香豆素类化学成分的药理作用及毒性机制研究进展

董 熠，刘丽佳，韩潞雯，廖天琪，许妍妍，李遇伯

香豆素类化学成分的药理作用及毒性机制研究进展

董 熠，刘丽佳，韩潞雯，廖天琪，许妍妍*，李遇伯*

天津中医药大学中药学院，天津 301617

香豆素是一类以苯骈α-吡喃酮为基本结构的芳香族天然产物，根据化学结构可分为简单香豆素、呋喃香豆素、吡喃香豆素和其他香豆素类。该类成分在自然界中分布广泛，现代药理和临床研究表明，中药中香豆素类化合物具有抗肿瘤、抗炎、抗骨质疏松等多种药理活性。然而随着研究的深入与临床的大量应用，中药中香豆素类化合物被发现可致肝脏、肾脏等损伤，其安全性亦引发广泛关注。对中药中香豆素类化学成分及其药理作用进行总结，着重阐述毒性成分（异）补骨脂素、甲氧基补骨脂素、（异）欧前胡素和白花丹醌等的毒性研究进展，以期为中药中香豆素类化合物的研究与合理使用提供科学指导与借鉴，提高含香豆素类成分中药临床用药的有效性与安全性。

香豆素；补骨脂素；甲氧基补骨脂素；欧前胡素；白花丹醌；抗肿瘤；抗炎；抗骨质疏松；毒性机制

香豆素类化合物是一类具有芳香气的天然产物，广泛分布于植物界，如伞形科、芸香科、菊科、豆科、兰科等植物中，亦是补骨脂、前胡、独活、白芷、秦皮等药用植物的主要活性成分之一，多有补肾、健脾、祛风、燥湿等功效。近年来含香豆素类的中药或中成药广泛应用于临床治疗中，在抗氧化、抗肿瘤、抗菌、抗病毒、抗炎、神经保护等方面表现出很好的治疗效果。但随着临床大量使用，服用含香豆素类中药引起不良反应的报道日益增加，使该类中药的安全性越来越受到人们的重视。本文在对中药中香豆素类化学成分进行系统梳理的基础上，对其药理作用及产生毒性的机制进行归纳总结，以期对中医药产业与保健食品产业合理应用含香豆素类中药提供参考。

1 中药中的香豆素类化学成分

香豆素类化合物最基本的结构是苯骈α-吡喃酮[1]，主要以单体或异糖苷的形式存在于双子叶植物中[2]，如补骨脂、前胡、独活、白芷、秦皮、蛇床子、茵陈等中药[3]，对基本结构的化学修饰可以影响香豆素类化合物的药理活性[4]。根据化学结构可以将中药中的香豆素类化合物分为简单香豆素、呋喃香豆素、吡喃香豆素和其他香豆素4类（图1）。

图1 中药中常见香豆素类成分的化学结构

简单香豆素是指仅在苯环上有取代，且7位羟基与6位或者8位没有形成呋喃环或吡喃环的香豆素。简单香豆素多在C-7位有含氧基团存在，其他位置也有可能发生含氧官能团的取代，常见的含氧基团有羟基、甲氧基。如前胡中的伞形花内酯，瑞香中的瑞香素等。以苯骈α-吡喃酮为母核，通过在简单香豆素核心苯环上添加杂环化合物则产生复杂香豆素，并进一步分为呋喃香豆素和吡喃香豆素等。呋喃香豆素结构中的呋喃环多数是由香豆素母核上所存在的异戊烯基与其邻位的酚羟基环合而成进一步细分为6,7-呋喃香豆素（线型）和7,8-呋喃香豆素（角型），前者以补骨脂中的补骨脂素为代表，后者以异补骨脂素为代表。香豆素C-6或C-8异戊烯基与邻酚羟基环合而成2,2-二甲基吡喃环结构，形成吡喃香豆素。进一步细分为6,7-吡喃香豆素（线型）和7,8-吡喃香豆素（角型），如花椒中的花椒内酯、邪蒿中的邪蒿内酯，前胡中的紫花前胡素、紫花前胡醇。

天然的香豆素类化合物除上述3种外，还有其他的化学结构。如双香豆素类是香豆素的二聚体，既有简单香豆素之间相连，也有吡喃香豆素之间以线-线型或线-角型相连。异香豆素类是香豆素的异构体，在植物体中存在的多数是二氢香豆素的衍生物。此外还有在α-吡喃酮环的C-3、C-4位上存在取代基的一类香豆素，常见的取代基有苯基、羟基、异戊烯基等基团。中药中常见香豆素类化学成分及来源如表1所示。

表1 中药中常见香豆素类化合物

Table 1 Common coumarin compounds in traditional Chinese medicine

编号类型中文名称英文名称分子式来源 1简单香豆素伞形花内酯umbelliferoneC9H6O3白花前胡 2 瑞香素daphnetinC9H6O4瑞香 3 滨蒿内酯scoparoneC11H10O4滨蒿 4 蛇床子素ostholeC15H16O3蛇床子 5 秦皮素fraxetinC10H8O5秦皮 6 秦皮乙素esculetinC9H6O4秦皮 7 东莨菪内酯scopoletinC10H8O4白芷 8呋喃香豆素补骨脂素psoralenC11H6O3补骨脂 9 欧前胡素imperatorinC16H14O4白芷 10 异欧前胡素isoimperatorinC16H14O4白芷 11 花椒毒素xanthotoxinC12H8O4独活 12 佛手柑内酯bergaptenC12H8O4佛手 13 珊瑚菜素phellopterinC17H16O5白芷 14 白当归脑byakangelicolC17H16O6白芷 15 蛇床素cnidicinC21H22O5当归 16 氧化前胡素oxypeucedaninC16H14O5前胡 17 异补骨脂素isopsoralenC11H6O3补骨脂 18 异佛手柑内酯isobergaptenC12H8O4羌活 19 茴芹内酯pimpinellinC13H10O5牛尾独活 20 川白芷素angenomalinC14H12O3川白芷 21 哥伦比亚内酯columbianadinC19H20O5当归 22吡喃香豆素美花椒内酯xanthoxyletinC15H14O4黄木 23 花椒内酯xanthyletinC14H12O3花椒 24 鲁望桔内酯luvangetinC15H14O4飞龙掌血 25 紫花前胡素decursinC19H20O5前胡 26 紫花前胡醇decursinolC14H14O4前胡 27 邪蒿内酯seselinC14H12O3邪蒿 28 5-羟基邪蒿内酯5-hydroxyseselinC14H12O4邪蒿 29 5-甲氧基邪蒿内酯5-methoxyseselinC15H14O4邪蒿 30 白花前胡甲素praeruptorin AC21H22O7前胡 31 白花前胡乙素praeruptorin BC24H26O7前胡 32 白花前胡丙素praeruptorin CC24H28O7前胡 33其他香豆素千金子素euphorbetin C18H10O8千金子 34 西瑞香素daphnoretinC19H12O7瑞香狼毒 35 紫苜蓿酚dicoumarolC19H12O6紫花苜蓿 36 茵陈素capillarinC13H10O2茵陈 37 仙鹤草内酯agrimonolideC18H18O5仙鹤草 38 白花丹醌plumbapinC11H8O3白花丹 39 沙葛内酯pachyrrhizinC19H12O6沙葛

2 中药中香豆素类化学成分的药理作用

2.1 抗肿瘤作用

各类香豆素类化学成分均被报道具有抗肿瘤作用。简单香豆素类化合物在抑制肝癌、宫颈癌、胰腺癌、结肠癌等常见恶性肿瘤增殖中表现出了明显作用，如蛇床子素、瑞香素、秦皮乙素等，涉及抑制肿瘤细胞的增殖、介导肿瘤细胞凋亡、抑制肿瘤细胞侵袭及迁移等作用机制[5-8]。从伞形科药用植物分离的（异）佛手柑内酯、花椒毒素、珊瑚菜素、异佛手柑内酯等呋喃香豆素类成分，经实验证实均具有抗肿瘤作用，机制可能与磷酸化细胞周期检查点激酶1（checkpoint kinase 1，）的增加和磷酸化Cdc2蛋白的减少导致细胞周期阻滞在G2/M有关[9]。西瑞香素对肝癌[10]、肺癌[11]、结肠癌[12]、恶性黑色素瘤[13]等多种肿瘤具有药理活性，机制与调节蛋白激酶B（protein kinaseB，Akt）信号通路的活性来抑制人结肠癌细胞HCT116的增殖、侵袭和迁移并促进其凋亡及诱导活化氧（reactive oxygen species，ROS）介导的人类（A375细胞）和小鼠（B16细胞）恶性黑色素细胞中的线粒体凋亡有关。相关作用机制见表2。

表2 香豆素类化学成分的抗肿瘤作用及机制

Table 2 Antitumor effect and mechanism of coumarins

化学成分受试对象作用机制文献 蛇床子素多形性胶质母细胞瘤、间变性星形细胞瘤细胞系降低线粒体膜电位，降低Beclin 1水平，活化半胱天冬酶3，抑制Bcl-2表达以及Bcl-2/Beclin1复合物形成5 人宫颈癌细胞系灭活β-连环蛋白的表达及Wnt信号通路中关键下游因子c-Myc、CCND1、存活蛋白和MMP-9的表达6 瑞香素卵巢癌细胞调节AMPK/Akt/mTOR通路触发ROS诱导的细胞死亡并诱导细胞保护性自噬7 秦皮乙素人结肠癌细胞阻断细胞G0/G1期，抑制蛋白p53/p27/p21增加和细胞周期蛋白D1降低，降低Sp1表达，增加促凋亡蛋白表达和减少抗凋亡蛋白Bcl-2的表达8 补骨脂素胶质瘤细胞抑制PIK3CA、PIK3CB、PIK3CG、JAK2基因和PI3K、JAK2蛋白的表达14 人骨肉瘤细胞激活ER应激升高ATF-6和CHOP蛋白水平、降低Bcl-2蛋白水平15 欧前胡素人骨肉瘤细胞靶向和上调人骨肉瘤细胞中的PTEN，激活PTEN-PI3K-Akt-mTOR/p21信号通路诱导自噬和细胞周期停滞16 佛手柑内酯人结直肠腺癌上皮细胞、人结肠癌细胞降低肿瘤细胞的细胞活力并诱导细胞周期停滞，通过p53介导凋亡级联，上调p21和PTEN，抑制Akt17 白花前胡甲素人肝细胞癌细胞抑制人肝细胞癌细胞的迁移和侵袭，下调MMP1的表达并激活ERK信号通路18 白花前胡丙素人非小细胞肺癌细胞通过下调MEK1/2-ERK1/2通路的激活和CTSD表达抑制肿瘤细胞生长、迁移19

Beclin1-自噬效应蛋白 Bcl-2-B-淋巴细胞瘤-2 CCND1-细胞周期蛋白D1 MMP-9-基质金属蛋白酶-9 AMPK-单磷酸腺苷活化蛋白激酶 mTOR-哺乳动物雷帕霉素靶蛋白 SP1-特异性蛋白1 PIK3CA-磷脂酰肌醇-3-激酶催化亚基α肽 PIK3CB-磷酸肌醇-3-激酶催化亚基β肽 PIK3CG-磷酸肌醇-3-激酶催化亚基γ肽 JAK2-Janus激酶2 PI3K-磷脂酰肌醇三羟基激酶 ER-雌激素受体 ATF-6-转录激活因子-6 CHOP-转录因子C/EB的同源蛋白 PTEN-染色体同源缺失性磷酸酶-张力蛋白 ERK-细胞外信号调节蛋白激酶 MEK-有丝分裂原激活蛋白激酶 CTSD-分析组织蛋白酶

Beclin1-protein Bcl-2-B-cell lymphoma-2 CCND1-cyclin D1 MMP-9-matrix metalloproteinase-9 AMPK-adenosine monophosphate-activated protein kinase mTOR-mammalian target of rapamycin SP1-specificity protein 1 PIK3CA-Phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate 3-kinase catalytic subunit alpha isoform PIK3CB-phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate 3-kinase catalytic subunit beta isoform PIK3CG-Phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate 3-kinase catalytic subunit gamma isoform JAK2-Janus kinase 2 PI3K-Phosphoinositide-3 kinase ER-estrogen receptor ATF-6-activating transcription factor-6 CHOP-C/EBP-homologous protein PTEN-phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome ERK-extracellular regulating kinase MEK-Mitogen-activated protein kinase CTSD-cathepsin D

2.2 抗炎作用

呋喃香豆素类成分的抗炎作用在类风湿性关节炎、牙周炎、气道炎症中均得到验证，机制与抑制炎症因子的合成、分泌等密切相关[20-23]。简单香豆素类化合物如瑞香素、蛇床子素、伞形花内酯在抗炎方面亦具有显著优势[24-27]。香豆素类化学成分的抗炎作用机制如表3所示。

2.3 抗骨质疏松作用

蛇床子素具有抗骨质疏松作用，其机制与刺激β-连环蛋白-破骨细胞抑制因子（osteoclastogenesis inhibitory factor，OPG）信号传导的激活来减弱破骨细胞的形成相关[28]。补骨脂素能有效地通过转化生长因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）/白细胞抑制因子-3（Smad3）途径调节转录基因Runt相关转录因子2（Runt related transcription factor 2，RUNX2）的表达，从而调节骨髓间充质干细胞的成骨分化，为其防治骨质疏松提供了可靠依据[29]。另有研究发现，西瑞香素能够显著抑制核因子-κB（nuclearfactor-κB，NF-κB）受体活化因子配体（receptor activator of nuclear factor-κB ligand，RANKL）诱导的破骨细胞形成，主要通过抑制NF-κB活性，发挥诱导的破骨细胞分化的作用[30]。

表3 香豆素类化学成分的抗炎作用及机制

Table 3 Anti-inflammatory effect and mechanism of coumarins

化学成分受试对象作用机制文献 补骨脂素小鼠单核巨噬细胞白血病细胞抑制NF-κB活化和MAPKs磷酸化20 珊瑚菜素人类永生化表皮细胞上调SIRT1、下调ICAM-121 佛手柑内酯小鼠单核巨噬细胞白血病细胞抑制JAK/STAT激活和ROS产生22 二氢欧山芹素人外周血单核细胞模型抑制由LPS诱导的炎症细胞因子的产生与NOD1/NF-κB途径的下调23 瑞香素炎症性疼痛小鼠模型介导脊髓NF-κB通路的负调控，优先激活Nrf2/HO-1信号通路24 蛇床子素正常人表皮角质形成细胞系调节IL-1、TNF-α、CCL2/MCP-1和CCL5/RANTES分泌以及TLR2和COX-2表达来抑制炎症反应25 伞形花内酯关节炎大鼠模型介导NF-κB途径的MAPK信号传导26 紫花前胡素小鼠软骨细胞抑制IL-1β介导的PI3K/AKT/NF-κB轴的异常激发27

MAPKs-丝裂原激活的蛋白激酶 SIRT1-沉默调节蛋白1 ICAM-1-细胞间黏附分子-1 STAT3-信号传导及转录激活蛋白3 NOD1-天然免疫受体核苷酸结合寡聚结构域1 LPS-脂多糖 Nrf2-核因子E2相关因子2 HO-1-血红素加氧酶-1 IL-1β-白细胞介素-1β TNF-α-肿瘤坏死因子-α CCL2-趋化因子配体2 MCP-1-单核细胞趋化蛋白-1 TLR2-Toll 样受体2 COX-2-环氧合酶-2 IkB-α-核因子κB-抑制蛋白α HaCaT-人永生化角质形成细胞

MAPKs-mitogen-activated protein kinases SIRT1-sirtuin 1 ICAM-1-intercellular cell adhesion molecule-1 STAT3-signal transducer and activator of transcription 3 NOD1-nucleotide-binding oligomerization domain 1 LPS-lipopolysaccharide Nrf2-nuclear factor erythroid 2-related factor 2 HO-1-heme oxygenase-1 IL-1β-interleukin-1β TNF-α-tumor necrosis factor-α CCL2-chemokine ligand 2 MCP-1-monocyte chemotactic protein-1 TLR2-Toll like receptor COX-2-cyclooxygenase-2 IkB-α-inhibitory subunit of NF-κB α HaCaT-human immortal keratinocyte line

2.4 心血管及神经保护作用

欧前胡素能显著改善血管内皮功能，缓解血管形态的变化，并显著提高一氧化氮代谢物和脂联素的血浆水平，减少血管超氧阴离子产生和下调主动脉还原型辅酶II（NADPH）氧化酶亚基p47phox蛋白表达，对高血压、血脂异常和胰岛素抵抗有很好调节作用[31]。白花前胡甲素作为白花前胡中含量最高的角型吡喃香豆素，在心血管系统的贡献较为突出。白花前胡丙素也有类似的表现，其在降低血压和扩张冠状动脉方面起到了重要作用[32]。紫花前胡素被证实可减弱小鼠同侧海马半球中ERK相关的MAPK信号通路起到神经保护的作用，有望成为脑损伤及神经保护的研究方向[33]。伞形花内酯在大鼠单次长时间应激模型中可削弱单一长期应激（single prolonged stress，SPS）诱导的海马体和杏仁核中5-羟色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT）浓度的降低，降低创伤后应激障碍（post-traumatic stress disorder，PTSD）大鼠海马体中5-羟基吲哚乙酸/5-HT的比例，增加5-HT浓度以减轻小鼠的抑郁样症状[34]。

2.5 抗凝作用

双香豆素类成分紫苜蓿酚在动物实验中有抗凝作用，机制与竞争性拮抗维生素K密切相关，其口服剂型常用于治疗血栓[35]。紫花地丁中的七叶内酯、双七叶内酯及千金子素3种双香豆素均具有抗凝活性，其中千金子素抗凝血作用最强。

2.6 其他作用

秦皮乙素对LPS/-半乳糖胺（-Gal）诱导的急性肝功能衰竭发挥的肝保护作用[36]，脂多糖诱导的小鼠急性肺损伤的保护作用[37]及氯化铝诱导的大鼠生殖毒性的保护作用[38]等。呋喃香豆素是一类天然植物的光敏剂，可提高机体对长波紫外线（UVA）的敏感程度。补骨脂素结合长波紫外线的光化学疗法已成功用于治疗许多皮肤及自身免疫疾病[39-40]。东莨菪内酯可通过抑制碳水化合物消化酶从而降低餐后高血糖[41]，并能抑制脂质生物合成和Toll样受体4-髓样分化因子88（Toll-like receptor 4-myeloid differentiation primary response gene 88，TLR4-MyD88）途径来防止糖尿病诱导的脂肪变性和炎症，作用与二甲双胍类似[42]。5-甲氧基补骨脂素（5-methoxypsoralen，5-MOP）可显著逆转高胰岛素水平，可能会通过ER介导的PI3K/Akt激活途径改善胰岛素抵抗[43]。

3 中药中的香豆素类化学成分的毒性机制

3.1 肝毒性

3.1.1 蛇床子素 《中国药典》2020年版记载蛇床子有小毒[44]，其发挥毒性的主要成分包括简单香豆素类的蛇床子素。蛇床子素对小鼠的半数致死量（median lethal dose，LD50）为3.45 g/kg[45]，属于III级毒性，在低于最大耐受量1.50 g/kg情况下使用不会出现严重后果，其急性毒性损伤最严重的部位是肝脏[46]。蛇床子素可通过线粒体途径诱导L-02细胞凋亡，并可下调p-Histon H3（Ser10）的表达，对正常肝脏细胞增殖具有抑制作用[47]。另有研究提示蛇床子素能够抑制L-02细胞增殖的机制可能为增强肌醇必需酶1α（inositol-requiring enzyme 1α，IRE1α）、蛋白激酶R样内质网激酶（protein kinase R-like endoplasmic reticulum kinase，PERK）、磷酸化c-Jun氨基末端激酶（phosphorylated c-Jun-terminal kinase，p-JNK）、ATF4等内质网应激相关蛋白的表达水平，进而引起细胞出现明显的凋亡过程[48]。

3.1.2 补骨脂素 补骨脂素毒性的靶器官主要为肝脏，肝毒性相关机制涉及胆汁淤积、内质网应激反应、线粒体功能障碍、抑制肝药酶活性、代谢紊乱等方面。

胆汁淤积是由于胆汁分泌及排泄障碍引起的一种病理生理过程，表现为体循环和肝脏中胆汁酸和胆红素等水平异常升高，造成对肝细胞及机体的损伤。补骨脂素作用于HepG2细胞24 h后，使胆盐输出泵（bile salt export pump，Bsep）的转录和表达减少、Na+-牛磺酸钠共转运体（sodium taurocholate cotransporting polypeptide，NTCP）的转录和表达增加，致胆汁酸转运进入肝细胞增加，进而使肝细胞中胆汁酸的含量异常升高，最终导致胆汁淤积性肝损伤[49]。补骨脂素还可抑制大鼠肝脏细胞色素P7A1、BSEP、MRP2和SULT2A1的表达，增加法尼醇受体（farnesoid X receptor，FXR）和多药耐药相关蛋白3（multidrug resistance-associated protein 3，MRP3）的表达且肝毒性存在种属差异，大鼠的肝脏损伤更为严重[50]。在增加小鼠肝/体质量比和血清丙氨酸氨基转移酶、天冬氨酸氨基转移酶及总胆固醇的变化引起肝毒性的同时，补骨脂素还可使肝胆汁酸转运体的mRNA和蛋白水平也发生显著变化，其中MRP4、三磷酸腺苷结合盒转运蛋白G5（adenosine triphosphate binding cassette transporter G5，ABCG5）和三磷酸腺苷结合盒转运蛋白G8（adenosine triphosphate binding cassette transporter G8，ABCG8）被抑制，而NTCP的蛋白水平在大鼠肝脏中呈上升趋势[51]。

大量研究表明，应激可能是药源性肝损伤发生过程中的重要环节。补骨脂素的内质网应激机制可涉及到内质网非折叠蛋白反应主要的3条通路，具有很大的相关性，同时内质网也是其亚细胞水平上受影响最大的细胞器。Yu等[52]发现补骨脂素显著降低细胞存活率，增加半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-8（cysteinyl aspartate-specific proteinase-8，Caspase-8）和半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-3（cysteinyl aspartate-specific proteinase-3，Caspase-3）的活性，上调CHOP和Bcl-2/Bcl-2相关X蛋白（Bcl-2 associated X protein，Bax）的表达，并呈时间和剂量相关关系。其显著增加内质网应激相关标志物内质网应激相关标志物葡萄糖调节蛋白78（glucose-regulated protein 78，GRP78）、PERK、真核翻译启动因子2α（eukaryotic translation initiation factor 2α，eIF2α）、ATF4和ATF6的表达和转录水平，提示补骨脂素通过PERK-eIF2α-ATF4-CHOP和ATF6-CHOP相关途径诱导内质网应激介导的细胞凋亡，从而导致肝损伤。在类似研究中发现补骨脂素还可显著增加内质网应激相关标志物IRE1a和X-box结合蛋白1（X-box binding protein 1，XBP1）的表达和转录水平[53]，且对雌性小鼠肝损伤更为显著。

内质网应激也能引起线粒体功能失调并加剧线粒体ROS的产生，使肝细胞发生损伤，使其ATP合成和细胞凋亡等功能失常而影响整个肝细胞的正常功能。ROS的产生和去除不平衡导致累积的ROS接触线粒体和细胞成分，会导致线粒体氧化损伤。在Guo等[54]的体外实验中发现补骨脂素对ROS含量有较强的诱导作用，推测补骨脂素可通过ROS异常升高引起线粒体损伤，进而诱导肝细胞损伤，包括细胞凋亡和脂质堆积。王珊等[55]采用网络药理学方法分析补骨脂中与线粒体损伤有关的作用靶点，通过实验证实了补骨脂素对HepaRG、HepG2肝细胞系具有显著的肝毒性，推测其机制与破坏线粒体的功能密切相关。Sun等[56]建立基于可微架构搜索（differentiable architecture search，DARTS）的蛋白质组学靶标发现新策略结合网络药理学研究，发现补骨脂素通过与ABL1结合，引起Nrf2表达降低与mTOR低表达，ROS水平升高，引起细胞死亡而产生肝脏毒性。

肝脏作为人体代谢的重要器官，在受到毒性损害作用时，一方面会使其正常代谢功能紊乱及生物酶活性发生变化，另一方面这种变化又进一步加重了肝脏的损害程度。香豆素的代谢活化和失活产生的亲电反应性中间体可由细胞色素P450（cytochrome P450 proteins, CYP450）酶介导酶介导，引发一些毒性反应，其中肝毒性在大鼠中尤为明显[57]。补骨脂素在肝脏中主要经CYP450酶进行代谢，一项研究显示补骨脂素可能主要通过外源物质代谢CYP450而引起肝毒性，而、、和是产生肝脏毒性的关键基因[58]。此外，补骨脂素是体外CYP3A4[59]、CYP2B6[60]的抑制剂，能降低酶活性，减弱该酶对药物的代谢能力，甚至产生毒副作用及药物相互作用。还可影响肝脏CYP1A2、CYP2A6、CYP2D1及CYP2E1的表达，该影响存在性别和种属差异[61]。有学者利用代谢组学研究补骨脂素肝毒性的代谢特征，发现补骨脂素所致肝损伤的潜在生物标志物为血清中的7种代谢物和肝脏中的15种代谢物，表明补骨脂素可以引起氨基酸代谢的紊乱，特别是血清和肝脏样本中的缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸的生物合成，对酮体代谢也存在一定的干扰[62]。补骨脂素还能显著提高异亮氨酸、异丁酸、丙氨酸、丙酮、谷氨酰胺等大量代谢产物的含量，显著降低乙醇和二甲基砜的含量，并且长期接触低水平的补骨脂素会导致丙氨酸代谢、谷氨酸代谢、尿素循环、葡萄糖-丙氨酸循环、氨循环、甘氨酸和丝氨酸代谢途径的紊乱[63]。张娜等[64]采用超高效液相色谱-高分辨飞行时间质谱（ultra performance liquid chromatography-quadrupole time of flight-mass spectrometry，UPLC-QTOF-MS）和网络毒理学技术发现补骨脂素、异补骨脂素等呋喃香豆素成分作用于ALB、HOMX1、GSR、GSTM3、CYP2C9等关键靶点并调控，甲状腺激素合成途径和谷胱甘肽代谢途径等致肝毒性。

3.1.3 异补骨脂素 作为补骨脂素的同分异构体，异补骨脂素在诸多药理作用及毒性表现上与补骨脂素一致，但二者的毒性程度与机制不完全相同。异补骨脂素影响体外HepG2细胞内胆汁酸浓度，使机阴离子转运多肽2（organic anion transporting polypeptides 2，OATP2）、有机溶质转运蛋白α（organic solute transporter alpha，OSTα）、甾醇-27-羟化酶（27-hydroxycholesterol，CYP27A1）、FXR、PXR明显升高，其造成胆汁淤积的机制可能与抑制MRP2、MRP3有关[65]。异补骨脂素还可通过抑制药物转运蛋白的表达，使其在斑马鱼体内蓄积，降低抗氧化能力，从而使斑马鱼幼体产生肝脏损伤；斑马鱼肝脏中、、、、、、mRNA等基因水平明显下降，机制可能与干扰胆汁酸转运体有关[66]。此外，异补骨脂素对L-02细胞生长有明显抑制作用，在诱导细胞凋亡的同时使细胞周期阻滞于G1期，此过程可能与上调Bax，下调Cyclin D1表达有关[67]。Zhang等[68]在验证了异补骨脂素的肝脏毒性后，通过代谢组学分析其致大鼠肝损伤与调控氨基酸代谢有关，包括苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的生物合成以及甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸的代谢。脂肪酸代谢是雌鼠的主要受累途径，而脂质代谢和能量代谢是雄性大鼠的主要受累途径。在抑制代谢酶方面，异补骨脂素因其呋喃环氧化物和/或-酮烯醛中间体可能导致CYP2B6失活，存在蓄积毒性或药物相互作用产生药害的可能[69-70]。

3.1.4 甲氧基补骨脂素 Zhao等[71]发现8-甲氧基补骨脂素（8-methoxypsoralen，8-MOP）具有肝毒性作用，可使实验动物的血清总胆红素、总胆红素、丙氨酸氨基转移酶和γ-谷草转氨酶水平显著升高，且呈剂量相关关系，潜在机制可能是功能MDR3介导的胆汁磷脂外流的破坏和缺陷以及胆汁酸稳态的紊乱。在对代谢酶活性的影响中，有学者发现5-MOP在比格犬和大鼠肝微粒体中的代谢与在人肝微粒的代谢较为相近[72]。此外，5-MOP和8-MOP对CYP1A2表现出明显的抑制作用，对CYP2A6也存在抑制效果[73]。Goto等[74]通过研究单核苷酸多态（single nucleotide polymorphism，SNPs）对5-MOP代谢的影响，发现与基因密切相关。在5-MOP代谢产物的高效液相色谱分析中发现，CYP2A13*1将5-MOP转化为5-MOP二氢二醇，而这种代谢产物会通过与DNA或蛋白质形成共价键产生毒性。

3.1.5 白花丹醌 白花丹醌作为中药白花丹的主要活性成分，在抗癌研究中表现出了优势效果，但始终未能在临床治疗中应用，最主要的影响来自于其对正常细胞的毒性作用。Sumsakul等[75]发现在较高剂量（250、500 mg/kg）下，白花丹醌产生的有毒体征和症状包括焦虑、流涎、咀嚼和激动。体外细胞实验中，白花丹醌在人肝星状细胞[76]、人胚肝细胞L-02[77]、原代培养大鼠肝细胞[78]中均表现出了明显毒性。Sukkasem等[79]发现白花丹醌可通过氧化还原防御系统的不平衡导致肝毒性。

3.2 肾毒性

肾脏是补骨脂素排泄的关键器官，也是补骨脂素产生毒性器官之一。补骨脂素能增加肾脏有机阳离子/肉碱转运体（OCT1、OCT2和OCTN2）和有机阴离子转运体3的蛋白水平，且对尿酸转运蛋白1、葡萄糖转运蛋白9和多药耐药蛋白4均有影响，这也是呋喃香豆素类化合物造成肾损害的共性机制。Wang等[80]报道呋喃香豆素类成分如（异）补骨脂素、（异）欧前胡素、8-MOP等具有肾毒性及刺激癌细胞生长等效应，可通过上调肾脏mOCT1、mOCT2、mOCT2、mOAT1、mOAT3、mURAT1、mMRP4和mGLUT9转运体蛋白水平而导致小鼠肾功能障碍和损伤。

3.3 光毒性

当与紫外线照射相结合时，补骨脂素在表皮附近积聚的倾向变得危险，导致皮炎，水疱，严重晒伤，老年斑甚至皮肤癌的发展[81]。该成分经紫外线活化后可能诱导氧化应激，或由产生化学反应活性氧的氧化还原反应引起DNA损伤[82]。8-MOP具有光化学特性，该成分在UVA辐照下光毒性会增强，并引起急性皮肤反应，表现为瘙痒、色素沉着和红斑。原因可能与8-MOP进入全身循环之前在肝脏的首过代谢有关，在临床正常剂量中更应密切检测这种代谢饱和[83]。5-MOP作为8-MOP的同分异构体，也常表现出类似的毒性特征，但相比之下5-MOP的光毒性较小，临床上常用作8-MOP的替代药物[84]。Fu等[85]发现8-MOP在UVA下对线虫具有光激活的生殖毒性、氧化应激和细胞凋亡。二者产生皮肤毒性的同时，还具有造成光敏性的细胞毒性、致染色体突变和致染色体断裂的潜在危险[86]。甲氧基补骨脂素亦具有光遗传毒性，有可能诱发恶性黑色素瘤等皮肤癌症[87]。

3.4 其他靶器官毒性

补骨脂的毒性靶器官还可涉及肾上腺、前列腺及精囊腺，其机制可能与胆汁淤积后肝损伤的HPA轴相关酶和激素产生紊乱相关[88]。Xia等[89]研究发现补骨脂素对斑马鱼胚胎/仔鱼的心脏、肝脏、吞噬细胞和神经系统的发育有毒性作用，机制与氧化应激、细胞凋亡和能量代谢异常有关。由于白花丹醌与维生素K化学结构相似，可使大鼠的血小板粘附和凝血功能显著降低，导致出血时间延长，存在发生凝血异常的风险。且白花丹醌可通过激活涉及p53蛋白网络的线粒体途径来损害睾丸细胞，导致精子数量和活力显着降低，异常精子增加[90]。

4 结语

香豆素类化合物广泛分布于自然界的植物中，亦是补骨脂等多种中药的活性成分。近年来，已有部分香豆素类成分及其中药被报道具有毒性，因此对中药中含有香豆素类化合物的药理作用及毒性机制研究进展进行综述，对指导此类成分及中药的有效、合理应用具有重要意义。中药中的香豆素类化学成分基于母核的基本结构与取代基位置可分为简单香豆素、呋喃香豆素、吡喃香豆素和其他香豆素类，具有广泛的药理作用，其抗肿瘤与抗炎作用突出。根据结构差异，各类香豆素又表现出各自的优势特征，如简单香豆素类的抗菌、神经保护作用，呋喃香豆素类的抗骨质疏松、光活性作用等。但由于其化学成分与结构的复杂性与多样性，且对含量相对较少的香豆素类成分的报道不多，未来有必要对其他活性成分的药理作用进行更深入的研究。

香豆素类化学成分中毒性成分近来广受学者们重视，其中呋喃香豆素是不良反应报道最多的一类。其主要毒性成分包括补骨脂素、异补骨脂素、8-甲氧基补骨脂素、5-甲氧基补骨脂素、欧前胡素及异欧前胡素等，主要表现为肝毒性、肾毒性、生殖毒性与光毒性等。对其他化学成分的研究相对较少，如简单香豆素中蛇床子素在肝脏和肺脏中表现出了毒性反应，其他香豆素类的白花丹醌在体外细胞实验中表现出毒性效应，对凝血功能也有一定影响。虽然针对中药中的香豆素类化合物的毒性研究已经取得了一定进展，但其毒作用模式尚未明晰，且临床应用时由于中药多成分多靶点作用的复杂性，不能局限地认为毒性是单一成分的作用结果。此外由于肝脏是香豆素类主要的代谢器官，使得大部分研究倾向于探讨肝毒性的作用机制，对其他靶器官毒性的研究较少。后续应进一步发现中药中香豆素类化学成分的作用靶标，系统研究其化学结构与药理作用、毒性效应间的多维关系及一般规律，明确“构-效-毒”的整合机制，并基于毒性特征制定完善的减毒策略，以促进含香豆素类中药的临床合理用药。

利益冲突 所有作者均声明不存在利益冲突

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Research progress on pharmacological action and toxicity mechanism of coumarins

DONG Yi, LIU Li-jia, HAN Lu-wen, LIAO Tian-qi, XU Yan-yan, LI Yu-bo

School of Chinese Materia Medica, Tianjin University of Traditional Chinese Medicine, Tianjin 301617, China

Coumarins are aromatic substances with benzene and alpha-pyrone as its basic structure, with wide distribution in the natural world. Regarding athe chemical structure of the compound, natural coumarins are mainly classified into four types, simple coumarins, furanocoumarins, pyrancoumarins, and other coumarins respectively. According to numerical modern pharmaceutical literature and clinical studies review, the use of coumarin compounds in traditional Chinese medicine has been reported to exhibit properties of anti-tumor , anti-inflammation, anti-osteoporosis, etc. However, through further deep research and extensive clinical applications using coumarins in traditional Chinese medicine, it is generally found that it is a toxicant, which will cause damage to typical human organs (liver and kidney). Hence, the safety of using coumarins had become a major concern to the whole society. This paper summarized the chemical components and the pharmacological actions that coumarins compounds obtained in Chinese herbal medicine, particularly emphasized the research progress on toxicity levels for poisonous components [(iso)psoralen, methoxy psoralen, (iso)imperatorin, plumbagin, etc]. It also aims to provide scientific guidance and references for future research and rational use and promote both the effectiveness and safety of coumarins in clinical practice.

coumarin; psoralen; methoxy psoralen;imperatorin;plumbagin; anti-tumor; anti-inflammation; anti-osteoporosis; toxic mechanism

R28

A

0253 - 2670(2023)16 - 5462 - 11

10.7501/j.issn.0253-2670.2023.16.035

2023-01-06

国家自然科学基金项目（82004093）；国家自然科学基金项目（81873194）；国家中医药管理局青年岐黄学者支持项目

董 熠（2000—），女，研究方向为临床药学。E-mail: touekid1@foxmail.com

李遇伯，女，教授，博士生导师。E-mail: yaowufenxi001@sina.com

许妍妍，女，副教授，硕士生导师。E-mail: xyytjutcm@163.com

[责任编辑 王文倩]