中于体外实验，缺乏相应的体内实验验证药效，可建立动物实验模型从在体抑癌效果和药物代谢方面开展工作.（3）大部分报道仅限于对肿瘤细胞增殖的抑制，对其作用机制的研究虽涉及线粒体功能损伤、活性氧失衡、细胞周期阻滞、破坏细胞膜及诱导凋亡，但仍不够全面，若能对其抗肿瘤机制进行深入研究，阐明其作用靶点及途径，将为金发藓抗肿瘤药物的研发奠定药理学基础.此外，通过化学结构修饰优化筛选出的抗肿瘤活性化合物并进行构效关系分析，同时借助于计算机辅助药物设计、蛋白谱及基因表达谱分析等研究方法，探讨并揭示其杀伤肿瘤细胞的作用机理，对大金发藓抗癌新药研发及临床应用开发具有深远意义.

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