川楝子的化学成分药理作用及其毒性研究进

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《中国药典》年版[1]规定川楝子为楝科(Meliaceae)楝属MeliaL.植物川楝MeliatoosendanSieb.etZucc.的干燥成熟果实,又名川楝、金铃子、川楝实等。川楝子含三萜、木脂素、黄酮、甾体、有机酸等多种化学成分,具有抗肿瘤、抗氧化、抗菌、消炎镇痛、抗病毒、驱虫等广泛的药理作用。其生于土壤湿润、肥沃的杂木林和疏林内,主产于甘肃、湖北、四川、贵州和云南等省,其他省区亦有广泛栽培。本文就川楝子的化学成分、药理作用及毒性进行综述,为其进一步的开发研究和临床应用提供科学依据。

1化学成分

川楝子中含有多种类型的化合物,包括三萜、木脂素、黄酮、甾体、有机酸及其他类成分,主要成分为柠檬苦素型三萜。

1.1三萜类

三萜类化合物是川楝子中报道最多的一类化学成分,也是其主要的活性成分,至今已经从川楝子中分离得到个三萜类化合物,其中以柠檬苦素型三萜居多。

1.1.1甘遂烷型三萜甘遂烷型三萜具有环戊烷骈多氢菲的基本母核,一般17位上有8个碳原子组成的侧链,母核上一般有5个甲基,即4位有偕二甲基,10位和14位各有1个甲基(10β、14β),另1个甲基连接在13位上(13α),C-17侧链为α构型。具体化合物名称及结构见表1和图1。

1.1.2达玛烷型三萜Fang等[2]从川楝子果实中分离到1个达玛烷型三萜12β,20β-dihydroxydammar-24-en-3-one(40),其结构特点是4位有偕二甲基,8位和10位各有1个β-构型的角甲基,13位上连有β-H,C-17侧链为β-构型。

1.1.3柠檬苦素型三萜柠檬苦素类成分是一类高度氧化的具有4,4,8-三甲基-17-呋喃甾体骨架的化合物或其衍生物的总称。在生源上,柠檬苦素是由Δ7-tinucallol或者Δ7-euphol经过降解失掉C-17侧链末端的4个碳原子衍生而来,因此这类化合物又称为四降三萜(hetranortriterpenoids)。根据其结构,将其分为四环完整型(表2和图2)和C环开环型(表3和图3)。

1.2木脂素类

木脂素是一类由2分子苯丙素衍生物即(C6-C3单位)聚合而成的天然化合物,通常所指其二聚体,少数见三聚体、四聚体,多数呈游离状态,少数与糖结合成苷。川楝子中木脂素类化合物包括四氢呋喃类、苯并呋喃类、双四氢呋喃类等,化合物名称及结构见表4和图4。

1.3黄酮类

川楝子含有以2-苯基色原酮为母核的黄酮类化合物,部分化合物与糖结合成苷,也有游离体,包括二氢黄酮、黄酮醇、异黄酮等(表5和图5)。

1.4甾体类

川楝子中还有少数甾体类化合物,此类化合物具有环戊烷骈多氢菲的基本骨架结构,4个环有不同的稠合方式,此外在环戊烷多氢菲母核上通常有2个角甲基(C-10,C-13)和1个含有不同碳原子数的侧链或含氧基团如羟基、羰基等(C-17),C-3位有羟基取代也可与糖结合成苷,见表6和图6。

1.5有机酸类

川楝子中还含有部分有机酸类化合物。其所含的酸性成分多为含羟基和羧基等酸性基团的小分子化合物,也可与葡萄糖基结合成糖苷,化合物名称及结构见表7和图7。

1.6其他类

此外,川楝子中还含有链状烷烃类、醇类、醚类等成分,亦可与糖结合成苷。化合物名称及结构见表8和图8。

2药理活性

近年来,川楝子被发现具有抗肿瘤、抗阿尔茨海默病(AD)、抗氧化、抗炎、抗菌、抗肉毒等生物活性。从川楝子中分离到的化合物活性研究表明,其主要活性成分是三萜类化合物,具体单体化合物的活性见表9。

2.1抗肿瘤活性

大量的研究发现川楝素具有广谱抗肿瘤效果,能够抑制多种人源肿瘤细胞增殖,包括人肺癌细胞[33][抑制转化生长因子-β(TGF-β1)诱导的上皮间质转化、迁移、入侵、黏附]、人胃癌细胞[34](抑制p38MAPK通路)、恶性胶质瘤[35](感应雌激素受体β和p53)、乳腺癌细胞[36][逆转磷脂酰肌醇-3激酶(PI3K)抑制剂阿霉素的耐药性],诱导细胞凋亡[37](抑制Akt/GSK-3β/β-catenin信号通路)、结肠癌细胞SW和CT26[38][增加线粒体膜通透性释放细胞色素C,诱导Caspase-9活性,进而激活aspase-3和poly(ADP-ribose)聚合酶的裂解]、HL-60细胞[39-40](激活脱氧胞苷激酶、JNK信号通路)、肝癌细胞[41](诱导线粒体依赖性细胞凋亡)、组织细胞淋巴瘤U细胞[42](导致细胞在S期的剂量和时间依赖性积累)等。还有研究表明,与阿霉素相比,川楝素对人癌细胞体外生长具有更敏感的抑制作用[43],且呈时间和浓度依赖关系。川楝素通过抑制癌细胞在体内和体外的增殖和诱导癌细胞凋亡发挥抗癌作用[44]。

2.2抑制脂肪形成活性

Chen等[45]研究发现川楝素通过降低脂肪细胞脂质的积累,下调脂肪形成相关转录因子的表达,抑制脂肪生成酶和脂肪细胞因子的表达以及激活wnt/β-catenin信号通路来抑制脂肪的形成。

2.3抗氧化活性

采用亚硝酸盐自由基清除法、2,2-二苯基-1-苦基肼(DPPH)自由基清除法、超氧化物自由基清除法和羟基自由基清除法对川楝子多糖体外抗氧化活性进行了评价,结果均表明川楝子多糖具有较强的抗氧化活性[46-47]。

2.4治疗神经退行性疾病

Cho等[48]发现川楝子醇提物ID可以改善5×FAD小鼠(携带5个家族性基因突变的APP/PS1转基因AD模型小鼠)的空间学习障碍,降低淀粉样蛋白的水平,可能具有潜在的治疗阿尔茨海默病的作用。小胶质细胞的过度活化可能是神经退行性疾病的发病机制之一。Li等[49]发现12β-1-O-tigloyl-1-O-deacetyl-nimbolininB(TNB)能显著抑制脂多糖(LPS)刺激的小胶质细胞中NO和TNF-α的产生,抑制诱导型一氧化氮合酶(iNOS)、TNF-α、环氧合酶-2(COX-2)和白细胞介素-1β(IL-1β)的基因表达,抑制细胞内活性氧的生成,减弱NF-κB的核易位,抑制LPS刺激的BV-2细胞中c-junN端激酶(JNK)的活化,降低活化小胶质细胞在共培养体系中对海马细胞HT-22的细胞毒性,表明TNB是小胶质细胞介导炎症的有效抑制剂。Park等[50]发现川楝子醇提物ID通过激活磷脂酰肌醇3-激酶/Akt通路,具有抗淀粉样变作用。

2.5抗炎镇痛

Xie等[51]采用小鼠扭体法、热板法对川楝子醇提物进行抗炎镇痛作用研究,结果表明川楝子醇提物具有明显的抗炎镇痛作用。向晓雪等[52]采用热板法、辐射热刺激法及电刺激法观察川楝子醇提物对小鼠感觉神经的影响,发现其可提高小鼠热痛阈值及尾痛阈值;运用在体间接检测法,考察川楝子醇提物对大鼠坐骨神经的神经传导速度(NCV)的影响,结果表明其能延缓大鼠神经传导速度。电镜结果表明川楝子醇提物可导致大鼠坐骨神经髓鞘纤维脱髓鞘,雪旺氏细胞数目减少。程蕾等[53]采用冰乙酸或甲醛致痛复制小鼠疼痛模型、角叉菜胶致足肿胀和二甲苯致耳肿胀等炎症模型研究川楝子醋酸乙酯、石油醚、80%乙醇及水提取物的镇痛和抗炎等作用,发现川楝子醋酸乙酯提取液有明显的抗炎、镇痛作用,但是川楝子水提物无明显镇痛和抗炎作用。

2.6抗菌

Caboni等[54]采用LC-Q-TOF、MS/MS方法检测川楝子醇提物的抗真菌活性,双苯二氮法研究了抗菌活性,结果表明其对结核分枝杆菌有抑制作用。Zhang等[20]通过体外实验研究发现川楝子的水提物对堇色毛菌、奥杜盎氏小孢子菌、白色念珠菌、金黄色葡萄球菌有抑制作用。Jiang等[55]用川楝子树皮和果实醇提物对黑曲霉和木霉菌的抑菌活性进行了研究,发现树皮提取物的抑菌活性高于果实提取物,树皮乙醇提取物的抑菌活性最强,对2种真菌的MIC均为0.5%,而树皮甲醇提取物的MIC为2%。

2.7抗肉毒

Shi等[56]发现尽管川楝素与肉毒杆菌神经毒素(BoNT)有相似的作用,但在体内和体外均有显著的抗肉毒神经毒素作用,通过阻止BoNT接近其酶底物SNARE蛋白来实现。Zhou等[57]研究发现川楝素对BoNT轻链的内肽酶活性无直接影响,以温度、浓度和突触活动依赖的方式抑制BoNT/A和BoNT/C与突触体的结合,阻断BoNT轻链与其酶解底物的接近,保护SNAP25免于被酶解。

2.8钙通道激动剂

Li等[58-60]用全细胞膜片钳法研究发现川楝素的长期作用会诱导Ca2+内流的持续增加且呈剂量-时间依赖性,而短暂作用会诱导分化的NG-15细胞Ca2+内流不可逆增加,并发现这种作用是通过L型钙通道实现的。

2.9杀虫、拒食性

川楝素对亚洲玉米螟、白脉粘虫、斜纹夜蛾、小水稻叶夜蛾、橘二叉蚜、粘虫、小菜蛾、菜青虫、甘蓝夜蛾、黄守瓜成虫、苹果卷叶蛾、樱桃实蜂、樱桃叶蜂有拒食、毒杀活性和防治效果,通过选择性作用于突触前的神经肌肉传递阻断剂对害虫的化学感受器或中性神经系统的双重作用来干扰昆虫的正常行为,引起害虫的拒食反应[61]。Xie等[62]对锈蚀谷物甲虫、象鼻虫和红粉甲虫进行了研究,发现川楝素能将甲虫击退50%~98%,表明川楝素具有杀虫、拒食的作用。

2.10抑制肠酯酶活性

Feng等[63]通过体外实验发现川楝子提取物能明显抑制斜纹夜蛾幼虫和成年候群蝗虫的中肠酯酶活性,但对桃蚜的全身酯酶活性没有抑制作用。张兴等[64]研究了用川楝素处理后甘蓝五龄幼虫几种酶系的活性,发现喂养48h后,幼虫中肠混合功能氧化酶活性降低50%。

2.11神经突触传递阻滞剂

周培爱等[65]用川楝素灌流蟋蛛腹班神经节,以12次/min的频率刺激双侧尾须神经,用甘露醇间隙法和在腹神经索上记录诱发电位,观察到在川楝素作用下诱发反应逐渐减小,最终消失。证明川楝素对蟋蛛腹班神经节的突触传递有阻断作用,这种阻断作用是不可逆的。

2.12抗病毒

Jin等[66]利用流感A/PR/8/34和H3N2病毒对犬肾细胞MDCK进行电磁场预处理、共处理和后处理,确定川楝子醇提物是否具有抗病毒活性,结果发现川楝子醇提物通过影响病毒进入、诱导RNA聚合酶复合物PA蛋白和Mx1等途径抑制甲型流感病毒感染。Tian等[67]采用感染甲型流感病毒的小鼠模型来评价川楝子水提物对甲型流感病毒的抑制作用,研究发现川楝子通过降低病毒复制和细胞病变效应(CPE),对甲型流感病毒表现出抗病毒作用。

2.13抗色素沉着

Nakajima等[68]研究发现川楝子提取物通过阻断黑素细胞内PKC活性来减轻内皮素-1刺激的人类表皮细胞色素沉着。

3毒性研究

3.1肝毒性

Zheng等[69]用循环外泌体miRNA谱分析得到64个差异表达的外泌体miRNA,显示川楝子水提物诱导的肝脏功能障碍可能与细胞凋亡、线粒体功能障碍和细胞周期失调有关。Yu等[70]通过实验发现川楝素被CYP3A4激活,川楝素的生物活化可能是其毒性的原因。赵筱萍等[71]使用荧光探针FDA标记的肝癌HepG2细胞模型及细胞荧光显微图像自动分析法,筛选并鉴定出其中3个成分(meliaseninB、trichilininD、1-O-tigloyl-1-O-debenzoylohchinal)。进一步研究发现,这3个成分对HepG2细胞呈量-毒关系,提示川楝子中柠檬苦素类可能是引起肝毒性的主要成分。Zhang等[72]通过实验发现川楝素通过线粒体功能障碍和半胱天冬酶激活导致原发性大鼠肝细胞死亡,活性氧的生成和MAP激酶的激活可能参与了这一过程。

3.2肌无力

川楝子服用后可能会导致肌无力症状,但停药后症状会消除[68]。

3.3呼吸抑制

川楝子对神经系统有抑制作用,嗜睡烦躁、呼吸困难,甚至呼吸中枢麻痹而死亡[53]。

3.4妊娠毒性

王小娟[73]用ELISA方法分析小鼠血清和子宫组织中γ干扰素(IFN-γ)和肿瘤坏死因子-α(TNF-α)的水平,用免疫组学分析法检测子宫内膜T淋巴细胞,结果发现川楝素的致流产作用呈剂量依赖性,随着剂量的增加,小鼠的流产率逐渐上升。

动物实验显示,猪对川楝子较为敏感,食用~g可中毒死亡。牛、羊、兔、鸟类等食后1h出现中毒症状,多在24h内死亡。成年果子狸食用g短时间内便出现中毒症状[74]。小鼠ig给予生川楝子80%乙醇提取物(39.5g相当于1kg原生药)的最大耐受量为g/kg,大鼠单次ig给予川楝子乙醇提取物后,可对肝脏、肾脏产生毒性,且随着剂量增加毒性增强[75]。

临床应用发现,应用常规剂量川楝子一般无严重反应。但长期、过量服用可引起中毒甚至死亡。有患者口服g未炮制川楝子的水煎液(mL)约30min后出现恶心、呕吐、听力障碍、视物模糊、口干、心慌、燥热、小便不畅等临床症状[76]。儿童服用川楝素片0.3~0.4g可发生中毒,服用2~4g即可引起死亡[77]。川楝子中毒主要为中枢抑制以及对肝脏的毒性作用。尸检可见胃、小肠的炎症以及肝肾组织血管扩张、脂肪变性、肺内淤血等[78]。

川楝素被认为是川楝子的主要药效物质基础,但也可能是其主要毒性成分。小鼠口服急性毒性试验显示,异川楝素毒性远较川楝素高,其半数致死量(LD50)为川楝素的20%[79]。目前研究认为川楝子的毒性机制可能是毒性蛋白和川楝素类化合物,通过炮制其毒性降低。在不能分离药效-毒性的前提下,严格控制剂量是行之有效的方法。

4结语

综上所述,川楝子的化学成分丰富,随着研究的深入也有越来越多的成分被发现,其中其主含成分是川楝素,也是药典的质控指标,但是川楝素也有可能是其主要的毒性成分。如何合理地应用该药材,把控其药效-毒性之间的剂量关系是不容忽视的问题。川楝子经过炮制后毒性降低,但其炮制后各成分的含量变化以及炮制减毒的机制还有待进一步深入研究。

参考文献(略)

来源:李海波,马森菊,石丹枫,王振中,姚新生,于洋,肖伟.川楝子的化学成分、药理作用及其毒性研究进展[J].中草药,,51(15):-.

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