秦皮素的生物活性及药物作用机制研究进展

李澎瀛,李 京，何金环，武文一

(河南牧业经济学院 食品与生物工程学院，河南 郑州 450046)

秦皮素又名秦皮亭、白蜡素、白蜡树内酯，是传统中药秦皮的主要成分之一，主要来源于大叶白蜡树(Fraxinusrhynchophylla)、小叶白蜡树(Fraxinusbungeana)的树皮和叶等。自我国学者梅斌夫等[1]1962年从辽宁产秦皮中分离获得两种具有抑菌作用的活性物质后，秦皮素已被基础研究及临床实验证实可发挥抗癌、抗炎、抗菌、防治骨质疏松及神经保护等多种功效，具有重要的研究价值和潜在的应用前景。

1 秦皮素的理化性质

秦皮素的化学名为7，8-二羟基-6-甲氧基香豆素，是一种以苯骈-α-吡喃酮为母核的天然简单香豆素类化合物，分子式为C10H8O5，相对分子质量为208.16 kDa，其分子结构式如图1所示。在自然状态下，秦皮素呈结晶片状，150 ℃时变为黄色，接近熔点228 ℃时变为棕色，微溶于沸水，易溶于乙醇及盐酸水溶液，难溶于乙醚。

2 秦皮素的生物活性

2.1 抗癌活性

传统中药在恶性肿瘤防治中有巨大的应用价值。在体外研究中，秦皮素已被证实可有效抑制乳腺癌、非小细胞肺癌、结肠癌、子宫内膜癌、胰腺导管腺癌、脑胶质瘤及肝癌等相关细胞株增殖并诱导其凋亡[2-9]，还可增强癌细胞对索拉菲尼及吉西他滨等抗癌药物的敏感性[5,8]。其中，秦皮素对胰腺导管腺癌及脑胶质瘤增殖的抑制作用已在裸鼠移植瘤实验中证实[7,8]。此外，秦皮素还可通过抑制血管生成，阻断肿瘤养分供应，实现对实体肿瘤生长增殖的抑制作用[8,10]。

2.2 抗炎活性

目前研究发现秦皮素可缓解骨关节炎性及骨质疏松[11-13]，可能在胃炎及胃溃疡[14]等炎症疾病中发挥作用。此外，针对秦皮素水溶性差、体外释放及生物利用度低等问题，相关学者构建了一种秦皮素长循环脂质体，并证实其可有效抑制大鼠血清和结肠炎症因子水平，修复炎性结肠组织形态[15]。

2.3 抗菌活性

秦皮在中医上主要用于热痢、泄泻等疾病，是我国常用治痢复方白头翁汤组成成分之一，秦皮素已被临床证实对数种痢疾杆菌[16]、大肠杆菌(Escherichiacoli)[17]、金黄色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)[18]、霍乱弧菌(Vibriocholerae)[19]等多种病原菌具有明显地抑制作用。刘伟等[20]发现秦皮素还可抑制真菌，对克柔念珠菌(Vibriocholerae)、光滑念珠菌(Candidaglabrata)和新生隐球菌(Cryptococcusneoformans)的最低抑菌浓度分别为32 μg/ml、8 μg/mL和8 μg/mL，并可对抗真菌药物——氟康唑起到增效作用。此外，秦皮素还可治疗感染无乳链球菌(Streptococcusagalactiae)的水产动物罗非鱼[21]，对嗜水气单胞菌(Aeromonashydrophila)也有一定抑制作用[22]，可作为药物制剂和饲料添加剂用于水产动物病原侵染的预防和治疗。

2.4 其它生物活性

一些体外研究发现秦皮素可有效降低鱼藤酮诱导的神经母细胞凋亡，提示其对中枢神经系统可能存在一定的保护作用[23-26]。陈美华等[27]通过动物实验，更进一步证实秦皮素可保护缺血再灌注损伤小鼠脑组织。施用秦皮素的糖尿病大鼠血糖水平显著降低，血浆胰岛素水平升高，糖代谢关键酶活性恢复至正常水平[28]，提示秦皮素具有治疗糖尿病的潜在功效。

3 秦皮素的作用机制

3.1 抗氧化机制

生物体内活性氧的大量产生会使机体处于氧化应激状态，过量的氧自由基会对细胞和组织造成严重损伤。目前认为，衰老、炎症、癌变及其它很多疾病均与活性氧的过量产生及机体氧化还原稳态失衡密切相关。秦皮素的结构特征决定了它是一种天然的酚类抗氧化剂。研究证实，秦皮素可显著提升小鼠脑中超氧化物歧化酶、谷胱甘肽(GSH)过氧化物酶及肝脏谷胱甘肽还原酶的活性[29]，还可抑制结肠炎大鼠体内炎性组织的脂质过氧化[30]，在体内外实验中均可增加GSH储备[29,31]，表现出良好的抗氧化功能。在鱼藤酮诱导的神经母细胞氧化应激及凋亡的模型中，秦皮素表现出与N-乙酰半胱氨酸几乎等效的抗氧化能力，并通过诱导内源性GSH产生，保护神经细胞免受氧化应激所造成的过度损伤[23-26]。然而，Thuong等[32]发现秦皮素对抗氧化作用具有双面性，低浓度时可减缓低密度脂蛋白(low-density lipoprotein，LDL)的氧化，高浓度时则会促进血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cells，VSMCs)中Nrf2信号的活化及氧化应激标志物血红素加氧酶-1(heme oxygenase-1，HO-1)的表达，激活系统性氧化应激损伤保护反应。Kundu等[33]的研究也证实了50 μM以上的秦皮素可显著诱导人永生化表皮角质细胞HaCaT中活性氧(Reactive oxygen species , ROS)的产生及HO-1表达。

3.2 诱导癌细胞凋亡机制

FAS/FASL信号通路在细胞凋亡中起重要作用[34]。研究表明，秦皮素可显著抑制人乳腺癌细胞MCF-7的增殖，并可诱导其细胞皱缩及染色质凝聚，诱导Fas和FasL基因表达水平上调，促使癌基因BCL2的减少及凋亡促进基因的BAX积累[2]，提示秦皮素激活了线粒体凋亡信号，诱导癌细胞凋亡。

在癌细胞中，PI3K/Akt信号通路被过度活化。霍洪楠[35]的研究中，秦皮素处理的MCF-7细胞中雌激素受体α、周期蛋白D1、Bcl-2表达下降，PI3K/Akt信号通路及其下游信号分子MAPK/ERK1/2也受到了抑制。Song等[5]近期在体外研究中发现，秦皮素可致人肝癌细胞及Hep3B线粒体功能失常，使其膜电位降低、钙稳态失调并产生大量ROS，同时通过JNK调控PI3K，减少增殖性细胞的抗原表达，阻滞细胞周期，诱导细胞凋亡。

JAK/STAT通路的持续激活与多种肿瘤发生及耐药性密切相关。在四氯化碳诱导的大鼠肝纤维化模型中，秦皮素处理可能通过抑制JAK1/STAT3信号通路阻止肝星状细胞的激活与增殖，防治慢性肝炎导致的肝纤维化[36]。在非小细胞肺癌中，秦皮素可通过STAT3诱导细胞周期阻滞，表现出抑制细胞生长效应[6]。Qu等[7]提出秦皮素可通过线粒体依赖途径诱导胶质瘤细胞凋亡，还通过抑制JAK2/STAT3通路活化，阻止胶质瘤细胞的浸润和转移，并在裸鼠移植瘤实验中验证了秦皮素对胶质瘤生长的抑制作用。Ren等[3]发现，秦皮素通过直接靶向JAK2的Y1007、Y1008残基，阻止其自磷酸化或转磷酸化，导致下游STAT3的核转位不能进行，进而抑制结肠癌细胞的增殖。在Guo等[8]对胰腺导管腺癌增殖、浸润和转移的研究发现秦皮素与STAT3分子结构域Src Homoligy 2的强烈互作，抑制其同源二聚体形成，阻止下游信号的活化。

糖代谢异常是肿瘤细胞增殖失控的重要因素之一。Xu等[4]研究表明秦皮素抑制人子宫内膜癌细胞RL95-2增殖并促进凋亡的同时，还使线粒体膜电位降低、葡萄糖消耗和乳酸产量增加。Guo等[8]发现胰腺导管腺癌细胞中葡萄糖转运蛋白1表达可被秦皮素抑制，从而改变细胞糖代谢状态。Xia等[37]通过研究秦皮素在体内代谢的过程，发现其在人类肝脏中可被二磷酸尿苷葡萄糖基转移酶转化为两种葡糖苷酸。这些结果都提示了秦皮素通过代谢途径促进癌细胞凋亡。

此外，许多肿瘤中存在异常表达的miR-21-3p，这种小RNA可调节肿瘤细胞增殖、迁移、凋亡和分化等过程。最新研究发现，秦皮素或可通过降低miR-21-3p抑制胶质瘤细胞系的增殖并诱导其凋亡[9]，为秦皮素抗增殖、促凋亡的分子机制提供了新线索。

3.3 抗血管增生机制

研究发现，秦皮素可在体外减缓LDL氧化，并可诱导VSMCs细胞Nrf2信号活化，发挥抗动脉粥样硬化及血管生成的作用[32]。新生血管的形成是肿瘤快速生长和转移的必要条件，如何阻断肿瘤血管形成及养分供应是肿瘤防治的研究热点之一。花慧等[10]通过采用内皮细胞高通量筛选模型和鸡胚尿囊膜(Chorio allantioc membrane，CAM)实验筛选技术，发现秦皮素对内皮细胞株Eahy926的生长抑制率可达89%，且显著抑制CAM血管的形成，具备抗肿瘤血管生成的药物功效。进一步研究发现，秦皮素可能通过降低缺氧诱导因子-1α和血管内皮生长因子A表达，阻止了肿瘤内部缺氧诱导的血管生成[8]。

3.4 抗炎及抗骨质疏松机制

在脂多糖诱导的大鼠肾上腺髓质嗜铬细胞瘤细胞PC12损伤模型中，秦皮素可显著降低NF-κB及COX-2等炎性因子表达，被认为可能通过NF-κB/COX-2通路降低炎症反应[38]。秦皮素对关节炎症及骨质疏松的缓解主要体现在控制炎性因子的释放、减少骨细胞凋亡及增强成骨细胞分化。Kuo等[11,12]研究发现，秦皮素可通过人类骨细胞样细胞MG-63的骨形态发生蛋白诱导不同阶段的骨细胞分化，并通过抑制肿瘤坏死因子-α和白细胞介素-1β(Interleukin-1β，IL-1β)降低FASL活化，减少骨细胞凋亡。秦皮素通过调节TLR4/MyD88/NF-κB通路抑制IL-1β诱导的软骨细胞凋亡及炎性因子的释放，还可抑制细胞外基质中胶原蛋白II的降解，保护关节软骨免受破坏[13]。此外，秦皮素能抑制破骨细胞特异性基因及MAPK蛋白P38的表达，抑制破骨细胞分化，是防治关节置换假体周围骨溶解的潜在药物[39]。

3.5 抗菌机制

抗菌药物的一般机制包括破坏细胞壁和细胞膜的完整性，或者抑制病原菌蛋白质和核酸的合成[40]。Wang等[18]研究发现，秦皮素并不会导致金黄色葡萄球菌细胞壁或细胞膜的瓦解，其作用靶点在细胞内，可能会插入DNA导致拓扑异构酶活性丧失，阻止细菌细胞的分裂。粘附和侵袭是细菌入侵宿主的第一步，董婧等[21]认为，秦皮素可通过抑制分选酶A，降低无乳链球菌对人纤维蛋白原和纤连蛋白的粘附。

4 总结与展望

结合目前已有的研究，秦皮素可能通过抗氧化作用、促凋亡作用、降低炎症反应、阻止细菌分裂及侵染等多种机制，在肿瘤、炎症、病原侵染、神经损伤等多种病症中发挥防治功效，是一种值得深入研究与开发的天然活性物质。然而，这些研究大部分仍处于体外实验阶段，或在动物模型中有个别报道，对于秦皮素的临床疗效及在生产实践中的实际应用，仍亟需进一步探究。