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石蒜碱及其药理活性的研究进展药学1002班2302100219王晓晖摘要：石蒜碱(1ycorine)是从我国广泛分布的多年生草本植物石蒜鳞茎中分离出的一种化学单体，属于异喹啉类(isoquinoline)植物生物碱，具有很大的药用价值，本文主要综述了石蒜碱的来源结构及其主要的药理学作用和机制。关键词：石蒜属植物石蒜碱药理活性肿瘤作用机制1石蒜碱石蒜碱是石蒜属植物石蒜中所含有的主要的生物碱，也是其药理活性的主要体现者。1.1石蒜属植物的简介石蒜属(Lycoris)植物全世界有约20余种，主要分布在我国和日本，韩鲜半岛和缅甸等中南亚国家有少数品种分布。石蒜形态优美，花色鲜艳，是优秀的园艺植物。石蒜味辛，性平，有解毒、祛痰、利尿、催吐之功效，用于治疗咽喉肿痛、痈肿疮毒、水肿、小便不利、咳嗽痰喘、食物中毒等病症，现代医学认为它对中枢神经系统和心血管系统等有作用。石蒜属植物活性成分主要是生物碱，其中医药上最重要的生物碱有石蒜碱、加兰他敏和力可拉敏等。1.2石蒜属植物的物种资源石蒜和忽地笑为石蒜科石蒜属植物，单子叶，多年生草本，球根。石蒜属植物全世界有约20余种，主要分布在我国和日本，韩鲜半岛和缅甸等中南亚国家有少数品种分布。我国的石蒜属植物种质资源最丰富，有15种，主要分布在长江以南，绝大多数野生种群(约75％)分布在华东地区，其中江苏种质资源最多，约13种，浙江次之，约9种，其他省区2～3种(安徽4种，贵州、陕西和湖南各3种，江西、云南、四川、重庆、甘肃和广西等省区各2种)。石蒜属植物垂直分布幅度最大的是石蒜，其次是忽地笑，分布地最北端的是鹿葱，最南端的是忽地笑。1.3石蒜属植物的药用价值石蒜不仅是优良的园艺植物，也是传统的药用植物。石蒜鳞茎有毒性，味辛，性平，有解毒、祛痰、利尿、催吐之功效，主要应用于治疗咽喉肿痛、痈肿疮毒、水肿、小便不利、咳嗽痰喘、食物中毒等症【1】。2石蒜碱的结构与性质2.1石蒜碱的结构【2】2.2石蒜碱的理化性质棱住状晶体。熔点275-280℃（分解）。有右旋光性。不溶于水，难溶于乙醇和乙醚。盐酸石蒜碱是针状晶体，熔点217℃（分解）。苦味酸石蒜碱是黄色针状晶体，熔点202℃（分解）。石蒜碱熔点275～280℃(分解),比旋光度【α】峐-129°（98％乙醇）；稍溶于乙醇、乙醚，不溶于水。其盐酸盐为长针状结晶，熔点217℃（分解），【α】厍+43°。若带一分子结晶水，熔点则为206℃。3石蒜碱的药理活性3.1抑制乙酰胆碱酯酶作用乙酰胆碱是脑神经元中传递信息的一种神经递质，脑细胞有了这种神经递质，感觉和记忆力才得以形成。而乙酰胆碱酯酶是神经系统中水解乙酰胆碱的一种主要酶类，其基本功能为催化水解神经递质乙酰胆碱。现代研究表明，老年痴呆症患者脑内乙酰胆碱大量减少，因此，抑制乙酰胆碱酯酶的活性是治疗本病的一条要途径。采用生物自显影的方法测定石蒜碱对乙酰胆碱酯酶(AChE)的抑制作用，结果发现，石蒜碱对AChE具有较弱的抑制作用(IC50=450M)，通过和具有相同活性的石蒜碱类似物进行结构比较，推测石蒜碱及其衍生物的AChE抑制活性与分子中的两个游离羟基有关。ElgorashiEE等【3】也进行了类似的研究，他们研究了23种石蒜科生物碱的AChE抑制活性，结果发现，石蒜碱的1位被乙酰氧基取代后对AChE有显著的抑制活性(IC50=0．96M)，其抑制作用是加兰他敏的两倍以上，而1、2位都用乙酰氧基取代后，活性降低(IC50=211M)【4】。由此可见，分子中的1位和2位的取代基团对活性的影响很大。也有学者认为石蒜碱的c环芳香化以后对AChE的抑制活性增强。LeeSS等【5】在石蒜碱的基础上合成了一些衍生物，通过测定这些衍生物的AChE抑制活性，并通过AutoDock3．05等分子对接软件研究石蒜碱及其衍生物与AChE间的作用，总结了石蒜碱及其衍生物对AChE抑制作用的构效关系：石蒜碱分子中D环的开环可以提高其AchE抑制活性，而且使溶解性变大；分子中氮原子上的取代基对活性有显著影响，氮原子上甲基或丁基取代后活性较强，比乙基、丙基等取代的活性强。以上研究提示我们，通过对石蒜碱及其衍生物构效关系的深入研究，有望发现比现有药物作用更强的乙酰胆碱酯酶抑制药物。3.2抗肿瘤活性体外实验表明，石蒜碱对人乳腺癌细胞、人结肠癌细胞、人离体鼻咽癌细胞等有明显的抑制作用，其作用机制可能是抑制DNA和蛋白质的合成石蒜碱抑制肿瘤细胞增殖的机制比较复杂，对不同的肿瘤细胞，其机制还有一些差别，通过对其构效关系的研究，推测A、B、C三个环可能是其抗癌活性的必须结构。3.2.1对多发性骨髓瘤的抑制性骨髓瘤(multiplemyeloma，MM)是产生单克隆免疫球蛋白的浆细胞恶性增生性血液肿瘤，占血液系统恶性肿瘤患者的10％，是一种难治性血液系统疾病，易对标准化疗剂量耐药，随着世界人口的老龄化，发病率有上升趋势，危害性日趋严重。我们拟以人多发性骨髓瘤细胞系KM3为研究对象，观察石蒜碱治疗多发骨髓瘤的体外效应和探讨其作用机制，期望为MM的治疗及抗肿瘤药物作用靶点提供新的思路【6】。通过MTT比色，绘制生长曲线观察石蒜碱的抑瘤效应；显微镜直接观察，乳酸脱氢酶(LDH)活性检测反映细胞膜完整性；DNA凝胶电泳分析，荧光染色观察细胞形态研究石蒜碱诱导凋亡效应；流式细胞仪分析细胞周期时相变化和细胞凋亡率；应用细胞免疫组化SABC技术和激光共聚焦显微镜观察细胞色素c从线粒体中的释放；进行caspase-3、8、9比活性分析caspase的活化；运用WesternBlot检测Bcl-2家族抗凋亡蛋白Bcl一2和促凋亡蛋白Bax以及细胞周期调节蛋白CyclinDl及Cdk4在石蒜碱作用前后的表达改变【7】。实验结果提示石蒜碱具有体外抑制KM3细胞增殖，诱导KM3细胞凋亡作用，可能是一个潜在的治疗多发性骨髓瘤新药【8】。石蒜碱通过激活线粒体通路和膜死亡受体通路诱导KM3细胞凋亡，Bax／Bcl一2是石蒜碱诱导肿瘤细胞凋亡的重要作用靶点，并通过下调CyclinDl／Cdk4阻止肿瘤细胞增殖。3.2.2对人白血病的抑制石蒜碱在体内外可明显抑制人早幼粒细胞白血病HD60细胞增殖，并诱导HL-60细胞和多发性骨髓瘤细胞凋亡【9.10】化疗是白血病与其他肿瘤的主要治疗手段之一，高效低毒化疗药物的研发长期以来是肿瘤研究中的热点，研究发现，石蒜碱在微摩尔数量级对U937细胞有明显增殖抑制作用，其IC50值同既往报道的抑制HL-60细胞细胞增殖的浓度相近【11】。Bcl-2家族主要包括抗凋亡蛋白如bcl-2、bcl-xL及促凋亡蛋白如bax、bid、bad等。细胞凋亡的发生与抗凋亡蛋白下调、促凋亡蛋白升高及蛋白质线体转位(如bax)有关。既往报道石蒜碱诱导HL-60细胞凋亡时下调Bcl-2蛋白表达并上调bax蛋白表达【12】。研究发现，石蒜碱诱导U937细胞凋亡bcl-2蛋白表达无明显变化，但Mcl—I和bcl-XL蛋白表达均有下降，其中以Mcl．1蛋白减少最为明显；石蒜碱对Mcl一1蛋白的抑制作用先于PARP剪切(PARP剪切是化疗药物诱导细胞凋亡发生的一个早期指标)【13】，而对bcl-XL蛋白的抑制作用则发生在PARP剪切后。提示Mcl一1蛋白可能真正介导了石蒜碱对U937细胞的凋亡诱导作用。Mcl-l基因是在筛选TPA(佛波酯)诱导人髓样白血病细胞系ML—1分化的早期反应基因时发现的，近来研究发现，Mcl-1基因在原发性或耐药白血病细胞中高表达。另有体外实验表明：Md-1过度表达可使细胞抵抗紫外(uv)及多种化疗药物诱导的细胞凋亡L【14】；利用抑制Mcl—I转录的小分子化合物或SiRNA、Antisense寡核苷酸降低Mcl一1表达后，肿瘤细胞可被诱导凋亡。因此，以抑制Mcl—I基因为靶点的化疗药物已成为抗白血病治疗的研究热点【15】。Mcl．1蛋白半衰期较短，具有翻译阻断作用的高三尖杉酯碱可明显抑制Mcl—I蛋白表达并诱导细胞凋亡。有研究表明，石蒜碱可能对细胞蛋白质合成有抑制作用，机理为在蛋白翻译水平上降低Mcl一1表达后诱导细胞凋亡。低浓度的石蒜碱在体外可明显抑制Mcl．1蛋白表达并诱导白血病细胞凋亡，石蒜碱可能对异常高表达Mcl—I蛋白的相关肿瘤有治疗应用前景。3.2.3对乳腺癌的抑制乳腺癌是严重危害女性健康的恶性疾病，早期乳腺癌患者的无病生存期和总生存期已经有了明显的提高，经合理治疗，90％以上可获长期生存【16】。系统的治疗对晚期转移性乳腺癌患者收效甚微，目前，化疗药物仍是治疗晚期转移性乳腺癌的主要策略。天然药物由于资源丰富，药理作用机制多样，成为发现抗肿瘤新药的主要源泉，。石蒜碱是从我国广泛分布的多年生草本植物石蒜鳞茎中分离出的一种化学单体，属于异喹啉类植物碱，它是石蒜科植物抗肿瘤生物碱主要成分之一。下面石蒜碱降低人乳腺癌细胞MCF-7存活率及其机制。石蒜碱作为石蒜属植物的抗肿瘤有效成分之一，其药理作用已经有了一定的研究。研究表明，石蒜碱及其盐酸盐对大鼠W-256肉瘤细胞的生长有明显抑制作用【17】。其在体内外可明显抑制人早幼粒细胞白血病HL-60细胞增殖，并诱导HL与0细胞凋亡；在体内实验中，石蒜碱对白血病小鼠模型也有良好的治疗作用【18.19】。而本研究表明，石蒜碱具有对人乳腺癌细胞MCF-7同样有有效的抑制作用。线粒体是细胞中进行生物氧化并产生能量的场所，它是细胞的能量转换器，三羧酸循环、电子传递及氧化磷酸化均在线粒体进行，它对维系生命运动至关重要。由于线粒体膜上各种离子泵的作用，使线粒体膜内外维持着不同的离子浓度梯度，造成了MMP在正常情况下，线粒体结构完整，线粒体膜内外维持较高的跨膜电压。当细胞发生凋亡，线粒体即发生崩解，MMP也随之消失。MMP的崩解被许多学者称之为细胞凋亡的特异性标志【20】，是细胞凋亡发生的先导。多种毒素、细胞氧化应激或缺血、缺氧等病理因素所致细胞凋亡，均首先发生MMP崩解。通过检测线粒体膜电压可以评价细胞凋亡程度。JC-1是一种碳氰化合物类荧光染料，在细胞内以聚合物和单体两种不同形式存在。在MMP较高时，JC一1聚集在线粒体的基质中，形成聚合物，可以产生橙红色荧光；在MMP较低时，JC-1不能聚集在线粒体的基质中，此时Jc．1为单体，可以产生绿色荧光。因为JC一1能较特异地与线粒体内膜结合，只在线粒体膜崩解时才释放出来，因此检测结果可靠，敏感性高，利用流式细胞仪检测经JC一1染色的细胞可以准确了解细胞MMP情况。研究结果发现，石蒜碱可以有效抑制McF-7细胞增殖并造成其MMP下降，这提示，石蒜碱可以通过损害癌细胞线粒体功能从而达到对乳腺癌的治疗效果【21】。石蒜碱及其衍生物的抗肿瘤活性已经得到确证，而且对石蒜碱抗肿瘤作用机制的研究也较为深入，但由于石蒜碱没有专利保护，开发成新药没有很大经济效益，而且石蒜碱本身具有局部刺激性，因此有必要对其构效关系进行深入研究，通过对取代基的改变甚至母核结构的改变以发现活性更强的化合物。近年来，计算机辅助药物筛选技术在抗肿瘤药物筛选中已经有应用，我们可以探索应用此技术进行此类化合物的快速筛选，已发现活性更强、靶点明确的抗肿瘤药物。3.3抗病毒作用机制的研究石蒜碱对多种RNA和DNA病毒具有抗病毒活性，GabrielsenB等副研究发现石蒜碱对日本脑炎病毒、黄热病病毒、登革热病毒等多种病毒显示出体外抑制活性。石蒜碱对脊髓灰质炎病毒(vv)、疱疹病毒(HSV)、柯萨奇病毒B2也有抑制作用n，抑制强度与浓度有关，其抗HSV病毒的机制与抑制DNA多聚酶有关【12】，也有研究认为，石蒜碱延迟病毒生长和降低病毒生成总量的作用与阻断病毒蛋白质合成有关。近年来，国内外学者对石蒜碱的抗病毒作用进行了进一步研究，在MT4细胞上研究石蒜碱的抗病毒作用，发现石蒜碱对HIV．1病毒复制有明显抑制用，石蒜碱有抗人类急性呼吸道综合症相关冠状病毒(SARS—CoV)的作用，但其作用机制还不清楚，需要进一步研究。伪石蒜碱也有抗病毒作用，可以使颅内接种淋巴细胞绒毛脑膜炎病毒及脑心肌炎病毒的小鼠死亡率降低，【14】也有