向日葵倍半萜类化学成分及生物活性研究进展

杨舜伊，袁纯红

（1.昆明工业职业技术学院，云南 昆明 650302；2.中国科学院新疆理化所植物资源化学重点实验室，新疆 乌鲁木齐830011）

向日葵（Helianthus annuusL.）为菊科（Compositae）向日葵属（Helianthus）一年生草本植物，又名丈菊，原产南美洲，现欧洲、北美洲、中国都有分布。种子含油量很高，为半干性油，味香可口，供食用。花穗、种子皮壳及茎秆可作饲料及工业原料，花穗可药用［1-2］。国内外学者从化学组成角度对向日葵进行广泛的研究，结果表明，向日葵主要含有倍半萜类、二萜类、三萜类、木脂素类、黄酮类、酚类、甾体类等多种生物活性成分，其中主要的药效成分为倍半萜类化学成分，具有抗菌、细胞毒、化感等生物活性［3-7］。本文系统梳理了国内外学者对向日葵中倍半萜类化学成分和生物活性的研究进展，以期提供参考价值。

1 化学成分

倍半萜类是向日葵中报道最多的一类化学成分，也是其主要的生物活性成分。目前为止，向日葵中共分离得到69个倍半萜及其内酯类化合物，主要类型有吉马烷内酯类、愈创木烷内酯类、heliannuol类、降倍半萜类等。

1.1 吉马烷内酯类化合物

吉马烷内酯类是向日葵中最为丰富的一类倍半萜，具有十元环骈有五元环内酯的基本骨架，其中在C-1，10 和C-4，5 位常有双键，依据双键顺反异构的不同，将它分为heliangolide、germacranolide、cis，cis-germacranolide 和melampolide 四类不同的构型。结构中C-1，10 位双键也可能被氧化成C-1，10 环氧结构，C-11 位常连有当归酰基（Ang）基团，有的十元环C-3和C-10之间具有氧桥结构，由于此类型化合物不对称碳原子较多，使得结构类型多种多样。Spring 等［8-11］从向日葵的茎叶中分离得到annuithrin（1）、niveusin C（2）、3-ethoxy-niveusin B（3）、niveusin B（4）、15-hydroxy-3-dehydrodesoxytifruticin（5）、1-methoxy-4，5-dihydroniveusin A（9）、1，2-anhydriodoniveusin A（10）、1，2-anhydrido-4，5- dihydroniveusin A（11）；Melek［12］等从向日葵叶中分离得到4，5-dihydroniveusin A（6）、argophyllin A（7）、argophyllin B（8）；Alfatafta 等［13］从向日葵的叶中分离得到3-O-methylniveusin A（12）、1，10-O-dimethyl-3-dehydroargophyllin B diol（13）；Macías 等［14-16］从向日葵的叶中分离得到helivypolides A-B（14-15）、helivypolides D-E（16-17）、leptocarpin（18）、helivypolide F（19）、helivypolides H-J（20-22）。化合物（1）～（22）的结构见图1。

图1 吉马烷内酯类化合物Fig.1 Germacrane sesquiterpenoids isolated from H. annuus L.

1.2 愈创木烷内酯类化合物

愈创木烷内酯类化合物具有五元环骈七元环的基本骨架，同时在C-5，6 位骈有五元环内酯。Macías 等［14，16-19］从向日葵中分离得到10个此类化合物。 分 别 是annuolides A-G（23-29）、angeloylcumambrin-B（30）、3，10α-dihydroxy-8β- angeloyloxyarbiglovin（31）和annuolide H（32）。化合物（23）～（32）的结构见图2。

图2 愈创木烷内酯类化合物Fig.2 Guaianolide sesquiterpenoids isolated from H. annuus L.

1.3 Heliannuol类化合物

Heliannuol 类是一类结构新颖的倍半萜类化合物，具有苯环骈七元氧环或八元氧环的骨架结构，氧环也可能发生断裂。Macías等［20-24］先后从向日葵中分离得到了15 个这类化合物，分别是heliannuols A-L（33-44）、helibisabonol A（45）和helibisabonol B（46）。Spring等［28］从向日葵的毛状腺体中分离得到helibisabonol C（47）。化合物（33）～（47）的结构见图3。

图3 Heliannuol类化合物Fig. 3 Heliannuol sesquiterpenoids isolated from H. annuus L.

1.4 降倍半萜类化合物

Macías 等［15，24-26］先后从向日葵中分离得到了11个降倍半萜类化合物，这类化合物具有很好的化感活性。分别是annuionones A-C（48-50）、helinorbisabone（51）、4，5-dihydroblumenol（52）、9-hydroxy-4，5-megastigmdien-3-one （53） 、 dehydrovomifoliol（54）、annuionones D-G（55-58）。化合物（48）～（58）的结构见图4。

图4 降倍半萜类化合物Fig. 4 Norsesquiterpenoids isolated from H. annuus L.

1.5 其它类型倍半萜类化合物

Spring 等［27-28］从向日葵的毛状腺体分离得到6个倍半萜化合物glandulones A-F（59-64）。Alfatafta等［13］从向日葵的叶中分离得到eudesma-1，3，11（13）-trien- 12-oic acid（65）。Macías 等［16，29-30］从向日葵的叶中分离得到helieudesmanolide A（66）、heliespirones A（67）、heliespirone B（68）heliespirone C（69）。化合物（59）～（69）的结构见图5。

图5 其它类型倍半萜类化合物Fig. 5 Other types of sesquiterpenoids isolated from H. annuus L.

2 生物活性

2.1 抗菌活性

早在80 年代初期，德国Spring 等［8］从向日葵的地上部分分离得到化合物annuithrin（1）对短芽孢杆菌（Bacillus brevis）具有一定的抗菌活性，最低抑菌浓度（Minimum inhibiroty concentration，MIC）为45 μg/mL。随后，又从中分离得到三个倍半萜niveusin B（4）、3-ethoxyniveusin B（3）和15-hydroxy-3-dehydrodesoxytifruticin（5），进行抗菌活性测试，发现15-hydroxy-3-dehydrodesoxytifruticin（5）对短芽孢杆菌（B. brevis）具有很强的抑制作用，MIC 值为45 μg/mL。然而，niveusin B（4）对核黄菌（Eremothecium ashbyi）具有一定的抑制作用，MIC 值为65 μg/mL［9］。此后，未见相关抗菌活性报道。

2.2 细胞毒活性

Spring 等［8］对向日葵茎叶中分离得到的化合物annuithrin（1）进行细胞毒性测试，研究表明，在艾氏腹水癌细胞的DNA和RNA合成的体内试验中，annuithrin（1）引起DNA和RNA合成显著减少，在20 μg/mL的质量浓度下，对DNA 和RNA 合成的抑制率分别为50%和75%。

2.3 化感作用

20 世纪90 年代以来，西班牙的Macías F A 等人对向日葵的地上部分的化感作用做了比较详细的研究，发现向日葵中的倍半萜成分具有很好的化感作 用。Spring 等［9］在Avena牙 鞘 试 验 中，浓 度 为100 μmol/L 的niveusin B（4）、3-ethoxyniveusin B（3）和15-hydroxy-3-dehydrodesoxytifruticin（5）使牙鞘的生长分别降低80%、57%和61%。Macías 等［15］报道 浓 度10-6mol/L 的helivypolide D（16）对 莴 苣（Lactuca sativaL. cv）发芽的抑制率为46%；浓度为10-5mol/L 的helivypolide E（17）对莴苣根的抑制率为41%；（+）-dehydrovomifoliol（54）对莴苣的发芽率表现出很强的抑制作用，在浓度为10-4～10-6mol/L平均抑制率为45%；annuionone D（55）能够刺激洋葱（Allium cep）的根增长，浓度为10-5mol/L 增长率最大，增长率为67%。

3 结论及展望

向日葵的倍半萜类化合物的研究极大的丰富了倍半萜化学的内容，而且这类化合物结构新颖多样，具有潜在的生物活性，研究发现其在抗菌、细胞毒和化感作用等方面具有很好的生物活性。可见，向日葵中倍半萜类化合物具有很好的应用前景，特别是对抗癌药物以及绿色农药的开发提供新颖的先导化合物。

然而，就目前研究现状仍存在一些问题：首先，单体化合物结构与生物活性之间的关系研究基本空白；其次，前期的研究主要集中在对向日葵地上部分的研究，对根的化学成分研究较少；最后，对倍半萜的生物活性研究主要集中在化感作用，其他活性研究较少。因此，有必要继续深入对向日葵的化学成分研究，特别是通过生物活性跟踪，得到生物活性成分，研究活性成分的药理机制，以阐明药用植物的作用物质基础和发现新的药用活性化合物；其次，进一步阐明结构与药效之间的关系，可以为科研工作者人为的、有目的的进行化学结构修饰，为更快地寻找活性单体化合物提供依据，以期为进一步开发新型药物提供先导化合物；将倍半萜的化感作用应用到实践中去，开发新型无毒的绿色农药，减少农药对环境的污染，有利于保护人类的生存环境。