五味子木脂素的药理作用及其代谢途径和代谢产物研究进展

林河炜，刘泽润，林虹敏，张金龙，傅俊，刘忠英

（吉林大学药学院，吉林 长春130021）

五味子[Schisandra chinensis(Turcz.)Baill.]是中医常用的药材，常以果实和藤茎入药。《新修本草》记载：“五味皮肉甘酸，核中辛苦，都有咸味”，故有五味子之名。在古医书中也称其为五梅子、玄及或会及。五味子主要含木脂素、有机酸、多糖及挥发油等多种化学成分，其中木脂素类成分是五味子的主要活性成分[1]。目前已有多种五味子木脂素类成分的结构被鉴定出来，包括五味子甲素、五味子乙素、五味子丙素、五味子醇甲、五味子醇乙、五味子酯甲和五味子酯乙等[2,3]。五味子木脂素结构的多样性和功能的复杂性吸引诸多学者对其进行研究，许多研究表明，五味子木脂素可在体内经过多种途径进行代谢，并通过影响蛋白质表达水平、调节信号通路等方式发挥药理作用。本文对五味子木脂素的药理作用、代谢途径和代谢产物进行总结，旨在为五味子木脂素的药效研究以及五味子的开发、利用和质量控制等提供参考。

1 药理作用

五味子木脂素药理作用广泛，相关研究表明，其对机体的多个器官和系统具有保护作用，同时还具有抗炎免疫、抗菌抗病毒和抗肿瘤作用。

1.1 肝脏保护作用

五味子木脂素的一个重要药理作用是保护肝脏。研究表明，五味子木脂素可以通过影响淋巴细胞亚群和自然杀伤细胞来增强酒精性肝损伤小鼠的免疫功能从而保护肝脏[4]，或通过减轻肝细胞的氧化损伤并增强抗氧化能力从而减轻应激性肝损伤[5,6]，或通过影响肝脏药物代谢酶的活性从而发挥保肝作用[7]。Fan等[8]研究发现，五味子甲素、乙素、丙素、醇甲、醇乙、酯甲及酯乙等木脂素通过激活孕甾烷X受体进而激活多种信号通路，最终起到对胆汁淤积性肝损伤的预防和治疗作用。

1.2 中枢神经系统作用

五味子木脂素对于中枢神经系统的作用主要表现在对学习记忆能力的影响及对阿尔茨海默病认知障碍的改善作用。郭笑等[9]通过研究五味子木脂素对D-半乳糖致衰老模型小鼠的学习记忆能力的改善实验发现，五味子木脂素能改善衰老小鼠的学习记忆能力，该作用与五味子木脂素提高小鼠抗氧化能力及上调小鼠脑组织中抗氧化蛋白的表达水平有关。Wei等[10]基于UHPLC-Q-TOF-MS分析技术和靶向网络药理学策略，发现五味子木脂素能改善阿尔茨海默病动物的认知障碍，其作用与影响淀粉样前体蛋白代谢、神经纤维缠结、神经递质代谢、炎症反应和抗氧化系统有关。为进一步明确作用机制，Wei等[11,12]通过Morris水迷宫法对动物进行学习记忆实验，最终发现木脂素可通过上调-氨基丁酸、5-羟色胺、乙酰胆碱、去甲肾上腺素和甘氨酸水平，下调天冬氨酸水平等途径，减轻阿尔茨海默病的神经炎症、氧化应激、A蛋白沉积和Tau蛋白磷酸化的神经毒性作用。

1.3 心血管系统作用

五味子木脂素能够通过多种机制对心血管系统起到保护作用。孙红霞和陈建光[13]提出五味子乙素通过激活腺苷酸活化的蛋白激酶和磷脂酰肌醇-3激酶信号通路，对大鼠离体心脏缺血再灌注损伤具有一定的保护作用。姜恩平等[14]通过实验证明五味子乙素能通过相同的机制对大鼠的脑缺血再灌注损伤产生保护作用。陈彭生等[15]的研究表明，五味子乙素具有改善梗死后心肌重构及心功能的作用，能够延缓心肌重构，减少心脏梗死面积，改善缺血心肌细胞的炎症，加强缺血心肌细胞的修复。张旻昱等[16]在前人研究的基础上，对五味子的心脑血管作用机制进行了总结，结果表明，五味子及其活性成分木脂素主要通过抑制细胞凋亡[17]、抗氧化[18]、抗炎[19]、提高能量代谢、调节自噬、调节神经递质以及昼夜相关基因的表达等机制发挥抗心脑血管疾病的作用。

1.4 抗炎和免疫调节作用

炎症是机体应对刺激产生的一种防御反应，表现为红、肿、热、痛和功能障碍，多由致炎因子引起，如与发热有关的白细胞介素-1（PL-1）、白细胞介素-6（PL-6）及肿瘤坏死因子-（TNF-），与疼痛有关的前列腺素E2（PGE2）、缓激肽、P物质以及组织胺、一氧化氮等其他物质。炎症与免疫关系密切，许多免疫因子可激发、诱导和调控炎症反应，中性粒细胞和单核细胞等炎症细胞也具有重要免疫功能。目前研究表明，多种五味子木脂素类成分均具有较强的抗炎活性和（或）免疫调节作用，其分子机制与调节炎症信号通路的活性、减少炎症因子的产生与释放、促进抗炎因子白细胞介素-10（PL-10）的生成等有关[20]。

Araki等[21,22]学者的报告表明戈米辛N可以抑制TNF-诱导的信号转导通路ERK和JNK活化，从而抑制炎症介质的产生，发挥抗炎作用。崔鹤蓉等[23]发现五味子甲素可在一定浓度范围内通过阻断半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-1活化，抑制半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-1对PL-1前体的剪切活化，进而抑制核苷酸结合寡聚化结构域样受体家族pyrin结构域蛋白3（NLRP3）炎性小体的活性，即通过抑制PL-1的分泌发挥作用。此后通过研究其对慢性不可预知温和刺激大鼠抑郁行为及小鼠实验性溃疡性结肠炎等的影响[24,25]，五味子甲素对IL-1、TNF-的抑制作用及对PL-10的促进作用被一一证实。相较于五味子甲素，五味子乙素发挥作用时呈剂量依赖性，可通过影响多条信号通路进而调节炎症因子的含量，在抗炎之外还能发挥增强免疫的作用[26-28]。与乙素功能类似，五味子醇甲在小鼠体内也能表现出更强的抗炎免疫作用[29,30]。

1.5 抗病原微生物作用

早期学者研究发现，五味子木脂素具有一定的抗菌作用。Hakala等[31]发现木脂素能抑制肺炎衣原体包涵体的形成，同年，Xu等[32]提出五味子乙素选择性地抑制HIV-1逆转录酶相关的DNA聚合酶活性。张媛媛[33]发现用超声波提取的五味子乙醇溶液具有良好的抑菌稳定性，并提出抑菌机理之一是五味子木脂素类物质破坏了细菌细胞膜的平滑形态，影响对糖类等营养物质的吸收从而发挥抗菌抑菌作用。袁萌[34]通过建立禽致病性大肠杆菌感染鸡肺Ⅱ型上皮细胞模型和鸡肺损伤的动物模型，证实五味子醇甲可以通过抑制生物膜的形成发挥抗APEC感染作用，降低细菌耐药性。这些研究结果证明木脂素对包括细菌在内的多种病原微生物具有抑制作用，其机制与影响生物膜的活性有关。

1.6 抗肿瘤作用

肿瘤是指机体在各种致瘤因子作用下局部组织细胞过度增生所形成的新生物，其极快地增生和转移速度导致了极高的危险性。五味子木脂素能够抑制多种肿瘤的增殖和转移，有很好的抗肿瘤作用。

1.6.1 作用于乳腺癌五味子木脂素中主要由五味子乙素发挥抗乳腺癌作用，通过干扰信号通路从而抑制人乳腺癌细胞MCF-7的增殖。赵炜等[35]在裸鼠皮下接种MCF-7细胞建立裸鼠乳腺癌移植瘤模型，发现五味子乙素组裸鼠肿瘤体积及质量明显受抑制,且肿瘤组织Notch-1及其下游分子Hes-1、Hey-1蛋白表达显著降低，提出其作用机制与降低Notch-1信号通路相关因子表达有关。米慧琼等[36]发现五味子乙素能够将细胞停留在G1期及G2/M期，并能够显著抑制Wnt/-catenin信号通路分泌型糖蛋白Wnt及糖原合成酶激酶3（GSK-3）蛋白的表达，故认为五味子乙素通过干扰MCF-7细胞中Wnt/-catenin信号传导而发挥有效的抗增殖及促凋亡的作用。

1.6.2 作用于胶质细胞瘤五味子木脂素对胶质细胞瘤也有较好的增殖抑制作用，不同成分通过选择性促进Caspase家族在细胞中的表达发挥作用，并已在胶质瘤干/祖细胞SHG-44s[37]、脑胶质瘤C6细胞型[38]、胶质细胞瘤U-251MG[39]和人神经母细胞瘤SH-SY5Y细胞型[40]等中得到验证。五味子甲素主要使Caspase-3蛋白表达水平升高，并且可以通过抑制胶质瘤干/祖细胞表面已存在的ATP结合盒转运子B1（ABCB1）基因编码的P-糖蛋白泵出药物能力并降低ABCB1基因转录和翻译能力，逆转胶质瘤干/祖细胞耐药性。五味子乙素可同时促进Caspase-3、Caspase-8和Caspase-9的表达，并通过上调DISC水平增加与肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体TRAIL共同位点Caspase-8的表达，逆转TRAIL的抗性，增强诱导细胞凋亡，发挥更好的抗肿瘤作用[41]。五味子醇甲通过影响细胞周期蛋白D1和细胞周期蛋白依赖性激酶4等基因的表达阻滞细胞周期，调节B淋巴细胞瘤-2家族基因的表达，促进人神经母细胞瘤SH-SY5Y细胞的凋亡，发挥抗胶质细胞瘤增殖作用。

1.6.3 其他姜恩平等[42]经实验证实，五味子乙素可抑制结肠癌SW480细胞的增殖和侵袭，其机制与p38 MAPK信号途径有关。董晶晶[43]发现含五味子木脂素的血清对体外培养的人肺癌A549细胞具有抑制作用，能促进人肺癌A549细胞的凋亡。五味子木脂素酯甲还可以增加顺铂对卵巢癌Skov3细胞的促凋亡作用，其机制与上调Bax蛋白和Caspase-3的基因表达、下调B淋巴细胞瘤-2的基因表达有关[44]。

五味子木脂素的抗肿瘤作用主要针对于乳腺癌、胶质细胞瘤、结肠癌、肺癌及卵巢癌等恶性肿瘤，由五味子甲素和五味子乙素为主力军，通过调节细胞周期而影响肿瘤细胞的增殖。

2 代谢途径与代谢产物

2.1 代谢途径

五味子木脂素在大鼠体内主要发生Ⅰ相代谢转化，即氧化、去甲基化和羟基化等[45]。不同的木脂素成分主要代谢途径也不完全相同，7种常见的木脂素成分的主要代谢途径见表1[46-48]。

表1 7种五味子木脂素成分的代谢途径Table 1 Metabolic pathways of seven lignans in Schisandra chinensis

2.2 代谢产物

2.2.1 五味子木脂素醇提取物的主要代谢产物苏联麟等[45]研究五味子木脂素醇提物在大鼠体内的代谢产物，采用UHPLC-QTOF/MS技术从大鼠血浆、胆汁、尿液和粪便中鉴定出6种木脂素原形成分及它们的20种可能的代谢产物，6种木脂素原形成分分别为五味子甲素、五味子乙素、五味子丙素、五味子醇乙、五味子酯甲及五味子酯乙，20种代谢产物中有13种为五味子甲素、乙素和丙素相关的代谢物群，分子式分别为C22H26O6、C23H28O6、C23H26O7、C23H30O6、C23H30O7、C23H30O8、C22H28O6、C22H28O7、C22H28O8、C23H29O8、C24H32O7、C24H30O8和C24H32O8，其余7种为五味子醇乙、五味子酯甲及五味子酯乙相关的代谢物群，分子式分别为C22H26O7、C23H28O8、C22H26O8、C22H26O9、C21H24O7、C21H24O8和C22H24O7。

2.2.2 五味子醇甲的代谢产物五味子醇甲由于具有对称的甲基和对称的甲氧基结构，易发生去甲基化、脱甲氧基和羟基化等途径的代谢。Liu等[47]为大鼠进行五味子醇甲灌胃处理后，在大鼠血浆中检测到五味子醇甲原型和4种代谢产物，已经确定的3种产物有M1[2-去甲基-8（R）-羟基-五味子醇甲]、M2[3-去甲基-8（R）-羟基-五味子醇甲]和M4（去甲氧基五味子醇甲），另一种产物M3可能为2-羟基-五味子醇甲、3-羟基-五味子醇甲、12-羟基-五味子醇甲或13-羟基-五味子醇甲，具体结构见图1（代谢产物M3 4种可能的结构依次编号为1、2、3和4）；进一步对大鼠主要脏器的代谢产物进行分析，发现大鼠脑和脾脏中存在M1和M3，心脏中存在M1，肾脏中存在M1、M2和M3，肝脏中存在M1、M2、M3和M5，其中M5为2,3-去甲基-8（R）-羟基-五味子醇甲，具体结构见图1；对尿液和粪便中的代谢产物进行分析，在尿液中发现M2和M3，粪便中发现五味子醇甲原型、M2和M3。未来可以依据五味子醇甲的代谢产物在各个组织器官中分布的不同，进行醇甲的靶向药物研发。

图1 五味子醇甲及其代谢产物的结构Fig.1 Structures of schisandrol A and its metabolites

2.2.3五味子酯甲的代谢产物Feng等[50]利用UHPLC-Q-TOF-MS/MS技术，以大鼠为实验对象，研究五味子酯甲的体内外代谢产物。实验结果表明，五味子酯甲在大鼠体内外代谢实验中共测得60个代谢产物，其中Ⅰ相代谢产物48个，都发生了氧化反应；Ⅱ相代谢产物12个，主要与葡萄糖醛酸、硫酸和牛磺酸等结合。从60种代谢产物综合分析得出，五味子酯甲的代谢以6号碳原子上的C7H4O和C7H4O2基团的丢失为基础，随后发生氧化、羧酸反应、脱亚甲基、脱甲氧基和与小分子基团的结合反应，五味子酯甲的具体结构见图2。60个代谢产物中在大鼠体内检测出59个，其中尿液中存在56个，血浆中存在19个，胆汁中存在8个；在大鼠体外肝微粒体代谢模型中检测出5个，其中仅有1个代谢产物N未在体内检测到，具体结构见图2。由此可见，五味子酯甲在大鼠体内的代谢比体外的代谢复杂得多。

图2 五味子酯甲及其代谢产物N的结构Fig.2 Structures of schisantherin A and its metabolite N

2.2.4 其他木脂素成分的代谢产物在大鼠体内代谢实验[49]中，五味子乙素可代谢成1种产物，化学式为C22H26O7；五味子丙素可代谢成1种产物，化学式为C22H24O7；五味子醇乙可代谢成5种产物，化学式分别为C22H26O7、C23H28O8、C23H26O7、C23H28O8和C21H24O8；去氧五味子素可代谢成3种产物，化学式分别为C23H30O6、C23H30O7和C23H28O6。在大鼠体外肝微粒体模型的代谢实验[50]中，五味子甲素可代谢出8种产物，化学式分别为C23H30O6、C23H30O6、C24H32O7、C24H32O8、C24H30O6、C23H30O7、C23H28O6和C19H20O6；五味子乙素可代谢出4种产物，化学式分别为C22H26O7、C23H28O7、C23H28O7和C23H26O6；五味子丙素可代谢出3种产物，化学式分别为C22H24O7、C22H22O6和C21H24O6；五味子醇乙可代谢出10种产物，化学式分别为C22H26O7、C22H26O7、C22H26O7、C23H28O8、C23H28O8、C23H26O7、C23H26O6、C22H24O6、C23H26O7和C18H18O6。

3 结语

五味子是一味历史悠久的中药，其中所含的木脂素成分具有广泛的医疗保健功能。五味子木脂素虽然具有诸多药理作用，但相关药物的研发仍处在空白阶段，对于我国人口老龄化引起的帕金森病、阿尔茨海默病等神经退行性疾病高发的现状，拥有中枢神经系统作用的五味子木脂素可进一步用于临床开发治疗神经性疾病的药物，而木脂素类成分的抗肿瘤作用则可能成为抗肿瘤药物研发的突破口。相较于药理作用，对于木脂素类成分代谢方面的研究仍存在一定的局限。由于代谢产物同分异构体数量多，较难区分。因此，目前仅鉴别出少数木脂素类成分代谢产物的化学结构，多数代谢产物的化学结构仍有待进一步鉴别。