含笑内酯的药理作用及其结构修饰研究进展

含笑内酯(MCL)是来自天然植物的愈创木烷型倍半萜内酯，在木兰科植物黄兰的根皮和台湾含笑的根皮中均有分布，其化学结构如下图所示。含笑内酯也可用小 白菊内酯(PTL)为原料通过化学反应得到，其活性与小 白菊内酯相当，但稳定性更高、毒 性和生产成本更低，更具有临床药物的潜力。现代药理学研究表明，含笑内酯具有抗炎、抗肿瘤、免疫调节、神经保护等多重药理作用，但是含笑内酯水溶性差，被摄取后药物血浆浓度太低，影响其体内药理作用，近年来，为了提高含笑内酯的生物活性和血药浓度，对其结构进行了大量修饰与改造，发现了一系列活性优于含笑内酯以及更具成药性研究的含笑内酯衍生物。

(资料图)

1、抗炎作用

含笑内酯具有潜在的抗炎生物活性，可用于治疗肠炎、类风湿性关节炎等多种炎症。研究表明，含笑内酯可通过调控核因子κB、磷脂酰肌醇-3-羟激酶/蛋白激酶B等多条相关信号通路降低炎症细胞因子的表达水平。

含笑内酯能够抑制强直性脊柱炎（AS）模型小鼠血清中肿瘤坏死因子α（TNF-α）、IL-1 β、IL-6、IL-18 和 γ-干扰素（IFN-γ）的含量，降低caspase-1 p10、IL-1β p17、核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白 3（NLRP3）和caspase-3的蛋白表达水平，同时抑制磷酸化 p65（p-p65）的表达，增加磷酸化 IκBα（p-IκBα）的表达，表明含笑内酯能够通过抑制NLRP3炎症小体激活和调节NF-κB信号通路、维持Th1/Th2的平衡来缓解AS。含笑内酯能够显著抑制脂多糖诱导的 NF-κB 信号通路激活，降低 NLRP3 和caspase-1的表达水平，减少IL-1β和IL-18 的分泌；同时，含笑内酯还能抑制线粒体 ROS（mROS）激动剂鱼藤酮诱导的NLRP3炎症小体激活，表明含笑内酯可以通过抑制mROS/NF-κB/NLRP3 通路来抑制LPS诱导的大鼠肾小管上皮细胞炎症反应。研究发现，含笑内酯可提高致死性败血性休克小鼠的存活率，其作用机制为含笑内酯能抑制LPS诱导的RAW264.7、原发性腹腔巨噬细胞和骨髓树突状细胞中炎症细胞因子 IL-6、TNF-α、MCP-1、IFN-β 和抗炎细胞因子IL-10 的产生，通过 NF-κB 和PI3K /AKT途径抑制脂多糖诱导的炎症反应，保护小鼠免受脂多糖的攻击。在进行糖尿病肾病( DN) 发病机制研究中发现，含笑内酯可通过抑制晚期氧化蛋白产物( AOPPs) 诱导的单核细胞趋化蛋白( MCP-1) 的表达，进而抑制NF-κB 复合物 P65 的磷酸化和 IκB 的降解，来实现抗炎过程。

2、抗肿瘤作用

现代药理学研究表明，含笑内酯可通过抑制肿瘤细胞增殖、调节肿瘤细胞凋亡、诱导肿瘤细胞自噬、抑制肿瘤细胞的侵袭和转移等发挥抗肿瘤作用。含笑内酯可通过激活丙酮酸激酶 M2来抑制肿瘤细胞。丙酮酸激酶M2( pkm2) 是丙酮酸激酶的低活性亚型，在肿瘤发生中起着关键作用。含笑内酯可通过残基半胱氨酸424( C424) 处的共价结合选择性地激活 pkm2( C424不包含在pkm1中)。这种相互作用促进了更多pkm2四聚体的形成，抑制了赖氨酸433( K433) 的乙酰化，并影响了 pkm2 向细胞核的易位，因此抑制了白血病细胞的增殖。含笑内酯还可通过诱导线粒体相关蛋白( Drp) 1 表达进而抑制乳腺癌细胞增殖。Drp1 是线粒体分裂的主要作用分子，诱导 Drp1 表达可促进线粒体分裂，提高乳腺癌细胞ROS 水平，耗散线粒体膜电位，促进细胞色素C释放，裂解凋亡蛋白DNA 修复酶( PARP)，进而诱发乳腺癌细胞凋亡。因此，可剂量依赖性抑制MCF-7及MDA-MB-231乳腺癌细胞增殖。含笑内酯可通过共价结合半胱氨酸残基选择性地激活PKM2，促进丙酮酸激酶形成四聚体，降低 PKM2的赖氨酸乙酰化和核易位，进而显著抑制白血病细胞的增殖和生长。含笑内酯能抑制乳腺癌 TNBC 细胞的增殖，并可通过降低细胞内谷胱甘肽水平，增强 TNBC 细胞对顺铂的敏感性；同时，含笑内酯对肺癌H1299细胞和Calu-1细胞在辐射和缺氧暴露后缺氧诱导因子1α（HIF-1α）的表达也有明显的抑制作用，其能通过抑制 HIF-1α通路使 p53 基因缺陷的肺癌细胞对辐射更敏感，从而抑制肺癌细胞异常增殖。含笑内酯可提高人结肠癌HCT116细胞的自噬率，显著上调 STAT3的磷酸化水平，表明含笑内酯可通过调控 STAT3 通路来诱导人结肠癌HCT116细胞发生自噬。另有研究发现，含笑内酯可选择性地清除白血病细胞，上调核因子 E2 相关因子2（Nrf2）、白血红素加氧酶 1（HO-1）等转录因子的水平，通过抑制 NF-κB信号通路和增加 ROS 的产生来抑制白血病细胞的转移。

3、神经保护作用

含笑内酯可通过减少Aβ的积累，抑制小胶质细胞活化等作用来改善神经炎症反应，可通过调节IκBα/NF-κB、Akt、JNK、MAPK、ERK1/2通路及增强Nrf2的活性来发挥治疗神经退行性疾病的作用。现代研究表明，含笑内酯能明显减少转基因阿尔茨海默病（AD）模型小鼠的海马齿状回、CA1区和皮质区的 Aβ斑块数量、斑块面积以及小胶质细胞的数量，且能抑制小胶质细胞的异常活化和聚集；同时，也能减少胶质纤维酸性蛋白星形胶质细胞的数量、抑制星形胶质细胞的活化，并能够明显改善转基因AD模型小鼠的认知障碍。此外，小胶质细胞参与的神经炎症被认为在各种神经退行性疾病中可以诱导脑损伤，抑制小胶质细胞的过度激活对神经退行性疾病的治疗有益。另有研究发现，含笑内酯可显著减轻 LPS刺激 BV2小鼠小胶质细胞引发的神经炎症，降低 iNOS、COX-2、TNF-α、IL-6 和NO 的含量，其机制与含笑内酯能够抑制 IκBα/NF-κB 通路、Akt 通路的激活以及 c-Jun 氨基末端激酶（JNK）、p38 丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）激酶和细胞外信号调节激酶1/2（ERK1/2）的激活有关；同时，含笑内酯能够通过增强Nrf2的活性，显著促进抗氧化蛋白HO-1的表达。

4、肝 脏保护作用

研究发现，含笑内酯既可以减轻肝细胞的炎症反应和脂肪变性，也可以诱导肝细胞自噬发挥其肝 脏保护作用。含笑内酯可减轻糖尿病模型小鼠的肝 脏脂肪变性，降低血脂水平（三酰甘油、总胆固醇）、肝 脏转氨酶水平（丙氨酸转氨酶、天冬氨酸转氨酶）以及炎症细胞因子（TNF-α、IL-1β）的异常升高，上调肝细胞过氧化物酶体增殖物激活受体（PPAR-γ）的含量以及降低p-IκBα和p-NF-κB/p65的表达水平，从而抑制 NF-κB 通路，减少肝细胞中 TNF-α和IL-1β的产生。另外，含笑内酯可通过激活腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）/雷帕霉素靶蛋白抑制（mTOR）信号通路来上调 PPAR-γ的表达，诱导糖尿病模型小鼠的肝细胞发生自噬。

5、肾 脏保护作用

含笑内酯可通过抑制MTDH/BMP/MAPK、MTDH/NF-κB等信号通路来减轻肾纤维化，减轻肾 脏炎症，从而发挥肾 脏保护的作用。现有研究表明，异黏蛋白（MTDH）是一种参与肾 脏纤维形成的因子，含笑内酯能够特异性抑制 MTDH过表达所诱导的 EMT。在2种肾纤维化小鼠模型，单侧输尿管阻塞模型和缺血再灌注损伤模型中，含笑内酯能降低模型小鼠纤维连接蛋白和α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA）的表达水平，并能在一定程度上回调上皮钙黏素的表达水平。骨形态发生蛋白（BMP）信号是另一种参与纤维形成的细胞外信号，MTDH的过表达可通过调控肾小管上皮细胞中BMP/MAPK 通路来发挥促纤维化作用，而含笑内酯可特异性逆转这种作用。另有研究发现，含笑内酯可以保护瘦素受体基因缺陷小鼠（糖尿病模型）肾 脏免受肾衰竭和炎症的影响，其机制与含笑内酯可抑制MTDH的异常上调有关；同时，MTDH 的下调显著抑制了 NF-κB信号通路的激活，并降低了其下游炎症细胞因子（如MCP-1、TNF-α、IL-1β、IL-6等）的表达水平，含笑内酯还可通过抑制 MTDH转录和促进泛素介导的降解来下调MTDH的表达。

含笑内酯的结构修饰

含笑内酯是一种三环结构的倍半萜内酯，研究显示其具有多种重要的药理活性，但由于体内较低的血浆稳定性使其临床应用受到了很大的限制。此外，含笑内酯的作用靶点至今尚未研究清楚，这也对其合理结构修饰和成药性研究产生了困扰。目前，将非环状低级仲烷胺通过 Michael 加成反应连接到含笑内酯的 C13 位得到其加合物水溶性盐，是一种有效提高生物利用度、增加血药浓度的方法。此外，在 C-4 位引入酯基可保持含笑内酯活性，可将其作为设计合成分子探针位置，探究含笑内酯作用机制。C-2，14，9 位引入羟基后成酯，抗肿瘤活性均有提高。所以可在保持 α-亚甲基-γ-丁内酯结构的基础上，引入杂原子或可提高含笑内酯的抗肿瘤活性。对含笑内酯及其衍生物作用机制和靶点的深入研究，将更加有利于含笑内酯的合理修饰和改造。

参考资料

[1]林景,莫俊俏,周欣等.含笑内酯的药理作用及机制研究进展[J].中国药房,2022,33(14):1787-1792.

[2]赵茹,曾炳麟,潘显道.含笑内酯的结构修饰、生物活性及构效关系研究进展[J].天然产物研究与开发,2020,32(03):532-539+497.

作者简介

小米虫，药品质量研究工作者，长期致力于药品质量研究及药品分析方法验证工作，现就职于国内某大型药物研发公司，从事药品检验分析及分析方法验证。