药用植物萜类化合物活性研究进展＊

张建红，刘琬菁，罗红梅

（中国医学科学院，北京协和医学院药用植物研究所，国家中医药管理局中药资源保护重点研究室 北京 100193）

萜类化合物（Terpenoids）是一类由甲戊二羟酸（Mevalonic acid，MVA）衍生而成的天然产物，由多个异戊二烯（Isoprene，C5）结构单位构成，分子式通式为（C5H8）n。萜类化合物在自然界中广泛存在、结构各异、种类繁多。迄今，已在自然界中发现超过50 000种萜类化合物[1]，大部分从植物中分离获得。有些萜类化合物在植物生长发育过程中发挥重要作用，如赤霉素、吲哚乙酸等作为植物激素调控植物发育过程，类胡萝卜素、叶绿素参与光合作用；有的萜类化合物在植物与环境的相互作用中发挥作用，如以植物抗毒素的形式参与植物防御体系、作为种间感应化合物参与种间竞争等[2]；很多具有挥发性的萜类化合物，被用作香料、调味剂及化妆品的原料[3]，如薄荷醇（Menthol）、紫苏醇（Sclareol）；还有些萜类化合物具有重要的经济价值，用作农药、工业原料等，如除虫菊酯（Pyrethrin）、柠檬苦素类化合物（Limonoids）常被用作杀虫剂，倍半萜法尼烯（Farnesene）和红没药烯（Bisabolene）、单萜蒎烯（Pinene）和柠檬烯（Cinene）等均是公认的燃料及燃料的前体化合物[4]。

近年来，随着对萜类化合物（尤其是药用植物中的萜类化合物）研究的深入，人们发现该类化合物在医药领域发挥越来越突出的作用，其具有多种生物活性，如抗肿瘤、抗炎、抗菌、抗病毒、抗疟、促进透皮吸收、防治心血管疾病、降血糖等。同时，一些萜类化合物还具有抗虫、免疫调节、抗氧化、抗衰老、神经保护等作用，紫杉醇、青蒿素等萜类化合物已被广泛应用于临床。因此，开展药用植物萜类化合物生物活性的研究将有助于用药的选择及治疗方法的改进，更为新药研发提供理论基础。

1 药用植物中的萜类化合物概述

图1 常见萜类化合物的分子结构

萜类化合物是一类由数个异戊二烯结构单位构成的化合物的统称，根据其结构单位数目的不同，可分为单萜（Monoterpene，C10）、倍半萜（Sesquiterpene，C15）、二萜（Diterpene，C20）、三萜（Triterpene，C30）、四萜（Tetaterpene，C40）和多萜（Polyterpene，C＞40）等。萜类化合物结构多样，常见萜类化合物的结构如图1所示，萜类化合物除了以萜烃的形式存在外，大多以各种含氧衍生物的形式存在，包括醇、醛、羧酸、酮、酯类以及苷等。萜类化合物的合成途径包括甲羟戊酸途径（Mevalonic Acid Pathway，MVA）和脱氧木酮糖-5-磷酸途径（1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate pathway，DXP），二者都是以异戊烯基焦磷酸（Isopentenyl di-Phosphate，IPP）为主要的代谢中间产物。MVA途径存在于细胞质中，主要合成倍半萜、甾醇、三萜等次生代谢产物；DXP途径主要存在于质体中，合成植物中的单萜、二萜和四萜等[5]。

萜类化合物是天然产物中最多的一类化合物，在植物界中分布广泛，种类繁多，尤其是在高等药用植物中，多以挥发油形式存在，主要存在于以下药用植物类群中：菊科（Compositae）、毛茛科（Ranunculaceae）、五加科（Araliaceae）、木犀科（Oleaceae）、木兰科（Magnoliaceae）、樟科（Lauraceae）、马兜铃科（Aristolochiaceae）、芸香科（Rutaceae）、唇形科（Labiatae）、松科（Pinaceae）、伞形科（Umbelliferae）、卫矛科（Celastraceae）、爵床科（Acanthaceae）、红豆杉科（Taxaceae）等。大多数具有生物活性的萜烯已被在药用植物中分离获得，单萜和倍半萜主要存在于药用植物精油中；分子量较大的萜烯，如三萜烯，主要存在于香脂和树脂中。

2 药用植物萜类化合物的活性

2.1 抗肿瘤活性

肿瘤是威胁人类健康最严重的疾病，且中国肿瘤发生率逐年升高。萜类化合物以其鲜明的结构特征和良好的抗肿瘤活性吸引了众多药物化学工作者的兴趣，有潜力作为先导化合物研发出高效、安全的抗肿瘤新药。目前，具有抗肿瘤活性的萜类化合物主要包括紫苏醇、香叶醇、紫杉醇等（表1）。

紫苏醇（Perillyl Alcohol）是存在于薄荷等药用植物精油中的单环单萜，具有广谱、高效、低毒的抗肿瘤特性。研究结果表明，在细胞培养过程中，紫苏醇能够抑制肿瘤细胞的生长，并在多种动物肿瘤模型中发挥癌症预防和治疗活性[6]。紫苏醇通过抑制小GTP结合蛋白的翻译后异戊二烯化、激活转化生长因子-β（Transforming Growth Factor-β，TGF-β）信号通路，抑制辅酶Q（CoQ）的合成，从而发挥治疗癌症的作用。香叶醇（Geraniol）广泛存在于芳香类药用植物精油中。目前实验证据表明，香叶醇对不同类型的癌症（例如：肺癌[7]、结肠癌[8]、前列腺癌[9]、胰腺癌[10]和肝癌[11]等）具

有治疗或预防作用。现已证明，香叶醇可以调控多种信号分子并参与多种生命活动过程，如细胞周期、细胞增殖、凋亡、自噬以及代谢，作为多靶点药物用于治疗癌症，疗效显著，而且不受适应性耐药的影响。hMGCoA还原酶的表达水平在人类各种癌症中常上调表达，有研究结果显示，香叶醇在大多数类型的肿瘤细胞中抑制hMG-CoA还原酶基因的表达，这可能是香叶醇治疗癌症的作用机制[12]。Kim等[13]研究发现，在结构和功能相似的单萜中，香叶醇可有效诱导肿瘤细胞凋亡和自噬；在分子水平上，香叶醇在抑制AKT信号通路的同时，激活AMPK信号通路，抑制mTOR信号通路，并且通过抑制AKT和激活AMPK信号通路的这种组合调节方案对治疗前列腺癌更有效。木香烃内酯（Costunolide，CT）为倍半萜内酯类化合物，是药用植物木香（Aucklandia lappaDecne.）的主要化学成分之一。研究表明，木香烃内酯具有抗膀胱癌[14]、卵巢癌[15]、白血病[16]、前列腺癌[17]的作用，主要通过抑制癌细胞增殖、诱导癌细胞凋亡和分化、抑制癌细胞转移和侵袭、逆转多药耐药并抑制血管生成。青蒿素（Artemisinin，倍半萜内酯过氧化物）及其衍生物是众所周知的抗疟疾药物，近年来，有许多关于青蒿素体外和体内抗癌活性的报道，其毒副作用小[19]，成本较低，能有效抑制癌细胞生长，其细胞毒作用对癌细胞具有特异性[20]。青蒿琥酯（Artesunate）是青蒿素的半合成衍生物，针对各种类型肿瘤都显示出抗癌活性，如白血病、黑素瘤、结肠癌、非小细胞肺癌、肺癌、前列腺癌、乳腺癌和卵巢癌[21]。已经发现，半合成青蒿素衍生物通过诱导细胞凋亡、引起G0/G1细胞周期阻滞和参与氧化应激等反应，产生比单体化合物更高效的抗肿瘤活性，但这些抗癌作用的确切机制和分子基础尚未被完全阐明[22]。紫杉醇（Taxol）是一类从红豆杉属（Taxus）植物中分离得到的四环二萜类化合物，对卵巢癌及乳腺癌等癌症显示出良好的治疗作用[23]。Sun等[24]研究发现紫杉醇可激活TLR4-NFκB途径，同时又可诱导ABCB1基因表达，对于研究紫杉醇在卵巢癌治疗中的耐药性具有重要意义。熊果酸（Ursolic Acid），又名乌索酸，具有明显的抗肿瘤作用，并具有广谱抗肿瘤、低毒的特点，可诱导肿瘤细胞凋亡，但其促凋亡机制仍有待阐明。最近，熊果酸治疗肝癌[25]、乳腺癌[26]、骨肉瘤[27]、前列腺癌[28]等的作用机制得到深入研究；此外，将熊果酸制成纳米颗粒用于肝癌[29]和宫颈癌[30]的治疗，为提高抗癌功效和改善生物利用度提供了新的策略。

表1 药用植物萜类化合物的抗肿瘤活性

2.2 抗炎

炎症（Inflammation），常表现为“红、肿、热、痛”，是最常见但又十分重要的基本病理过程，是具有血管系统的活体组织对各种损伤因子所发生的防御反应，与多种疾病包括鼻炎、哮喘、关节炎、动脉硬化等都有着密不可分的联系。

芍药苷（Paeoniflorin）是从毛茛科植物芍药（Paeonia lactifloraPall.）的根中分离得到的一种单萜类糖苷化合物，Bi等[32]研究了芍药中芍药苷、芍药苷衍生物、4-O-甲基芍药苷（MPF）、4-O-甲基苯甲酰基芍药苷（MBPF）等9种单萜类化合物的抗炎活性及作用机制。结果表明，大部分单萜抑制脂多糖（Lipopolysaccharides，LPS）诱导的一氧化氮（NO）、白细胞介素-6（IL-6）和肿瘤坏死因子α（TNF-α）的产生。MBPF能够下调LPS刺激的RAW264.7细胞中诱导型一氧化氮合酶（iNOS）的mRNA转录和蛋白表达水平。旋覆花（Inula japonicaThunb.）是菊科旋覆花属的一味传统中草药，Chen等[33]研究发现旋覆花倍半萜内酯化合物IVSE在RAW264.7细胞中通过失活核因子-κB（NF-κB）和丝裂原活化蛋白激酶（Mitogen-Activated Protein Kinases，MAPKs）抑制LPS诱导的NO产生，从而发挥抗炎作用。Wang等[34]在旋覆花中分离出一种新的倍半萜内酯JEUD-38；该化合物显著减弱了LPS诱导的NO的产生，具有预防和治疗炎性疾病的作用。中国传统医学运用中药雷公藤（Tripterygium wilfordiiHook.f.）治疗免疫系统疾病和炎性疾病已有数百年的历史，三环二萜雷公藤内酯（Triptolidenol）是雷公藤的主要生物活性成分，也是已发现的最有效的炎症和免疫调节天然产物之一[35]，用于治疗各种自身免疫和炎症相关病症；其主要作用机制是抑制炎症细胞因子如白细胞介素-2（IL-2）、诱导型一氧化氮合酶（iNOS）、肿瘤坏死因子（TNF-α）、环氧合酶-2（COX-2）和干扰素-γ（IFN-γ）[36]。研究表明：雷公藤甲素（Triptolide）、雷公藤红素（Tripterine）、雷公藤内酯酮（Triptonide）均有明显的抗炎作用[37-39]，核因子κB（NF-κB）是雷公藤活性成分的主要作用靶点[40,41]。百草之王——人参（Panax ginsengC.A.Mey.）是亚洲和西方国家最普遍使用的草药之一，其主要生物活性来源于人参皂苷（Ginsenoside）。人参皂苷Rb1、人参皂苷化合物K（Compound K，CK）、Rb2、Rd、Re、Rg1、Rg3、Rg5、Rh1、Rh2和Rp1通过抑制炎性细胞因子的产生和调节炎性信号通路，在炎症反应中发挥抗炎活性。人参皂苷在炎症疾病的多种动物模型体内发挥抗炎活性，并且在结肠炎、酒精诱导的肝炎、IR损伤和记忆障碍的动物模型中发挥保护作用。CK可有效改善耳水肿、结肠炎和致死性休克的动物模型中的炎性症状；Rh1也在特应性皮炎和哮喘的动物模型中发挥抗炎作用[42]。

2.3 抗菌

萜类化合物还具有较强的抗菌效应（表2）。单萜主要存在于薄荷属（Mentha）植物中，大多数从薄荷属植物中获得的提取物显示出较强的抗微生物活性[47]。薄荷醇是一种环状单萜，许多研究都证实了薄荷醇的抗菌活性[48-51]，但其抗菌机制尚未阐明。2013年，Raut等[52]分析了28种植物来源的萜类化合物对白色念珠菌（Candida albicans）生长、毒力和生物膜的抑制活性。其中，薄荷醇、芳樟醇（Linalool）、橙花醇（Nerol）、异胡薄荷醇（Isopulegol）、香芹酮（Carvone）等显示了抑制生物膜的活性，8个萜类化合物被鉴定为成熟生物膜的抑制剂。广藿香醇（Patchouli Alcohol）是广藿香Pogostemon cablin(Blanco)Benth.中一种三环倍半萜类化合物，Xu等[56]研究发现其具有体外和体内抗幽门螺杆菌活性，可以有效地杀死幽门螺杆菌，干扰其感染过程，减少胃炎的发生。早期有研究发现青蒿素类药物对厌氧菌、兼性厌氧菌、微需氧菌和需氧菌均有不同的抗菌活性，这种抗菌活性具有特异性和浓度依赖性，表现在针对不同细菌时具有不同的抗菌活性[57]。相关报道已证实，青蒿提取物对大肠埃希菌（Escherichia coli，E.coli）、肠球菌（Enterococcus hirae）、白色念珠菌（Candida albicans）、酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）、金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）等多种病原菌均有抗菌活性[58]。2015年，Kim等[59]第一次报道了青蒿素对伴放线放线杆菌（Aggregatibacter actinomycetemcomitans）、具核梭杆菌亚种（Fusobacterium nucleatumsubsp）、中间普雷沃菌（Prevotella intermedia）等牙周致病菌的抗菌活性，证实了青蒿素有潜力被开发用于各种牙科疾病的治疗。

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穿心莲内酯（Andrographolide）为中药穿心莲（Andrographis paniculataNees）中提取得到的二萜内酯类化合物，是中药穿心莲的主要有效成分之一。程惠娟等[60]发现穿心莲内酯对铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）生物膜抑制作用明显，与阿奇霉素（Aazithromycin）也有协同抗菌作用。2017年，Banerjee等[61]发现穿心莲内酯对大多数测试的革兰氏阳性细菌显示出潜在的抗菌活性，其中，对金黄色葡萄球菌最敏感，最低抑菌浓度（Minimum Inhibitory Concentration，MIC）为100 μg·mL-1，还发现其对金黄色葡萄球菌生物膜的形成具有抑制作用。齐墩果酸（Oleanolic Acid）是从植物中较易分离得到的五环三萜类化合物，其对金黄色葡萄球菌、抗甲氧西林金黄色葡萄球菌（Methicillin-resistantStphylococcus aureus）及变形链球菌（Streptococcus mutans）均有一定的抑制作用[62]。Kim等[63]发现齐墩果酸可以通过破坏细菌细胞膜来杀死单核细胞增生李斯特菌（Listeria monocytogenes）、屎肠球菌（Enterococcus faecium）、粪肠球菌（Enterococcus faecalis）。

2.4 抗病毒

单萜类化合物异冰片（异龙脑）具有较低的细胞毒性和相对较强的抗单纯疱疹病毒-1（HSV-1）的作用。该抗病毒活性的机理依赖于异冰片的羟基与病毒包膜脂质的相互作用。此外，异冰片可以抑制病毒复制和病毒蛋白的糖基化，导致HSV-1丧失了传染性。单萜类化合物如桉树脑和冰片也有强效的抗HSV-1活性[65]。青蒿素的单体和衍生物对人巨细胞病毒（Human Cytomegalovirus）、乙型肝炎病毒（Hepatitis B virus，HBV）、丙型肝炎病毒（Hepatitis C Virus，HCV）显示出特异性的抑制活性[66]。青蒿琥酯可抑制乙型肝炎表面抗原（HBsAg）分泌，降低HBV的基因表达水平，且副作用小。基孔肯雅病毒（Chikungunya Virus，CHIKV）是一种蚊子传播的甲病毒，最近研究发现穿心莲内酯对CHIKV感染具有良好的抑制作用，影响CHIKV复制，无细胞毒作用[67]。登革热（Dengue Fever）是人类最流行的节肢动物传播的病毒性疾病，穿心莲内酯在两种细胞系（HepG2和HeLa）中均具有显著的抗登革热病毒（Dengue Virus，DENV）活性[68]。三萜皂苷如甘草甜素和齐墩果烷型三萜皂苷（包括甘草次酸）具有抗HSV-1活性。此外，甘草甜素还能有效地抑制严重急性呼吸综合征相关病毒的复制，并调节人类免疫缺陷病毒（HIV）包膜的流动性[69]。五环三萜类化合物桦木酸（Betulinic Acid）及其结构修饰物具有抗HIV活性，是许多中草药的主要有效成分之一。桦木酸是最早被确认为具有抗HIV活性的羽扇豆烷型五环三萜类化合物，可影响病毒与细胞融合，抑制逆转录酶活性和病毒体组装[70,71]。齐墩果酸、达玛脂酸（Dammarenolic Acid）、熊果酸也被证实具有一定的抗HIV活性[72-74]。

表2 萜类化合物的抗菌活性

2.5 抗疟

青蒿素是中国药学工作者于20世纪70年代从菊科植物黄花蒿（Artemisia annuaLinn）叶中提取的一种倍半萜内酯化合物，具有高效、低毒、快速杀灭疟原虫等特性，且不与其他抗疟药产生交叉耐药性，因而被选作间日疟（Plasmodium vivax malaria）、恶性疟（Plasmodium falciparum malaria）和抗氯喹疟疾治疗的首选药物。此后又对青蒿素的化学结构进行了改造，获得青蒿琥酯、蒿乙醚（arteether）和蒿甲醚（artemether）等青蒿素类抗疟药物，这类药物可高效杀灭红细胞内期的疟原虫，且耐药性低、不良反应小。2015年，中国药学家屠呦呦研究员因从大量中医古籍中筛选出青蒿作为抗疟疾首选药材，率先发现青蒿有效部位乙醚提取物，而获得诺贝尔生理学或医学奖。目前研究表明，当疟原虫大量吞噬红细胞时，会释放出高浓度的血红素分子，青蒿素就会在疟原虫代谢旺盛处被血红素激活；激活后青蒿素就会与疟原虫体内数以百计的寄生虫蛋白结合，致使寄生虫蛋白失去活性，进而杀死疟原虫[75]，此外，肌浆内质网钙ATP酶（PfATP6）[76]、翻译控制肿瘤蛋白（Translational Controlled Tumor Protein，TCTP）[77]和谷胱甘肽S转移酶（GST）[78]等被鉴定为疟原虫中与青蒿素相互作用的非血红素蛋白。青蒿素的抗疟机理仍未被彻底阐明，尚需进一步研究。

2.6 促进透皮吸收

透皮给药的最大障碍是皮肤的阻隔性，特别是角质层（Stratum Corneum，SC）[79]。科研工作者已经对各种方法进行了研究和开发，以增强药物通过皮肤的渗透性。其中，最流行的方法是渗透促进剂的应用，包括天然萜烯，其中最常用的萜烯是薄荷醇、薄荷酮（Menthone）、1，8-桉树脑（1，8-cineole）、柠檬烯和橙花叔醇（Nerolidol）[80]。相对于化学合成的渗透促进剂，天然萜烯具有更高的活性，且对皮肤刺激作用小、毒性小，可安全有效地促进药物的透皮吸收。此外，几种萜烯（例如1，8-桉树脑、薄荷醇和薄荷酮）已被列入美国食品药品管理局发行的“一般认为安全”（Generally Recognized As Safe，GRAS）的名单。烃类萜烯，例如D-柠檬烯，已被批准为类固醇的活性增强剂[81]。此外，有研究报道了α-萜品醇（Alpha-Terpineol）用作齐多夫定（Zidovudine）和丁螺环酮（Buspirone hydrochloride）的透皮增强剂[82,83]，以及柠檬烯具有增强酮洛芬（Ketoprofen）、醋氯芬酸（Aceclofenac）皮肤渗透的作用[84,85]。

萜烯辅助药物吸收的主要作用机制是与SC细胞间脂质的相互作用[86]。单环单萜薄荷脑和薄荷酮，通过提取SC脂质来削弱由SC脂质提供的皮肤渗透性屏障，从而增强皮肤的渗透性[87]。最近，Wang等[88]研究了薄荷脑和薄荷酮对盐酸川芎嗪（Ligustrazine Hydrochloride，LH）透皮吸收的增强作用及作用机制，通过傅里叶变换红外（Fourier Transform Infrared，FT-IR）光谱研究了其对SC生物物理性质的影响。结果表明，渗透机理可能包括氢键连接和干扰SC脂质排列。萜烯辅助药物吸收的关键影响因素是萜烯和药物分子的极性大小。烃萜烯，例如柠檬烯，对亲脂性药物分子表现出更好的渗透增强作用[89]；相反，含有极性基团的萜烯，如薄荷醇、1，8-桉树脑对亲水药物分子有更好的渗透增强作用[90]。

2.7 防治心血管疾病

近年来，人类心血管疾病的发病率逐年增高，寻找治疗心血管疾病的有效药物是科研工作者刻不容缓的任务。丹参酮IIA（Tanshinone IIA）是中药丹参（Salvia miltiorrhizaBunge.）中主要有效成分之一，对多种心血管疾病都有着显著的治疗作用，如保护心肌细胞、抗心肌梗死、抗心绞痛、抗动脉粥样硬化、扩张血管、改善微循环等[91-94]。人参皂苷对多种心血管疾病都有着显著的治疗作用，包括改善血流动力学、调节血管功能、抑制心肌细胞肥大、抗血栓形成、保护心肌缺血再灌注等[95]。目前，人参皂苷治疗心血管疾病的单体中，Rb1和Rg1的研究较为深入，其他人参皂苷如Re、Rb3、Rg3、Rd等也表现出相似的活性，但研究较少，仍待进一步探究，为心血管疾病的治疗提供理论支持。

2.8 降血糖

糖尿病是一种复杂的代谢性疾病，已成为继肿瘤、心血管疾病之后的第三大慢性非传染性疾病。寻求和使用天然抗糖尿病药物越来越受到人们的关注。甜菊苷是一种从植物甜叶菊Stevia rebaudiana(Bertoni)Hemsl.中提取的二萜甜菊醇糖苷，已经显示对于治疗糖尿病有良好的作用。甜菊苷和甜菊醇的抗高血糖作用可能与糖酵解相关基因的诱导表达、对肝脏线粒体ATP磷酸化以及NADH-氧化酶活性的抑制作用有关，导致糖酵解增加和糖异生受到抑制[96]。近年来，青蒿素被发现是一种潜在的改善Ⅰ型糖尿病的治疗药物，因为它能够促进大鼠体内胰高血糖素向胰岛素的转化；具体而言，青蒿素与带有钼（Mo2+）的卟啉结合以激活γ-氨基丁酸A受体（GABAAR）并抑制无芒相关同源框蛋白（ARX），最终导致胰岛β细胞增殖能力增强，增强胰岛素分泌，并改善葡萄糖稳态[97]。人参皂苷在预防糖尿病和降血糖活性方面的研究也取得了较大进展。研究发现，人参皂苷CK显著提高了胰岛素分泌和细胞ATP含量，并上调了GLUT2蛋白的表达[98]。人参皂苷Rb1通过激活胰岛素信号通路并促进GLUT4和GLUT1的转位发挥降血糖作用[99]。

2.9 其他生物活性

研究发现，单萜类化合物百里酚（Thymol）及其结构衍生物、薄荷醇衍生物具有杀虫活性[100,101]；通过活性筛选和体外生物活性测定表明，3,7-二甲基-1-辛醇（二氢十六烷醇）是抗血吸虫等寄生虫最活跃的萜烯[102]。灵芝三萜类物质是一类重要的免疫增强剂。灵芝醇F、灵芝酮二醇、灵芝酮三醇能有效地抑制补体激活的经典途径[103]。灵芝三萜通过诱导CD3、CD4亚群细胞表达CD69和HLA-DR,来促进T淋巴细胞（CD3细胞）的活化。齐墩果酸、熊果酸、枇杷叶三萜酸（Triterpene Acids of Loquat，TAL）具有良好的免疫调节作用[104,105]。从西洋参中分离提取的人参皂苷Re具有抗氧化作用，能够清除心肌细胞的内、外源氧化剂，使其免受氧化损伤[106]。人参皂苷Rg1可通过改变细胞周期调控因子的表达而发挥其抗t-BHP诱导的WI-38细胞衰老作用。人参皂苷Rd被广泛用于神经保护。Wan等[107]发现人参皂苷Rd通过表观遗传调节机制调控脑源性神经营养因子来减轻慢性脑低灌流期间的认知功能障碍。

3 萜类化合物新来源

通过在药用植物中分离提取获得萜类化合物的方法，尤其是对于在植物中含量甚微的萜类化合物，需要消耗大量的药用植物资源。相比植物提取和化学合成方法,基于代谢工程、合成生物学及生物转化的萜类生物合成方法不受原料的限制、生产过程节能环保、产物单一、产率提升空间大，展示出较大优势和良好的发展前景。

3.1 代谢工程

在代谢工程中，通过利用生物或非生物诱导剂可激活植物体内的次生代谢途径，增强目标萜类化合物的合成；还可利用遗传转化技术，通过过量表达萜类化合物合成途径关键酶基因，实现萜类化合物的定向合成。例如，在人参中，过表达关键酶基因PgSQS1可以上调鲨烯单加氧酶（Squalene Epoxidase，SE）、β-香树脂合酶（β-Amyrin Synthase，β-AS）和环阿屯醇合成酶（Cycloartenol Synthase，CAS）基因的表达，导致植物甾醇含量增加了两倍，人参皂苷总量增加了1.6-3倍[108]。代谢工程还可以通过抑制竞争性代谢途径促进植物中萜类化合物的合成。甾醇途径是青蒿素生物合成的竞争途径，通过RNA干扰（RNAi）技术下调甾醇途径的关键酶——角鲨烯合酶（Squalene Synthase，SQS）基因的表达，导致转基因植物中青蒿素含量显著增加，约为对照植物的3.14倍[109]。此外，调控相关转录因子、调节内源性植物激素水平以及初级代谢也可显著提高植物中萜类化合物合成。萜类化合物代谢工程除了可提高植物体内萜类化合物的产量外，还可用于提高植物的防御能力、传粉效率及改善香味等。但是，由于植物生长缓慢，且体内代谢过程错综复杂，这种萜类化合物的体内合成方法面临着目标产物产量有限、后期分离困难、生产周期长等问题。

3.2 合成生物学

合成生物学技术使萜类化合物在微生物中可进行大量异源合成。随着药用植物功能基因组学的发展，通过对萜类生物合成途径的研究，设计开发出一套组合调控萜类合成途径的功能模块，并在底盘细胞（如大肠杆菌、酿酒酵母）中创建合成“工厂”，可以实现萜类化合物的异源合成[110,111]。通过合成生物学方法构建出萜类高产的工程菌株，实现多种目标产物的高效生产，可有效提高萜类的总体生产水平。目前基于合成生物学技术和理念的萜类化合物合成研究已经展开，如薄荷[112]、青蒿素[113-115]已经开展了其代谢途径的系统研究。Keasling等研究团队经过近10年的努力，在酿酒酵母中实现了青蒿酸的合成与产业化生产，为青蒿素的合成提供了大量前体化合物[113-115]。此外，通过本草基因组学的研究，对基因组中萜类合成相关酶编码基因的克隆和功能鉴定，对萜类合酶（Terpene Synthases，TPSs）的鉴定以及中药代谢组学等中药组学相关研究将有助于实现药用植物萜类化合物的规模化生产，为解决萜类化合物来源问题提供新方法和新途径[116-121]。Guo等（2013年）在药用植物丹参中成功地鉴定了催化次丹参酮二烯生成铁锈醇（Ferruginol）的CYP76AH1基因，将CYP76AH1和丹参的（Cytochrome P450 Reductases，CPR）基因引入到前期构建的产丹参酮酵母工程菌中，实现了铁锈醇的异源合成[122]。Dai等（2013年）在酵母细胞中成功地重构了原人参二醇（Protopanaxadiol，PPD）的合成途径，实现了PPD的从头合成[123]。Yan等（2014年）鉴定了催化人参皂苷合成的第一个糖基转移酶UGTPg1，后来将UGTPg1引入到了产PPD的酵母工程菌中，成功实现了人参皂苷组分K的合成[124]。近年来，科研人员开始利用简单的模式植物作为底盘细胞，进行萜类合成相关基因功能的验证和一些复杂萜类的异源合成，如烟草（Nicotiana benthamiana）[125]、人参根组织（Ginseng root）[126]、小立碗藓（Physcomitrella patens）[127]等。虽然，萜类化合物的微生物异源合成在一定程度上取得了较大突破，但目前大部分珍稀药用萜类化合物的合成途径仍然未被彻底解析，大部分萜类化合物仅可以得到简单的中间体，并且大多数产物的产量仍然较低，因此仍需开发更高产的底盘细胞、更高效的途径装配方法和人工生物系统的适配技术，使萜类化合物得到高效、定向地生产。采用合成生物学方法合成萜类化合物，有望成为定向、高效生产植物萜类化合物的有效技术手段，这将提供充足的萜类化合物来源，为进一步对萜类化合物进行结构修饰及其活性研究提供基础。

3.3 生物转化

生物转化（Biotransformation）技术可以利用生物体对外源底物进行生物转化而获得活性成分，以萜类等天然化合物为研究对象寻找高活性的先导化合物，用于开发新药。药用植物萜类化合物的生物转化可利用具有生物活性的离体培养细胞或器官（如悬浮细胞、毛状根等）等对外源化合物进行结构修饰而获得有价值的产物。此外，还可以利用生物体系中的酶制剂作为催化剂进行生物转化。利用多种不同催化功能的酶体系对中药化学成分进行生物转化，可以获得新的天然化合物库。例如，雷公藤细胞悬浮培养体系和微生物体系对雷公藤的主要成分雷公藤甲素和雷公藤内酯酮进行结构修饰，所得的17种产物中11种为新化合物，除19位羟基化产物外，大多数转化产物表现出较弱的细胞毒活性[128]。生物转化还可以通过改善中药化学成分的性质实现提高中药有效成分的活性或将无效成分转化为有效成分的目的。例如，利用长春花植物细胞悬浮培养也能将甘草皂苷C3位的二分子葡萄糖醛基水解，生成甘草次酸（甘草皂苷元）[129]。利用小型丝状真菌黑曲霉（Aspergillus niger3.1858）与蓝色梨头霉（Absidia coerulea3.3538）对人参皂苷Rg1进行生物转化，可将人参皂苷Rg1转化为活性更强的人参皂苷Rh1[130]。

4 展望

各种萜类化合物已被证明是有效的化学原料并具有显著的疾病预防治疗作用，表现出抗肿瘤、抗炎、抗菌、抗病毒、抗疟、辅助药物吸收、抗心血管疾病、降血糖等活性。同时，进一步研究萜类化合物对氧化应激损伤的保护作用、神经保护作用、抗过敏、抗血管生成等方面的活性有助于促进新药物研发和人类疾病的有效治疗。多数药用植物萜类化合物的生物学活性仍需进行系统研究。

药用植物中的萜类化合物资源丰富，由于其功能特殊，用途广泛，具有巨大的应用潜力和广阔的开发前景。基于代谢工程、合成生物学及生物转化的方法在药用植物萜类化合物的合成中展示出较大优势和良好的发展前景，是萜类化合物合成的新来源。合成生物学为解决萜类化合物药源短缺提供了新的思路，通过基因工程和代谢工程，构建细胞工厂，可大量定向制备出结构优化的萜类化合物，以满足药物研发需求。此外，可以结合转录组学、蛋白质组学、代谢组学等多种组学方法，更加全面的了解萜类化合物的合成途径和代谢网络，为基于药用植物萜类化合物的合成提供新的思路和方法。

目前，对典型的萜类化合物研究较多，许多萜类化合物的活性机制仍未被阐明，可以结合“组学”技术和分子网络药理学的知识，深入研究萜类化合物的活性机制和构效关系。萜类化合物的活性筛选仍是新药研发的核心环节。通过进一步提取分离来寻找活性显著的萜类化合物，直接开发成药物，或作为先导化合物进行结构修饰，从中筛选出具有生物活性且毒副作用小的新药，是药物研究与开发的重要途径和手段，也是天然产物研究领域关注的热点。另外，可以结合药剂学新进展开发出萜类化合物药物新剂型，如纳米中药等；由于植物精油毒性小、来源广泛，具有杀菌防腐的作用，可将其制成驱虫剂、防腐剂等；还可以将萜类化合物制成保健品等，使其被更合理而充分的利用。

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