半枝莲(
ScutellariabarbataD.Don)为唇形科黄芩属的一年生草本植物,其入药部位为干燥全草。最早记载于明代医家陈实功的《外科正宗》,因传说汉朝开国大将韩信曾用其煎水医治士兵,故又称“韩信草”,在我国分布广泛,河北、山东、陕西、河南等地区均有生长
[1]。在传统的历代本草著作中,半枝莲有清热解毒、活血化瘀、利尿消肿等功效,临床常用于治疗疔疮肿毒、咽喉肿痛、毒蛇咬伤、跌打损伤、水肿腹水等疾病。现今,已有文献
[2]报道,半枝莲的活性成分有显著的抗肿瘤活性,其作用机制涉及多靶点和多通路调控。因此,本文综述半枝莲的化学成分及抗肿瘤作用,聚焦于梳理其黄酮类、二萜类等活性成分,探讨抗肿瘤作用机制,旨在揭示其化学成分与抗肿瘤作用的关系,进而为其进一步开发利用提供理论依据。
1 半枝莲的化学成分
1.1 黄酮类
黄酮类是一类具有C
6-C
3-C
6基本骨架的多酚类有机物,在半枝莲中常以苷元和黄酮苷的形式存在。目前,已从半枝莲中分离鉴定出40余种黄酮类活性成分,包括黄芩苷(
scutellarin)、黄芩素(
scutellarein)、木犀草素(
luteolin)、芹菜素(
apigenin)、槲皮素(
quercetin)、金丝桃苷(
hyperoside)、木犀草素-O-芸香糖苷-5,7,3',4',5'-五甲氧基黄酮及5-羟基-4'-甲氧基黄酮-7-O-α-L-鼠李糖基-(1→6)-β-D-吡喃葡萄糖苷等
[3-4]。窦锦明等
[5]测定出黄芩苷、黄芩素及金丝桃苷三者总含量约占黄酮类成分的60%~70%,可作为半枝莲质量评价的核心指标。李萍等
[6]从半枝莲干燥全草提取物中鉴定得到芹菜素、柚皮素、6-甲氧基柚皮素等黄酮类成分,其中6-甲氧基柚皮素为首次从黄芩属植物中分离的二氢黄酮;肖海涛等
[4]从半枝莲乙醇提取物(EESB)纯化后得到对羟基苯甲醛、3,4-二羟基苯甲酸等酚酸类成分,以及5,4’-二羟基-6,7,3’,5’-四甲氧基黄酮等黄酮苷类衍生物。半枝莲黄酮类主要成分见
表1。
1.2 二萜类
新克罗烷型二萜是半枝莲中结构独特且活性显著的核心二萜类型,以三环癸烷为基本骨架,含有α,β-不饱和五元内酯环16,17-内酯结构,以及乙酰基、苯甲酰基、烟酰基及羟基等常见取代基
[7-8]。半枝莲中分离鉴定出160余种新克罗烷型二萜,包括新化合物与已知成分。其中,Li等
[7]首次报道了13个新化合物(
Scutebarbolides A-M);严威
[8]分离出4个新化合物(
Scuttenline A-D),其中
Scuttenline A含烟酰基和2-羟基-3-甲基丁酰氧基取代,此外,研究表明已分离出
Scutebata A-Y、
Scutolide A-L、
Barbatin A-H、
Scutebarbatine A-Z等21种已知新克罗烷型二萜,进一步验证了该类成分在半枝莲中的广泛存在。结构分析表明,这些成分虽取代基不同(如
Scutebata W含2-羟基-2-甲氧基羰基甲基-3-甲基丁酰氧基,
Scutolide J含二烟酰氧基),但均保留三环骨架与内酯环核心结构,是新克罗烷型二萜的结构标识。
1.3 挥发性成分
张福维等
[9]首次对半枝莲挥发性成分的组成与提取物进行研究,共鉴定出35种化合物,这些成分被认为是半枝莲挥发性部位的核心活性组分,占挥发油总量的87.45%,其中醛类化合物占比最高(24.06%),其次为酸类(20.27%)、酮类(10.29%),另有少量醇类(3.13%)、烷烃类(2.64%)及烯烃类(1.41%)成分。半枝莲挥发类主要成分见
表2。
1.4 多糖类
多糖类是半枝莲中的重要组成成分。孔明礼等
[10]从半枝莲分离得到4种多糖分别命名为SPSⅠ、SPSⅡ、SPSⅢ、SPSⅣ。其中均一性多糖SPSⅣ完全水解后,确定SPSⅣ糖基的组成为鼠李糖、岩藻糖、阿拉伯糖、木糖、甘露糖、葡萄糖、半乳糖,其中以阿拉伯糖、葡萄糖、半乳糖为主(占比超80%)
[11];不同提取工艺所获得的多糖组分及其化学组成会存在显著差异。林霄月
[12]从半枝莲分离得到多糖组分SBP-1A和SBP-2A,其单糖组成均为岩藻糖、盐酸氨基半乳糖、鼠李糖、阿拉伯糖、盐酸氨基葡萄糖、半乳糖、葡萄糖、木糖、甘露糖9种,但摩尔比不同(SBP-1A为0.6∶0.3∶0.6∶30.6∶3.3∶38.4∶16.1∶8∶1.4,SBP-2A为0.6∶0.5∶0.8∶36.3∶4.4∶42.7∶9.2∶3.6∶0.7),且SBP-2A的糖醛酸含量略高于SBP-1A。
1.5 微量元素
微量元素不仅能促进中药材药效发挥、预防疾病,还影响药材生长及活性成分积累。卑占宇等
[13]检测出Fe(铁)、Cu(铜)、Zn(锌)、Mn(锰)、Ca(钙)、Mg(镁)6种微量元素在半枝莲中含量十分丰富。范菊娣等
[14]进一步拓展研究范围,测定了贵州省15个不同产地、不同规格的半枝莲药材中的9种微量元素(除上述6种外,还包括As、Pb、Cd),结果显示,9种元素的平均含量高低顺序为Mn>Ca>Zn>Mg>Cu>Fe>As>Pb>Cd,且野黄芩苷、总黄酮与Zn含量呈显著正相关(相关系数分别为0.542、0.517,
P均<0.05),与Mn含量呈极显著正相关(相关系数分别为0.651、0.691,
P均<0.01),多糖与Zn、Mn含量也均呈显著正相关(相关系数分别为0.550、0.514,
P均<0.05)。
1.6 其他成分
半枝莲还含有丰富的其他类型成分,其中蒽醌类化合物有2-羟基-3-甲基蒽醌等,酚类衍生物有对羟基苯乙酮、对羟基苯甲醛、香草醛等;甾体类包含β-谷甾醇、菜油甾醇、豆甾醇、植物甾醇-β-D-葡萄糖苷,还有半枝莲碱A、脱镁叶绿酸a(Pa)以及氨基酸及其衍生物、菊糖等小分子物质
[8]。
2 半枝莲抗肿瘤的药理作用
半枝莲作为我国传统药材,现代药理学研究证实其为极具潜力的抗肿瘤中药。半枝莲的活性成分丰富,主要包括黄酮类、二萜类、多糖类及挥发油类,这些成分可通过多靶点、多途径发挥抗肿瘤作用。
2.1 抗肝癌
半枝莲提取物通过多成分协同作用抑制肝癌细胞。有实验研究
[15]证明,半枝莲中的新克罗烷型二萜生物碱Soutebarbatine A(SBT-A)和脱美叶绿酸(Pa)对肝癌细胞有直接杀伤作用。SBT-A通过双重激活MAPK信号转导通路(显著磷酸化ERK1/2、JNK1/2及p38 MAPK)和选择性激活内质网(endoplasmic reticulum,ER)应激的PERK-ATF4-CHOP通路(ER应激标志蛋白BiP不受影响),共同调控细胞周期相关蛋白表达(下调cyclin B1、cyclin D1、p-Cdc2及p-Cdc25C,上调p21和特定细胞系中的p27),导致Huh7细胞主要阻滞于G₂/M期、HepG2细胞阻滞于G₀/G₁和G₂/M期,对人肝癌HepG2 (IC₅₀=0.53±0.03 μM)和Huh7(IC₅₀=0.31±0.02 μM)细胞产生显著的细胞毒性作用。而Pa可通过光动力疗法发挥抗人肝癌Hep3B细胞作用,Pa特异性定位于线粒体,经光照后产生活性氧(reactive oxygen species,ROS),降低线粒体膜电位(Δψm),促进线粒体释放细胞色素c至胞质,进而激活Caspase-9和Caspase-3级联反应诱导细胞凋亡,体外IC
50为1.5 μmol/L,体内实验中可使Hep3B移植瘤体积缩小57%
[16]。半枝莲其他成分还可重塑肿瘤微环境
[17-18],通过网络药理学筛选的半枝莲二萜类活性成分(如
Scutebarbolide I、
Scutebata O、
Scutelinquanine D等),关键作用靶点为STAT3、MAPK1、MAPK3、PIK3R1及PIK3CA,可通过调控肽基-丝氨酸磷酸化、丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶活性,影响PI3K-Akt、癌症中蛋白多糖及PD-L1/PD-1免疫检查点通路,其分子对接验证显示,
Scutebata O、
Scutelinquanine D与MAPK1、PIK3CA的结合能优于对应特异性配体,证实其对靶点的高亲和力。而黄芩素作为首个IDH1激动剂,共价键合IDH1的Cys297,能够促进其活性二聚体形成,升高α-KG水平,通过羟基化HIF1α抑制糖酵解关键基因(
GLUT1、
PFKL),依赖IDH1-α-KG-HIF1α轴,激活肿瘤免疫微环境。研究结果
[19]表明,酸性多糖SBP-2A在体外通过上调P53表达、提高Bax/Bcl-2比值,下调细胞周期调控蛋白Cyclin D1和CDK4,将人肝癌HepG2细胞阻滞于G
1期并诱导凋亡,体内实验中50 mg/kg剂量对H22荷瘤小鼠的肿瘤抑制率达40.33%,且其活性与多糖中阿拉伯糖、半乳糖含量及β-葡聚糖结构密切相关。半枝莲乙醇提取物(EESB)则针对高转移性肝癌MHCC-97H及低转移性MHCC-97L细胞发挥作用,体外可阻滞细胞周期于G
0/G
1期,下调CyclinD1、Bcl-2及上皮间质转化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)标志物Vimentin,上调P27、Bax及E-cadherin,同时能降低肝癌干细胞标志物EpCAM⁺和CD133⁺细胞比例、减少细胞成球能力,体内实验中还可显著缩小MHCC-97H移植瘤体积并减少肝肺转移灶数量
[20]。半枝莲成分中的熊果酸则通过高亲和力结合
ESR1(结合能-4.98 kcal/mol)调控PI3K-Akt通路诱导HepG2细胞凋亡,在临床应用方面,半枝莲常与其他中药配伍用于肝癌术后辅助治疗。如通过细胞实验证实半枝莲与白花蛇舌草联用可增强清除残留癌细胞的能力,降低肝癌复发的风险
[21]。
2.2 抗肺癌
半枝莲通过多靶点协同调控肺癌细胞。半枝莲提取物(SBDE)可以通过浓度与时间的依赖性达到上调A549细胞中Caspase-3、Caspase-8及Caspase-9的表达,下调抗凋亡蛋白Bcl-2,同时降低Ki-67增殖指数和p21ras的表达,触发线粒体凋亡通路,对A549细胞的增殖抑制率最高达63.34%。其活性成分木犀草素则进一步通过激活JNK信号上调死亡受体DR5表达,增强TRAIL凋亡效应,并通过破坏线粒体膜电位促进细胞色素C释放,激活Caspase-9/3级联反应,对KRAS突变型细胞(H358、H460)同样有效
[22-24]。在细胞周期调控中,木犀草素则通过抑制cyclin D1/CDK4/6并上调P21诱导G
1期停滞
[25];而半枝莲水提物(SBE)还可通过下调CDK1,协同CCNB1和CDC25C调控细胞周期进程,将A549细胞阻滞于G
2/M期,同时激活P53通路(P53、P21表达升高),且CDK1在肺腺癌组织中高表达与患者不良预后相关,SBE处理后A549细胞中CDK1表达可降低62%
[26]。有研究
[27]表明在抑制肺癌细胞迁移侵袭及EMT方面,木犀草素能特异性干扰PI3K/Akt-NF-κB-Snai通路,抑制TGF-β1诱导的A549细胞EMT,阻止NF-κB核转位及Snai与E-cadherin启动子的结合,恢复上皮标志物E-cadherin的表达,同时下调间质标志物N-cadherin和Vimentin;还能通过抑制EGFR-PI3K-Akt通路,减少MMP-2、MMP-9的分泌,破坏F-actin应力纤维组装,抑制Rac1/Cdc42介导的细胞骨架重排,从而显著降低A549细胞的迁移与侵袭能力
[21,27]。此外,木犀草素还能通过抑制Nrf2信号转导通路减少抗氧化基因(如
HO-1、
NQO1)的表达,或阻断HGF-MET-Akt通路,逆转肺癌细胞对顺铂、奥希替尼等化疗及靶向药物的耐药性
[22]。
2.3 抗乳腺癌
在乳腺癌研究中,半枝莲及其活性成分表现出抗乳腺癌作用。从半枝莲95%乙醇提取物中分离的物质,对人三阴性乳腺癌MDA-MB-231细胞、人乳腺导管癌HCC38细胞体外增殖具有浓度依赖性抑制作用,当质量浓度为1 mg/mL且作用48 h时,上述两种细胞存活率分别降至(28.07±1.13)%和(34.78±1.22)%,进一步从半枝莲中鉴定出的木犀草素、6-羟基木犀草素是核心活性单体,其中木犀草素对上述两种细胞的IC
50值分别为(45.53±1.76)μmol/L、(65.00±1.05)μmol/L,且二者可通过氢键与乳腺癌关键靶标CDK6蛋白结合(结合能均为-9.0 kcal/mol)
[28]。二萜类成分Scutebarbatine A(SBT-A)对乳腺癌的作用机制以ROS为核心调控枢纽,先通过剂量依赖性诱导乳腺癌细胞内ROS及胞质超氧化物生成,以ROS为信号启动级联反应,激活内质网(endoplasmic reticulum,ER)上调BiP、ATF4、CHOP等标志物,最终触发细胞凋亡,在此过程中,SBT-A也可调控MAPK信号转导通路(上调JNK、p38MAPK磷酸化,下调ERK磷酸化)与EGFR/Akt信号转导通路(降低EGFR表达并抑制Akt、p70S6K磷酸化),其对正常乳腺上皮细胞毒性较低,有良好的肿瘤细胞选择性
[29]。从半枝莲中提取的口服水提物(BZL101),对乳腺癌细胞的早期(雌激素敏感型MCF7细胞)或晚期(雌激素不敏感型MDA-MB-231细胞)细胞均能增加亚G
1期细胞比例(DNA片段化),共同诱导凋亡:在MCF7细胞(2 mg/mL)与MDA-MB-231细胞(3 mg/mL)中,处理48 h后亚G
1期细胞占比均显著升高,且伴随细胞数量的明显减少(48 h后可观察到显著的增殖抑制),证实在诱导周期阻滞的同时,可触发乳腺癌细胞的凋亡程序
[30]。此外,针对转移性乳腺癌患者的IB期临床试验也显示,半枝莲提取物BZL101口服安全性良好,疗效评估显示21%患者获得了超过120 d的疾病稳定,其中一例患者稳定超过700 d,表明其潜在的抗癌活性
[31]。
2.4 抗胰腺癌
刘鲁明团队
[32-33]通过病例首次证实,大剂量半枝莲可改善胰腺癌患者便秘、腹痛等症状,降低肿瘤标志物CA19-9水平,并且临床案例表明,半枝莲在清胰化积汤中起“清热解毒,利湿消肿”作用,用药时需循序渐进,起始剂量30 g,逐步加至90~150 g,同时监测血常规及肝肾功能,能通过大剂量使用半枝莲缓解症状、稳定病灶、延长生存期,若出现脾胃阳虚等受损症状,需调整剂量或配伍温阳药物。进一步研究
[34]显示,以半枝莲水提取物绿色合成的金纳米颗粒(AuNP),对胰腺癌PANC-1细胞也有显著抗增殖活性,通过UV-可见光谱、TEM等表征证实AuNP合成成功后,MTT实验显示其以剂量和时间依赖方式降低胰腺癌细胞PANC-1的细胞活力,AO/PI染色观察到细胞凋亡形态,Western blot及qRT-PCR结果显示,AuNP可上调促凋亡蛋白Bax、Caspase-3/9及相关基因表达,下调抗凋亡蛋白Bcl-2表达,表明半枝莲提取物对胰腺癌PANC-1细胞也有显著抗增殖活性,可直接发挥抗胰腺癌作用。此外,半枝莲中的黄酮类成分槲皮素、黄芩素等均可通过抑制NF-κB、PI3K/AKT/mTOR等信号转导通路,调节肿瘤微环境中的炎症反应、氧化应激,进一步增强抗胰腺癌效果
[35-36]。
2.5 抗结直肠癌
在结直肠癌方面,利用小鼠移植瘤模型发现,半枝莲乙醇提取物(EESB)可显著抑制肿瘤生长,其机制主要与抑制SonicHedgehog(SHH)信号转导通路相关。通过降低SHH、PTCH-1、SMO、Gli-1等关键分子的表达,下调下游靶基因血管内皮生长因子A(VEGF-A)及其受体VEGFR2的表达,最终减少肿瘤内微血管密度,从而抑制肿瘤血管生成,发挥抗结直肠癌作用
[37]。Li等
[38]通过体内外实验发现,半枝莲多糖SBPW3能够抑制转化生长因子-β1诱导的人结直肠癌细胞HT-29的迁移与侵袭;在结直肠癌肝转移小鼠模型中,SBPW3可显著减少肝表面转移结节数量,抑制肿瘤转移。SBPW3通过增加上皮细胞标志物E-钙黏蛋白的表达,降低间质细胞标志物N-钙黏蛋白、α-平滑肌肌动蛋白的表达,来降低结HT-29的EMT。Guo等
[39]发现,半枝莲中的活性单体成分野黄芩苷可诱导人结直肠癌细胞HCT116凋亡,并且野黄芩苷能增加HCT116细胞内活性氧(ROS)的产生,导致线粒体膜电位崩溃,同时可上调凋亡相关蛋白Caspase-3、Bax的表达,下调抗凋亡蛋白Bcl-2的表达,促进线粒体中细胞色素c释放至胞质,推测野黄芩苷诱导HCT116细胞凋亡可能是通过ROS介导的线粒体依赖途径实现。
2.6 其他癌症
Pan等
[40]研究发现,白花蛇舌草与半枝莲联用能显著抑制膀胱癌细胞的生长与增殖,且抑制作用呈剂量和时间依赖性。其机制与降低Akt活性、下调抗凋亡蛋白Bcl-2和Mcl-1的表达有关,最终诱导膀胱癌细胞凋亡。
此外,Marconett等
[30]的研究还证实半枝莲提取物对前列腺癌的抗癌活性为在激素敏感型LNCaP细胞中,BZL101诱导G2/M期阻滞,下调CyclinB1、CDK1及雄激素受体(androgen receptor,AR)的表达;在激素不敏感型PC3细胞中,则诱导S期阻滞,伴随Cyclin A2、CDK2表达降低,表明其对不同阶段前列腺癌均有抑制效果。Sheng等
[41]通过“体外细胞实验+体内动物模型”验证半枝莲提取物SBD的抗前列腺癌活性,通过增殖抑制、凋亡诱导、转移阻断及血管生成抑制,推测其机制与PI3K/AKT信号转导通路的失活有关。
3 总结与展望
半枝莲是一种唇形科黄芩属的草本植物,多用于清热解毒、抗癌、消炎等,尤其对抗肿瘤及其活性方面具备一定疗效。其化学成分主要包括黄酮类、新克罗烷型二萜类、多糖类和挥发性等成分。从药理作用来看,半枝莲抗肿瘤活性已得到大量现代药理学研究的证实,展现出多靶点、多效性的作用特征,在肿瘤治疗领域具有显著潜力。在具体机制上,半枝莲对肺癌、肝癌、乳腺癌等多种临床常见癌细胞株均表现出明确的增殖抑制效果。并且半枝莲能在一定程度上逆转肿瘤细胞的多药耐药性,这一特性为解决临床肿瘤化疗中耐药性难题提供了新的思路,有望成为肿瘤辅助治疗的重要候选药物来源。半枝莲除核心的抗肿瘤活性外,现有研究还提示半枝莲具有其他潜在药理学活性,如通过抑制TNF-α、IL-6等炎症因子释放及环氧合酶(cyclooxygenase,COX)活性缓解急慢性炎症反应的抗炎镇痛作用,对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、鲍曼不动杆菌等常见致病菌及流感病毒、乙肝病毒的抗菌抗病毒能力,以及一定的抗氧化、抗糖活性。尽管半枝莲在传统应用与现代药理学研究中展现出显著价值,但当前研究仍不够透彻,其一是不同产地半枝莲的成分差异尚未充分被厘清,如陕西半枝莲因生长于黄土高原半干旱环境,其黄酮类及生物碱含量与江苏、广西、云南等地的半枝莲存在一定区别,这种产地差异导致难以精准明确药效物质基础,也造成大量重复性研究;其二,现有成果多局限于体外及动物模型,临床转化研究(如与化疗药物的联合用药方案、剂量优化)相对薄弱。未来半枝莲的药用研究应借助网络药理学、代谢组学等技术明确其“活性成分群-作用靶点-疾病通路”的关联网络,借助陕西半枝莲在肝损伤修复、肿瘤辅助治疗中的独特优势,再开展高质量临床研究,验证不同产地半枝莲在对应高发疾病中的疗效与安全性。建立不同产地半枝莲的规范化用药标准,推动半枝莲从传统草药向适配区域疾病需求的现代化中药制剂转化。
国家自然科学基金(32360162)
国家自然科学基金(32460232)
陕西省教育厅专项科研计划项目(23JK0732)
陕西省科技厅科技资源开放共享平台(2024CX-GXPT-27)
延安大学科学计划项目(YDQ2017-25)
延安大学博士科研启动资金项目(YDBK 2023-30)
陕西省大学生创新创业计划训练项目(S202410719094)
延安市科技计划项目(2023-SFGG-098)
延安市科学技术协会青年人才托举计划项目(2023-20-1)
延安大学大学生创新训练计划(D2024054)