香豆素的结构生物合成及其功能分析

香豆素的结构生物合成及其功能分析

方贤富

（内蒙古农业大学理学院内蒙古呼和浩特 010018）

摘要：论述了植物香豆素类化合物的部分生物合成途径，特别是部分香豆素合成中所需的关键酶和香豆素类化合物的提取分离方法、生物学功能，以期为香豆素类化合物的开发与利用提供一定理论依据。

关键词：次生代谢物香豆素生物合成途径生物学功能

Abstract:This paper attempts to focus on three aspects,including the majority biosynthesis pathway of coumarin and the key enzymes in the biosynthesis pathway,the extraction and separation methods of coumarin,the biology functions of coumarin.This review is expected to provide important theoretical basis for their exploitation further.

Key words:Secondary metabolism compounds Coumarin Biosynthetic pathway Biological function

1 香豆素的分布与分类

香豆素类化合物广泛存在于高等植物的次生代谢产物中，苔藓植物和蕨类植物鲜见香豆素的存在，裸子植物只有在少数种中存在。据周荣汉等人[1]统计，有100多科属植物含有香豆素成分，主要集中分布于伞形科、芸香科、豆科、菊科、瑞香科和木犀科等植物类群。香豆素类化合物在植物体内的存在形式多样，大部分以单香豆素形式存在，少部分以双分子或三分子的聚合物形式存在。香豆素也可以和其他结构单元结合，形成香豆素复合物。香豆素类化合物的基本母核是苯并α- 吡喃酮，根据在α- 吡喃酮环上有无取代基、7位羟基是否与6位和8位取代基- 异戊烯基缩合形成呋喃环和吡喃环来进行结构分类。通常将香豆素化合物分成4 类：简单香豆素类（如伞形花内酯、东莨菪素等）、呋喃香豆素类（如补骨脂素、欧前胡素酚、佛手柑内酯、(+)-异紫花前胡内酯等）、吡喃香豆素类（如紫花前胡素、白花前胡丙素等）及其他香豆素类（如胀果香豆素甲、拟雌内酯等）。

2 香豆素合成途径

在生物合成中，简单香豆素、呋喃香豆素、呲喃香豆素结构的转化过程是简单香豆素类在C- 6 位或C- 8 位烷基化，取代异戊烯基进一步与7 位羟基环合转化为二氢呋喃香豆素或二氢吡喃香豆素类，再进一步形成呋喃香豆素类或吡喃香豆素类。这种结构的转化与沟通过程在植物化学分类学上具有重要的意义。香豆素和呋喃香豆素生物合成的部分途径见图1。

图1:香豆素和呋喃香豆素生物合成的部分途径

Figure 1: the biosynthesis of coumarin and furan coumarin part of the way

3 香豆素提取分离与检测

3.1 香豆素的提取方法

3.1.1 溶剂提取法法

一般情况下，游离香豆素的低等、中等极性化合物可用氯仿或乙酸乙酯提取；香豆素苷类化合物极性相对较大，可用丙酮或乙醇、甲醇提取。

3.1.2 水蒸气蒸馏法

若是将水蒸气蒸馏与溶剂萃取这两步合二为一，采取“同时蒸馏—萃取法”，则可避免微量的挥发性香豆素成分的丢失。该法优于常规水蒸气蒸馏提取法，样品制备时间短，所制备样品含有挥发性成分种类多。

3.2 香豆素分离

植物中的香豆素类成分常用的色谱分离方法有柱色谱、高效液相色谱和薄层色谱。硅胶、大孔树脂、聚酰胺和葡聚糖凝胶Sephadex LH—20 柱色谱等经常用于香豆素类成分的分离。近年来，制备型高效液相色谱用于分离香豆素类成分已经较为普遍，尤其对极性很小的多酯基香豆素类和极性较强的香豆素苷类分离效果好。高速逆流色谱由于其具有不可逆吸附，样品无损失、无污染、高效、快速和大制备量分离等优点，在香豆素类化合物的分离中也逐渐显示出其明显优势。

3.3 香豆素检测

与其他植物次生代谢产物类似，香豆素类化合物可用薄层色谱进行纯度鉴定，再结合红外光谱、质谱、核磁共振等图谱以确定其化学结构。此外，液相色谱—质谱联用、薄层色谱—紫外扫描、气相色谱—质谱联用、高效液相色谱—电喷雾电离—质谱联用等技术也广泛应用于香豆素类物质的检测。

4 香豆素的生物学功能

4.1 抗肿瘤作用

据报道，从中药补骨脂中提取的补骨脂素、8-甲氧基补骨脂素和异补骨脂素均具有抗癌活性。补骨脂素类香豆素对人粘液表皮样癌MEC- 1 细胞系、白血病细胞株（HL- 60，Raji，K564）、宫颈鳞癌Hela 细胞系、乳腺癌细胞株MCF- 7等均有抑制和杀灭作用[2]。

张庆林等人[3]从蛇床子中分离得到3种具有逆转肿瘤细胞多药耐药活性的香豆素—欧芹属素乙、爱得尔庭、9- 异丁酰氧基- O- 乙酰基哥伦比亚苷元。体外试验表明，3种化合物对耐药的肿瘤细胞KBV200 具有明显的逆转作用。

4.2 对心血管系统的作用

4.2.1 抗高血压

吴冬梅等人[4]以肾型高血压大鼠为试验对象，观察前胡丙素（Praeruptorin C）对血压的影响。结果表明，Praeruptorin C 具有扩张血管、Ca2+ 拮抗作用，因而可以降血压。

4.2.2 抗凝血

双香豆素、苄丙酮香豆素、醋硝香豆素、和环香豆素等是常用的合成香豆素类抗凝血剂，作用原理是这些化合物的化学结构与VK 相似，在肝脏中与VK 竞争性地结合酶蛋白，抑制酶蛋白的活性，从而抑制了凝血酶原及依赖VK 的凝因子（Ⅶ，Ⅸ，Ⅹ）的合成。临床上用于防止血栓形成与发展，也可作为心肌梗塞辅助用药，但由于这些药物的合成效率低，价格一直居高不下。

4.3 止咳平喘作用

据报道香豆素具有松驰平滑肌的作用，因此推测其具有平喘功效，众多药理实验证实香豆素确实具有止咳平喘的作用。研究表明，补骨脂总香豆素可增加卵蛋白致敏哮喘大鼠血cAMP/cGMP 比值，从而达到平喘作用。周媛媛等人[5]运用多种色谱方法，从满山红中分离得到多种其止咳平喘的几种有效成分：杜鹃素、槲皮素、伞形花内酯等。

4.4 抗氧化作用

游离氧自由基（ROS）在人体内过度积累会损害脂质、蛋白质和DNA 等人体重要组成成分从而引起各种疾病。瑞香素除具有抗炎止痛作用外，还可作为一种抗氧化剂阻断自由基引起的红细胞脂质过氧化反应。7- 二甲氧基香豆素是川牛膝的成分之一，具有抗急性肾功能衰竭的作用，其作用机制之一也是通过防止氧自由基的生成以及清除已生成的氧自由基来改善急性肾功能衰竭。此外，花椒毒酚、二氢山芹醇、异补骨脂素、佛手柑内酯均具有一定的抗氧化作用，据推测其功能可能与其分子结构中所含的酚羟基有关。

5 小结

综上所述，香豆素的多种药理作用从分子水平、细胞水平上可以归纳为以下机理：①抑制钠、钙等离子通道，控制细胞内钠、钙离子的浓度；②调节人体内细胞因子、黏附分子、酶等蛋白的表达；③与DNA 直接结合，抑制其合成；④清除氧自由基，阻断脂质过氧化反应等。香豆素的不同药理活性可能是其中一种机理的作用结果，也可能是几种机理的综合作用结果。此外，很多香豆素都同时具有多种活性，如蛇床子素具有抗高血压、抗心律失常、抗骨质疏松、抗炎等作用；补骨脂素类具有抗菌、抗癌、平喘、抗氧化等作用；滨蒿内酯通过抗炎和抗氧化来发挥平喘作用等。香豆素具有多种多样的药理活性，且在自然界分布广泛，是值得深入研究挖掘的一个天然药物宝库。

参考文献：

[1]周荣汉，段金廒. 植物化学分类学[M] . 上海：上海科学技术出版社，2005.

[2]沈丽霞，董晓华，李炜，等. 槲皮素、补骨脂素对乳腺癌细胞株MCF-7 增殖的影响[J] .中国药理学通报，2009，2 (5)：601-605.

[3]张庆林，赵精华，毕建进，等. 蛇床子中3 种逆转肿瘤细胞多药耐药活性香豆素[ J] . 中草药，2002，34(2)：104-106.

[4]吴冬梅，李庆平. 前胡丙素对肾型高血压大鼠血压及尾动脉反应性的影响[J] . 中国药理学通报，1997，13(3)：242-243.

[5]周媛媛，王栋，关枫. 满山红止咳平喘有效成分的研究[J] . 时珍国医国药，2007，18 (10)：2461-2462.