山椒素药理学研究进展

李焰梅，郝 丹，蒋 献

(四川大学 1.华西临床医学院、2.华西医院皮肤科，四川 成都 610041)

花椒为芸香科(Rutaceae)花椒属植物(Zanthoxylum)的果皮，《中药大辞典》记录其功效：温中散寒，除湿，止痛，杀虫，治积食停饮，心腹冷痛，齿痛，阴痒，疮疥。酰胺类物质是花椒中最具特征的一类生物碱，是花椒麻味来源，目前已分离鉴定超过50种，以山椒素为代表。近年来研究发现，山椒素具有广泛的生物学效应，对全身多系统功能具有良好的调节作用，本文就山椒素结构、稳定性、药代动力学、药物靶点和药理作用进行综述。

1 结构与性质

1.1结构山椒素为脂肪链酰胺生物碱。6种最常见山椒素的结构已研究较清楚，α-山椒素为(2E,6Z,8E,10E)-N-异丁基-2,6,8,10-十二碳四烯酰胺，β-山椒素为该化合物的全反式异构体。羟基-α-山椒素(hydroxy-α-sanshool，HAS)和羟基-β-山椒素(hydroxy-β-sanshool，HBS)分别在α-山椒素和β-山椒素的2位具有羟基。γ-山椒素结构为(2E,4E,8Z,10E,12E)-N-异丁基-2,4,8,10,12-十四碳五烯酰胺，其侧链的碳原子数为14，δ-山椒素是γ-山椒素的全反式异构体。

1.2稳定性花椒中含量最高的山椒素为HAS，其结构不稳定，在正常储存条件下容易发生异构化、水解和氧化，在较低温度下更稳定，对酸性溶液和紫外光照不稳定，紫外线会加速其同分异构体转化[1]。目前已合成更稳定的山椒素衍生物，其中异戊基烯酰胺(isobutylalkenyl amide，IBA)最常用[2]。

2 药代动力学

山椒素在口服或皮下注射后能快速吸收和消除，具有开发麻醉制剂的优势。研究显示[3]，健康志愿者口服含山椒素的药物30 min后，血浆HAS浓度达到最大值，最大浓度为0.76～2.66 μmol·L-1，中位半衰期为1.6～1.7 h，药代动力学呈线性，HBS的血浆浓度显示与HAS的血浆浓度平行的变化模式。另一项口服研究得到相似的结果[4]。此外，在口服含山椒素药物后的血浆和尿液样品中，均检测到HAS和HBS，离子扫描显示，羟基山椒素可能在血浆中形成糖苷酸结合物，表明山椒素能够经胃肠道迅速吸收、全身分布以及经肾脏排泄。皮下注射含山椒素的花椒提取物的研究发现[5]，HAS、HBS和羟基-γ-山椒素(hydroxy-γ-sanshool，HRS)在皮下给药后迅速被吸收，广泛分布于血浆，绝对生物利用度分别为100.2%、76.2%和90.3%。

3 药物靶点

目前研究显示，山椒素是多效性药物，能够与多种离子通道和受体相互作用。

3.1瞬时受体电位离子通道Koo等[6]测试HAS对异源表达的17个瞬时受体电位(transient receptor potential，TRP)离子通道的活化作用，结果显示HAS仅对TRPV1和TRPA1转染的HEK293细胞具有受体激动活性，诱导产生内向电流及Ca2+内流，HAS的活化性能比辣椒素(TRPV1激动剂)或异硫氰酸烯丙酯(allyl isothiocyanate，AITC；TRPA1激动剂)均低。TRPV1和TRPA1均存在2种结合位点，包括非共价的结合袋和共价激活的半胱氨酸残基。关于山椒素和TRP通道之间的结构活性关系以及结合方式，研究显示[7]，TRPV1的活化没有结构特异性，而TRPA1的激活和山椒素侧链的顺式双键结构有关；山椒素激活TRPV1可能不需要与其细胞内反应性半胱氨酸共价结合，而TRPA1应答可能涉及共价和非共价结合位点之间相互作用。综上表明，山椒素是弱效的TRPV1和TRPA1激动剂，相关受体结合位点模式还需要进一步研究。

3.2双孔钾离子(two-poredomainK+，K2P)通道电生理学和克隆蛋白研究表明[8]，一部分pH和麻醉剂敏感的双孔K+通道，即KCNK3(TASK-1)、KCNK9(TASK-3)和KCNK18(TRESK)，是HAS作用的分子靶点，HAS通过阻断外向K+电流使体感神经元去极化，从而引发刺激。另一项研究也支持这一论点[2]，山椒素衍生物IBA以剂量依赖性的方式，阻断双孔钾离子通道TRESK介导的背景电流，诱导膜电位瞬时去极化，并通过电压依赖性Ca2+通道激活Ca2+内流。有趣的是，IBA对双孔钾离子通道作用并不一致，例如IBA能增强TREK-1和TREK-2的电流，对TRAAK则无明显影响[2]，通道亚型选择性拮抗剂或相关受体缺陷型动物或许可以进一步阐明山椒素的选择性作用。

3.3电压门控钠离子(NaV)通道不同于前两种通道的研究显示山椒素具有刺激性，钠通道研究提示山椒素是花椒的止痛成分。Tsunozaki等[9]使用全细胞电压钳记录和钙成像等方式研究发现，HAS靶向抑制电压门控钠离子通道，HAS抑制NaV通道亚型的程度不同，与NaV1.1、1.2、1.6和1.8相比，NaV1.3和1.7显示更大阻滞作用。此外，尽管HAS能改变多种 NaV通道的稳态失活曲线，但NaV1.7通道的稳态失活曲线向超极化方向移动最明显，综合得出，在静息电位下，山椒素可能对NaV1.7通道具有最强烈的抑制作用。NaV1.7通道和疼痛关系较确切，无痛症和编码NaV1.7通道的基因SCN9A功能缺失有关[10]。

3.4G蛋白偶联受体(Gprotein-coupledreceptors，GPCRs) Dossou等[11]探究从花椒中提取的8种山椒素及其衍生物对大麻素(cannabinoid，CB)受体的作用，研究发现，HBS对CB1受体具有最大的拮抗作用，四氢花椒素(tetrahydrobungeanool)对CB2受体具有最大的拮抗活性。山椒素及其衍生物的功能活性可能取决于几个因素，包括双键的位置、碳链长度、不饱和度以及在烷基胺结构上存在的羟基。此外，研究者还筛选γ-山椒素对165种已知GPCRs的激动或拮抗活性，结果显示，γ-山椒素是CB2受体的强激动剂和CB1受体的强拮抗剂，γ-山椒素对GPR55(一种大麻素受体)、GPR132(溶血磷脂酰胆碱的高亲和力受体)和GPR151具有大于50%的激动活性[11]。下一步还需要探索山椒素作用于这些受体后产生的生理调节功能及药理作用。

4 药理作用

近年来，随着分子生物学技术的发展，花椒的多种功效逐渐证实是由于山椒素的作用，而山椒素的药理作用与其对细胞膜上离子通道及受体的作用密切相关。

4.1皮肤神经系统花椒或山椒素直接作用于口腔或指尖，能引发独特(并不愉快)的麻刺感，这与花椒缓解牙痛以及止痒的功效似乎并不一致，尽管研究试图探索其机制，但目前仍未阐明。

4.1.1感觉神经元 神经生理学研究表明，山椒素能诱导多种感觉神经元去极化，并激发动作电位，包括部分三叉神经节以及背根神经节中归类为伤害感受器和轻触感受器的独特子集[6，8]。Sawyer等[12]研究发现，山椒素的稳定衍生物IBA能激活大部分脊髓背角广动力范围(wide dynamic range，WDR)神经元，意外发现大多数最初分类为低阈值机械敏感性(low threshold mechanosensitive，LTM)的脊髓神经元也对IBA有反应，并且随后都被AITC和(或)辣椒素激发，表明这些神经元可能被山椒素刺激敏化，兴奋阈值发生改变。进一步研究发现[13]，山椒素能增强神经机械敏感性，但对热敏感性没有影响。此外，山椒素激活感觉神经元可能不是通过TRP通道作用，因为重复应用IBA的反应表现出自我敏化和脱敏，但不能通过预先施用TRPV1或TRPA1激动剂而被交叉脱敏。

4.1.2皮肤感受器 目前神经电生理学研究表明，HAS引起的独特麻刺感可能是通过机械感受器和伤害感受器的共同作用。研究发现[14]，HAS能兴奋皮肤感觉纤维的特定亚型，包括几乎所有的快适应Aδ纤维，部分机械敏感的Aβ纤维以及低传导速度的C纤维。相反，HAS强烈且呈浓度依赖性地抑制大部分慢适应AM纤维(Aδ mechanoreceptor fibre，AM fibre)和部分慢适应Aβ纤维[9]。另一方面，心理物理学研究发现[15]，HAS在嘴唇上诱发的感觉与指尖上(50.0±2.4)Hz的机械振动频率相匹配，这对应于快适应1型(rapidly adapting 1，RA1)纤维最敏感的频率范围(10～80 Hz)，RA1纤维能感受皮肤轻触觉，提示山椒素引发麻刺感的主要原因可能是触觉通道的激活。

RA1传入纤维和(或)Meissner’s小体机械感受器的自发放电被认为是缺血或局灶性神经压迫引发“针刺”感的基础[15]，而Aδ机械感受器的敏化引发炎性疼痛[9]。因此，山椒素可能用于研究皮肤感觉异常的分子机制以及开发镇痛药物。

4.2肠道保护作用山椒素被认为是传统草药方剂大建中汤(daikenchuto，DKT)的主要功效成分。DKT已纳入日本医疗保健体系，作为治疗各种胃肠疾病，包括腹胀腹痛、术后肠梗阻和黏连性肠梗阻的处方药。

4.2.1肠道机械活动 平滑肌细胞(smooth muscle cell，SMC)是胃肠平滑肌运动的最终效应细胞，研究发现[16]，HAS和HBS能诱导SMC收缩。目前山椒素诱导肠道运动的机制尚有争议，因为辣椒素几乎不诱导SMC收缩[16]，因此，TRPV1刺激可能不是主要途径。而Tsuchiya等[17]研究发现，包括山椒素在内的几种TRPA1激动剂能改善术后肠梗阻模型鼠的肠道传输，并且在TRPA1缺陷型小鼠中，体外分离小肠周期性蠕动的调节功能丧失，表明TRPA1可能参与小肠蠕动周期性的形成。另一项研究结果表明[18]，HAS剂量依赖性地诱发结肠周期性的强推动性“挤压”运动，表现为长距离收缩(long distance contraction，LDC)，这个运动可能不是通过TRP通道介导的，因为TRPV1/TRPA1激动剂诱导不同的运动模式，而且给予TRPV1或TRPA1抑制剂，或使TRPV1/TRPA1脱敏，对HAS引起的结肠运动没有或仅有适度的抑制，然而河豚毒素(钠离子通道阻断剂)可以完全消除HAS诱导的运动。因此，山椒素调节肠道运动可能是多种通道协同作用，有必要使用更具体的激动剂和(或)拮抗剂以及基因工程动物模型来阐明。

4.2.2炎症性肠病 山椒素除了调节肠道运动，还在炎症性肠病小鼠模型中显示出良好作用，有望作为治疗克罗恩病和溃疡性结肠炎的新型治疗剂。研究显示[19]，羟基山椒素可防止小鼠术后肠黏连，这种作用可以被钌红(TRP通道拮抗剂)废除，表明TRP通道可能参与了这种作用。Kono等[20]研究显示，HAS通过刺激肠上皮细胞的TRPA1通道，促进肾上腺髓质素(adrenomedullin，ADM)释放，改善了2,4,6-三硝基苯磺酸(2,4,6-trinitrobenzenesulfonic acid，TNBS)诱导的结肠炎中缺血性结肠的血流量，促进肠黏膜愈合。ADM最初被确定为血管扩张剂，被认为是体内最强的内源性血管舒张肽，ADM的其他作用包括增加细胞对氧化应激和缺氧损伤的耐受性，促进血管生成以及抗菌活性，ADM还能明显抑制促炎细胞因子，如白细胞介素-13、粒细胞巨噬细胞集落刺激因子(granulocyte-macrophage colony stimulating factor，GM-CSF)、干扰素γ和肿瘤坏死因子α的产生[21]，已在多种结肠炎模型中显示出抗炎效应。综上，山椒素具有治疗炎症性肠病的潜力，其中TRP通道和ADM可能发挥了重要作用。

4.3糖尿病Dossou等[11]发现，γ-山椒素是CB2受体的强激动剂和CB1受体的强拮抗剂，表明其可能作为治疗1型糖尿病的候选药物。后续研究发现，山椒素能改善链脲佐菌素(streptozotocin，STZ)诱导的糖尿病模型鼠血糖、血脂和蛋白质代谢紊乱。研究显示[22]，花椒酰胺类物质(HAS、HBS和HRS的混合物)喂养28 d后，糖尿病模型鼠的空腹血糖和血浆果糖胺水平明显降低，葡萄糖耐量得到改善。同时血浆胰岛素水平恢复，肝脏和肌肉组织的糖原含量也明显增加，其降糖机制可能是通过下调CB1受体，并上调TRPV1的表达，逆转肝脏葡萄糖代谢和糖异生，修复受损的胰岛β细胞，并上调胰腺中胰十二指肠同源盒1、葡萄糖转运蛋白2和葡萄糖激酶的表达水平，恢复胰岛功能并促进胰岛素分泌。Ren等[23]进一步补充，酰胺类物质明显降低STZ诱导的糖尿病模型鼠血清和肝脏中甘油三酯和游离脂肪酸含量，并且可能通过激活AMPK/SIRT1信号通路，介导葡萄糖转运蛋白4的快速转运，提高葡萄糖转运速率，通过Ins/IGF1-PI3K-Akt-mTOR途径增加蛋白质合成，以及通过UPP途径降低骨骼肌中的蛋白质分解代谢[24]。尽管以上研究均使用混合物，但已强烈提示山椒素可以开发为治疗糖尿病药物。此外，血糖和血脂紊乱可能损伤糖尿病外周神经，导致感觉异常和神经传导功能下降[25]，山椒素或许有助于改善糖尿病周围神经病变。

5 总结

综上研究表明，山椒素能够结合多种细胞膜上离子通道和受体，发挥广泛的药理活性，但山椒素如何改变特定蛋白复合体结构，不同通道受体之间是否存在相互作用，以及山椒素的结构活性关系还需要进一步阐明。此外，其他离子通道和受体，例如与触觉相关的Piezo机械敏感离子通道能否和山椒素作用，仍有待研究。目前，山椒素已展现出广阔的临床应用前景，具有治疗多种疾病的潜力，尽管市场上相关产品还比较少见，但用于止痒和改善皮肤皱纹的产品已有报道。进一步探索山椒素的药理作用及机制，开发山椒素的市场价值具有重要意义。