荷叶碱药理作用的研究进展

陈畅，谢永艳,黄丽萍

(1.江西中医药大学药学院，江西 南昌 330004；2.中国中医科学院中药研究所，北京 100700)

从天然植物中寻找活性化合物仍是当前药物发现的重要途径之一。荷叶是睡莲科植物莲NelumbonuciferaGaertn.的干燥叶，有着悠久的药用历史。早在唐代的《食疗本草》中就有“其(莲子)子房及叶皆破血”[1]的记载，陈可冀院士在梳理和总结清代宫廷医案后认为，荷叶的临床应用广泛，主要有引药上行、升阳散风、清解暑热、消痰止泻、利湿解毒、凉血和营等功效[2]。临床研究发现以荷叶为主的中药方剂可明显降低血脂水平，对治疗脂肪肝[3]、减肥、改善胰岛素抵抗[4]等疗效显著。在民间，荷叶还可用于缓解牙痛[5]，治疗鼻出血[6]，烹制荷叶八宝饭、荷叶粉蒸肉等佳肴[7]。由于荷叶特殊的药食两用特性，早在1991年即被纳入《既是食品又是药品的物品名单》之中。据统计[8]，以荷叶为原料的保健食品多达250余种，涉及减肥、调节血脂、润肠通便、调节免疫、调节血糖、延缓衰老、保肝、改善睡眠、抗疲劳等多个功效。

现代研究表明，生物碱类是荷叶主要的特征药效成分群，以荷叶碱(CAS：475-83-2)为代表的生物碱成分受到了药学工作者们的广泛关注。药理研究报道表明，荷叶碱除调节脂质代谢、抗肿瘤、降糖等药效外，还具有抗脑缺血、抑制骨流失、抗菌、抗病毒、抗黑色素生成等新的药理作用，且不少药理作用已申报专利[9-10]，开启了荷叶碱的产业化进程。因此，系统梳理和总结荷叶碱的药理活性及作用机制，将为充分利用我国丰富的荷叶资源，扎实推进荷叶碱创新产品的深入开发，提供重要的参考依据。

1 荷叶碱的理化性质及主要药动学特征

荷叶碱是一种类白色的粉末，相对分子量为295.38，微溶于水。在不同极性溶液中的溶解度由小到大的排列顺序依次为：水<石油醚<正辛醇<丙酮<甲醇<乙酸乙酯<乙醇<二氯甲烷[11]。由于其在水中的溶解度低，因此评价药效时常加入羧甲基纤维素钠(CMC-Na)[12-13]、乳酸[14]等助溶，以方便实验动物灌胃给药，或先溶解于二甲基亚砜(DMSO)[14-21]、甲醇[22-23]、乙醇[24]中配成母液，再稀释成目标浓度用于体外实验。

荷叶碱给予大鼠灌胃后，可在1 h内到达血药浓度峰值[25-28]，半衰期介于2.48～6.5 h之间[25,27-28]。关于荷叶碱的绝对生物利用度报道有比较大的争议，一些文献报道不超过5%[26,29]，也有部分文献报道为69.56%[28]。荷叶碱经吸收后，可分布于肾、肺、脾、肝、心、脑等多个组织[15-27,29]，尤其是其可通过血脑屏障，为荷叶碱治疗神经系统疾病提供了物质基础。荷叶碱在体内的代谢过程主要以脱甲基、氧化、葡萄糖醛酸化以及硫酸化反应为主[30-31]，多个细胞色素P450酶、尿苷二磷酸葡萄糖醛酸基转移酶(UGT)、硫酸基转移酶参与了该代谢过程。在荷叶碱的这些代谢物中，有研究者从血浆、尿液、胆汁和粪便中共鉴定了55个代谢产物[32]。在药物排泄方面，荷叶碱主要通过尿液(50.7%)和粪便(12.9%)排泄，至给药48 h时可排泄掉总药量的83.6%[29]。

2 荷叶碱的药理作用

2.1 对脂质代谢的影响

2.1.1 降脂、减肥及保肝作用 《本草纲目》记载：“荷叶服之，令人瘦劣，故单服可消阳水浮肿之气。”[33]荷叶作为具有悠久历史的调脂佳品，已被广泛应用于药品和辅助调血脂的保健品中。荷叶碱是荷叶中主要的药效成分之一，其降脂、减肥及保肝的药理活性及作用机理也多有报道。在高脂饲料诱发的肥胖或高脂血症动物模型中，荷叶碱可明显抑制模型动物体质量的增加[12,34-36]；降低Lee's指数[34-35]；降低肝指数、附睾脂肪及肾周围脂肪的质量[12,37]；改善肝组织的脂肪变性[35,38-39]；提高肝脂酶和脂蛋白脂酶活性[40]；下调血清或肝组织中丙氨酸氨基转移酶(ALT)、天门冬氨酸氨基转移酶(AST)、总胆固醇(TC)、甘油三酯(TG)、低密度脂蛋白(LDL-C)、游离脂肪酸(FFA)水平[12,34,36-39,41]；调节脂质代谢相关基因或蛋白SREBP-1c、SREBP2、PPARα、PPARγ、CPT-1A、CD36、LXR-α、HMGCR、ACC、CYP7A1、FAS、SCD-1的表达[36-37,40-41]；抑制脂肪组织、肝组织或血清中炎性因子TNF-α、IL-1β、IL-6的分泌和释放[12,19,26,34,39]；调节超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)的活性进而抑制氧化应激反应[21,37,39-40]；增加肠道菌群中拟杆菌门、艾克曼菌属细菌丰度，抑制厚壁菌门细菌的生长，上调肠道组织中紧密连接蛋白Occludin和ZO-1的表达，促进肠道短链脂肪酸生成[12,38]。代谢组学研究结果显示，荷叶碱还可抑制脂多糖、细菌毒素的生物合成,调节甘油磷脂代谢、亚麻油酸代谢、视黄醇代谢、甘油磷脂代谢、精氨酸及脯氨酸代谢水平,降低脂质合成相关蛋白的表达[12,39]。在细胞水平上，荷叶碱具有明显的Per-Arnt-Sim激酶及胆固醇酯酶抑制活性，同时可减少细胞内总胆固醇和甘油三酯的合成，升高低密度脂蛋白受体的量[21,35,42]。

因此，荷叶碱具有明显的减肥降脂作用，其作用机理与调节脂质代谢酶活性、抑制炎症反应、抗氧化、调节肠道菌群的丰度及多样性、降低肠道通透性有关。

2.1.2 抗动脉粥样硬化作用 血脂异常、泡沫细胞形成及炎症是动脉粥样硬化的重要危险因素。研究发现，在高脂或氧化低密度脂蛋白(Ox-LDL)诱导的动脉粥样硬化动物模型或泡沫细胞模型中，荷叶碱可明显抑制模型动物体质量的增加，降低TC、LDL-C及炎性因子IL-1β、TNF-α、MCP-1、NF-κB的表达，上调TIMP-2及下调MMP-2/9 mRNA水平；减少泡沫细胞内脂质沉积[43-44]。进一步的研究表明，荷叶碱抗动脉粥样硬化的作用与调节基质金属蛋白酶活性、通过PPARγ/LXRα途径增加ATP结合盒转运体A1(ABCA1)的表达、抑制PI3K/Akt/mTOR通路有关[43-44]。

2.2 抗肿瘤作用

荷叶碱的抗肿瘤作用主要表现在直接对肿瘤细胞(组织)的生长抑制和提高肿瘤细胞(组织)对其他化疗药物的敏感性两个方面。一方面，荷叶碱可直接抑制人胶质瘤细胞U87MG和U251[22]、人神经母细胞瘤细胞SY5Y[23]、小鼠结肠癌细胞CT26[23]、人乳腺癌细胞MDA-MB-231和MCF-7[24]、人肝癌细胞HepG2[45]、人恶性黑色素瘤细胞A375[46]、人皮肤黑色素瘤细胞SK-MEL-5[46]、人非小细胞肺癌细胞A549[47]等肿瘤细胞的增殖；调节细胞周期相关蛋白CDC2、CyclinB1的表达使细胞周期阻滞[22,45]；调节细胞凋亡相关蛋白Bax、Bcl-2的表达诱导凋亡发生[22,45,47]。在动物模型上，荷叶碱可显著降低CT26、SY5Y、A375、A549、U251等裸鼠移植瘤的大小和质量[22-23,46-47]；改善由脱氧胆酸钠、乙醇、氨水诱导的胃炎大鼠中胃部的炎症环境、减轻病理损伤、抑制胃炎向胃癌的转化[8]。进一步的研究表明，荷叶碱直接抗肿瘤的药理作用与促进轴蛋白Axin的表达诱导凋亡[47]、抑制上皮间充质转化(EMT)及抑制SOX2-AKT/STAT3-Slug通路[22]、PI3K/Akt通路[23]和TLR4/NF-κB通路[46]有关。另一方面，荷叶碱还可增加PANC-1、BxPC-3及ASPC-1人胰腺癌细胞和PANC-1接种的裸鼠肿瘤模型对传统抗癌药吉西他滨的敏感性[48]，改善紫杉醇、多烯紫杉醇、阿霉素、柔红霉素对人盲肠腺癌细胞HCT-8、肺癌A549细胞及A549裸鼠的多药耐药状态[49]，其机制与激活AMPK介导的3-羟基-3-甲羟基戊二酰辅酶A还原酶(HMGCR)下调、促进pYAP(Ser127)的表达、降低ATP酶活性、抑制P糖蛋白表达、调节PI3K/AKT/ERK通路、激活Nrf2、HIF-1α有关。

2.3 对糖代谢的调节作用

在高脂饲料和链脲菌素诱导的小鼠糖尿病模型中[50-51]，荷叶碱可明显改善糖尿病小鼠的葡萄糖耐量能力，缓解胰岛素抵抗，提高胰岛素的敏感性，激活PPARα/PGC1α通路，上调模型动物肝组织中IR、IRS1、Glut2及Glut4 mRNA的表达。在细胞模型中，一方面荷叶碱可通过激活AMPK通路及G蛋白-PLC-PKC通路，增加葡萄糖转位体4(GLUT4)的表达及向细胞膜上的转位，促进细胞对葡萄糖的摄取[52-53]。另一方面，荷叶碱可直接促进胰岛素的分泌，其作用效果比格列本脲更强，但这种作用可被蛋白激酶A(PKA)抑制剂H89、蛋白激酶C(PKC)抑制剂Calphostin c、K-ATP开放剂二氮嗪和钙通道阻断剂尼莫地平所抑制或阻断。配体结合试验显示，荷叶碱不与格列本脲竞争磺酰脲受体，其促进胰岛素分泌的作用机制与关闭ATP依赖的K+通道有关[54]。

2.4 肾保护作用

在叶酸、果糖、次黄嘌呤、烟酸及氧嗪酸钾诱导的肾损伤或高尿酸血症动物模型中[11,17,55]，荷叶碱可明显降低血清中肌酐、尿素氮、尿酸含量，升高尿液中尿酸、肌酐含量；改善肾组织炎症病理状态；抑制肾组织中尿酸盐转运相关蛋白尿酸盐转运体1(URAT1)、葡萄糖转运体9(GLUT9)、TLR4、MyD88、NF-κB、IκKβ、IκBα、NLRP3、ASC、Caspase-1 p20蛋白的表达,促进ATP结合转运蛋白G超家族成员2(ABCG2)及有机阴离子及阳离子转运蛋白1(OAT1、OCT1)表达；降低血清IL-1β、IL-6、TNF-α和MCP-1水平。在果糖或尿酸诱导的HK-2人肾小管上皮细胞中[17,55]，荷叶碱亦可有效抑制TLR4及IL-1β的表达和释放,抵抗由RSL3导致的细胞铁死亡[56]。由此可知，荷叶碱可通过抑制TLR4/NF-κB及NLRP3炎性小体通路减轻炎症反应同时拮抗细胞铁死亡，在减少血中尿酸盐含量的同时增加肾对尿酸盐的排泄，发挥肾保护作用。

2.5 对神经系统的影响

荷叶碱对中枢神经系统有明显的抑制作用[57]，其中枢作用与氯丙嗪相似[58]，可拮抗乙酰胆碱受体[59-60]、多巴胺受体[14,61]、5-HT2受体[14,62]、α1肾上腺素受体[62]。荷叶碱还可阻断神经递质与受体接触，如阻断L-谷氨酸、L-天冬氨酸、DL-同型半胱氨酸甚至乙酰胆碱神经递质的作用，引起镇静并降低动物的自主活动次数[63]。另外，荷叶碱还有明显的抗脑缺血作用，可显著提高脑中动脉栓塞模型(MCAO)大鼠的神经行为学评分，降低梗死体积及脑水肿率，下调脑组织中RhoA/ROCKⅡ信号通路相关蛋白的表达，降低血清IL-4、TNF-α、IL-1β含量[13,64]。细胞水平[65]及血清代谢组学[13]研究结果表明，荷叶碱的抗炎及抗脑缺血作用与激活PPARγ受体，调节糖酵解与糖异生、调节鞘糖脂代谢、亚油酸代谢、不饱和脂肪酸的β氧化、能量代谢与三羧酸循环有关。

2.6 抗炎及抗氧化作用

荷叶碱可明显改善由LPS诱导的小鼠乳腺上皮细胞[66]、BV2小鼠小胶质细胞及RAW264.7巨噬细胞[67-68]、果糖或尿酸诱导的HK-2细胞[17,55]，小鼠乳腺炎[66]、大鼠脑缺血[13,64]、高脂血症等细胞或动物模型[12,21,33,36,38]的炎症状态，降低细胞或组织中TNF-α、IL-1β等炎性因子的含量。深入的研究表明，荷叶碱的抗炎作用与激活PPARα、PPARγ受体[64,68]，抑制TLR4/NF-κB[66,68]、NLRP3炎性小体通路[17]有关。此外，荷叶碱还具有良好的抗氧化活性，除减轻高脂动物模型的氧化应激状态外[21,36,38-39],对氧自由基也有明显的清除作用[69-70],还可通过激活miR-144/Nrf2/HO-1通路,改善乙醇导致的细胞及小鼠肝氧化损伤[71]，抑制受损细胞中活性氧的产生，促进肝组织中Nrf2、HO-1基因和蛋白的表达，降低丙二醛(MDA)的含量，升高谷胱甘肽(GSH)含量及总抗氧化能力(T-AOC)。

2.7 对骨代谢的影响

在骨髓来源的巨噬细胞及去卵巢小鼠动物模型中，荷叶碱可抑制巨噬细胞向破骨细胞分化，减轻成熟破骨细胞介导的骨吸收，具有潜在的抑制骨流失作用[72]。荷叶碱对骨代谢的调节与抑制多核破骨细胞生成，增加抗酒石酸酸性磷酸酶(Trap)阳性破骨细胞的相对数量，增加血小板衍生生长因子BB(PDGF-BB)分泌，进而促进H型血管新生，抑制组织蛋白酶K(Cathepsin K)、MMP-9、MAPK及NF-κB的表达有关[24,72]。

2.8 杀虫、抗菌及抗病毒作用

荷叶碱还具有良好的杀虫、抗菌及抗病毒作用，可杀灭短膜壳绦虫[70]，并通过拮抗5-HT受体抑制血吸虫幼虫及成虫的运动[73]；抑制马拉色菌的活性[9]，改善由马拉色菌引起的头屑过多。除此之外，荷叶碱还具有明显的抗人脊髓灰质炎病毒[18]及抗艾滋病病毒作用[19]。

2.9 其他药理作用

荷叶碱还可通过上调基质细胞衍生因子1(SDF-1)/趋化因子受体4(CXCR4)信号通路，促进人主动脉内皮细胞(HAEC)增殖[74]；阻滞非选择性阳离子通道、电压依赖的L型钙离子通道以扩张气管[15]；促进血管内皮细胞分泌一氧化氮、抑制细胞外钙离子内流及细胞内钙离子释放以舒张血管[16]；抑制细胞色素P450 1A2活性进而影响机体对药物的代谢功能[75]；激活囊性纤维化跨膜电导调节因子(CFTR)氯通道[76]和抑制黑色素生成等作用[20]。

3 讨论

总结发现，荷叶碱在调节脂质代谢与糖代谢、抑制肿瘤生长、调节骨代谢、保护神经、舒张血管和气管等方面均有良好的药理活性，机制涉及抗炎、抗氧化、干预细胞周期与凋亡、调节肠道菌群、作用于离子通道等，具有良好的开发前景。然而到目前为止，尚未见以荷叶碱为主要成分的创新产品上市。一方面，荷叶碱的体内药动学结果存在很大差异，如口服生物利用度结果从>50%到<10%均有报道[26,28-29,77]；在Beagle犬体内其药动学符合二室开放式模型[78]，而在SD大鼠体内则符合单室模型[10]。另一方面，广泛的药理活性容易产生与治疗目的无关的副作用(又称为A型毒副作用)[79]，这对保证药物的安全性是一个重要的挑战，且目前尚未见其相关的毒理学报道。另外，由于荷叶碱溶解度差，口服利用率低，因此研制合适的剂型也是需要重点考虑的问题。

我国荷叶资源丰富，其原植物莲极易种植，但荷叶的整体利用率低，大部分任其干枯腐败。广泛的药理活性和丰富的荷叶资源为荷叶碱的深度开发提供了重要的理论和物质支撑。在荷叶碱的产业化进程中，如何根据药物的作用特点选择适合的临床适应症,同时更加深入地阐释其药理作用机制，系统全面地开展其体内的药动学和毒理学研究，制备适合的药物剂型，将是研发荷叶碱创新品种过程中需要重点关注的科学问题。