黄连生物碱类资源性化学成分研究进展与利用策略

黄连为毛茛科植物黄连（味连）Coptis chinensis Franch.、三角叶黄连（雅连）C. deltoidea C. Y. Cheng et Hsiao或云连（云连）C. teeta Wall. 的干燥根茎。黄连有清热燥湿、泻火解毒之功效，中医常用于治疗温病热甚心烦湿热痞满、湿热下痢等。黄连临床上以生黄连、炒黄连、黄连炭、酒黄连、姜黄连、萸黄连、胆汁制黄连等多种形式入药。以黄连为主药的组方黄连汤、三黄丸、黄连安神丸、香连丸、千金地黄丸、失心方、黄连丸、黄连阿胶丸、二金散、石连散等为临床上常用药物^[1]。黄连具有多种

1  黄连生物碱类成分的资源化应用现状

各种黄连的主要有效成分是小檗碱（berberine，1），含量较高的生物碱还有黄连碱（coptisine，2）、表小檗碱（epiberberine，3）、巴马汀（palmatine，4）、非洲防己碱（columbamine，5）、药根碱（jatrorrhizine，6），与小檗碱母核相同的成分还有小檗红碱（berberrubine，7）、格兰地新（groenlandicine，8）、甲基小檗碱（worenine，9）、甲基黄连碱（methylcoptisine，10）、8-O-小檗碱（8-O-berberine，11）、8-O-黄连碱（8-O-methylcoptisine，12）、8-O-表小檗碱（8-O-epiberberine，13）、木兰花碱（magnoflorine，14）、小檗胺（berberamine，15）、紫堇定（corydine，16）、降氧化北美黄连次碱（noroxyhydrastineine，17）和唐松草林碱（thalifoline，18）等。黄连中主要生物碱的结构见图1^[1]。

近年随着对小檗碱研究的深入，据汉中地区药检所测定，黄连中小檗碱含量随着栽培年限的增加而增高，增加速度第6年最快，以后变得缓慢，对6年生黄连根茎逐月进行小檗碱含量测定，各月含量不同，以6～7月含量最高^[1]。文献报道采用HPLC同时测定黄连中6种生物碱，湖北恩施、利川黄连除表小檗碱含量外，其余5个生物碱含量均最高；分别对其他几个道地产区进行多重比较可初步认为黄连生物碱含量湖北恩施、利川＞其他＞

1.2 生物碱成分结构修饰研究

黄连中含量较高的生物碱既是重要的功效成分，也是重要的天然资源性化合物。目前，基于资源化学的小檗碱结构修饰研究报道较多。通过烷基化、醚化、酰化等化学手段对小檗碱进行结构修饰得到一系列小檗碱衍生物，结构修饰的位点通常为7、8、9和13，有单位点修饰和多位点同时修饰，9位修饰较多（图2）。多个小檗碱衍生物具有比小檗碱更好的生物利用度和药理活性，显示出很好的成药性。

1.3  小檗碱的研究进展

1.3.1  小檗碱的药理作用  小檗碱（黄连素）是从传统中药黄连中提取出的一种异喹啉类生物碱，是黄连主要的功效成分，也是治疗肠道感染及腹泻的老药，在我国拥有悠久的药用历史。小檗碱具有多种药理作用，包括降血糖、调节脂质代谢、抗病原微生物、抗炎、抗肿瘤等。Germoush等^[7]研究发现小檗碱通过调节抗氧化状态和炎性细胞因子来减轻环磷酰胺诱导的肝毒性。说明小檗碱除了具有抗氧化和抗炎作用外，还通过降低已升高的血清标志物酶，显示出对环磷酰胺诱导的肝毒性的显著保肝作用。Lin等^[8]对小檗碱的神经系统保护作用进行了综述。小檗碱的神经保护作用机制包括：①Akt/PKB相关的信号通路；②抗细胞凋亡；③抗氧化应激；④抗炎；⑤其他神经保护途径。Kumar等^[9]更新了对小檗碱的现有认识和药理学特征，研究了小檗碱的药动学特征以及小檗碱的药效学特征，^[10]研究了小檗碱用于治疗缺血性脑卒中（MCAO），研究结果表明小檗碱对MCAO大鼠模型具有强效抗炎作用；小檗碱可减少脑梗死体积，抑制脑水肿的形成，并＜0.05）。并且盐酸小檗碱耐受性良好。因此得出结论，其可减少IBS症状，从而有效改善患者的生活质量。Lee等^[12]研究了小檗碱对情绪障碍的药理作用，结果表明小檗碱可能有助于治疗情绪障碍。Zou等^[13]研究了小檗碱抑制各种消化系统肿瘤的作用和机制。炎症，尤其是慢性炎症，是肿瘤发生、发展过程中不可或缺的参与者，能够促进肿瘤细胞的增殖、存活和迁移。小檗碱具有抗炎活性，通过抑制丝裂原活化蛋白激酶信号传导和细胞活性氧产生来抑制炎症反应。小檗碱还能抑制各种癌细胞的生长，促进肿瘤细胞的凋亡，诱导肿瘤细胞的分化，抑制肿瘤细胞的转移。小檗碱还具有与DNA或RNA形成强复合物的能力，以诱导DNA损伤并促进端粒酶抑制和拓扑异构酶中毒。黄连提取物和小檗碱具有抑制肿瘤细胞侵袭和血管生成的作用，从而抑制了癌症转移。黄连提取物和小檗碱在调节肿瘤基质微环境以及预防肿瘤发生中发挥作用^[14]。

1.3.2  小檗碱衍生物的药理作用  小檗碱溶解性差，生物利用度低。通过烷基化、醚化、酰化等化学手段得到的小檗碱衍生物可解决这一问题，而且也能增强其药理活性。小檗碱结构修饰的位点通常为C-7、8、9、13。小檗碱已被证明是一种有效的抗糖尿病药物，作为补充剂。小檗碱通过增强胰岛素受体mRNA的表达、调节肠道菌群、刺激胰岛素分泌、增加脂肪细胞和骨骼肌细胞对葡萄糖的利用以及减少葡萄糖在肠道的吸收产生降血糖作用。小檗碱还可通过作用于肠道微生物、影响胆汁酸的合成与代谢、上调低密度脂蛋白受体的表达，以及改善胰岛素抵抗等多个作用靶点发挥调血脂作用。8,8-二烃基二氢小檗碱生物利用度较小檗碱更高，且能改善胰岛素抵抗并抑制血糖的快速升高，对糖尿病的治疗具有积极作用。9位乙氧基取代的小檗碱衍生物的促糖消耗活性远远高于小檗碱。9-O-小檗碱糖苷同系物、亲脂性烷基化修饰的9-O-辛基小檗碱与小檗碱相比，在生物利用度方面有显著地提高，尤以9-O-小檗碱葡萄糖苷为最佳^[15-16]。小檗碱、黄芩苷复合物抑制脂质累积效果显著优于小檗碱和黄芩苷^[17]。小檗碱的抑菌作用与其影响细菌的细胞壁及细菌生长、代谢、增殖等有关，其抑菌机制包括影响DNA复制、RNA转录、蛋白质表达、相关酶活性以及破坏菌细胞表面结构等。具有中等烷基碳数（6或8）的8位烷基取代的小檗碱具有较好的抗菌活性^[18-19]。13位取代辛基的小檗碱衍生物对多药耐药性结核分枝杆菌H37Rv均具有抑制作用，而2、3、9位乙氧基取代则可显著增强其抑菌活性^[20]。9-苯氧丁基小檗碱对常见的11种致病菌体现了很好的体外抗菌活性，其中对耐药产气杆菌和大肠杆菌的抑制作用提高最为明显^[21]。13-正己基小檗碱盐酸盐和13-正己基巴马汀盐酸盐对HIV-1感染的C8166细胞抑制作用明显优于小檗碱和巴马汀。小檗碱对口腔癌、食管癌、胃癌、肝癌等多种肿瘤细胞具有明显体外抑制作用，在体内也有一定的抗肿瘤活性。9-N-胺链小檗碱衍生物、9-O-长链胺取代小檗碱衍生物以及9-O-氮杂芳香取代小檗碱衍生物均具有显著提高G-四链体的稳定性并能有效抑制端粒酶活性或抑制肿瘤细胞增殖和癌基因的转录等作用^[22-23]。体外抗癌活性实验表明合成的亲脂性小檗碱衍生物可对人类癌细胞产生细胞毒性，13-辛基与13-癸基小檗碱具有较强的抗肿瘤活性。2、3位二甲氧基取代，9位长链烷氧硝基取代，13位溴代原小檗碱衍生物具有广谱抗肿瘤活性和选择性细胞毒性，是极具潜力的抗肿瘤候选药物^[24-26]。小檗碱通过对核转录因子-κB（NF-κB）、丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activatedprotein kinase，MAPK）、过氧化物酶体增殖物激活受体γ（peroxisome proliferators-activatedreceptor γ，PPARγ）等信号通路的调节，影响免疫细胞之间的^[27-28]。小檗碱还具有抗心律失常、镇痛、抗动脉粥样硬化以及防治阿尔茨海默病等多种药理作用。2-甲氧基-3-羟基-9,10-二甲氧基- 13-甲基小檗碱衍生物对于急、慢性炎症疼痛均有效。8位16烷基取代的小檗碱在治疗载脂蛋白E基因缺陷小鼠的动脉粥样硬化方面较小檗碱更有效。9-O-三氮唑烷基的小檗碱衍生物对乙酰胆碱酯酶（AChE）和丁酰胆碱酯酶（BuChE）有一定的抑制活性^[29-31]。

1.4  巴马汀研究进展

巴马汀别名黄藤素、掌叶防己碱，具有较强的降血糖、抗心律失常、提高免疫功能、抗老年痴呆等多种药理活性。巴马汀碘化物能竞争性阻断α1和α2肾上腺素受体，盐酸巴马汀能使家兔冠脉结扎所致的心肌梗死范围缩小，但对异丙肾上腺素所致的大鼠心肌缺氧坏死则无保护作用，提示盐酸巴马汀可能无钙拮抗和β-受体阻断作用。离体蟾蜍心脏心电图、在体兔心及兔耳灌流实验结果表明巴马汀具有明显降血压的作用。巴马汀对金黄色葡萄球菌、白色念珠菌、痢疾杆菌、大肠杆菌、乙型链球菌和亚洲甲型流感病毒，以及多种霉菌均有不同程度的抑制作用^[32]。巴马汀具有一定降低实验性高脂血症模型小鼠三酰甘油（TG）的作用^[33]。巴马汀能抑制西尼罗病毒NS2B-NS3蛋白的活性，对于登革病毒和黄热病毒也有剂量依赖性的抑制作用，为巴马汀应用于诊断治疗黄热病毒感染提供了理论依据。对有认知功能障碍的糖尿病大鼠进行了巴马汀影响实验，结果发现，服用巴马汀6周后能有效改善糖尿病大鼠的认知功能障碍^[34-35]。巴马汀具有较明显抗前列腺癌的活性^[36]。9-O-烃基取代巴马汀衍生物具有调血脂和降血糖的作用^[37]。

1.5  其他生物碱类成分研究进展

^[38]。表小檗碱能显著降低小鼠空腹血糖值并改善糖耐量，且能降低高脂饮食诱导的叙利亚金仓鼠血清胆固醇含量^[39-40]。黄连总生物碱对糖尿病肾病大鼠具有一定的保护作用。黄连总生物碱泡腾片临床上用于治疗女性下生殖道解脲支原体感染。在相同给药剂量和含等剂量的盐酸小檗碱条件下，黄连总生物碱对小鼠溃疡性结肠炎（UC）的治疗作用较盐酸小檗碱有一定的优势^[41-44]。

1.6 黄连生物碱类成分产业化应用现状

盐酸小檗碱片为疗效确切、副作用小、价格便宜的广谱抗菌药，对多种革兰阳性菌及革兰阴性菌均有抗菌作用，对幽门螺旋杆菌有抑制作用。另外，小檗碱在治疗糖尿病及其并发症、脂肪肝、膀胱癌、前列腺癌、高脂血症、高血压合并痛风、囊卵巢综合征胰岛素抵抗、消化性溃疡、心律失常等疾病方面有着新的应用。但是该药物的溶解度较差，导致其体内吸收较差、生物利用度低，因而严重影响了其对消化道以外疾病的治疗效果^[45-49]。

盐酸小檗碱片是国家基本药物，根据原国家食品药品监督管理总局数据来源，现全国有批准文号的生产单位多达918家，同时，盐酸小檗碱片也是2018年底前必须完成仿制药质量和疗效一致性评价的品种之一。小檗碱现在拥有的剂型都属于传统剂型，如盐酸小檗碱片、盐酸小檗碱胶囊、盐酸小檗碱颗粒等，研究发现国内厂家小檗碱片的生产条件或生产工艺不稳定，即使是同一厂家生产的小檗碱片也会出现不同生产批号的溶出值差距明显的问题，对患者的治疗效果产生较大差距，这一问题在进行一致性评价后将会得到解决。目前实验室正在研发的小檗碱新剂型有小檗碱囊泡、盐酸小檗碱O/W型口服微乳、盐酸小檗碱自微乳剂、盐酸小檗碱的纳米乳、小檗碱胃黏附微球、盐酸小檗碱滴丸、盐酸小檗碱胃漂浮片等。以上剂型都呈现出定位给药的特点，旨在提高药物的治疗效果，使患者受益。近年来，国内科研工作者对小檗碱开展了较深入的研究，致力于为患者开发更为有效和安全的小檗碱制剂，发展前景广阔^[50-52]。

巴马汀也是一种天然的季铵原小檗碱型生物碱，化学结构与小檗碱类似，水溶性和脂溶性也均较差，生物利用度低，也限制了其广泛应用，但由于廉价易得，生物活性广泛且较强，也是一个很好的先导化合物。对其化学结构改造，寻找有开发应用前景的先导化合物和生物活性成分，也是当前小檗型生物碱研究领域的一个重要课题。以巴马汀为主要成分的黄藤素片、黄藤素胶囊、黄藤素注射液、黄藤素软胶囊、黄藤素分散片、黄藤素葡萄糖注射液、黄藤素栓等制剂临床上用于妇科炎症、白色连珠菌感染、菌痢、肠炎、呼吸道及泌尿道感染、外科感染、眼结膜炎等。黄藤素柔性纳米脂质体水凝胶贴剂药物透皮吸收效率高、黏附性良好、使用方便。巴马汀柔性纳米脂质体对巴马汀的包封率高、稳定性好，能够促进药物通过阴道黏膜并在黏膜组织中形成药物储库，对阴道安全无刺激，因此，可作为巴马汀阴道给药的一种新型给药载体。巴马汀纳米粒为均匀圆整的类球形实体粒子，平均粒径64 nm，载药量50.9%，包封率67.8%，巴马汀纳米粒可使感染金黄色葡萄球菌小鼠的存活率达到80%，而普通制剂为35%，减轻脾脏指数比普通制剂显著提高，故该制备工艺稳定可靠，所制巴马汀纳米粒的抑菌效果比片剂和胶囊显著增强。小檗碱和巴马汀环糊精包合物可以增加药物的溶解度，提高药物的稳定性，制备缓控释制剂^[53-55]。

2  黄连生物碱类成分的资源化应用策略

2.1  资源性成分的高值化利用

多年以来，小檗碱用于肠道感染性疾病的治疗取得显著疗效。近年来，随着研究的不断深入，其临床应用潜力不断被开发，在治疗心律失常、高血压、充血性心力衰竭、抗血小板聚集等心血管系统疾病，治疗腹泻型肠易激综合征、细菌性痢疾、消化性溃疡、利胆保肝等消化系统疾病，治疗高脂血症、2型糖尿病及其并发症等代谢性疾病及其并发症，以及治疗肿瘤、术后腹腔黏连、炎症和外用治疗沙眼衣原体感染等疾病均具有较好效果^[56]。小檗碱新作用的发现，赋予了其全新的意义和价值。作为极具前景的中国传统药物，小檗碱更多潜在的应用前景等待着国内外研究学者的探索与开发。然而，现有小檗碱新用途疗效研究结果尚不十分明确，临床观察时间较短。许多在细胞、动物水平进行的实验不能完全代表临床疗效，这些作用能否真正应用于临床治疗还需进一步确证。全面系统地阐明小檗碱在整体动物相应疾病模型中的药理作用及分子机制，对最终将其广泛应用于临床具有重要的指导意义。此外，小檗碱的水溶性较差，生物利用度较低，亟待开发新的药物剂型；其作用机制复杂，临床应用剂量、毒副作用及安全性也需要更多的循证医学研究验证。小檗碱“老药新用”的开发标志着我国天然药物研究正逐步获得领先世界的成就。

小檗碱由于溶解性差、口服吸收不利于到达靶点使其无法被充分利用。对小檗碱结构进行修饰及合理利用小檗碱衍生物药物组合物，不仅能为解决上述问题提供一个途径，同时也能针对性地增强小檗碱某些药理活性。目前对小檗碱单个位点结构进行修饰的研究较多，而对多位点结构修饰的小檗碱衍生物研究还有较大的发展空间。其中一些衍生物药理作用的构效关系分析较为全面，但新的衍生物将会有新的构效关系等待被发现。在天然药物化学研究领域中，采用有机分离和有机合成的手段，以天然资源或有机试剂为原料，优化小檗碱及其结构类似物的合成工艺，并以其作为先导物进行结构改造，研究构效关系，可能是开发相关新药的一条重要途径。

随着巴马汀各种新剂型的开发及其衍生物的结构改造与药理研究的发展和现代药学技术的进步，相信巴马汀在临床上的应用价值会越来越大，有望在治疗心律失常、高血压等心血管系统疾病，治疗高脂血症、2型糖尿病及其并发症等代谢性疾病，治疗肿瘤等疾病方面取得突破。

黄连生物碱的药理作用显著且广泛。近年来，有关黄连总生物碱以及其他单体生物碱的药理活性实验研究进展为黄连生物碱类化学成分的创新药物研究提供了基础资料。目前黄连总生物碱以及其他单体生物碱还未在临床上获得应用。这些在成药性方面的不足就需要进行更广泛、深入的制备工艺、药理活性、药动学以及结构修饰等研究。

2.2  非传统药用部位的开发利用

黄连传统药用部位为根茎，但是在《本草蒙荃》中有“宣连，……，肥粗苗少，去苗者收，川连，……，瘦小苗多，带苗收者。”宣连即短鄂黄连，去苗采收，以根茎入药；川连（黄连）则带苗采收，以地上部分和根茎一起入药。黄连属植物根茎和地上部分都含有类似的生物碱类成分，药用价值相似。《中国药典》规定黄连以根茎入药，有一定的局限性，应当扩大药用部位，更好地利用黄连属药用植物资源^[57]。黄连叶、黄连须和黄连花薹都为药材的副产物，量大物廉，均具有和原药材相似的有效成分和药理作用，也含有季铵型生物碱，主要包括小檗碱、黄连碱、巴马汀、药根碱、表小檗碱和非洲防己碱等，具有抗氧化、降糖、调血脂等多种保健功能^[6,58]。因此，利用黄连叶、须和花薹作为医药与保健品原料，开发其系列深加工产品，制成黄连叶茶和黄连花茶，一方面可以高效利用黄连药用植物资源，另一方面可以有效提高药农的经济收入。黄连单味药材及复方制剂常用于兽药。小檗碱与巴马汀也被收载于《中国兽药典》，硫酸小檗碱注射液等兽药小檗碱制剂主要用于治疗猪、马、牛、羊等家畜胃肠炎、细菌性痢疾等肠道感染，效果明显。兽用黄藤素（巴马汀）注射液等制剂主要用于猪羊菌痢肠炎。将黄连叶、黄连须和黄连花薹应用于兽药领域不仅可以节约资源而且对于减少动物用药与人用药争夺资源有着重要意义。《中国兽药典》2015年版已批准对黄连须进行兽用质量标准的研究。

因此，依据中药资源化学原理和利用策略，开展黄连药材传统功效的再认识及生物碱类资源性化学成分新用途和新价值的研究，对黄连传统非药用部位的资源价值加以有效利用，采用化学或生物转化技术对主要生物碱成分进行结构修饰，使其转化为资源价值更高的修饰产物，多途径、多层次精细化开发，提高黄连资源产品的价值，提升资源利用效益。

3  结语和展望

作为我国传统中药的黄连已有数千年的应用历史。黄连属植物种类较多，资源分布广泛，人工栽培已形成规模化；国内外学者对黄连中所含成分进行了较为系统地研究，原小檗碱型生物碱类成分是黄连属植物特征性成分，也是黄连药材发挥药效的主要活性成分。目前对黄连的资源化学进行了一些研究，但药理作用和临床应用的研究主要集中在小檗碱和巴马汀，黄连中其他生物碱类成分的研究较少，因此，需要进一步系统深入地开展药理活性与应用研究工作。黄连地上部分生物量占总资源的50%以上，值得系统评价与深度开发。原小檗碱类化合物是一类异喹啉生物碱，广泛存在于多种属植物体内，种类多、分布广，有多种药理作用和生物化学效应。小檗碱和巴马汀等成分都是具有重要生物活性的分子，可考虑作为潜在的先导化合物进行长期的新药研发规划发展；黄连总生物碱与其他生物碱类成分的药理作用显示出一定的优势，有望被开发成高效、价廉、作用广泛的新药。

参考文献（略） 

来  源：杨念云，张启春，朱华旭，付廷明，李  博，段金廒，唐志书. 黄连生物碱类资源性化学成分研究进展与利用策略 [J]. 中草药, 2019, 50(20):5080-5087.