天然呋喃香豆素类成分药理活性、药动学及毒性研究进展

王 凯，刘 翔，徐浩然，邱 峰

（天津中医药大学中药学院，天津 301617）

关键字：呋喃香豆素；药理作用；药动学；机制性失活；毒性

呋喃香豆素是由香豆素母核（苯骈-α-吡喃酮，图1A）的7位羟基与6位或8位取代的异戊烯基缩合形成呋喃环的一类化合物及其衍生物的总称（图1B）[1]。天然来源呋喃香豆素类成分广泛分布于水果、蔬菜和调料中，如芸香科柑橘类水果（葡萄柚和柠檬）、伞形科蔬菜（欧芹）和烹饪佐料（香菜）[2]。同时，这类成分还广泛分布于各种中药材中，如伞形科植物白芷[3]、北沙参[4]、当归[5]、独活[6]、羌活[7]和蛇床子[8]；豆科密花豆属植物密花豆藤；瑞香科植物瑞香狼毒[9]；以及苋科、茄科、菊科和海棠科等药用植物[10-11]。此外，在元胡止痛方[12]和复方南星止痛膏[13]等多种传统中药复方制剂中也富含此类成分。除分布广泛外，天然呋喃香豆素类还结构多样，如补骨脂素、白当归脑、花椒毒酚、佛手酚、花椒毒素和氧化前胡素等（图2）均属于中药中常见的典型呋喃香豆素类成分。

图1 香豆素母核结构（A）和呋喃香豆素母核结构（B）.

图2 中药材中部分常见呋喃香豆素类成分的化学结构.

天然呋喃香豆素类广泛应用于医药、化妆品以及食品调味剂等各种领域。张静等[14]报道，含有补骨脂素、异补骨脂素的化妆品能够促进黑色素合成，临床上用于治疗白癜风。王倩倩[15]报道，花椒毒酚、花椒毒素和香柠檬烯等是天然食品调味剂。在医药领域，呋喃香豆素类成分被报道具有抗肿瘤、舒张血管和镇痛等多种药理作用。然而，大量呋喃香豆素类成分被报道对肝中药物代谢酶，即细胞色素P450（cytochrome P450，CYP）酶有抑制作用，在合并其他药物使用时易导致药物-药物之间相互作用（drug-drug interaction，DDI），从而引发一些不良反应，且有些呋喃香豆素被证实对机体具有一定的毒副作用。本文主要聚焦于呋喃香豆素摄入体内后可能发挥的药理活性，药动学行为规律以及可能引发的毒性作用。

1 天然呋喃香豆素类成分的药理活性

天然呋喃香豆素类成分具有多种药理活性，包括抗肿瘤、光化学作用、血管舒张、镇痛、抗氧化、神经保护和其他生物活性。

1.1 抗肿瘤作用

一些中药中的呋喃香豆素类成分具有抗肿瘤活性，可抑制肝癌、胃癌、乳腺癌和肺腺瘤细胞增殖。Kubrak等[16]研究发现，花椒毒酚、独活素和佛手柑内酯等呋喃香豆素可诱导白血病细胞凋亡，对人急性早幼粒细胞白血病细胞系HL-60的半数抑制 浓 度（half maximal inhibitory concentration，IC50）值分别为28.0，45.0和16.5 μmol·L-1。莫姗姗等[17]报道，补骨脂素具有抗癌作用，对胃癌细胞SNU-1和SNU-16的IC50值分别为53.0和203.0 μg·L-1。欧前胡素对肝癌细胞HepG2的抑制作用较明显，IC50值约 60.5 μmol·L-1[18]。蛇床子素对表皮样癌细胞A431、黑色素瘤细胞A375、人肺腺瘤细胞A549、前列腺癌细胞PC-3和结肠癌细胞HCT-116表现出较强的细胞毒性，相应的IC50值分别为3.2，6.2，14.5，24.8 和 30.2 μmol·L-1[19]。Yapasert等[20]研究发现，一种来源于泰国的植物药制剂Benja Amarit（BJA）的95%的乙醇提取物对结肠癌细胞（IC50＜30.0 mg·L-1）和肝癌细胞（IC50=9.1 mg·L-1）有显著的抑制作用，具有抗肿瘤活性，花椒毒酚为该提取物的主要抗癌活性成分之一。Liu等[21]从永嘉早香柚中提取出佛手柑素，并发现其可显著抑制HepG2（IC50=17.5 mg·L-1），HL-60（IC50=8.6 mg·L-1）和BGC-823（IC50=18.1 mg·L-1）癌细胞的增殖，且随浓度的增加，抑制作用逐渐增强。Sumorek-Wiadro等[22]报道，当归素对人前列腺癌细胞系和白血病细胞系的G1细胞周期有抑制作用（在5～100 μmol·L-1间具有浓度依赖性），当归素（10～50 μmol·L-1）还会干扰肺癌细胞向M期转化。其作用机制与抑制了周期蛋白依赖性激酶2（cyclindependent kinase 2，Cdk2）协同蛋白，如周期蛋白B1和周期蛋白E1有关。Mottaghipisheh等[23]通过细胞实验证明氧化前胡素、欧前胡素和独活素等具有良好的抗肿瘤活性，对淋巴瘤细胞的IC50值分别为26.0，36.1和32.7 μmol·L-1。

1.2 光化学作用

许多植物中的呋喃香豆素是原生态光敏剂，可提高机体对长波紫外线的敏感程度。在银屑病和许多肌肤疾病的治疗中，通常使用含呋喃香豆素的药物制剂并配合长波紫外线的诊疗方法[24]。梅家齐等[25]报道，呋喃香豆素在治疗银屑病方面取得了显著成效，其中补骨脂素光化学疗法的作用机制是通过增强黑色素细胞的功能，从而促进黑色素的形成。

1.3 血管舒张作用

中药补骨脂中的主要呋喃香豆素类成分补骨脂素、异补骨脂素及补骨脂呋喃香豆精在大鼠体内有血管舒张作用，该作用依赖于内皮一氧化氮/环磷酸鸟苷信号通路。其中，补骨脂素和异补骨脂素可通过抑制经典型瞬时受体电势通道3从而减轻苯丙氨酸引起的血管收缩作用[26]。补骨脂呋喃香豆精的主动脉松弛作用可能与L型钙离子通道有关[27]。Nasser等[28]报道，中药白芷或当归中的欧前胡素可通过内皮型一氧化氮合酶通路抑制心肌重塑，从而减少心肌肥厚，减轻心肌纤维化，改善肺水肿。Hou等[29]研究发现，欧前胡素还可通过抑制电压依赖性钙通道和受体介导的Ca2+内流和释放来诱导血管舒张。

1.4 镇痛作用

王梦月等[30]研究发现，欧前胡素和异欧前胡素可显著缓解许多原因产生的疼痛，如热板和乙酸导致的疼痛。Chen等[31]研究结果表明，欧前胡素可介导Ca2+流入瞬时受体电位香草酸亚型1-人胚胎肾（transientreceptorpotentialvanilloidtype 1-human embryonic kidney，TRPV1-HEK）细胞，导致细胞内Ca2+超负荷，使辣椒素受体脱敏，并延长该受体脱敏后再恢复的时间，这可能是其产生镇痛作用的原因。

1.5 抗氧化作用

Shu等[32]报道，白芷提取物中的呋喃香豆素类成分具有一定的清除1，1-二苯基-2-三硝基苯肼（1，1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）自由基的活性，其中花椒毒素的抑制作用最强，1 mmol·L-1对DPPH自由基活性的抑制率为66.0%。花椒毒素还可通过增加血液中超氧化物歧化酶、谷胱甘肽硫转移酶和谷胱甘肽过氧化物酶等酶的活性，同时降低过氧化氢酶的活性发挥抗氧化作用[33]。

1.6 抗炎作用

白芷中的异欧前胡素可直接抑制环氧化酶-2（cyclooxygenase-2，COX-2）的活性（IC50=10.7 μmol·L-1）从而发挥抗炎作用[34]。Jeong 等[35]研究发现，二氢山芹醇可显著抑制肿瘤坏死因子α和COX-2的表达，改善肥大细胞介导的过敏性炎症反应。中药延胡索中的libanoridin可抑制一些细胞炎症因子的蛋白表达，被认为是具有开发价值的抗炎候选药[36]。

1.7 对神经系统的作用

呋喃香豆素类成分具有镇静、抗焦虑、抗癫痫和保护中枢神经的作用。体外研究结果表明，欧前胡素可能通过与α1β2γ2S受体结合加强γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid，GABA)诱导的氯离子电流，增强GABA受体的活性，GABA受体的激活主要起镇静、抗焦虑和抗癫痫作用[37]。欧前胡素在小鼠体内可通过减少脂质过氧化和抑制活性氧簇的过量产生而发挥抗焦虑和增强认知功能等作用。欧前胡素和异欧前胡素联用降低焦虑的潜力更大[38]。另外，蛇床子素也被报道具有神经保护作用[39]。

1.8 其他作用

补骨脂中的异补骨脂素对小鼠成骨细胞增殖有显著的促进作用，从而可以促进成骨细胞的增殖与分化[40]。芸香中某些补骨脂素的衍生物可抑制真菌感染[41]等。

2 天然呋喃香豆素的药动学

2.1 吸收、分布、代谢和排泄

与香豆素类成分类似，天然呋喃香豆素类在胃肠道吸收效果良好，吸收方式主要以被动转运为主，口服吸收率较高[42]。Hwang等[43]发现，大鼠ig给予白芷后，在结肠炎模型大鼠中，欧前胡素和异欧前胡素血药浓度的达峰时间明显延迟，且最大血药浓度均降低，说明该类成分的吸收行为可能会受结肠炎病理变化的影响。

呋喃香豆素类成分被人体吸收后，会快速分布于体内各脏器中，尤其在心、肝、脾、肺和肾等主要脏器中含量较高。据报道，不同呋喃香豆素类成分人体内的分布情况与其化学结构直接相关，如补骨脂素在各脏器中的含量由高到低顺序为肝＞肺＞心＞肾＞脾，而异补骨脂素的含量由高到低顺序为肾＞肺＞肝＞心＞脾[44]。

约70%药物在肝降解、灭活和转化[45]，呋喃香豆素也不例外，肝是其代谢的主要场所。目前，体外代谢研究多通过将呋喃香豆素与人、大鼠或小鼠的肝微粒体共孵育后，利用液质联用技术鉴定代谢产物。据报道，呋喃进入CYP酶的活性中心后，在其催化作用下形成亲电反应性中间体，顺式-2-丁烯-1，4-二醛或环氧结构[46-47]，这一过程称为代谢活化。同样，含呋喃环结构的天然呋喃香豆素类成分在CYP酶作用下，也可发生类似的代谢活化反应。研究表明，呋喃香豆素代谢活化后，往往产生不稳定的亲电性代谢活化中间体，可利用亲核试剂谷胱甘肽（glutathione，GSH）与其发生共价结合而捕获[2,48]。以欧前胡素为例，具体代谢及捕获途径（图3）。此外，研究显示，CYP1A2酶不仅能够代谢异欧前胡素，还可代谢欧前胡素，但CYP3A4酶仅能有效地代谢前者[49]，说明肝微粒体中不同的代谢酶会参与不同呋喃香豆素的代谢。Shi等[49]利用大鼠肝微粒体孵育白芷提取液后，用液质联用技术鉴定出了白芷中欧前胡素和异欧前胡素的几种代谢产物，如反式欧前胡素羟基酯、顺式欧前胡素羟基酯以及欧前胡素环氧化物等。

图3 天然呋喃香豆素欧前胡素的代谢活化和生成谷胱甘肽（GSH）结合物的反应过程.

呋喃香豆素主要通过胆汁或尿液排泄，一半以上的补骨脂素和异补骨脂素会随尿液排出体外，粪便中的含量只有4.24%和2.32%[50]。

2.2 对CYP酶的抑制作用

随着药物代谢研究新技术和医药行业的迅速发展，基于药物代谢酶的药物间相互作用受到了广泛关注。其中，呋喃香豆素对CYP450酶的抑制作用研究是该领域的热点之一。CYP酶是一类以亚铁血红素为主要催化因子的硫醇盐蛋白超家族[51]，在人体内各个器官中的分布比较广泛，尤其在肝的含量最高。CYP酶有多种不同亚型，可参与多种物质的代谢过程，但其一旦与外源性物质相结合，就会影响甚至降低其代谢能力，在与其他药物联合用药过程中，还可能会引发DDI。据报道，很多呋喃类化合物代谢活化后可生成亲电反应性代谢中间体，在其未从CYP酶活性中心逸出前可与酶活性中心的亲核基团发生共价结合，生成稳定的共价结合物，导致酶活性被不可逆破坏甚至丧失，即发生机制性失活（mechanism-based inactivation）。研究表明，多种呋喃香豆素类成分是不同CYP酶亚型的机制性失活剂。

某些含有大量呋喃香豆素类成分的果汁，如葡萄柚汁、杨桃汁和柑橘类水果汁，对CYP酶活性有抑制作用。患者服用某些药物治疗的同时，如长期摄取这些果汁或水果，就可能引发DDI。如钙通道阻滞剂、免疫抑制剂和抗组胺药等与葡萄柚汁合用时，药物的生物利用度会大大增加[52]。据报道，葡萄柚汁中的呋喃香豆素类成分6′,7′-二羟基佛手素对大鼠和人CYP1A2均具有抑制作用[53]；佛手柑素是CYP3A4，CYP2B6和CYP3A5的机制性失活剂[54-55]；paradisin A和paradisin B等均可导致CYP3A4机制性失活[56]。张江伟等[57]研究表明，5%杨桃汁会对人体内的7种CYP酶产生抑制作用，其作用强度的顺序依次为：CYP2A6＞CYP1A2＞CYP2D6＞CYP2E1＞CYP2C8＞YP2C9＞CYP3A4，该抑制作用与其中的呋喃香豆素类成分直接相关。有学者通过采用大鼠肝微粒体研究发现，有些柑橘类果汁可降低CYP3A酶活性，作用程度从强到弱依次为：柚＞琯溪蜜柚＞金柚＞胡柚＞甜橙[58]，与呋喃香豆素类成分在这些果汁内的丰度顺序大致吻合。

同样，中药材中的呋喃香豆素也可抑制CYP酶活性，如常用中药补骨脂中的补骨脂素和异补骨脂素等是CYP2B6酶的机制性失活剂[59-60]，能降低CYP2B6酶活性，减弱该酶对药物的代谢能力，可能引发DDI，甚至产生毒副作用。陈琳等[61]也评价了白芷中呋喃香豆素类成分对CYP酶的作用，发现异欧前胡素、水合氧化前胡素和佛手柑内酯是CYP1A2的机制性失活剂，Ki值分别为2.08，1.96和6.71 μmol·L-1，Kinact分别为0.07，0.04和0.07 min-1。8-甲氧基补骨脂素（8-methoxypsoralen，8-MOP）和补骨脂素是大鼠CYP2B1的机制性失活剂[59]，5-MOP是大鼠CYP2B1[62]和CYP3A4[63]的机制性失活剂。传统中药羌活中的主要活性成分羌活醇是CYP2D6的机制性失活剂[64]。这些呋喃香豆素造成CYP酶失活的主要原因可能是形成了典型的亲电反应性代谢产物环氧化中间体或γ-酮烯醛中间体[64]（图3）。这类亲电性中间体很不稳定，一旦生成便快速与CYP酶的亲核基团，如含-NH2和-SH的氨基酸残基或亚铁血红素基团等发生化学反应，被共价修饰的酶便失去催化活性[65]。

3 天然呋喃香豆素类成分的毒性作用

呋喃香豆素类成分能发生代谢活化，产生的亲电反应性中间体不但可与CYP酶发生共价结合，还可能共价修饰其他重要生物大分子（DNA或蛋白），引发一些毒副作用，报道较多的2种毒性分别是肝毒性和光毒性。Deng等［38］报道欧前胡素（40 mg·kg-1）不仅会在小鼠体内产生明显的肝毒性，还会产生肾损伤，主要是由于上调了肾中的一些有机离子转运体的表达，如有机阳离子转运体和有机阴离子转运体等。Zhang等［66］将大鼠连续ig给予异补骨脂素（14 mg·kg-1）3个月，发现其肝、胰腺和生殖系统出现明显病变。相应的代谢组学研究结果显示，异补骨脂素给药组大鼠体内的氨基酸代谢途径发生明显改变，包括苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的生物合成，及甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸的代谢，另外雌性大鼠主要被影响的通路为脂肪酸代谢，而雄性大鼠主要被影响的通路为脂质代谢和能量代谢。王宇等［67］将大鼠ig给予补骨脂素（80 mg·kg-1）和异补骨脂素（40 mg·kg-1）可诱导其肝等多器官，包括肾上腺、前列腺及精囊腺的毒性反应。补骨脂素和异补骨脂素的主要毒性机制为胆汁酸失衡、肝脂变、氧化应激、胆红素代谢酶活性抑制和肝再生抑制等，但最主要的毒性机制为胆汁的排泄受阻从而导致肝损伤[68-69]。此外，某些呋喃香豆素类化合物，如5-MOP和8-MOP具有光毒性［70］，因此在治疗皮肤病时也会发生许多副作用，如红斑、水肿、皮肤老化等。呋喃香豆素类成分产生光毒性的机制可能是由于在长波紫外线的辐射下，角型呋喃香豆素如当归素或线性呋喃香豆素，如补骨脂素和8-MOP会与DNA形成共价的光加和物［71］。Goto等［72］分别用大肠杆菌表达野生型CYP2A13酶及其突变体研究其对5-MOP代谢的影响，发现野生型CYP2A13酶会把5-MOP转化为5-MOP-二氢二醇。这种二氢二醇代谢产物会与蛋白质或DNA结合并产生毒性。综上所述，关于呋喃香豆素类全面系统的毒性作用及机制尚不十分明确，需进一步研究。

4 结语

天然呋喃香豆素类成分广泛分布于各种中药产品、饮品以及烹饪食物中，尤其在伞形科和芸香科等药用植物中最为常见。该类成分由于分子量较小、生物活性显著，深受国内外科研工作者的重视。今后在继续深入研究其药效的同时，应注意其被人体吸收之后在CYP酶作用下发生代谢活化，不仅可能产生一些器官毒性，还可能减弱CYP酶催化功能，从而产生DDI。总之，应进一步系统和综合地研究评价含此类成分的中药的药理作用以及临床应用时的安全性，以推动新药的研制和开发。