乌头属植物生物碱研究新进展

杨舜伊，袁纯红，蒋高华，陈业高

（1. 中国科学院新疆理化所植物资源化学重点实验室，乌鲁木齐 830011；2. 昆明工业职业技术学院，昆明 650302；3. 中国科学院大学，北京 100190；4. 云南能源职业技术学院，云南 曲靖 655001；5.云南师范大学化学化工学院，昆明 650092）

乌头属（Aconitum）植物属于毛茛科，全世界约有350 种，广泛分布于北半球温带地区。中国约有160 多种，是该属植物资源最丰富的国家，除海南岛外，在中国台湾和大陆各省区都有分布，大多数分布于云南北部、四川西部和西藏东部的高山地带，其次在东北诸省也有不少种类。乌头属植物是传统的药用植物，中国约有36 种可供药用［1］，中药中的川乌、草乌、附子、关白附、雪上一枝蒿、甘青乌头等都是该属植物［2］。作为传统中药材，乌头属植物多具有祛风除湿、温经止痛和解热的功效，可用于风寒湿痹、关节疼痛等的麻醉止痛。乌头属植物中含有生物碱、黄酮、甾体、糖苷类等化学成分，其中，最主要的特征性化学成分是二萜生物碱，其结构复杂、生理活性显著，成为研究热点，迄今报道的天然二萜生物碱己近1 000 个。在现代药理试验中对乌头属植物中的生物碱成分研究较多，这些化合物在抗炎、镇痛、抗心律不齐、抗肿瘤和杀虫等方面的作用受到人们的关注［3-11］。

薛姣等［5］对1998—2008 年报道的乌头属植物中新二萜生物碱的植物来源、结构特点等进行了综述。艾嫦等［4］对2009 年报道的乌头属植物中15 个新的二萜生物碱和3 个酰胺类化合物的药理作用及其内生菌等进行了综述。近年来乌头属植物中其他化学成分也逐渐被报道，如黄酮、甾体、糖苷类等，乌力吉特古斯等［6］对此进行了总结。李谦等［3］对40余种乌头属常用药用植物物种鉴定、化学成分、药理活性及毒性等进行了综述。Zhou 等［10］在2015 年对附子的植物化学成分和药理作用进行了综述。2016年以来，国内外学者对乌头属植物进行了研究，又发现了57 种新的生物碱成分，本文主要对报道的新生物碱的结构和生物活性进行综述。

1 乌头属植物的生物碱成分

乌头属植物中的主要成分是生物碱，其中研究最多的是二萜生物碱。二萜生物碱是一类结构复杂的生物碱化合物，通常认为其源于四环二萜或五环二萜的氨基化形成含β-氨基乙醇、甲胺或乙胺氮原子的杂环体系。从化合物母核结构来看，二萜生物碱可分为C18、C19、C20 和双二萜四大类，乌头属植物主要存在其中的14 种类型。

2 乌头属中新的生物碱

2016 年以来，国内外学者通过对乌头属植物开展研究，又发现了57 种新的生物碱成分，其分子结构见图1。下文对其详细介绍，生物碱名称后面序号与图1 中序号对应。

2.1 空茎乌头（Aconitum apetalum）

Hu 等［12］从空茎乌头中分离得到5 个新生物碱，分别是1 个乌头碱型二萜生物碱、2 个阿朴菲型生物碱、2 个纳哌啉型二萜生物碱。分别命名为acoapetaldines A 至E（分子结构对应图1 中的1～5，下文同），其中化合物acoapetaldines B，acoapetaldines C 分子式为C20H21NO5，互为同分异构体，具有aporphine 型结构，化合物acoapetaldine D（4）经单晶衍射确定其结构。又从空茎乌头中分离得到1 个新骨架的C20 二萜生物碱acoapetaludine A（6）和10 个C19 二萜生物碱acoapetaludines B 至K（7～16），化合物acoapetaludine A（6）结构与已知的化合物songorine 相似，多了1 个不饱和度，可知拥有1 个额外的环，最终经ECD 确定其绝对构型。此外，还提出了生物合成途径可能起源于化合物songorine，通过羟醛缩合，最后脱水得到化合物（6），它是一种新颖骨架的C20 二萜生物碱［13］。

2.2 甘 青 乌 头［Aconitum tanguticum （Maxim.）Stapf］

Fan 等［14］从甘青乌头全草中分离得到5 个新C20 海替生型二萜生物碱和2 个酰胺生物碱，分别命名为tanguticuline A 至E（17～21），酰胺生物碱5-methoxy-N-salicylanthranilic acid methyl ester（22）和3，5-dimethoxy-4-hydroxycinnamamide-4-O- β -Dglucopyranoside（23）。

2.3 短距乌头（Aconitum brevicalcaratum）

Shu 等［15］从短距乌头的根中分离得到3 个乌头碱型二萜生物碱，分别命名为brochyponine A 至C（24～26）。为了确定化合物brochyponine A 的结构，同时还测定了其盐在CDCl3的NMR 光谱数据，发现C-17、C-19、C-21、C-22 化学位移有明显不同，特别是C-22 化学位移向高场移动，可以用来区别盐的形式。同时，生物活性测定表明化合物brochyponine A 至C 并没有表现出抗菌和细胞毒活性。

2.4 乌头（Aconitum carmichaelii）

Guo 等［16］对乌头的侧根（附子）进行了研究，对植物成分的提取方法有别于传统的有机溶剂提取法，采用水提取法先后分离得到8 个新的C19 乌头碱型二萜生物碱糖苷，分别命名为aconicarmichosides E 至L（27～34），它们在C-1 和C-14 连接有L-呋喃型阿拉伯糖基和L-吡喃型阿拉伯糖基。aconicarmichoside E（27）与已知的aconicarmichoside D 相比，C-1 和C-14 位的羟基和阿拉伯糖基的位置刚好相反，通过2D-NMR 得到证实。aconicarmichoside F（28）和aconicarmichoside G（29）波谱数据基本相似，只是阿拉伯糖的连接位置分别是α 和β位。 与aconicarmichoside F 和aconicarmichoside G相比，aconicarmichoside H（30）是另外一种异构体，C-14 位连接的是呋喃型阿拉伯糖基。aconicarmichoside I（31）与aconicarmichoside J（32）互为同分异构体，C-14 位连接的分别是呋喃型阿拉伯糖基和吡喃型阿拉伯糖基。

2.5 瓜叶乌头（Aconitum hemsleyanum var.circinatum）

Xu 等［17］从瓜叶乌头的根中分离得到6 个新的C19 二 萜生物碱，命名为circinatines A 至F（35～40）。circinatines A（35）为大渡乌碱型二萜生物碱，C-6 和C-17 通过氧原子连接，C-7 与C-8 之间为双键，该结构属于7，17 次裂型，较为罕见。circinatines B（36）氮原子与C-19 为双键连接，取代常见的氮乙基基团。circinatines F（40）分子式比circinatines D（38）多了一个氧，氮原子发生了氧化，具有硝基的C19 二萜生物碱。

2.6 独龙乌头（Aconitum taronense Fletcher et Lauener）

独龙乌头产于云南省西北部，长期以来被当地人用来治疗风湿病和关节炎。Yin 等［18］从独龙乌头的根中得到4 种新的C19 二萜生物碱，命名为taronenines A 至D（41～44），它们均属于双酯乌头碱型生物碱。

2.7 高乌头（Aconitum sinomontanum）

Zhang 等［19］从高乌头的根中得到2 个结构新颖的C18 二萜生物碱，命名为sinomontadine（45）和sinomontanine N（46）。化合物sinomontadine（45）与ranaconine 具有相似的结构，明显不同的是化合物sinomontadine 的A 环是1 个含C-19 重排的7 元环新骨架结构，并提出了可能的生物合成途径：化合物sinomontadine 可能起源于前源化合物ranaconine，通过氧化产生中间体19-hydroxyl ranaconine，最后通过Wagner-Meerwein 重排反应得到。 化合物sinomontanine N（46）与sinomontanine E 具有很高的相似度，不同的是sinomontanine E C-4 的羟基被氯原子取代，sinomontanine N 的C-1 和C-3 羟基为罕见的β 位。化合物sinomontadine 与ranaconine 通过单晶衍射完全确定其结构。

2.8 异叶乌头（Aconitum heterophyllum）

Ahmad 等［20］从异叶乌头中分离得到3 个二萜生物碱，分别是：6β-methoxy，9β-dihydroxylheteratisine（47），1α，11，13β -trihydroxylhetisine（48），6，15β-dihydroxylhetisine（49）。化合物（47）是C19 内酯型二萜生物碱，化合物（48）和（49）是C20 海替生型二萜生物碱。

2.9 罕见的C19 二萜生物碱

Zong 等［21］对乌头母根进行了研究，从中分离得到5 个新的C19 二萜生物碱，分别命名为14α-benzoyloxy-N-ethyl-15α-hydroxy-1α，6α，8β，16β，18-pentamethoxyaconitane formate（50），14α-benzoyloxy-8β -butoxy-N-ethyl-13β，15α -dihydroxy-1α，6α，16β，18-tetramethoxy-aconitane formate（51），14α -benzoyloxy-8β -butoxy-N-ethyl-3α，13β，15α -trihydroxy-1α，6α，16β，18 -tetramethoxylaconitane（52），14α -benzoyloxy-8β -butoxy-3α，13β，15α -trihydroxy-1α，6α，16β，18-tetramethoxyl-N-methylaconitane and 8β（53），14α -dibenzoyloxy-N-ethyl-13β，15α -dihydroxy-1α，6α，16β，18-tetramethoxyaconitane（54），这5 个生物碱都是首次从该植物中分离得到。它们的C-14 均连接有苯甲酰基，其中化合物（50）和（51）以盐的形式存在，化合物（51～53）的C-8 连接有丁氧基，化合物（54）的C-8 连接有苯甲酰基，在乌头碱型生物碱中比较罕见。

2.10 高乌头（Aconitum sinomontanum）

有学者对高乌头进行了化学成分研究，发现高乌头中主要存在的生物碱是C18 二萜生物碱，然而，Tang 等［22］从高乌头根中分离得到的却是2 个C20 光翠雀碱型二萜生物碱，命名为sinomontanidine A（55）和sinomontanidine B（56），这是极为罕见的，对研究高乌头的化学分类具有重要的意义。两者 相比，sinomontanidine A 比sinomontanidine B 只是多了1 个乙酰基。

2.11 Vakognavine 型生物碱

Liang 等［23］从乌头的根中分离得到1 个新的Vakognavine 型生物碱。命名为（-）-1β，11α-diacetoxy-2α，13α -dibenzoyloxy-7β -hydroxy-15α -isobutanoyloxy-N-methyl-N，19-secohetisan-19-al（57）。化合物（57）是一种及其罕见的Vakognavine 型二萜生物碱，N 原子和C-19 连接键发生断裂，C-4 与醛基相连，此外，还含有5 个酯基、2 个乙酰基、2 个苯甲酰基和1 个异丁基。

3 生物活性

3.1 抗病毒活性

Fan 等［14］对甘青乌头生物碱进行抗病毒活性筛选，结果表明，tanguticuline A（17）和tanguticuline E（21）对甲型H1N1 流感病毒具有明显的抑制作用，IC50分别为2.90 和2.40 μg/mL。

3.2 抗炎镇痛作用

在传统中药中，乌头属植物常用于治疗风湿病和关节炎。Yin 等［18］对独龙乌头根中分离得到的生物碱进行了抗炎活性筛选，利用脂多糖（LPS）刺激所诱导的RAW264.7 细胞炎症体外模型，研究表明，化合物taronenine A（41）、taronenine B（42）和taronenine D（44）表现出一定的抑制活性，IC50分别为（29.60±0.08）、（18.87±0.14）和（25.39±0.11）μg/mL。Liang 等［23］发现化合物（46）对COX-2 也显示出剂量依赖性抑制作用，IC50为29.75 μg/mL，与非甾体抗炎药阿司匹林效果相当。邵鑫等［24］运用MTT 法测定RA-FLS 的增殖活性，用流式细胞仪测定RAFLS 的细胞凋亡率，采用定量RT-qPCR、Western blot、免疫荧光法测定LC3 基因和蛋白的表达。结果表明，乌头碱能有效抑制类风湿性关节炎成纤维细胞样滑膜细胞RA-FLS 细胞增殖，倒置显微镜下发现经乌头碱处理后RA-FLS 细胞逐渐变圆、间隙增加，流式检测乌头碱能促进RA-FLS 凋亡，定量RT-qPCR、Western blot 及免疫荧光检测LC3 基因及蛋白的水平均随乌头碱浓度的增加而增加，LC3表达水平明显增强。张启立等［25］通过研究发现，露蕊乌头对小鼠耳肿胀及扭体均有抑制作用，同时用药后大鼠骨关节炎病理切片明显改观，血清中的炎症因子水平显著下降。

3.3 抗胆碱酯酶活性

Ahmad 等［20］通过研究发现，与标准药物相比，从异叶乌头分离得到的化合物具有抗乙酰胆碱酯酶和丁酰胆碱酯酶活性，而新化合物（47）和（48）具有很好的抑制活性，抗乙酰胆碱酯酶IC50分别为（5.41±0.01）、（6.52 ±0.09）μg/mL，抗丁酰胆碱酯酶IC50分别为（8.63±0.27）和（9.31±0.73）μg/mL。异叶乌头提取物和纯化合物可以作为治疗老年痴呆症的药物。

3.4 抗肿瘤作用

近年来，乌头类生物碱的抗肿瘤作用一直是国内外研究的热点。Liang 等［23］以乌头中的2 种Vakognavine 型生物碱为材料，作用于人类3 种肿瘤细胞系HT-29（结肠癌）、SGC-7901（胃癌）和HepG2（肝癌），以氟尿嘧啶为阳性对照。研究表明，化合物（46）对3 种肿瘤细胞均具有很强的抑制作用，IC50分别为（0.948±0.090）、（0.983±0.074）和（3.645±0.127）μg/mL［23］。马凤鸣等［26］对中药附子煎煮后含量最高的有效成分苯甲酰新乌头原碱作用于B 淋巴系统来源细胞RPMI8226 增值及凋亡情况影响进行研究，结果发现，苯甲酰新乌头原碱能够抑制RPMI8226 增值并使其凋亡。邵鑫等［27］研究发现，苯甲酰乌头原碱（BAC）可抑制A549 细胞的增殖、促进其凋亡，并且能促进Beclin1、LC3（LC3Ⅱ/Ⅰ）、Bax、Caspase-3（Active Caspase-3）表达和抑制P62、Bcl-2 等自噬/凋亡相关基因及蛋白的表达。

3.5 对心血管的作用

乌头属药材对保护心血管具有一定的活性。李钦玲等［28］运用改良寇氏法（Karber）测定了唐古特乌头总生物碱腹腔注射给药的半数致死量LD50，以SD大鼠为药理试验对象，考察SD 大鼠血压变化确定唐古特乌头总生物碱的心血管活性。唐古特乌头总生物碱对SD 大鼠具有平稳的降压作用，降压速度较为平缓。王宁宁等［29］研究发现，乌头碱可能通过抑制心肌肥大因子的上调来缓解AngⅡ所引起的心肌肥大，这可能是乌头碱发挥治疗作用的机制之一［30］。

3.6 抗烟草花叶病毒活性

Hu 等［12］利用半叶法对粘毛烟草进行抗烟草花叶病毒活性测定，以宁那霉素为阳性对照，结果发现acoapetaldine A 和aconorine 对烟草花叶病毒有中等的抗病毒活性；利用微量稀释法对金黄色葡萄球菌、绿脓杆菌、枯草杆菌和大肠杆菌进行体外活性研究，以环丙沙星为阳性对照，结果表明corydine 对绿脓杆菌有中等的抗菌活性。

4 结论及展望

乌头属植物一直以来都是国内外学者研究的热点，研究的重点主要集中在乌头属植物中二萜生物碱的新化学成分和结构。乌头属生物碱具有显著的生物活性，在中国传统医药中具有重要的药用价值。因此，有必要将乌头属植物的化学成分和生物活性研究有机结合起来，快速有效地分离具有显著活性的单体化合物，并且将有活性的生物碱进行大量的制备或全合成，以活性成分为先导化合物进行结构修饰和改造，为新药开发和扩大药源提供科学依据。