血水草中苯并菲啶类生物碱研究进展

张郑洁， 杜 琪， 王 茜， 周小江,2*

(1.湖南中医药大学，湖南 长沙 410208；2.湖南省中药饮片标准化及功能工程技术研究中心，湖南 长沙 410208)

血水草为罂粟科植物血水草EomeconchionanthaHance的全草，味苦、性寒，有小毒，具有清热解毒的功效，是我国特有的单属种植物，广泛分布于我国南方，资源丰富[1]。血水草被各少数民族大量使用，是我国有名的民族药，在侗族，血水草捣烂漱口可治疗口腔溃烂，捣烂外敷可治疗疮疡肿毒，水煎服可治疗喉咙肿痛[2-3]；在苗族，除了清热解毒，血水草还能活血止痛、止血，可用于跌打损伤、内伤出血[4]；在土家族，血水草则多了散瘀消肿之效，可用于产后腹痛[5]。同时，血水草也是民间常用药，例如在湖南民间有杀虫之效，主要针对于血吸虫[6-7]。血水草含有生物碱、三萜、内酯等成分[3]，其中以生物碱为主，龙丽娜[8]以白屈菜红碱和血根碱为指标，测得血水草总生物碱含量为3.27%。现代药理研究表明，血水草中生物碱成分能抑制酶活性、阻滞心肌细胞通道、抑制人白细胞、影响细胞有丝分裂，此外还具有抗炎、抗菌、抗病毒、抗肿瘤等生物活性[8-9]。本文对近五年来血水草中苯并菲啶类生物碱成分、药理作用进行综述，并对近十年来生源合成、化学合成以及衍生物合成进行归纳，以期为血水草的进一步研究奠定基础。

1 化学成分

血水草中的化学成分多为生物碱[3]，且主要为苯并菲啶类生物碱，目前，已经分离得到18种该类生物碱。此外，利用超高液相色谱-质谱联用技术，鉴定出73种苯并菲啶类生物碱，其母核结构见图1。血水草中苯并菲啶类生物碱可分为苯并菲啶生物碱、二氢苯并菲啶生物碱、二聚体苯并菲啶生物碱[8-11]。

图1 血水草中苯并菲啶类生物碱母核结构式

1.1 苯并菲啶生物碱 苯并菲啶生物碱是在C-2、C-3位稠和1个1,3-二恶茂而成，此类化合物除化合物7～8外N上皆连接1个甲基，C-7、C-8位稠和1个1,3-二恶茂或分别连接1个甲氧基，而化合物3的C-8位连接1个甲氧基，C-7位连接1个羟基，化合物4～6在C-10位上连接1个甲氧基，化合物6在C-12位上也连有1个甲氧基，见表1、图2。

表1 血水草中苯并菲啶生物碱类化合物

图2 血水草中苯并菲啶生物碱类化合物结构式

1.2 二氢苯并菲啶生物碱 二氢苯并菲啶生物碱是在苯并菲啶生物碱的基础上，将C-5、C-6位之间的双键加成而构成，此类化合物N上皆连接1个甲基，C-7、C-8位稠和1个1,3-二恶茂或分别连接1个甲氧基，除化合物58的C-7、C-8位上分别连接1个羟基，取代基都连接在C-6位上，此外化合物29在C-10位上还连有1个羟基，见表2、图3。

表2 血水草中二氢苯并菲啶生物碱类化合物

图3 血水草中二氢苯并菲啶生物碱类化合物结构式

1.3 二聚体苯并菲啶生物碱 二聚体苯并菲啶生物碱由1个苯并菲啶生物碱和1个原阿片碱类生物碱或2个苯并菲啶生物碱连接而成，见表3、图4。

表3 血水草中二聚体苯并菲啶生物碱类化合物

图4 血水草中二聚体苯并菲啶生物碱类化合物结构式

2 药理作用

血水草主要成分为生物碱[3]，而生物碱具有镇痛镇静、抗肿瘤、抗炎、抗菌等作用，且在心血管系统、消化系统、中枢神经系统等领域皆有不同活性[14-15]。近年来，血水草生物碱主要用于钉螺的灭杀及相关研究[7,16-19]，但就其所含生物碱成分来说，还具有抗癌、抗菌、抗炎等多种药理活性，本文以血根碱与白屈菜红碱为例，总结近五年对两者的药理作用研究。

2.1 抗癌

2.1.1 肺癌 血根碱和白屈菜红碱对重组跨膜蛋白16A(TMEM16A)电流有着抑制作用，因此，可抑制肺癌细胞LA795的内源性TMEM16A电流和增殖、迁移从而诱导细胞凋亡[20]。白屈菜红碱对非小细胞肺癌细胞NSCLC有多方面作用，在NSCLC A549和NCI-H1299细胞中，白屈菜红碱能降低细胞活力，抑制细胞集落形成和诱导细胞凋亡，还可以诱导细胞特异性自噬[21]。在NCI-H1703细胞中，白屈莱红碱可降低细胞核内β-catenin蛋白表达及细胞内总表达，调节catenin表达和细胞凋亡[22]。血根碱有抑制蛋白激酶B(Akt)信号通路作用，还能提高活性氧(ROS)水平从而诱导人肺癌细胞A549和H1975的凋亡[23]。此外，血根碱还能通过升高Fas相关因子1的表达，抑制NSCLC细胞增殖、侵袭、迁移，诱导细胞周期阻滞和凋亡[24]。

2.1.2 肝癌 白屈菜红碱能降低磷酸化粘着斑激酶活性，抑制PI3K/Akt/mTOR信号通路，从而改变人肝癌Hep3B细胞的骨架结构并抑制Hep3B细胞转移[25]。血根碱能抑制在缺氧和缺少转化生长因子(TGF)-β细胞模型中HIF-1α信号转导和上皮间质转化标记物的表达，还能抑制TGF-β诱导的肝癌细胞迁移[26]。此外，血根碱还能够激活p53表达的肝癌细胞中miR-16表达，降低靶基因表达，从而影响ROS水平和细胞周期来抑制癌细胞的增殖[27]。

2.1.3 前列腺癌 白屈菜红碱能通过抑制NF-κB、AP-1转录因子，降低p-p65、c-Fos、c-Jun蛋白表达，从而抑制雄激素非依赖性前列腺癌细胞DU145和PC-3的增殖；还可以通过调节MMP/TIMP系统和NF-κB通路，进而抑制雄激素非依赖性前列腺癌细胞的转移[28]。血根碱通过抑制酸性神经酰胺酶和葡萄糖基神经酰胺合成酶，诱导ROS依赖性神经酰胺的产生，导致ROS依赖的细胞外信号调节激酶1/2(ERK1/2)磷酸化，并使前列腺细胞Par-4断裂，从而诱导人前列腺癌细胞凋亡[29]。

2.1.4 其他 白屈菜红碱能升高肾癌细胞ROS水平，导致内质网应激，使STAT3失活，诱导细胞凋亡[30]。白屈菜红碱还能选择性地抑制三阴性乳腺癌细胞的生长、增殖并诱导凋亡[31]。血根碱能有效降低人乳腺癌细胞MCF-7的生存能力，对MCF-7细胞具有细胞毒性[32]。血根碱还能调节TOX/DNA-PKcs/KU70/80信号、MAPK/JNK信号和DUSP4/ERK途径来抑制胃癌细胞的增殖和侵袭[33-35]。血根碱能降低p-STAT3表达，并通过激活凋亡和自噬信号，从而抑制甲状腺乳头状癌细胞系BCPAP和TPC-1的生长[36]；还能通过内源性凋亡途径降低小鼠结直肠癌的肿瘤大小，增加多个结直肠癌细胞系线粒体ROS水平和线粒体外膜通透性，从而抑制大肠癌细胞的生长[37]；并且能抑制NF-κB信号和PI3K/AKT/mTOR通路的激活，从而抑制上皮性卵巢癌细胞SKOV3的生长，进而抑制上皮性卵巢癌的发展[38]。

2.2 抗菌 白屈菜红碱对革兰氏阳性菌、金黄色葡萄球菌、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌和超广谱β-内酰胺酶金黄色葡萄球菌具有较强的抗菌活性，其主要抗菌机制可能是通过破坏细菌细胞膜上的通道，使蛋白质外渗，同时抑制蛋白质合成[39]；对于青霉素、克林霉素和四环素皆耐药的路邓葡萄球菌有体外杀灭作用，并能抑制其生长[40]；有抑制多重耐药雷氏普罗威登斯菌生物被膜的形成，清除成熟的生物被膜的作用[41]。血根碱能抑制金黄色葡萄球菌和白色念珠菌形成的单、双种生物膜，诱导白色念珠菌从成熟菌丝型向单细胞酵母型转化[42]；还有抑制与白念珠菌cAMP信号通路相关菌丝特异基因表达的作用，能降低细胞表面疏水性，抑制菌丝的形成，从而起到抗菌作用[43]。

2.3 抗炎 白屈菜红碱对脂多糖(LPS)诱导小鼠单核巨噬细胞白血病细胞RAW 264.7的炎症反应有抑制作用，其机制为通过抑制NF-κB信号通路，减轻LPS诱导的W/D比值、炎性细胞浸润从而发挥抗炎作用[44]。血根碱在脑缺血再灌注中能降低炎性因子水平；在LPS诱导的H9c2心肌细胞炎症中能通过抑制TLR4/NF-κB信号通路，抑制H9c2心肌细胞炎症反应[45-46]。

2.4 其他 白屈菜红碱通过减少肾实质的丢失和防止肾小球、肾小管的退行性变来减轻单侧输尿管梗阻新生大鼠的肾损伤，还能抑制部分肾损伤分子的表达及细胞凋亡和肾纤维化[47]；在链脲佐菌素诱导的糖尿病大鼠肾缺血/再灌注导致的心肌损伤模型中，通过PKC/NF-κB途径促进心肌损伤的恢复[48]；还能对大鼠肠缺血再灌注后肠黏膜损伤起到抑制细胞程序性死亡的作用[49]。血根碱能预防卵巢切除术引起的骨丢失，抑制破骨细胞骨分化并促进成骨细胞骨形成从而调节骨重建，治疗骨质疏松症[50]；血根碱能通过ROS的产生和抑制抗凋亡基因的表达来治疗急性淋巴细胞白血病[51]；而且在体外对旋毛虫的幼虫、成虫和新生幼虫均有致死作用[52]。

3 合成

为使血水草能更广泛的运用且不过度使用植物资源，找出其生源合成途径、干扰其合成酶或利用化学合成途径大量合成或衍生出更稳定、活性更强的衍生物十分有必要，本文以其中研究最为广泛的血根碱和白屈菜红碱为例进行总结。

3.1 生源合成途径 现有研究已经在体内形成了一个完整的合成血根碱和白屈菜红碱途径，并将每个合成步骤中关键酶找到，为开发利用血根碱和白屈菜红碱打下基础[53]，具体流程见图5。

图5 血根碱/白屈菜红碱生物合成途径

3.2 化学合成途径

3.2.1 血根碱 合成血根碱有2种方法，第1种是以二氢血根碱为合成前体再经消去反应得到血根碱[54]；第2种以氧化血根碱为合成前体再经过还原反应得到血根碱[55]。

第1种合成方法以6-溴-2,3-二羟基苯甲醛、5-硝基-2,3-萘二酚为底物，利用汇聚合成方式和甲基化得到二氢血根碱，再经过消去反应得到血根碱。具体合成设计为5-硝基-2,3-萘二酚与二溴甲烷经催化氢化反应得到6,7-亚甲二氧基萘-1-胺，再与6-溴-2,3-二羟基苯甲醛和二溴甲烷反应所得产物6-溴-2,3-亚甲二氧基苯甲醛在酸性条件下反应得到席夫碱，再经还原和自由基关环反应得到去甲血根碱，最后经甲基化和消去反应得到血根碱，具体流程见图6。

图6 血根碱合成途径(以二氢血根碱为合成前体)

第2种合成方法是以5-碘-1,3-苯并二恶唑-4-乙酮和1,3-苯并二恶唑-氮杂双环为底物，通过环化序列优化得到N-脱甲氧化血根碱，在此基础上再经甲基化和还原反应得到血根碱，具体流程见图7。

图7 血根碱/白屈菜红碱合成途径(以氧化血根碱/氧化白屈菜红碱为合成前体)

3.2.2 白屈菜红碱 合成白屈菜红碱的方法中有2种，一种是以氧化白屈菜红碱为合成前体再经过还原反应得到白屈菜红碱[56]，具体流程见图7；另一种则是用去甲白屈菜红碱为合成前体，甲基化得到白屈菜红碱，具体流程见图8[57]。

图8 白屈菜红碱合成途径(以N-脱甲白屈菜红碱为合成前体)

3.3 血根碱和白屈菜红碱衍生物

3.3.1 化学催化反应 Romo-Pérez等[58]通过铜催化反应得到8个血根碱衍生物和12个白屈菜红碱衍生物，具体流程见图9。

图9 化学催化衍生(Ⅰ)

Kadam等[59]通过四元苯并[C]菲啶生物碱骨架与唑类(吡咯、咪唑和三唑)以及一些大体积唑类(吲哚、吲唑和咔唑)的亲核加成反应合成了8个白屈菜红碱类衍生物和1个血根碱类衍生物，具体流程见图10。

图10 化学催化衍生(Ⅱ)

Miao等[60]通过CuCl2催化的有氧氧化偶联反应合成了12个衍生物，血根碱衍生物和白屈菜红碱衍生物各6个，具体流程见图11。

Jiang等[22]通过氯酰化，亲核加成反应合成得到了10个血根碱衍生物，具体流程见图12。

图12 化学催化衍生(Ⅳ)

此外，Lv等[61]通过亲核加成反应引入了烷氧基(Ⅰa-l)、胺(Ⅱa-p)、丙二腈阴离子(Ⅲa)、乙酰丙酮(Ⅲb)、丙二酸二乙酯(Ⅲc)等合成32个血根碱类衍生物，具体流程见图13。

图13 化学催化衍生(Ⅴ)

3.3.2 光催化反应 Liu等[62]利用可见光催化的偶联反应得到7个6位取代的血根碱类化合物和3个6位取代的白屈菜红碱类化合物，具体流程见图14。

图14 光催化衍生(Ⅰ)

Cheng等[63]研究发现了一种可见光促进的6-取代苯并菲啶的高效仿生合成方法——自由基型迈克尔加成反应，以一系列的有迈克尔受体的自由基为底物进行反应，得到16个血根碱/白屈菜红碱类衍生物，具体流程见图15。

图15 光催化衍生(Ⅱ)

此外，Qing等[64]利用可见光促进乙烯基化反应得到了16个血根碱类衍生物和6个白屈菜红碱类衍生物，具体流程见图16。

图16 光催化衍生(Ⅲ)

4 总结与展望

本文整理归纳血水草中苯并菲啶类生物碱的化学成分、药理活性和合成路线，并将已知的73种苯并菲啶类生物碱，分为3类，数量最多的是二氢苯并菲啶生物碱，而其中最具代表性是血根碱和白屈菜红碱，两者对多种癌症、细菌感染、炎症、骨质疏松、杀虫、心血管疾病等方面皆有治疗作用，且大量研究已找出其生源合成途径、化学合成方法及多种衍生物合成途径，为得到更多稳定且活性强的成分打下了坚实的基础，也为创新中药的开发提供依据。

血水草不仅仅是有名的民间药也是有名的民族药，在苗族、侗族、土家族等少数民族中皆有使用，对部分罕见难治的疾病有独特的治疗作用，特别是在湖南被用于血吸虫病的治疗，对体内外的血吸虫、幼虫皆有杀灭作用，且疗效确切。现有治疗血吸虫病药物中的首选药吡喹酮有耐药性且无法逆转血吸虫病肝纤维化，但血水草作为民族药一员，具有“简、便、验、廉”的优势，也具有多成分、多功能的特点。基于此，本课题组认为应加强对血水草的研究，重点开展该植物资源和使用现状调查，并进行药效物质基础及生物活性等的比较研究，以促进我国丰富的血水草资源合理利用。