花椒属植物抗肿瘤活性成分研究进展

马丽梅，杨军丽

1中国科学院兰州化学物理研究所 中国科学院西北特色植物资源化学重点实验室 甘肃省天然药物重点实验室，兰州730000；2中国科学院大学，北京100049

芸香科(Rutaceae)花椒属(ZanthoxylumL.)植物在全世界约有250种，广泛分布于亚洲、非洲、大洋洲和北美洲的热带和亚热带地区[1]。世界上栽培花椒属植物的国家主要是中国、日本和韩国，其中以中国栽培面积最大、产量最高[2]。我国有39种、14变种，在全国地区均有种植[1]。花椒属植物的化学成分主要包括挥发油、生物碱、酰胺、木酯素、香豆素、黄酮类和脂肪酸[3]，研究证明其化学成分具有多种生物活性。本文就花椒属植物中的抗肿瘤活性成分作系统的综述和讨论，并对其抗肿瘤活性成分的深入研究进行展望。

1 挥发油

花椒属植物挥发油是一类具有芳香气味的挥发性油状成分，主要成分有醇类，如芳樟醇、 松油醇和沉香醇等；烯烃类，如柠檬烯、蒎烯、月桂烯、松油烯、罗勒烯、侧柏烯和丁香烯等；酮类，如胡椒酮和薄荷酮等；另有醛类、酯类、芳烃和环氧化合物等[4]。

Han等[5]采用水蒸气蒸馏法从青椒(Z.schinifoliumSieb.et Zucc.)或花椒(Z.bungeaumMaxim.)果皮中提取的挥发油对宫颈癌细胞系HeLa、肺癌细胞系A549和白血病细胞系K562的生长均具有抑制活性，IC50值分别为11.2±0.2、6.26±0.05、1.37±0.03 mg/mL。另有研究表明花椒挥发油还以剂量依赖的方式对人肺癌细胞A549[6]、人永生表皮细胞HaCaT[7,12]、人肝癌细胞HepG2[8,9]、肾上腺嗜铬细胞瘤PC12[10]、人胃癌细胞SGC7901[11]、人乳腺癌细胞MFC7和宫颈肿瘤细Hela[12]增殖有抑制并诱导凋亡的作用；此外，Z.bungeaumMaxim.种子油还可通过阻滞细胞G1期和诱导细胞凋亡抑制黑色素瘤细胞A375的侵袭和增殖，对A375细胞有选择性抑制活性[13]，即花椒挥发油具有良好的体外抗肿瘤作用。同时，Yuan等[14]研究发现，Z.bungeaumMaxim.果皮挥发油不仅在体外对小鼠肝癌细胞H22具有一定的抑制活性，也在体内对该肿瘤生长起到了抑制作用。另外，Da Silva等[15]评价了花椒(Z.rhoifolium)叶子精油的抗肿瘤活性，体外试验显示精油对A549、HeLa和人结肠腺癌细胞系HT29均具有抑制作用，ED50值分别为82.3、90.7、113.6 μg/mL。

Zhang等[16]也用水蒸气蒸馏法从簕欓花椒(Z.avicennae(Lam.) DC.)叶中提取挥发油并进行成分分析，含量较高的组分分别为芳樟醇(24.36%)、β-榄香烯(12.03%)、(E)-2-己烯-1-醇(11.73%)、石竹烯氧化物(10.84%)等，其抗癌活性研究发现，该挥发油对肺腺癌细胞SPCA1、肝癌细胞BEL7402、胃癌细胞SGC7901和白血病细胞K562等四种肿瘤细胞株均具有抑制活性，其中对K562的抑制活性最强，其IC50值为1.76 μg/mL。

此外，研究证明花椒属植物Z.xanthoxyloidesLam.和Z.leprieuriiGuill.& Perr.[17]的果实精油对人胶质母细胞瘤细胞系T98G、人乳腺癌细胞系MDA-MB231、人恶性黑色素瘤细胞A375和人结肠癌细胞系HCT116均具有抑制作用。针对以上四种肿瘤细胞，Z.xanthoxyloidesLam.果实精油的IC50分别为35.4±4.9、18.2±1.5、47.6±4.3、22.8±3.3 μg/mL；Z.leprieuriiGuill. & Perr.的果实精油的IC50分别为89.6±8.8、76.0±11.1、96.8±6.3、92.5±9.0 μg/mL。其主要成分细胞毒性实验研究表明，这两种植物精油的抗癌活性差异可能与其香叶醇和香茅醇的含量的有关。根据以上研究表明花椒属植物挥发油中含有抗癌活性成分，值得进一步深入研究。

2 生物碱

花椒属植物中普遍含有生物碱，按母核可分为异喹啉类、喹啉类、苯并菲啶类和喹诺酮类等4大类[18]，且生物碱被认为是花椒属植物中最有开发前景的生物活性成分。

Tian等[19]研究并发现三种花椒属植物Z.ailanthoides、Z.simulans和Z.chalybeum的生物碱总提物对四种肿瘤细胞系，即胃肿瘤细胞SGC7901、宫颈肿瘤细胞Hela、结肠肿瘤细胞HT29和肝肿瘤细胞HepG2，均具有抑制活性，在200 μg/mL的浓度下，其抑制率为60.71%～93.63%。针对三种生物碱总提物的成分分析表明苯并菲啶类生物碱均存在于三种花椒属植物中，且含量较高，即三种植物的抗肿瘤活性可能来源于苯并菲啶类生物碱。

花椒属植物Z.nitidum的化学成分多样，且生物碱是该植物中的主要化学成分，其药理作用最为显著，可抑制肿瘤细胞株的增值，诱导肿瘤细胞凋亡和抑制肿瘤细胞的侵袭和转移，即具有抗肿瘤活性[20]。Hu等[21]从Z.nitidum根的乙醇提取物中分离得到3种吡喃甘露糖苷吲哚生物碱(1～3)，体外细胞实验显示，这3种生物碱对8 种人类肿瘤细胞A-549、BGC-823、 HCT15、HeLa、HepG2、MCF-7、SGC-7901、SK-MEL-2均表现出细胞毒性，IC50分别介于18.11～21.04、23.47～28.12、9.21～12.75 μmol/L之间；另有研究发现从Z.nitidum分离的nitidum(4)、chelerythrine(5)和isofagaridine(6)可通过抑制DNA拓扑异构酶I，从而发挥抗肿瘤活性[22]。

图1 化合物1～6的化学结构Fig.1 The chemical structures of compounds 1-6

其中，氯化两面针碱(4)是一种苯丙氮杂菲类生物碱[23]，在体外呈浓度依赖性显著抑制人口腔鳞癌细胞KB、其耐药株KBV200细胞的生长，IC50分别为2.36和2.43 mg/L[24]。此外，在体内外对小鼠腹水型H22肝癌也有抑制作用，在体外其剂量为2.5 mg/kg时，癌细胞死亡率11.38%；在体内可延长小鼠寿命[25]。同时，还可抑制人肺癌SPC-A-1、舌癌Tca8113[26]、人肾细胞癌细胞786-O和A498[27]的增殖，诱导人肝癌细胞SMMC7721细胞[28,29]、MG63 细胞凋亡[30]，对A549细胞也有杀伤作用[31]。另有研究证明其具有对肿瘤细胞的广谱性抑制作用，并且体内实验也表明了这一点，即氯化两面针碱在体内体外均有明显的抗肿瘤活性[32]。

Liu等[33]从Z.nitidum的根中鉴定出新的STAT3途径抑制剂生物碱angoline(7)，其可以抑制STAT3磷酸化及其靶基因表达，从而抑制人癌细胞的生长，IC50=3.14～4.72 μmol/L。这意味着氯化两面针碱可以作为潜在抗癌剂开发并值得进一步研究，即有望成为一种广谱性抗癌药物。

图2 化合物7～9的化学结构Fig.2 The chemical structures of compounds 7-9

Zhao等[34]从Z.nitidum的甲醇提取物中分离鉴定了生物碱6S-10-O-demethylbocconoline(8)，并发现这种生物碱和鹅掌楸碱(liriodenine，9)对人结肠癌细胞HT29、A549和MDA-MB-231均具有一定的细胞毒活性，其IC50分别为27.37、24.10、33.58 μmol/L和9.12、6.05、11.35 μmol/L，即化合物9比8具有更加高效的抑制作用。

此外，Louis等[35]从Z.buesgenii分离得到的苯并菲啶生物碱(buesgenine(10)、isofagaridine(11))和呋喃并喹啉生物碱(maculine(12)、kokusaginine(13))，对阿霉素耐药的白血病细胞CEM/ADR5000有较好的抑制作用，而对正常肝细胞AML12的毒性通常较低，同时，化合物10和11对白血病CCRF-CEM癌细胞均具有显著的抑制活性，其IC50值分别为0.24和0.30 μmol/L，即可进一步研究具有强活性的抗癌活性成分。

图3 化合物10～13的化学结构Fig.3 The chemical structures of compounds 10 - 13

Chen等[36]从Z.simulans根皮中分离得到的化合物zanthosimuline(14)和huajiaosimuline(15)均是吡喃喹啉类生物碱，通过对癌细胞BC1、HT1080、Lu1、Mel、Col2、KB、 KBV1、P388、A431、LNCaP、ZR-75-1和U373细胞的毒性实验研究发现：14对以上细胞均具有毒性；而15仅对 Mel、KB、KBV1、P388和ZR-75-1细胞具有毒性，且15对乳腺癌细胞ZR-75-1和对长春花碱耐药的KBVI显示出较强的毒性，ED50值分别为11.1和4.0 μmol/L，这可能是侧链的氧化基团增加了其细胞毒性。另外，Wang等[37]从其根皮中分离得到5种吖啶酮生物碱：去甲异蜜茱萸碱(normelicopidine，16)、去甲蜜茱萸碱(normelicopine，17)、蜜茱萸碱(melicopine，18)、异蜜茱萸碱(melicopidine，19)和蜜茱萸生碱(melicopicine，20)，研究发现这5种生物碱对两种前列癌细胞PC-3M和LNCaP均表现出一定的细胞毒性，但normelicopidine的活性最强，IC50值分别为12.5和21.1 μg/mL。即可进一步研究对其他肿瘤细胞的毒性，以获得高效的广谱性抗肿瘤化学成分。

图4 化合物14～20的化学结构Fig.4 The chemical structures of compounds 14-20

Ngoumfo等[38]从Z.leprieuriiGuill.et Perr.根和果实中共提取得到12种生物碱类化合物，其中4种吖啶酮生物碱：3-羟基-1-甲氧基-10-甲基-9-吖啶酮(21)、1-羟基-3-甲氧基-1-甲基-9-吖啶酮(22)、1-羟基-2，3-二甲氧基-10-甲基-9-吖啶酮(23)、1，3-二羟 基-2-甲氧基-10-甲基-9-吖啶酮(24)，研究表明以上4种生物碱对肺癌细胞A549、大肠癌细胞DLD1均表现出抑制作用，其IC50在27～77 μmol/L之间。

图5 化合物21～24的化学结构Fig.5 The chemical structures of compounds 21-24

Silva等[39]研究探讨了从Z.stelligerum中提取的生物碱(dihydrochelerythrine，25)对细胞活力的作用，结果表明其作为一种化学增敏剂，对胶质瘤细胞C6具有选择抑制效果，即可将其运用于胶质母细胞瘤中的化学疗法和免疫疗法中。

Han等[40]从Z.ailanthoidesSieb的丁醇提取物中分离出的三种四氢原小檗碱(26～28)对G-四链体有显著的稳定作用，即可能是Z.ailanthoides中最有效的G-四链体配体，说明有可能从其中提取广谱性的抗癌药物。

图6 化合物25～28的化学结构Fig.6 The chemical structures of compounds 25-28

另外，Chen等从Z.pistaciiflorumHayata分离出的skimmianine(29)、1-羟基吴茱萸次碱(1-hydroxyrutaecarpine，30)和崖椒碱(γ-fagarine，31)对P388、A549和HT29细胞系均表现出明显的体外抗肿瘤作用，ED50值在0.12～24.5 μg/mL之间[41]。

图7 化合物29～31的化学结构Fig.7 The chemical structures of compounds 29 - 31

3 酰胺类

酰胺类物质是花椒属植物中主要的化学成分之一，也是重要的生物活性成分之一，其大多为链状不饱和脂肪酸酰胺，是花椒呈麻味的主要成分，有些具有强烈的刺激性，其中以山椒素类为代表，其他则为连有芳环的酰胺[42]。

Stephanie等[43]从Z.zanthoxyloides果实中分离出的三种烷酰胺类化合物，在癌细胞毒性评估中发现zanthoamide G(32)对人乳腺癌细胞MCF7细胞具有一定的细胞毒性，IC50=153.6±32.7 μmol/L。另外，也有研究发现从Z.piperitum种子中分离出五种直链脂肪酸酰胺中的单羟基山椒素(33～35)对人肺癌A549细胞系有细胞毒性，LC50分别为56、16和55 mg/mL[44]。

图8 化合物32～35的化学结构Fig.8 The chemical structures of compounds 32-35

4 木脂素

木酯素是由苯丙素双分子聚合形成并广泛存在于植物中的一类天然化学成分，其分子中含有多个不对称碳原子，遇酸碱易异构化。由于其具有重要的生理活性而引起了人们的关注，并且可以从许多个花椒属植物中分离出来。花椒中的木脂素几乎均为双环氧木脂素，即是属I型(左旋异构体)的二苯基双骈四氢呋喃衍生物[45]。

Mukhija等[46]从花椒属(Z.alatumRoxb.)茎皮的石油醚提取物中提取的木脂素(sesamin(36)、kobusin(37)、4′-O-demethyl magnolin(38))在人肺癌细胞系A549和胰腺癌细胞系MIA-PaCa中发挥抗癌活性，其IC50分别为37.46±1.097、34.71±2.331、26.47±1.871 mg/mL；34.04±1.7621、32.86±2.0271、21.72±1.5071 mg/mL，即化合物38的抑制活性最强，是最具有发展成为新的抗癌药物的成分。

图9 化合物36～38的化学结构Fig.9 The chemical structures of compounds 36-38

Su等[47]从花椒属(Z.planispinum)根中分离得到了木脂素类化合物：bizanthplanispine A(39)、bizanthplanispine B(40)、zanthpodocarpin A(41)、zanthpodocarpins B(42)和planispine A(43)，其细胞毒性实验结果显示：化合物39～42可以显著地降低人宫颈癌细胞HeLa的增殖，IC50介于15.00～26.44 μg/mL之间；化合物43对人白血病细胞HL-60和人前列腺细胞PC-3的抑制活性最强，IC50分别为4.90和23.45 μg/mL。从Z.pistaciiflorum分离出的化合物((-)-hinokinin，44)对P-388、A-549和HT-29细胞系均表现出明显的抑制作用，ED50分别为5.87、6.61和3.52 μg/mL；而化合物xanthoxylol(45)仅对P-388细胞系有强抑制作用，ED50为4.85 μg/mL[41]。

5 香豆素

香豆素是一类具有芳香甜味的顺式邻羟基肉桂酸的内酯，香豆素类化合物广泛分布于植物界。花椒属植物中的香豆素主要类型有简单香豆素和吡喃香豆素两类，其中后一类可看成是香豆素苯环上的异戊烯基和邻羟基环合而形成的，其余还有呋喃香豆素类。

香豆素类化合物是椿叶花椒(Z.schinifolium)茎的主要成分，Li等[48]从Z.schinifolium茎的甲醇提取物中分离得到的12种香豆素类中，化合物collinin(46)、8-methoxyanisocoumarin H(47)和acetoxyschinifolin(48)能诱导人急性早幼粒细胞白血病细胞HL-60、前列腺癌细胞PC-3和结肠直肠癌细胞SNUC5凋亡，其IC50介于4.39～6.26、5.02～33.5、5.12～35.11 μmol/L之间，即化合物collinin(46)对以上细胞均具有强细胞毒性，基于其与47和48的分子结构比较(如图11)，其R位可能是活性官能团。

图10 化合物39～45的化学结构Fig.10 The chemical structures of compounds 39-45

图11 化合物46～48的化学结构Fig.11 The chemical structures of compounds 46-48

另外，从食茱萸(Z.ailanthoidesSieb.& Zucc.)茎皮的石油醚中分离出的香豆素(luvagetin，49),以剂量依赖性方式抑制人肺癌细胞A549细胞的生长，IC50值为4.28 μg/mL[49]。

图12 化合物49～51的化学结构Fig.12 The chemical structures of compounds 49-51

6 其他

Yang等[50]通过水提醇沉法提取的蚬壳花椒(Z.dissitumHemsl.)果皮多糖在体外对人肿瘤细胞Hela和SMMC-721的增殖均表现出抑制活性，其IC50分别为460.9和425.6 μg/mL;体内实验表明，蚬壳花椒果皮多糖高(1.5 g/kg)、中(0.75 g/kg)、低(0.375 g/kg)剂量组均能抑制荷瘤小鼠瘤块的生长，抑瘤率依次为41.55%、34.96%、33.71%，即蚬壳花椒果皮多糖在体内外均有明显的抗肿瘤活性，且毒副作用小，可增强免疫功能。Jin等[51]从Z.piperitum中分离出糖蛋白(20 mg/kg)能诱导穿孔素和粒酶B的分泌以及增强NK细胞的活性，从而达到抗肝癌细胞HCC的作用,即其可能具有预防肝癌发生的潜在药用价值。

另外，香叶醇(gerantol，50)和香茅醇(citronellol，51)是Z.xanthoxyloides精油中的主要成分，研究表明这两种化合物对人胶质母细胞瘤细胞系T98G、人乳腺癌细胞系MDA-MB231、人恶性黑素瘤细胞系A375和人结肠癌细胞系HCT116均有显著抑制肿瘤细胞生长的作用，针对以上肿瘤细胞，香叶醇的IC50分别为10.8±1.4、21.6±1.0、3.6±0.1和6.2±0.4 μg/mL；香茅醇的IC50分别为18.2±3.3、10.7±0.6、8.9±0.4和13.5±1.0 μg/mL[17]。

7 结语

目前，肿瘤是严重威胁人类健康和生命的重大疾病之一，而临床治疗肿瘤的化学药物耐药性差，缺乏理想的抗肿瘤药物，因此寻找高效低毒的抗肿瘤药物是化学法治疗肿瘤的关键[52]。天然产物化学成分结构多样，是抗肿瘤药物活性成分的重要来源，如喜树碱、长春新碱和紫杉醇等都来自于天然产物[53]。近年来，国内外学者开始关注花椒属植物的研究和开发，对花椒属各个种植物的果实、茎、叶、根等各部位的抗肿瘤活性成分已进行了大量的研究，已发现花椒属植物中多种成分均具有抗肿瘤活性，即具有开发为新的广谱性抗肿瘤药物的巨大潜力。但对花椒属植物功效成分的分析依然停留在基础性研究上，如发现Z.armatumDC的叶提取物诱导细胞毒性以及对化学治疗药物(顺铂，丝裂霉素C和喜树碱)效率增加的影响[54]，而具体生物活性成分及其构效关系尚不明确，需进一步研究。我国的花椒属植物资源丰富，其化学成分复杂，生理活性广泛，因此花椒属植物的抗肿瘤药物有着巨大的开发潜力和深远的研究意义。