银杏叶药效分子机制研究进展

孟杰,王国霖,陆宜斌,郝梦玥,吴云飞

(青岛农业大学园林与林学院,山东 青岛 266109)

银杏(GinkgobilobaL.)是银杏纲(Ginkgopsida)银杏科(Ginkgoaceae)植物谱系中唯一存活下来的孑遗物种,被称为“活化石”[1]。银杏叶是其发挥最大药用价值的部位,是近代国际上天然药物研发的热点之一。《中国药典》2020年版记载银杏叶功效为“活血化瘀,通络止痛,敛肺平喘,化浊降脂。用于瘀血阻络,胸痹心痛,中风偏瘫,肺虚咳喘,高脂血症”[2]。银杏叶提取物主要临床用于心脑血管疾病、阿尔兹海默症、动脉粥样硬化、哮喘、糖尿病并发症等疾病的治疗[3-5]。相对于药效成分单一的西药,银杏提取物制剂发挥药效是银杏黄酮类、萜内酯类、酚类及其他微量元素等协同作用的结果,具有多成分作用于机体多靶点的特征,因此具有较好的临床应用价值和前景[6]。虽然已将银杏叶提取物药理活性基本总结清楚,但还缺乏关于这些药效的物质基础以及作用靶点和分子机制的总结。本文首先分类汇总银杏叶中化学成分,然后根据药用活性,对它们发挥药效的分子机制进行综述,为新药开发或临床联合用药提供指导。

1 银杏叶中主要化学成分种类

银杏叶中已报道的主要成分根据结构特点分为黄酮类、萜类、苯丙素及多酚类、烷基酚(酸)类、其他的微量成分如有机酸、苯酚糖苷、生物碱和甾体等。

1.1 黄酮类黄酮类是银杏中含量最丰富的成分[7],其结构类型包括(Ⅰ)二氢黄酮类[7-8];(Ⅱ)黄酮类[8-10];(Ⅲ)异黄酮类[8,11];(Ⅳ)二氢黄酮醇类[8];(Ⅴ)黄酮醇类[12-13];(Ⅵ)黄烷醇类[7,14];(Ⅶ)双黄酮类(1～7)[8,13];(Ⅷ)糖基化及苯丙酰基化黄酮类[15],部分化学结构式见图1。

图1 银杏中双黄酮及萜内酯类化合物结构式

1.2 萜类萜内酯由Nakanishi等[16]于1965年首次对银杏内酯A、B、C、M,(简称GA,以此类推,下同,9～12)的化学结构进行了报道,接下来陆续分离鉴定出了白果内酯(BB,8)和银杏内酯J、P、Q、L、K、N(13～18)[17-19]。Lee等[20]在银杏叶中分离到一种新的白果内酯异构体(19)。除此之外,银杏中还含有其他无内酯结构的常见萜类物质如倍半萜类[20-21]、三萜类和聚戊烯醇类[22],部分化学结构式见图1。

1.3 苯丙素类及多酚聚合物类目前,分离鉴定到的化合物有:(Ⅰ)苯丙烯酸(醇)类[8,23];(Ⅱ)苯甲酸类[8,23];(Ⅲ)香豆素类[8];(Ⅳ)木脂素类[21,24-25],根据结构分为骈双四氢呋喃类(furofurans);苯骈呋喃新木脂素类(benzofurans neolignans);苯骈环己烷新木脂素类(benzo-cyclohexane neolignans);8-O-4′ 新木脂素(8-O-4′ neolignans);(Ⅴ)苯丙素衍生物[9,12,21,24],包括苯丙醇(酸)类、6-羟基喹啉酸、scrophenoside G等;(Ⅵ)原花青素类[14]。

1.4 烷基酚(酸)类烷基酚(酸)类是指含有烷基长侧链的酚类代谢物,主要包括:(Ⅰ)银杏酸(ginkgolic acid)[9,26];(Ⅱ)烷基间苯二酚酸(resorcylic acid)[27];(Ⅲ)腰果酚(cardanols)[28];(Ⅳ)强心酚(cardols)[28];(Ⅴ)漆酚(urushiols)[29];(Ⅵ)烷基香豆素类[30]。

1.5 其他目前,还有一些含量不高且不是银杏独有的化合物成分也被鉴定到。根据其结构特点分为以下几种:(Ⅰ)非芳香有机酸类[8,23];(Ⅱ)苯酚糖苷类:包括苯乙醇糖苷[31]、苯甲醇[25,31]、邻苯二酚类[25,31]、二聚体[20];(Ⅲ)硝基苯苷类[32];(Ⅳ)生物碱类[33]:包括吡哆醛、4′-O-甲基吡哆醇(MPN)、MPN-5′-磷酸、MPN-5′-葡糖苷;(Ⅴ)甾体类[34]:包括β-谷甾醇、豆甾醇、菜油甾醇、胡萝卜苷、豆甾醇-3,6-二酮、豆甾醇-4-烯-3,6-二酮等。

2 银杏叶化学成分的药理活性

2.1 改善心脑血液循环血小板活化因子(platelet-activating factor,PAF)是血液中重要的凝血因子[35],银杏萜内酯作为PAF的竞争性拮抗剂,能有效结合血小板活化因子受体(platelet-activating factor receptor,PAFR),抑制PAF诱导的血小板凝集,从而防止血栓形成,改善心脑及外周血液循环[36]。研究发现萜内酯成分中PAF抑制活性由强到弱顺序一般为GB(10),GK(17)>GA(9)>GQ(15)>GC(11)>GP(14)>GJ(13)>GM(12)[37]。

Li等[38]采用综合系统药理学方法证实银杏叶提取物(GBE)中27个化学成分通过作用于多个靶点,参与调节促生存、抗凋亡和抗炎过程的多个通路,表现出协同治疗作用。体外实验证明GA(9)、GB(10)和异鼠李素通过磷酸肌苷-3-激酶/蛋白激酶b通路(PI3K-Akt)和NF-κB信号途径发挥协同作用治疗心肌病;另一方面,Cui等[39]利用网络药理学方法证实了疏血宁注射液通过抑制炎症反应、调节氧化应激水平,减少脑组织神经元细胞凋亡,对大鼠脑组织起到保护作用,揭示了其治疗缺血性中风的内在机制。Chen等[40]的研究表明GK(17)通过JAK2/STAT3通路促进缺血卒中后血管生成,为未来GK(17)及其类似物在缺血卒中治疗中的临床应用提供了新思路。除了银杏萜内酯,Chen等[41]发现银杏双黄酮是天然形成的人凝血酶抑制剂,可作为开发高效、安全新型凝血酶抑制剂的先导化合物。

2.2 治疗神经系统相关疾病

2.2.1 神经系统保护作用银杏叶提取物能结合神经递质受体治疗神经系统相关疾病[42]。银杏萜内酯通过与中枢神经系统甘氨酸受体(GlyR)离子通道的中心孔结合发挥GlyR拮抗剂作用[43]。Jensen等[44]证明天然银杏萜内酯分子的紧凑笼型结构对GlyR拮抗活性至关重要,并发现通过与阴离子半胱氨酸环状通道(Cys-loop)特异结合发挥GlyR拮抗作用[45]。这与PAFR抑制活性的构效关系明显不同,说明银杏萜内酯针对不同靶点有完全不同的作用机制[46]。Mateey等[47]发现银杏酸也是一种新型α1GlyR增强剂。银杏提取物中的萜内酯和双黄酮还可以通过对GABAA受体的拮抗作用调节神经递质平衡[48]。Svenningsen等[49]证明穗花杉双黄酮(1)结合在GABAA受体上的苯二氮平类药物结合位点,发挥焦虑抑制活性。

2.2.2 改善认知和记忆改善认知和记忆是银杏叶成分治疗神经系统疾病的主要临床应用。阿尔茨海默病(Alzheimer′s disease,AD)是一种起病隐匿,进行性发展的神经系统退行性疾病。Fan等[50]通过对迄今为止AD相关治疗文献的综述发现银杏叶提取物是AD患者的最佳认知和日常生活药物。Wang等[51]利用转录组学探讨了GB(10)对AD病理环境中星形胶质细胞损伤的保护作用机制,发现GB(10)可能通过调节Hippo和Wnt通路促进谷氨酸转运体表达,在谷氨酸诱导的星形胶质细胞损伤中发挥保护作用。Yu等[52]发现GK(17)可以抑制趋化分子CCL-2/3/5的表达,限制了炎症细胞向脊髓迁移,有效改善自身免疫性脑脊髓炎的严重程度,首次揭示了GK(17)用于多发性硬化症治疗的可能性。另外,GA(9)靶向N-甲基-D-天冬氨酸受体(NMDA受体),可以阻止淀粉样蛋白诱导的皮层神经元去极化,说明在治疗AD方面具有很大的临床潜力[53]。

2.3 调节代谢银杏叶提取物中的双黄酮成分已广泛用于治疗代谢性疾病[54]。Dell′Agli等[55]发现银杏提取物中的双黄酮作为磷酸二酯酶-5(PDE5)抑制剂参与调节脂质代谢和吸收。Chou等[56]发现银杏素(3)通过调节STAT5介导的PPARγ和C/EBPα抑制脂肪形成。胰脂酶(pancreatic lipase,PL)是促进脂质吸收的关键酶,能催化胃肠道内甘油三酯的水解,因此可以通过抑制PL来治疗肥胖[57]。Liu等[54]发现白果素(2)、银杏素(3)、异银杏素(4)、金松双黄酮(5)通过氢键与PL催化三联体形成强烈的相互作用,发挥显著的抑制效果(2.90 μmol·L-1

2.4 抗炎、抗氧化活性

2.4.1 抗炎活性PAFR可参与炎症激活导致的多种疾病,银杏萜内酯的抗炎作用主要与它的PAFR抑制活性有关:Xiang等[59]揭示了GB(10)可能通过拮抗PAFR通路降低TRIM37的表达,从而抑制NF-κB的激活,减轻肺泡上皮细胞的炎症反应,首次证明GB(10)在急性脑卒中并发肺部炎症的临床应用中可能有效;Liu等[60]发现BB(18)通过TLR-4/MyD88/NF-κB通路减轻盲肠结扎穿刺所致的急性肺损伤,首次指出BB(18)可能是一种治疗脓毒症所致急性肺损伤的潜在药物。

2.4.2 抗氧化活性抗氧化活性与细胞凋亡、增殖、脂质代谢、细胞分化和免疫反应有关。Zhang等[61]采用分子对接和网络药理学方法构建复合靶标的分子作用机制网络,发现它们的抗氧化活性主要集中在8个生物功能和6个信号通路上,指出银杏黄酮类、银杏内酯、原花青素和有机酸4类成分存在协同作用。Wang等[62]利用液质联用(LC-MS)筛选银杏叶中超氧阴离子自由基清除剂和黄嘌呤氧化酶抑制剂,鉴定出4种黄嘌呤氧化酶抑制剂:槲皮素、芹菜素、山萘酚和异鼠李素,4种超氧阴离子自由基清除剂:芦丁、槲皮素、山萘酚和异鼠李素。

2.5 抗肿瘤活性肿瘤发生原因复杂,靶点多样,呈现网络化和协同性。目前关于银杏提取物抗肿瘤方面的研究主要针对以下几种成分:①双黄酮。Zhuang等[63]证明银杏素通过调节JAK2/STAT3信号通路阻滞黑色素瘤细胞G1/G0期转换;Pan等[64]证明银杏素通过抑制JAK1/STAT3和PI3K/Akt的激活因子抑制子宫内膜癌的生长和侵袭;②萜内酯。Kawasaki 等[65]首先证明PAFR是调节口腔鳞状癌细胞(OSCC)中顺铂(CDDP)敏感性的治疗靶点,并发现PAFR特异性抑制剂GB(10)可增强CDDP的药敏性和其诱导的细胞凋亡;③银杏酸。Fukuda等[66]发现银杏酸是第一个能抑制E1酶泛素化活性的天然分子,Brackett等[67]通过合成不同烷基侧链的银杏酸衍生物揭示了银杏酸结构与E1泛素化抑制活性的构效关系。Liu等[68]发现银杏酸抑制胰岛素样生长因子1受体(IGF-1R)与小泛素样修饰剂-1(SUMO1)结合,降低IGF-1R的表达,阻碍了胃癌的发生。

3 总结与展望

银杏提取物发挥不同药理作用的主要成分可以总结如下:①银杏萜内酯具有拮抗PAFR、GlyR和GABAA受体的功能,是发挥改善心脑和外周血液循环以及神经保护作用的关键物质,另外通过PAFR抑制功能发挥抗炎抗肿瘤活性;②双黄酮在调节神经递质和代谢性疾病中具有重要作用;③银杏黄酮类和有机酸等成分主要具有抗氧化、抗炎功效;④银杏酸类有抑制类泛素蛋白分子修饰活性可为抗癌药提供新思路。所以说一方面,银杏提取物中的某类成分因其显著的药理活性可以用作治疗癌症、糖尿病、神经系统疾病等的先导化合物或辅助药物;另一方面,银杏叶提取物中的多成分协同作用可以达到只服用一种银杏药物起到同时治疗多种疾病的作用,提高患者的顺应性。因此,随着各种新技术和方法的发展与应用,例如提高生物利用度的新型药物递送系统,对银杏药物的各种药理作用机制的认识将会更深入,更利于银杏提取物用于新药研发。