余春平,袁 明
(武漢能邁科實業(yè)有限公司,湖北 武漢 430010)
近年來,天然熱門化合物——反式肉桂醛,因具有顯著的抗菌、抗癌和抗炎活性,以及一系列其他藥用特性,且已開發(fā)出許多衍生物,讓其作為一種新型抗菌劑的研究受到了廣泛關(guān)注。在某些情況下,這些衍生物與反式肉桂醛和常用抗生素相比具有更好的活性。
肉桂醛及其衍生物具有良好的抗真菌特性。將肉桂醛及其衍生物針對幾種致病真菌進行篩選,結(jié)果顯示,肉桂醛及其衍生物對黃曲霉[1-2]、煙曲霉和紅色毛癬菌[3]、花色云芝和硫乳桿菌[4]、赭曲霉及其相關(guān)毒素[5-6]、念珠菌屬包括一些氟康唑耐藥菌株[7-8]具有顯著抗真菌活性。Shreaz等[9]發(fā)現(xiàn),肉桂醛及其衍生物除了具有廣泛的抗真菌活性外,還可能克服當前抗真菌化療的一些缺點。這是因為它對幾種氟康唑耐藥念珠菌菌株具有快速且不可逆的體外活性,對H9c2細胞和紅細胞沒有觀察到相關(guān)毒性,還肯定了肉桂醛衍生物作為當前抗真菌治療替代品的潛力,強調(diào)了肉桂醛合成衍生物的重要活性,如2—溴肉桂醛、2—氯肉桂醛、α—甲基肉桂醛,以及一系列肉桂醛的氨基酸加合物,以及天然存在的衍生物鄰甲氧基肉桂醛、松柏醛和芥子醛等,且含有肉桂醛和鄰甲氧基肉桂醛的商業(yè)肉桂制劑可以緩解五分之三的口腔念珠菌病和HIV患者的病情[10]。
Anneli等[11]以丙烯醛和各種芳基硼酸為原料,通過溫和、高選擇性、無堿鈀(II)催化的氧化Heck反應(yīng)一步合成肉桂醛衍生物,然后將合成的肉桂醛衍生物用于合成新型α—芳基取代磷霉素類似物,通過檢測其對結(jié)核分枝桿菌中1—脫氧—D—木酮糖5—磷酸還原異構(gòu)酶的抑制作用,結(jié)果顯示抑制值在0.8~27.3 μmol/L。其中一種合成化合物的活性與之前報道的最有效的α-芳基取代磷霉素類抑制劑相當。Li等[12]為了防止細菌耐藥性增加,從肉桂醛合成了新型化合物作為FtsZ抑制劑,結(jié)果表明,大多數(shù)肉桂醛衍生物的抗菌活性優(yōu)于或相當于所有對照藥物。此外,一些化合物顯示出潛在的細胞分裂抑制活性,比對照藥物高256倍。Gilles等[13]發(fā)現(xiàn)了幾種新的、活性更高的肉桂醛類似物,這些類似物在體外和體內(nèi)都能影響弧菌屬致病因子的產(chǎn)生。由于其DNA結(jié)合能力,這些肉桂醛類似物可以作為LuxR配體。
Wei等[14]開發(fā)了九種席夫堿肉桂醛化合物,并與肉桂醛一起對枯草桿菌和大腸桿菌進行了測試:席夫堿化合物的抗菌活性非常接近或高于肉桂醛。在相同濃度下,甘氨酸鉀與肉桂醛反應(yīng)形成的(E)-N-[((E)-3-苯基-1-乙烯基)亞甲基]甘氨酸鉀比肉桂醛更具活性。當質(zhì)量濃度為 600 mg/L(2.64 mmol/L)時,大腸桿菌和枯草桿菌的抑制區(qū)直徑分別為 11.8 mm 和 12.6 mm。肉桂醛在 400 mg/L(3.0 mmol/L)質(zhì)量濃度下對同一細菌的抑制區(qū)直徑分別為 10.3 mm 和 11.0 mm。值得注意的是,根據(jù)急性毒性分類標準,21只小鼠幾乎沒有發(fā)現(xiàn)相關(guān)毒副作用,確定小鼠的口服急性毒性超過 2500 mg/kg(體重)。在這項工作的基礎(chǔ)上,Wang等[15]使用肉桂醛、4-氯肉桂醛和4-甲氧基肉桂醛作為肉桂醛成分與八種氨基酸合成了24種席夫堿肉桂醛類似物,結(jié)果表明,在試驗濃度為 0.25 mol/L 時,所有化合物均能抑制金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的生長;1號和2號(圖1)表現(xiàn)出最好的抗菌活性:2號對大腸桿菌的相關(guān)抑制區(qū)直徑最高,為 31.3 mm,而肉桂油的相關(guān)抑制區(qū)直徑為 29.5 mm,普通抗生素環(huán)丙沙星的相關(guān)抑制區(qū)直徑為 24.3 mm;1號對金黃色葡萄球菌的抑制區(qū)直徑最高,為 33.7 mm,而肉桂油的抑制區(qū)直徑為 10.5 mm,環(huán)丙沙星的抑制區(qū)直徑為 21.0 mm。該研究還檢測了肉桂醛衍生物對兩種霉菌的作用,發(fā)現(xiàn)它們相較于兩種試驗細菌對肉桂醛衍生物更敏感。
No.1No.2
Shen等[16]研究了肉桂醛及其衍生物根除大腸桿菌殘留的能力。大腸桿菌廣泛殘留在細菌、真菌和寄生蟲中,會導(dǎo)致反復(fù)感染和治療后復(fù)發(fā)。α-溴肉桂醛顯示出所評估化合物的最佳活性,在高達 400 μg/mL 的質(zhì)量濃度下具有100%的殺滅率,而肉桂醛在相同濃度下具有99.8%的類似殺滅率。在給藥質(zhì)量濃度為 100 μg/mL 的α-溴代肉桂醛后,只有不到1%的細胞存活,并且在質(zhì)量濃度為 400 μg/mL 的情況下,α-溴代肉桂醛能夠根除指數(shù)期的所有大腸桿菌細胞以及固定期的細胞,而處于固定相的細胞通常對傳統(tǒng)抗生素治療具有耐藥性。該研究還發(fā)現(xiàn),α-溴代肉桂醛的作用機制不同于一些常見的抗生素,α-溴肉桂醛的作用機制與活性氧無關(guān)。
據(jù)報道,反式肉桂醛及其衍生物可以作為抗炎劑。核因子NF-κB是一種調(diào)節(jié)炎癥和免疫基因表達的轉(zhuǎn)錄因子,Reddy等[17]將反式肉桂醛和天然存在的2-甲氧基肉桂醛作為NF-κB抑制劑,不僅可以抑制其轉(zhuǎn)錄活性,而且可以劑量依賴性地抑制其脂多糖誘導(dǎo)的DNA結(jié)合。Guo等[18]研究表明,肉桂醛通過抑制環(huán)氧化酶活性來抑制白細胞介素(IL)-1β誘導(dǎo)的前列腺素E2(PGE2)的產(chǎn)生,使用培養(yǎng)的大鼠腦微血管內(nèi)皮細胞證明了這一點,而IL-1β和PGE2均與發(fā)燒有關(guān)。Liao等[19]研究了肉桂醛的抗炎作用,并提出作用機制可能與抑制誘導(dǎo)型一氧化氮合酶蛋白表達的能力有關(guān)。此外,還增加了抗氧化酶過氧化氫酶、超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過氧化物酶的活性。Kwon等[20]同樣證實,合成2-苯甲酰氧基肉桂醛抑制脂多糖誘導(dǎo)一氧化氮合酶生成和誘導(dǎo)型一氧化氮合酶表達,這樣做不會影響細胞增殖或引起細胞毒性。其作用模式被確定為抑制JNK激活和隨后的AP-1活性。因此,2-苯甲酰氧基肉桂醛被認為是治療炎癥相關(guān)疾病的有希望的候選者。Rao等[21]還討論了天然存在的2′-羥基肉桂醛作為一種潛在的抗炎劑的研究,其通過降低NF-κB的活性來抑制一氧化氮合酶的生成。
早期實驗表明,肉桂醛對病毒性心肌炎有明顯的治療作用,但肉桂醛在體內(nèi)不穩(wěn)定。為了克服這個局限性,Zhang等[22]使用肉桂醛作為先導(dǎo)化合物來合成α-溴-4-氯肉桂醛(BCC)。在該研究中,比較了α-溴-4-氯肉桂醛和肉桂醛對柯薩奇病毒B3(CVB3)誘導(dǎo)的病毒性心肌炎(VMC)的治療作用,并探討了可能的機制。分別對CVB3感染的海拉細胞和大鼠心肌細胞進行體外抗病毒和細胞毒理作用評價,結(jié)果表明,在α-溴-4-氯肉桂醛和肉桂醛處理的細胞中,IC50分別為0.78±0.13 μmol/L 和48.16±5.79 μmol/L。α-溴-4-氯肉桂醛處理細胞的50%毒性濃度(TC)比肉桂醛組高22倍。在體內(nèi)用CVB3感染BALB/c小鼠建立VMC模型,結(jié)果表明,α-溴-4-氯肉桂醛可降低病毒滴度和心臟毒性病理變化呈劑量依賴性,50 mg/kg 的α-溴-4-氯肉桂醛治療組的心肌病毒滴度顯著低于肉桂醛組。此外,α-溴-4-氯肉桂醛可顯著抑制CVB3感染心肌細胞中CVB3的mRNA的復(fù)制和炎性細胞因子TNF-α、IL-β和IL-6的分泌。進一步觀察到,α-溴-4-氯肉桂醛以濃度依賴性方式抑制CVB3誘導(dǎo)NF-κB激活、IκB-α降解和磷酸化,并降低心臟中Toll樣受體4蛋白水平。這些結(jié)果表明,與肉桂醛相比,α-溴-4-氯肉桂醛對VMC具有非常顯著的治療效果和低毒性。此外,α-溴-4-氯肉桂醛對VMC的作用可能是通過抑制炎癥信號傳導(dǎo)。
許多合成肉桂醛衍生物,包括2-苯甲酰氧基肉桂醛、4-羥基肉桂醛、2-羥基-5-氟肉桂醛、CB403和許多合成二聚體類似物,以及天然存在的2-羥基肉桂醛和2-甲氧基肉桂醛。已證明對一系列癌細胞系具有抗癌特性,包括人類白血病、口腔癌、前列腺癌和結(jié)腸癌細胞系[23-26]。Cabello等[27]不僅研究了天然存在的肉桂醛和肉桂酸的作用,以及一系列合成肉桂醛衍生物對黑色素瘤細胞增殖、侵襲性和腫瘤生長的影響,并發(fā)現(xiàn)作為邁克爾受體的能力對活性有較大的影響。在其他生物活性測定中也觀察到了類似的發(fā)現(xiàn),包括Motohishi等[28]進行的實驗,評估了抗突變苯甲丙酮及其相關(guān)化合物的結(jié)構(gòu)和活性的關(guān)系。
Jeong等[29]合成了一系列肉桂醛衍生物,以確定其抗腫瘤作用機制為抑制細胞周期蛋白依賴激酶4。該領(lǐng)域的研究重點是細胞周期蛋白D1-CDK4復(fù)合物,因為越來越多的證據(jù)表明其活性對許多腫瘤的增殖至關(guān)重要。在Jeong評估的一系列肉桂醛衍生物中,(E)-3-苯甲酰氧基肉桂醛具有最高的活性。
Chang等[30]將牛血清白蛋白與低水溶性抗腫瘤化合物肉桂醛(CA)結(jié)合制備一種新的納米粒子BSA,通過CA與鄰氨基苯甲酰肼(AH)反應(yīng)合成肉桂醛衍生物(CAH),以獲得具有藥用活性的藥物載體,產(chǎn)率可達95%。通過去溶劑法制備BSA-CAH納米顆粒(NPs),經(jīng)過修飾后,NPs的等電點增加至5.5~6.0,腫瘤微環(huán)境出現(xiàn)負面的變化。顯微鏡分析表明,NPs顆粒均勻分散,呈現(xiàn)圓形顆粒結(jié)構(gòu),尺寸為 172 nm,通過各種光譜分析對修飾后的牛血清白蛋白的結(jié)構(gòu)進行了表征。結(jié)果表明,β-轉(zhuǎn)角和反平行β-折疊的含量增加,370nm處的熒光強度也顯著增強和紅移,因此修飾后的共軛程度增加。凝膠滲透色譜顯示NPs的相對分子質(zhì)量為83.629 kDa,證實56個CAH分子與一個BSA分子共軛。通過穩(wěn)定性分析,與游離鈣相比,NPs在溶液中在室溫下穩(wěn)定 30 d。此外,細胞攝取實驗表明,BSA-CAH納米顆粒作為載體進入癌細胞,并通過FITC標記抑制大多數(shù)研究的癌細胞系。值得注意的是,喉癌抑制率>80%,表明制備的BSA-CAH納米粒具有良好的抗癌活性。
Lu等[31]設(shè)計并合成了一系列新型的肉桂醛基阿司匹林衍生物。生物學(xué)評價表明,與母體化合物相比,活性最強的化合物1f(圖2)在HCT-8細胞中的抗增殖功效增加了10倍以上。其在另一種大腸癌細胞系DLD-1中也有類似的作用,但在非腫瘤性結(jié)腸細胞中的抑制活性降低了7到11倍。流式細胞術(shù)分析表明,1f誘導(dǎo)細胞周期停滯和凋亡,通過免疫印跡分析裂解的半胱天冬酶3和PARP的相對蛋白水平以及CRC細胞中ROS的產(chǎn)生,進一步驗證了這一點。此外,在小鼠異種移植模型中,1f顯著抑制體內(nèi)植入的大腸癌的生長。我們的結(jié)果表明,基于肉桂醛的阿司匹林衍生物(如1f)有望成為新的抗CRC藥物,用于進一步的藥物開發(fā)。
圖2 肉桂醛基阿司匹林衍生物1f結(jié)構(gòu)式
在這篇綜述中,對天然化合物反式肉桂醛及其衍生物的藥理功能,特別是抗真菌、抗癌和抗炎特性進行了總結(jié)。反式肉桂醛及其衍生物因為廣泛的抗菌、抗炎和抗癌活性,且毒性較低,是一個很有前途的新型藥劑。這些化合物及其作用機制值得進一步研究,將有助于肉桂醛基抗菌、抗癌和抗炎藥劑或?qū)で罄妙愃谱饔脵C制的新型藥劑的發(fā)展。