综述燕麦生物碱的研究进展

王 丹，何 怡，赵明义，陈长兰

(1.辽宁大学 药学院，辽宁 沈阳110036；2.辽宁省沈阳市儿童医院 输血科，辽宁 沈阳 110032；3.辽宁大学 轻型产业学院，辽宁 沈阳 110036)

0 引言

近年来，谷物中的天然化学物质凭借其安全可靠的食物来源及优良的保健作用而受到消费者和科研工作者的关注和青睐.燕麦(Avena sativa L.)是全谷物进食的谷物，其独特成分—燕麦生物碱(Avenanthramide)具有优良的抗氧化活性、抗炎活性、降血糖和抗肿瘤细胞增殖等多种药理活性，现多应用于防过敏和止痒的治疗[1].

1 燕麦生物碱的分布

燕麦生物碱又称燕麦蒽酰胺，是一种植物次生代谢物质，仅存在于燕麦谷物和蚕卵中，存在于燕麦的叶片组织、小穗组织及其籽粒中，其中，燕麦麸皮与次级糊粉层中因有高含量的生物碱(300 mg/kg)而被广泛应用[2-5].燕麦生物碱含量和种类根据燕麦品种的变化而变化，其中冠锈病高抗品种的燕麦中生物碱的含量较多[1，6-8].

2 燕麦生物碱的结构及其构效关系

2.1 燕麦生物碱的结构

已发现有40余种燕麦生物碱，燕麦生物碱是一系列由酰胺键连接邻氨基苯甲酸及其衍生物与肉桂酸及其衍生物的化学结构，其中含量较多的是燕麦生物碱A、B和C，分别占燕麦生物碱的35%、21%和 44%[9]，结构如表1所示[10].

表1 燕麦生物碱A、B和C的结构

2.2 燕麦生物碱的溶解性

燕麦生物碱的提取用丙酮萃取燕麦，所得到的淡黄色或黄绿色的粉末晶体产物熔点约200 ℃[11].燕麦生物碱可部分溶解在乙酸乙酯、水与低元醇混合液等极性溶剂中；在氯仿、苯等非极性溶剂中溶解较少；部分生物碱可在碱性条件下溶于冷水[11].

2.3 燕麦生物碱的稳定性

燕麦生物碱的稳定性受不同存储和加工条件影响.因酚类化合物的稳定性和活性主要受温度和pH的影响[12-13]：过高的温度可使酚类物质分解从而降低活性[13-14]；另有研究表明，pH的升高有利于增加燕麦生物碱B、C的活性，而燕麦生物碱A可能由于结构中缺少肉桂酸及其衍生物而无这一特性[13，15].

2.4 燕麦生物碱的构效关系

研究表明燕麦生物碱的抗氧化能力与结构之间的关联性较明确[13，16]，主要因素包含以下三点[13，16]：

1)生物碱的抗氧化活性可根据邻氨基苯甲酸上的取代基不同而改变：咖啡酸>芥子酸>阿魏酸>P-香豆素(3，4-二羟基)>4-羟基-3，5-二甲氧基>4-羟基-3-甲氧基>4-羟基肉桂酸；

2)生物碱结构中的超共轭效应也影响其抗氧化活性：苯环上的羟基是保持抗氧化作用所必需的结构，在任一苯环羟基的邻位有稳定基团可提高其抗氧化活性；

3)延长双键体系和提供功能基团(芳香环邻、对位上存在供电子基团)可增强其抗氧化能力.

3 燕麦生物碱的合成方法

3.1 燕麦生物碱的生物合成

应用苯丙氨酸其衍生物酪氨酸的生物合成途径是燕麦生物碱生物合成的最常见方法[17].合成过程中，有三种起关键作用的酶[17-18]：苯氨酸解氨酶(PAL)、辅酶A连接酶(4CL)和羟基-肉桂酰辅酶A(HHT).首先，PAL催化苯丙氨酸转化成β-苯丙烯酸，促进生成次生代谢物例如生物碱、花色素、黄酮等[19]；然后苯丙烷类代谢途径的限速酶4CL参与对香豆素生成对香豆辅酶A的过程，该产物是燕麦生物碱的前体物质；最后HHT参与催化缩合对氨基苯甲酸(PABA)和HHT酯合成生物碱[19].

3.2 燕麦生物碱的化学合成

以5-羟基氨茴酸与丙二酸环异丙酯反应合成2-(2-羧基乙酰氨基)-5-羟基苯甲酸，以2-氨基苯甲酸甲酯和丙二酸环异丙酯反应合成2-(2-羧基乙酰氨基)苯甲酸，所得产物分别与对羟基苯甲醛、4-羟基-3-甲氧基苯甲醛、3，4-二羟基苯甲醛等发生Knoevenagel缩合反应合成燕麦生物碱A、B、C[20].

4 燕麦生物碱的分离提取方法

结合燕麦生物碱的物理性质和反复实验验证来看，燕麦生物碱的提取方法有溶剂提取法、超临界CO2流体萃取法、层析法、索氏提取法和膜提取法等，本文主要介绍溶剂提取法、超临界CO2流体萃取法还有层析法.

4.1 溶剂提取法

由于燕麦生物碱化学性质和化学结构独特、在碱性条件下稳定，为了保持其活性稳定，适合采用选择性较高的溶剂提取法来进行分离提取[11].吴玉杰[21]等建立且优化了乙醇浸提法制备燕麦生物碱的方法：乙醇体积分数是80.88%，料液比(g/mL)1∶20，提取时间2.05 h，提取温度61.86 ℃.燕麦总生物碱粗提后的平均提取率达15.88%，经AB-8大孔纯化后得率为21.88%.目前，运用醇类溶剂提取植物的生物碱较为普遍[22]，缺点是此法费用高昂，且易燃易爆、效率低且不利于环保等问题.

4.2 超临界CO2流体萃取法

超临界CO2流体萃取法(SFE)是根据压力和温度对超临界流体溶解度的影响来提取物质的操作，其中CO2便宜且方便操作，不仅可以防止被提取物质被氧化、不造成溶剂污染，而且可以循环利用节约成本.该法可以有效提取生物碱，并且可以通过实验优化设计来确定最佳工艺参数，已应用于工业生产.马亦颜[23]采用超临界CO2流体萃取技术，进行考察条件为萃取压力、温度、时间的单因素试验，和中心点设计响应面试验，对麸皮中的燕麦生物碱的提取条件进行优化：萃取压力21.2 MPa，萃取温度0.4 ℃，萃取时间1.46 h，萃取量达655.8 μg/g.

4.3 层析法

层析法是根据混合物中各成分的化学性质以及溶解度不同，使各组分分别在固定相和流动相中分布的提取方法.其中，大孔树脂通过类似活性炭分子筛选的物理筛选，吸取混合物中的有机成分，达到分离纯化的目的.任贵兴等[24]对麸皮中燕麦生物碱的提取条件进行优化：最佳提取参数为温度60 ℃，提取时间2 h，溶剂为乙醇/水/冰醋酸(80/19.9/0.1)，料液比1∶8，此条件下得率为5.29%，经树脂纯化后粗提物中生物碱纯度达19.2%.应用大孔吸附树脂提取生物碱时，不仅价格低廉、操作方便、树脂可反复再生利用，而且产物稳定性.

5 燕麦生物碱的药理活性

5.1 抗氧化活性

燕麦生物碱可通过减少体内氧化应激反应预防癌症和肥胖、心血管疾病等慢性病.燕麦生物碱可以提高超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽过氧化物分解酶(GSH-Px)的活性[25-27]，减少脂质氧化终产物丙二醛(MDA)含量，降低血总胆固醇(TCHO)和低密度胆固醇(LDL)水平[11，28]，增加脂蛋白酶的表达[11，26]，由氧化应激系统(ROS)造成的细胞损伤也可以被有效治疗.燕麦中的生物碱提取物(ARE)对过氧化叔丁基(t-BHP)刺激作用能显著降低HepG2细胞内ROS水平.且燕麦生物碱通过抑制Keap1的表达，诱导Nrf2转位至细胞核，从而导致了上调了小鼠的γ-GCS和NQO1燕麦生物碱可以通过清除自由基来避免t-BHP损伤细胞，并诱导Nrf2通路激活[29].

5.2 抗炎活性

燕麦生物碱通过与细胞因子的相互作用和信号通路介导炎症细胞反应.研究表明，燕麦生物碱可通过下调抑制蛋白激酶(IKK)和抑制蛋白(IκB)的表达[30]，防止IκB磷酸化进而降低内皮细胞炎症反应.燕麦生物碱也可下调血管内皮细胞黏附因子-1(ICAM-1)、血管细胞黏附因子-1(VCAM-1)和E-selection的表达，从而抑制单核细胞黏附因子作用，显著抑制白介素(IL)-1β刺激人主动脉内皮细胞(HAEC)前炎性细胞活素的分泌：IL-6、IL-8和MCP-1[31]，NF-κB的激活被证实是与这些前炎性细胞活素的表达有关[32-33].最近研究表明，一种合成的燕麦生物碱的类似物(DHAv)，可以通过抑制核基因NF-κB的表达，进而保护胰腺β细胞受到损伤[34].

5.3 抗增殖作用

燕麦生物碱的结构与曲尼司特(Tranilast)相似[35]，其预防动脉粥样硬化的机制是通过调节细胞周期来调节蛋白p53、p21cipl、p7kipl、D1和pRb表达，进而抑制使细胞周期阻滞在G1/S期，从而防止血管平滑肌细胞增殖[36-37].有研究发现ARE以及合成的ARE，均可以有效抑制结肠肿瘤、前列腺肿瘤和乳腺肿瘤细胞的增殖，其中对结肠中立于细胞的抑制作用最明显[38].

燕麦生物碱在氮氧甲烷/硫酸葡聚糖钠(AOM/DSS)小鼠结肠癌模型中显著减弱了肿瘤的形成，其中燕麦生物碱A治疗触发了人结肠肿瘤细胞的细胞衰老机制，表现为细胞体积变大、上调半乳糖苷酶活性、h-H2AX阳性染色和G1期阻滞，燕麦生物碱A处理显著增加了miR-129-3p的表达，显著抑制了E3泛素连接酶Pirh2和其他两个靶点IGF2BP3和CDK6.miR-129-3p沉默Pirh2导致p53及其下游靶点p21蛋白水平显著升高，进而导致细胞衰老[39].

进一步研究表明，燕麦生物碱治疗可显著降低人结直肠肿瘤(CRC)组织中高度表达的致癌RNA解旋酶DDX3的表达.DDX3过表达逆转了ROS介导的AVNs诱导的CRC凋亡.燕麦生物碱A通过直接结合DDX3中的Arg287和Arg294残基，阻断了DDX3的ATP酶活性并诱导其降解[40].

5.4 血管舒张作用

燕麦生物碱通过一氧化氮(NO)来舒张血管，其机制是：燕麦生物碱可增加血管内皮细胞与血管平滑肌细胞NO合成酶的表达水平，释放出大量的NO，从而舒张血管，促进血液循环[41].

5.5 抗过敏作用

临床上，燕麦一直被用于治疗晒伤、湿疹等皮肤疾病，ARE也经证实有抗组胺和抗过敏活性[1，42].燕麦生物碱有抗过敏活性是通过抑制组胺信号转导来实现的.研究表明，低浓度的燕麦生物碱(10-6mg/mL)可抑制角质形成细胞中NK-κB的活化，减少炎性细胞因子IL-8的释放[11，43].燕麦生物碱C(1-100 nm)抑制免疫球蛋白(Ig)刺激的肥大细胞脱颗粒，抑制磷酸化的磷酸肌醇3激酶和磷脂酶C，并降低细胞内钙水平[44].

5.6 抗糖尿病作用

胰岛细胞或者RINm5F胰岛瘤细胞经过二氢燕麦生物碱D处理过后NO水平下降，诱导型NO合酶表达下降，有效保护胰岛β-细胞[45]，有希望治疗Ⅰ型糖尿病.

5.7 诱导细胞凋亡

有研究发现，体外实验证明燕麦生物碱可以通过调控转录因子Nrf2诱导破骨细胞凋亡[46].此外，研究表明燕麦生物碱C可诱导MDA-MB-231乳腺癌细胞的凋亡[11，47]，因此有望充当化疗药物，但仍需进一步实验验证.

6 展望

截至目前，已发现燕麦中有40余种生物碱，已探明的燕麦生物碱主要有抗氧化、降糖、抗细胞增殖、抗过敏、抗炎等药理活性，但燕麦生物碱对于抗肿瘤和治疗糖尿病等活性的具体机制仍不明朗，可以结合疾病的靶点和通路，深入研究为疾病提供更多治疗方案.此外，燕麦生物碱的多种结构也可进行单体的分离纯化和工艺优化，为发现更多药理活性奠定基础.