冰片药理作用及冰片酯的研究进展

吴谕锋，朱泽宇，陈靖南，皮家恺，魏宇辰

(1.江西中医药大学药学院药理毒理实验室，江西 南昌 330000；2.中山大学药学院药理学与毒理学实验室，广东 广州 510006；3.执信中学，广东 广州 510006)

冰片在我国有着悠久的使用历史，历代记载其功效如《新修本草》：“主心腹邪气，风湿积聚，耳聋，明目，去目赤肤翳”；《本草纲目》：“通诸窍、散郁火”；《本草衍义》：“独行则势弱，佐使则有功”。《中国药典》2015年版中收载的冰片分为天然冰片，合成冰片和艾片(见图1)，学名为 2-茨醇。但冰片表现出的挥发性强[1-2]和一定的生殖毒性[3]等特点使科学家们对其进行了结构修饰和改造，以求获得毒性更低，药代动力学参数更好的冰片衍生物。当今研究的热点是合成冰片酯，本文在前人的基础上进一步的总结近年来国内外对于冰片和冰片酯的药理活性研究进展，并初步探讨了今后的研究方向和重点，以期望对冰片酯的研究有所帮助，现综述如下。

1.天然冰片;2.艾片;3.合成冰片图1 冰片的3种结构式

1 冰片的主要作用

1.1 抗菌作用 黄晓敏等[4]对天然冰片 3 种不同剂型的体外抗菌活性进行测定，在其实验中发现冰片对金黄色葡萄球菌等细菌有较强的抑制作用，其中油剂的抑菌活性最强，其 MIC50为粉剂的 2 倍。何桂芳等[5]发现冰片注射液对大肠杆菌 K88、溶血性大肠杆菌、猪丹毒杆菌、猪巴氏杆菌均有较强的抑制作用。牟家碗等[6]发现天然冰片、艾片和合成冰片均具有抗金黄色葡萄球菌等的作用，在低浓度时有抑菌作用，高浓度时表现为杀菌作用，且抗菌效果随冰片浓度增加而增加。常颂平等[7]发现冰片可以破坏真菌的细胞结构，导致真菌溶解死亡。其实验结果表明冰片的最低抑制真菌的浓度为 5%，杀菌浓度为 10%。

1.2 冰片对脑部神经的保护 肇丽梅等[8]观察了冰片对脑缺血小鼠空间分辨学习的影响发现。冰片能有效减少小鼠脑缺血再灌注损伤后的跳台反应错误次数和增强小鼠的记忆能力，实验结果发现在 2 mg·kg-1冰片组中小鼠跳台错误次数为 2.2 次相较于模型组小鼠的 3.9 次显著减少。表现为冰片对缺血再灌注小鼠脑部的神经有着保护作用。何晓静等[9]发现冰片注射液大、中、小 3 个剂量均可显著降低大脑中动脉栓塞(middle cerebral artery occlusion，MCAO)小鼠的神经行为学评分，其中 MCAO 小鼠在使用了大中剂量的冰片后脑梗死面积相较于空白对照小鼠减少了三分之一，何晓静等同时也研究了冰片对小鼠的抗缺氧作用，发现注射了大剂量冰片后的小鼠在缺氧环境下的存活的时间相较于空白对照的小鼠延长了 1.32 倍。

1.3 协助药物透过体内屏障的作用 冰片在中药配伍中常用作佐药帮助其他药物更好地发挥疗效，有着“独行则势弱，佐使则有功”的说法。张郑[10]所进行的实验表明在有冰片参与用药的情况下，可以明显增加丹参素的在脑部的分布。丹参素在脑部平均滞留时间(mean residence time，MRT)的增加反映出冰片能增强与之配伍药物的长效缓释性。陈艳明等[11]利用犬肾细胞(Madin-Darby canine kidney cells，MDCK)研究冰片对 MDCK 细胞间连接的紧密程度的影响，实验结果表明，冰片可以使MDCK上皮细胞之间的紧密程度降低，同时使MDCK上皮细胞胞吞的囊泡数量增多、粒径增大。Jiang 等[12]研究了同时给予冰片和速效救心丸后大鼠不同器官中人参皂苷的浓度，发现冰片可以显著增加速效救心丸中的人参皂苷在心脏部位的分布从而增强速效救心丸缓解心绞痛的作用。

1.4 镇痛抗炎作用 在侯桂芝等[13]的实验中发现对烧伤创面直接使用冰片后的小鼠痛闭值比万红烫伤膏和生理盐水处理组分别高出了 2.78 倍和 6.24 倍。孙晓萍等[14]在实验中发现冰片能显著抑制由醋酸导致的小鼠 15 min内的扭体反应(P<0.01)，其 ED50=0.581 3 g·kg-1。蔡瑞宏等[15]研究了芦荟冰片烧伤膏对烧伤小鼠耳郭肿胀抑制率及其镇痛效果。实验结果表明：芦荟冰片烧伤膏在用药 5 d 后展现疗效，能显著的缩小小鼠的烫伤面积，在 13 d 之后芦荟冰片烧伤膏的促进创面愈合作用明显优于磺胺嘧啶银。Kong 等[16]在研究冰片对脑缺血的保护作用时通过观察免疫组织的染色切片发现冰片可以显著地降低脑缺血后脑内的白细胞浸润数量、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)阳性细胞的数量和细胞间黏附因子-1(ICAM-1)阳性血管的数目，结果表明冰片能抑制脑内的炎症反应，防止了脑损伤。

1.5 防止血栓的形成 Li 等[17]研究了冰片抗血栓和抗血小板活性及其对血栓形成的影响，在把不同剂量的冰片抗血栓作用与阿司匹林对比后发现，发现口服冰片70 mg·kg-1后的小鼠静脉血栓重量比造模组小鼠的轻了44.7% 静脉血栓的抑制率达到了约43%，相比之下阿司匹林组的小鼠静脉血栓重量相较于造模组小鼠下降了42%，阿司匹林组小鼠的静脉血栓的抑制率约为41%。同时发现 35 mg·kg-1的冰片使凝血酶原时间延长了 1.18 倍而凝血酶时间延长了1.23倍。故认为冰片有着很好的抗血栓作用，且作用强度随着冰片用量的增大而增大。

2 冰片的酯类衍生物

冰片酯是运用前药拼接原理来合成的一类冰片的酯类衍生物，前药是在体内酶的作用下释放出母体药物而发挥作用的一类化合物[18]。冰片酯在进入体内后会释放出母体药物和冰片，这有效地克服了冰片具有挥发性而不宜与药物直接做成制剂的缺点[19]。同时也降低了冰片的毒副作用[20]，增强了母体药物和冰片的治疗作用[21-24]、改善了其药代动力学参数[10]、使母体药物透皮作用[25]和通过血脑屏障能力增强[26]等。一系列实验结果表明合成冰片酯对改善已知药物的药理学活性有很大的作用。

2.1 冰片酯的药代动力学研究 刘少静[27]发现丹参素冰片酯(Danshensu borneol ester，DBZ)(见图 2)在体内分布和消除速度都很快，不适合作为静脉注射剂使用，建议制作成缓释制剂以延长药物的施放时间。张郑[10]研究了 DBZ 的靶向性，发现 DBZ 能改善丹参素的药代动力学参数，使其在体内的平均滞留时间和半衰期 t1/2比丹参素分别增加了 2.71倍和1.42倍。在兰薇[28]的实验中发现没食子酸冰片酯(见图2)在脑部的回收率最高，在加入没食子酸冰片酯 9 mg·L-1时大鼠脑部的回收率为 86.8%，表现没食子酸冰片酯的脑靶向作用较强。根据这些药代动力学的研究发现，药物在与冰片成酯之后能够显著的增加其在脑组织中的分布，符合中医理论中描述冰片 “芳香开窍，引药上行”的特点。

图2 丹参素冰片酯和没食子酸冰片酯结构式

2.2 毒副作用 吴祈德[20]在实验中合成了5种苯甲酸类冰片酯(见图3)，并对其毒性进行了评价。结果表明合成出的苯甲酸冰片酯的毒性皆远小于冰片的毒性，其中(+)4-甲氧基苯甲酸冰片酯的LD50的95%可信限为 3.189 5～4.237 6 g·kg-1远小于冰片的2.425 9 g·kg-1，表明冰片酯能有效地降低冰片的毒性。张易[29]发现大多数小鼠在注射 DBZ之后出现了呼吸衰竭的现象，故认为DBZ的毒性主要表现为中枢神经的急性毒性。

图3 苯甲酸类冰片酯结构式

2.3 抗菌杀虫作用 Silva等[30]利用微波合成法合成了一系列的冰片酯化合物(见图4)，并对其抗菌能力进行了研究，实验结果表明这些化合物都有着较好的抗菌活性，其中化合物9、10分别表现出了比其阳性对照药氨苄青霉素更好的革兰阳性血链球菌和革兰阴性大肠杆菌的杀灭效果。化合物 11 则对革兰阳性细菌有最好的选择性，其MIC50为 62.5 μg·mL-1。研究者推测这些化合物结构上的芳香基团和甲氧基起着对特定细菌的识别作用。而冰片在制成油剂的情况下其MIC50仅为 0.625 mg·mL-1，其抑菌能力远远弱于冰片酯[4]。

图4 长链脂肪酸与苯甲酸冰片酯

在Glaser等[31]的研究发现咖啡酸冰片酯有着很好的杀灭利什曼虫的作用，研究结果显示咖啡酸冰片酯(见图5)能有效地抑制利什曼蛋白酶从而达到治疗利什曼病的作用。

Feng 等[22]发现乙酸冰片酯(见图5)能够有效地杀灭蚊子，书虱等害虫，对书虱有着显著的熏蒸毒性，研究者的实验表明其LD50=2.8 mg·L-1(空气中)而冰片杀灭书虱的LD50=10.1 mg·L-1。同时研究者也发现乙酸冰片酯对人体的伤害较小，适合作为大面积喷洒农药使用。

图5 咖啡酸冰片酯和乙酸冰片酯

2.4 对心血管的保护与修复 Liao等[21]测定了在血管受损后人脐静脉内皮细胞(human umbilical vein endothelial cells，HUVEC)创面边缘与迁移的人脑微血管内皮细胞(human brain microvascular endothelial cells，HCMEC)数目之间的关系。结果表明使用左旋丹参素冰片酯(S-DBZ)和右旋丹参素冰片酯(R-DBZ)的小鼠与空白对照组相比，均可显著增加HCMEC向创面迁移的数量，提高内皮细胞在血管内皮受损后的活力，从而促进受损血管内皮的修复，在使用S-DBZ和R-DBZ处理后血管的平均管径和血管面积的增加，说明冰片酯能够显著提高亲本化合物促血管生成的活性。他们同时发现 DBZ 的潜在靶点调控了血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)相关的信号通路，在使用了 DBZ 后发现血管内皮细胞生长因子受体2(VEGFR2)表达量显著提高，DBZ也可以显著的提高蛋白激酶 B(PKB)、磷脂酶 C γ(PLCγ)、Raf-1和细胞外调节蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases，ERK 1/2)的磷酸化的比例，这些通路和蛋白的变化都能激活丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)，促进HCMEC和HUVEC等血管内皮细胞的分裂，从而达到修复受损血管的作用。

Jia等[32]在研究DBZ对动脉粥样硬化治疗的实验中发现DBZ能有效地抑制内源性胆固醇和泡沫细胞的生成，其实验结果表明丹参素冰片酯与其阳性对照药辛伐他汀有着一样优异的降脂作用，同时DBZ调节更多与代谢途径相关的代谢产物进入正常状态，Jia等[32]推测，DBZ 可能通过作用于多个生物靶点来治疗动脉粥样硬化性疾病。李静等[33]的实验中发现在使用了DBZ之后小鼠体内的 Toll 样受体 4 (TLR4)、NF-κB和白细胞介素-6(IL-6)表达量被抑制，表明 DBZ 有减少动脉粥样硬化斑块生成的能力，对动脉粥样硬化疾病有着一定的治疗作用。

冠心病的发生和发展与同型半胱氨酸有关，王雪等[34]探索了DBZ对同型半胱氨酸诱导的大鼠骨髓间充质干细胞(bone mesenchymal stem cells，BMSC)损伤保护作用发现使用DBZ组的超氧化物歧化酶(SOD)水平高于模型组，同时丙二醛(MDA)的水平均低于模型组。在投射电子显微镜下观察到模型组的BMSC的细胞器肿胀明显，衰老凋亡的细胞数目明显增多，而在DBZ干预组中细胞衰老较少，损伤程度较轻。在刘明等[35]的实验中采用了三氯化铁制造大脑中的动脉栓塞的模型，再评价造模后脑梗死的范围、SOD及MDA的含量，实验结果表明使用了 54 mg·kg-1的DBZ后小鼠的脑梗死面积相较于空白对照组减小了1.07 倍，SOD活性增强了1.51 倍，脑内的MDA含量有所减少。

2.5 对神经系统的作用 阿尔茨海默病(Alzheimer′s disease,AD)患者脑中 β-淀粉样蛋白(amyloid β-protein，Aβ)中β片层结构可促进Aβ聚集形成不溶性纤维，进一步形成难溶沉淀生成老年斑(senile plaques，SP)，最终引起AD发生[36]。在Han等[37]的实验中发现DBZ能有效的减少体外孵育的Aβ1～40 的含量，并且Aβ含量随着DBZ的浓度增加而降低。Han等[37]同时也进行了损伤模型的研究，使用H-SY5Y和VSC4.1这两种细胞系作为H2O2损伤细胞模型，发现DBZ可以保护神经细胞免受H2O2氧化，有着较好的抗氧化作用。

在AD发生的过程中TLR4有着对 Aβ 的绑定和吞噬的中介作用[38]，这会使 NF-κB 炎症通路的激活从而再导致细胞核内的IL-1、IL-6、IL-8、TNF-α等炎症因子和细胞毒素的生成[39]。在李静等[33]的实验显示在使用了 DBZ 后发现动脉粥样硬化斑块中的TLR4、NF-κB和IL-6 mRNA 的表达明显减少。故推测DBZ可能同时有着消除脑内炎症的作用，考虑能否进行DBZ对脑内炎症的抑制性的研究，从而开发出对AD新的疗法。

在脑缺血的条件下，兴奋性氨基酸(如谷氨酸)过度释放，使得脑内通过NMDAE-PSD-95-nNOS的途径过度释放一氧化氮，产生神经毒性。在Zhu等[23]的实验中发现了 N-(2-碳酸甲氧乙酰)-d-缬氨酸甲酯(ZLc-002)对小鼠海马区的nNOS-CAPON有良好的阻断作用，表现为使用了ZLc-002 后的小鼠相较于空白对照组的小鼠焦虑程度明显降低。然而ZLc-002在MCAO动物模型中不能表现出明确的神经保护作用，且其在药物浓度较高的情况下药效降低。故李飞等[40]对ZLc-002进行了结构改造(见图 6)，把ZLc-002上的缬氨酸甲酯的甲基用冰片代替，发现其能显著地提高对神经元损伤的抑制率，其中化合物 2对神经元细胞的抑制率为69.4%±5.9%，比冰片和ZLc-002分别高出了6.73 倍和2.29 倍，在高浓度下也有神经保护作用。ZLc-002冰片酯在MCAO动物模型中同样有着优异的神经保护作用，在给药 2 mg·kg-1的化合物2时小鼠的神经缺陷症状评分比冰片组、ZLc-002 和模型组分别降低了1.31倍、1.62倍和1.85倍，同时使用了ZLc-002冰片酯的小鼠脑梗死面积相较于冰片组、ZLc-002 组和模型组分别减少了1.37倍、1.50倍和1.62倍。实验结果表明冰片酯很好地改善了冰片以及母体药物的药理作用。

匡新谋等[41]的实验中制备了缬氨酸冰片酯(见图7)，发现其表现出很好的抗癫痫作用，其在高浓度时表现出与阳性对照药卡马西平一致的抗惊厥活性，低浓度时的表现甚至优于卡马西平。

2.6 促透作用

2.6.1 促进透过血脑屏障 血脑屏障是存在于脊椎动物的血液循环与神经系统之间一层细胞屏障，有着保护神经系统，维持脑内微环境稳定的作用[42]。但血脑屏障的存在也同时阻止了药物进入脑内的效率。血脑屏障的作用体现在大脑内皮细胞的紧密排列、低的胞饮作用和高的 P-蛋白表达。P-蛋白具有外排进入脑内药物的作用，使药物在脑内的浓度低、作用力弱。研究者发现在使用DBZ后小鼠海马区的P-蛋白表达量明显减少，给药 45 min 后 P-蛋白的表达降低至最低水平(47.5%)，其余部位表达量也呈下降趋势，表明DBZ能有效地开放血脑屏障使药物进入脑内发挥疗效。

吴祈德[20]使用伊文氏蓝溶液检测了使用冰片酯之后小鼠的血脑屏障透过率，实验结果表明所有冰片酯组的小鼠脑中都有染色现象，表明冰片酯有着打开血脑屏障的作用，其中(+)-2-甲氧基苯甲酸冰片酯和(+)-4-甲氧基苯甲酸冰片酯促进透过血脑屏障的能力相较于天然冰片分别提高了 1.25倍和 1.38倍，说明冰片酯相较于冰片更好的促进药物透过血脑屏障。

2.6.2 透皮作用 王涛等[25]合成了水杨酸冰片酯(见图3)并利用紫外分光光度法研究了其对鼠皮的促透作用。实验结果表明与空白对照组相比水杨酸冰片酯有着良好的透皮作用，其透皮速率常数J=0.253 9 mg·(cm2·h)-1。

2.6.3 抑制肿瘤细胞多药耐药性的作用 临床试验表明共轭亚油酸具有抑癌能力，但是由于肿瘤细胞上的P-蛋白表现出特殊的药物外排作用导致肿瘤细胞表现出多药耐药性(MDR)，这使共轭亚油酸不能很好地进入癌细胞内发挥药效[43]。王羽伦[44]把共轭亚油酸与冰片结合成酯后作用于癌细胞，发现共轭亚油酸冰片酯(见图8)能显著的抑制肿瘤细胞的生长，研究者的实验结果表明在给药共轭亚油酸冰片酯 200 μmol·L-1的情况下其对HePG2细胞的抑制能力比给药同剂量的共轭亚油酸高1.2倍，比冰片高出3.88倍，并且抑制的效果随着共轭亚油酸冰片酯浓度增加而增加。说明合成了冰片酯之后使共轭亚油酸能更好地发挥其药效，得到比原药和冰片更加杰出的药性。

图6 N-(2-碳酸甲氧乙酰)-d-缬氨酸甲酯(ZLc-002)及其冰片酯类衍生物

图7 缬氨酸冰片酯

图8 共轭亚油酸冰片酯

在匡新谋等[41]的实验中发现缬氨酸冰片酯表现出很好的抑制HeLa细胞的作用，且随着作用时间的增长，缬氨酸冰片酯对HeLa细胞的抑制率也增强，加药1～6 d，缬氨酸冰片酯组内的HeLa细胞数量分别为空白对照组的90.9%、79.3%、67.3%、45.9%、43.4%、42.9%，抑制率分别为9%、21%、33%、54%、57%和57%。表明了冰片酯有显著的抑制HeLa细胞增殖的能力。

2.6.4 与成药的结合 把药物制成前药可以降低其不良理化性质的影响，前药在血液中经过酶和化学转化等作用可以释放出有活性的母体药物，从而发挥预期的药理作用[45]。惠爱玲等[26，46]运用前药原理以冰片为原料结合了一系列的药物，如：布洛芬、阿魏酸、美金刚、他克林、萘普生、阿司匹林、L-多巴等(见图9)，研究者发现在与冰片成酯之后明显优化了母体药物的药代动力学参，提高了药物的脑靶向性(见表1)，降低了部分母体药物的毒性，如他克林冰片酯显著的降低了他克林的外周毒性，增强了药物的促透作用。同时也开发了一些药物的新用途，如Hirohata等[47]的研究中表明非甾体抗炎药有着抗Aβ的生成，降低AD发病风险的作用。但是布洛芬难以通过血脑屏障，在脑内的分布较少，而布洛芬冰片酯能有效地通过血脑屏障，使布洛芬能够发挥治疗AD的作用。

1.布洛芬冰片酯；2.酮洛芬冰片酯；3.氟比洛芬冰片酯；4.菲诺洛芬冰片酯；5.双氯酚酸冰片酯；6.赛诺酚酸冰片酯；7.甲氯酚酸冰片酯；8.萘普生冰片酯；9.氟芬那酸冰片酯；10.吲哚美辛冰片酯；11.美金刚冰片酯；12.他克林冰片酯；13.L-多巴冰片酯图9 冰片与成药合成的冰片酯

表1 合成的冰片酯药代动力学参数的变化

2.7 镇痛作用 王涛等[24]发现(+)顺丁烯二酸单冰片酯(见图10)相较于天然冰片能够有效地降低痛阈，在给药(+)顺丁烯二酸单冰片酯0.36 mmol·g-1时其镇痛效果高出空白对照组大约10.6倍，在同剂量给药的情况下其镇痛效果高出天然冰片组约1.33倍，效果接近于其阳性对照药罗定痛。且镇痛效果随着(+)顺丁烯二酸冰片酯用量的增大而增大。结果表明在合成了冰片酯之后其镇痛效果相较于冰片有了很大的提升。

图10 (+)顺丁烯二酸单冰片酯

3 展望

冰片在我们国家有着很长的运用历史，随着国家越来越重视传统中医药的发展，加上提取工艺及合成技术的日益成熟为冰片的发展提供了诸多的便利。根据以往的研究以及临床实践充分证明了冰片是一种有着多样的药理活性，开发前景良好的一种天然活性产物。然而，因为其本身的易挥发，有毒性而导致了冰片不宜单独合成制剂以及长期连续服用，为了更好地发挥冰片的药用价值，以他克林冰片酯等新合成药物为代表的一系列实例证明了通过化学修饰可以增强母体药物的药效，并减少母体药物所带来的毒性(见表2)。

表2 已报道冰片酯作用小结

考虑大部分的药物有着酸的结构，可以作为构成酯基的原料，再基于当今的研究发现合成冰片酯之后可以很好协助原药进入病位，不只是穿过血脑屏障等，也可以抑制肿瘤细胞的多药耐药性等，同时降低冰片和母体药物的毒性等。所以今后的研究可以考虑把冰片和带有羧基的药物或天然活性产物成酯，再对其药代动力学等参数进行研究并与母体药物作对比。冰片酯的研究开辟了应用冰片的一条新途径，值得进一步的探索。