异喹啉类生物碱抑菌活性及抑菌机制研究进展.docx

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异喹啉类生物碱抑菌活性及抑菌机制研究进展

异喹啉类生物碱抑菌活性及抑菌机制研究进展

作者：

曹鹏张紫李滢冷东瑾李晓岩

来源：

《中国中药杂志》2016年第14期

        [摘要]该文综述了异喹啉类生物碱中原小檗碱型、普托品型、苯并菲啶型、阿朴菲型、双苄基异喹啉型的抗菌活性和部分构效关系，并从菌体细胞壁、细胞膜的破坏及膜通透性的改变、相关酶和外排泵的抑制、影响菌体DNA和相关蛋白合成等多个方面详细阐述生物碱抑菌作用的分子机制。

此外，该文还对当前异喹啉类生物碱构效关系的研究进行总结，指出应充分发挥靶标数据库筛选和组合化学在天然产物开发中的互补作用，以此提高药物靶标的筛选效率。

该文将为以异喹啉类生物碱为先导物的新型抗菌剂研发提供理论参考。

        [关键词]异喹啉；生物碱；抑菌；机制

        当前，由抗药性细菌引起的感染人数在不断增加，解决细菌耐药性已成为公共卫生安全的一大难题[1]，且随着全球化时代下物品和人员的频繁流通，由真菌引起的疾病感染趋势也在明显上升[2]。

传统抗菌药物的使用不仅会引起病原体耐药且大多具毒副作用，因此，开发更安全、可替代、高效的抗菌药物具有重要现实意义。

        从药用植物中筛选出有效的生物活性成分，再以其为先导物合成药效更强，副作用更小的抗菌治疗药物，一直以来都是抗菌剂研发的热点领域。

其中生物碱类化合物由于其自身结构的多样性，大多具备良好的生理活性，多种抗菌药物如甲硝唑及喹诺酮类化合物均以生物碱为先导物先后被开发出来，因此生物碱类化合物在植物源抗菌药物的研发中具有广阔前景[34]。

异喹啉类生物碱作为最主要的植物次生代谢产物，均有杂环氮结构[5]，其中，血根碱、白屈菜碱、白屈菜红碱、小檗碱、黄连碱等在体内外均具有抗肿瘤、抗病菌、抗病毒、酶抑制剂等药理活性[6]。

本文就原小檗碱型、普托品型、苯并菲啶型、阿朴菲型、双苄基异喹啉型等多种当前热点研究的生物碱，对其抑菌活性、构效关系及抑菌机制进行综述，以期为异喹啉类生物碱作为植物源抗菌药物的开发提供理论依据。

        1抑菌活性研究

        1.1原小檗碱型

        此类生物碱由2个异喹啉环稠合而成，根据两者母核结构中D环的氧化程度不同，可将其分为小檗碱类和原小檗碱类，前者属于季铵碱，如广泛存在于北美黄连（毛茛）、黄连、刺檗中的小檗碱（berberine，BBR）（图1），而后者为叔铵碱，如延胡索中的延胡索乙素。

已证实BBR提取物及其衍生物对一系列微生物具有显著抑制活性，包括细菌、病毒、真菌、原生动物及衣原体，且对革兰氏阳性菌的抑菌活性强于革兰氏阴性菌[7]。

从刺檗中提取的BBR在体外抗皮肤真菌感染的研究显示，BBR对须毛癣菌、红色毛癣菌、犬小孢子菌、石膏样小孢子菌等皮肤真菌的抑菌圈直径>50mm，但是否在体内也能达到此效果，还需相应的模式动物作进一步研究[8]。

Cheng等以原小檗碱和别隐品碱为起始物，与草酰氯反应先后合成2种不同类型的N甲基1.3，1.4二氢化原小檗碱季铵盐，用DMSO在1.20℃提取出黄连碱和小檗碱，并以大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等多种病原菌为受试菌，得出芳构化程度高的生物碱具有更高的抗菌活性，且首次发现N甲基四氢原小檗碱也具有良好抑菌活性[9]。

此外，以微量量热法测定出盐酸药根碱对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、痢疾志贺氏菌的抑菌效果为：

金黄色葡萄球菌>痢疾志贺氏菌>大肠杆菌，指出盐酸药根碱可作为新型抗菌物质用于临床治疗[10]。

另外，白毛茛Hydrastiscanadensis地上部分提取物对BBR的抑菌活性具有协同增效作用，并证明该提取物中的黄连碱和氢化小檗碱在此处不起增效作用，具体成分还需进一步研究[11]。

        1.2苯并菲啶型

        苯并菲啶类生物碱主要存在于罂粟科、紫堇科、芸香科及毛茛科植物中，研究发现白屈菜ChelidoniummajusL甲醇提取物中的生物碱主要包括血根碱（sanguinarine，SG）、白屈菜红碱（chelerythrine，CHE）、白屈菜碱及相应的二氢衍生

        物，且多具有抗病毒、抗真菌、抗细菌多种活性[12]，其结构大多由甲基苯并菲啶核心和多个甲氧基或亚甲二氧基取代基组成[13]。

考察芸香科花椒属植物Fagaratessmannii甲醇根提取物的抑菌活性发现，其萜类化合物成分在质量浓度达5.1.2mg·L-1时对1.2种耐药菌株无任何抑制活性，氯化两面针碱具有选择性抑菌活性，而苯并菲啶类生物碱buesgenine对所有受试菌均有良好抑菌活性，指出其可作为抗耐药菌株的活性成分[14]。

此外，从另一种花椒属植物Zanthoxylumclavaherculis分离得到的CHE对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）具有显著的抑菌活性，MIC达到8～1.6mg·L-1[15]。

另外，Zuo等也发现白屈菜中8羟基二氢血根碱（hhS）和8羟基二氢白屈菜红碱（hhC）对MRSA和甲氧西林敏感型金黄色葡萄球菌（MSSA）均具体外抑制作用。

其中，hhS对MRSA的MIC/MBC最低可达04.9/1.95mg·L-1，而hhC对MRSA的MIC/MBC可达098/781mg·L-1，证实了hhS在提取的所有成分中具有最强的抑菌活性，其对MRSA的MIC（1.95mg·L-1）相当于万古霉素对MRSAMIC的90%[16]。

对CHE构效关系的研究发现，在一定条件下其A环中的亚甲二氧基去甲基化形成2，3二羟基白屈菜红碱衍生物后，其对细菌和真菌等多种受试菌的抑菌活性明显下降[17]（图2），由此证明A环中亚甲二氧基的存在可提高抑菌活性。

        1.3普托品型

        又称原托品型，此类生物碱主要存在于罂粟科紫堇属植物中，其结构为独特的含氮十元环酮，也被证明是直接生物合成多种四氢原小檗碱的前体物，且十元环内氮原子和C1.4原子之间有一种类酰胺的相互作用，具有成环的趋向[18]（图3）。

普托品型主要包括原阿片碱（protopine，PR）、别隐品碱（allocryptopine，ALL）、α别隐品碱、β别隐品碱、隐品碱等多个种类。

Kosina等从博落回Mcordata中提取了CHE，SG，PR，ALL等多种异喹啉类生物碱，在以金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌等多种病原菌株为受试菌的抑菌测试中，PR/ALL的MIC要高于CHE/SG，因此抑菌活性较CHE和SG弱[19]。

        1.4阿朴菲型

        阿朴菲型异喹啉生物碱多存在于油丹属Alseodaphne和莲桂属Dehaasia植物中，已被证实其具有舒缓平滑肌、抗细菌、抗真菌及细胞毒等多种生物活性[20]。

Omar等从樟科植物Phoebegrandis（Nees）Mer的叶中提取出了氧化阿朴菲类生物碱观音莲明碱（lysicamine）及3种原阿朴菲类生物碱litsericinone，8，9，1.1，1.2四氢麦坎布林（8，9，1.1，1.2tetrahydromecambrine），六氢麦坎布林A，并以表皮葡萄球菌、金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌、巴斯德杆菌Pmultocida及阴沟肠杆菌Ecloacae5种病原菌为受试菌，发现除观音莲明碱之外其他3种原阿朴菲类生物碱具有广谱的抑菌活性，且对革兰氏阳性菌的抑菌效果整体好于阳性对照硫酸链霉素[21]。

山苍子作为中药材已证实其提取物具有金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌的抗菌活性，从70%乙醇山苍子提取物中分离出（+）N甲氧羰基Nnordicentrin

（1），（+）N甲氧羰基Nnorpredicentrine

（2），（+）N甲氧羰基Nnorbulbodion（3），（+）N甲氧羰基Nnorisocorydione（4），（+）8methoxyisolaurenineNoxide（5）5种阿朴菲类生物碱，抗菌活性筛选试验表明（+）N甲氧羰基Nnordicentrin和（+）N甲氧羰基Nnorpredicentrine对金黄色葡萄球菌及真菌Aalternata和CNicotianae具有显著抗性，（+）8methoxyisolaurenineNoxide的抗菌活性最弱，（+）N甲氧羰基Nnorbulbodion和（+）N甲氧羰基Nnorisocorydione的结构中存在C8和C1.1的羰基基团，故对肿瘤细胞具有很强细胞毒活性[22]（图4）。

        1.5双苄基异喹啉型

        此类生物碱由一个或多个碳碳键或醚键连接两单位的苄基异喹啉形成，且芳香环对位的取代基通常为羟基或甲氧基。

如甲基莲心碱、莲心碱、异莲心碱、蝙蝠葛碱、粉防己碱（tetrandrine，Tet）、唐松草碱都是在结构上相似的双苄基异喹啉类生物碱[23]，其中，异莲心碱的类似物莲心碱和甲基莲心碱在结构上都属头对尾酚类苄基异喹啉类生物碱的二聚体[24]。

Zuo等将Tet和去甲基粉防己碱分别与4种抗生素：

氨苄西林、阿奇霉素、头孢唑啉、左氧氟沙星（LEV）联合作用于MRSA，发现Tet对LEV具有协同增效作用，相比单独使用LEV其MIC可降低75%～94%[25]。

        革兰氏阳性菌产气荚膜梭菌是一种产芽孢并能引起食物中毒的细菌，其产生的神经氨酸酶（neuraminidase，NA）蛋白在生长繁殖过程中起重要作用，被认为是新型抗菌药物的靶标。

Kim等发现延胡索Corydalisyanhusuo根状茎95%乙醇提取物在质量浓度为30mg·L-1时对NA的抑制率达到68%，其中巴马汀（palmatine）和小檗碱对NA的IC50分别为（1.2.8±1.5），（1.3.5±2.3）μmol·L-1，显示出很强的抑制活性。

对多种异喹啉类生物碱的构效关系研究后发现，季异喹啉碱比叔异喹啉碱具更强的抑菌活性，C3位存在甲氧基或氧桥与此处存在游离羟基的生物碱相比，前者对NA抑制率比后者高3～3.5倍。

经过酶抑制动力学分析和分子模拟，季异喹啉生物碱能通过可逆的受体配体非竞争行为发挥对NA的抑制作用[26]。

        2抑菌机制研究

        目前，关于生物活性物质抑菌杀菌机制的研究相对较少，生物活性物质对细菌、真菌及植物本身的作用机制尚不完全清楚，但初步研究显示，主要集中在破坏菌体细胞壁、细胞膜、改变细胞膜通透性、影响体内代谢酶活性、扰乱菌体代谢机制和外排泵发挥正常功能、通过作用于拓扑异构酶影响菌体的复制和转录、或阻止细胞内蛋白质合成所需的物质进入菌体、通过与原核生物核糖体的30S或50S亚基的结合使mRNA误读进而影响相关蛋白合成等诸多方面[27]。

此外，已确定异喹啉类生物碱有多个细胞靶标：

①能够与肽、蛋白质的亲核及阴离子部分相互反应；②以嵌入的方式与DNA形成分子复合物；③能够抑制Ca2+磷脂依赖性蛋白激酶C和环AMP依赖性蛋白激酶在内的多种激酶活性[28]。

        2.1菌体细胞壁、细胞膜的破坏及膜通透性的改变

        在BBR与膜模型相互作用的研究中，分别以两性离子DMPC和带负电荷的DMPG构建磷脂双分子层，结果发现BBR可使DMPG双分子层的热性能和磷脂相变的协同性降低，由此得出BBR与膜的相互作用取决于BBR中带正电荷的N原子与带负电荷膜脂质头部区的静电作用[29]。

        对菌体膜损伤机制进一步研究发现，一种合成的吡咯里西啶类生物碱（PA1）作用于大肠杆菌和金黄色葡萄球菌后，对金黄色葡萄球菌的膜损伤程度远大于大肠杆菌，考虑到磷脂双分子层是膜的重要结构，在PA1中加入1∶02的磷脂混合后作用于受试菌，其对金黄色葡萄球菌的抑制率由75.2%下降到3.93%，而对大肠杆菌的生长抑制率无变化，原因是大肠杆菌（G-）外膜具脂多糖成分，可阻止带电和亲脂化合物的渗透，而金黄色葡萄球菌（G+）细胞壁的肽聚糖层是空隙较大的网格，PA1渗透后与膜上磷脂和磷酸基团结合，使膜结构被破坏