金雀花碱的生物活性研究进展
张彤 王红兴 薛慧 王诗浓 罗英花 金成浩
摘要：金雀花碱（Cytisine，Cyt）是一种主要存在于豆科毒豆属植物种子中的喹诺里西啶生物碱。近年来金雀花碱的多种生物活性被逐渐发掘，其具有戒烟、促呼吸、镇痛、抗肿瘤等功效。在抗癌活性方面能够诱导癌细胞凋亡，已被广泛应用于抑制多种腫瘤细胞的增殖;在戒烟方面能够作为选择性局部激动剂，降低吸烟者对尼古丁的依赖，有望广泛应用于戒烟;在镇痛方面能够反射性的兴奋呼吸，已被广泛应用于临床手术对患者的麻醉作用。本文通过对大量文献的查阅及验证，将对金雀花碱的生物活性及其相关作用机制进行总结，以期为金雀花碱的开发和利用提供理论基础。
关键词：金雀花碱;抗癌;戒烟
中图分类号：R285.5 文献标识码：A文章编号：2095-9737（2020）03-0001-03
Abstract：Cytisine （Cyt） is a quinolizidine alkaloid mainly found in the seeds of the leguminous genus. In recent years， a variety of biological activities of cytisine have been gradually discovered， and it is known to have the effects of quitting smoking， promoting breathing， analgesia， and anti-tumor. It can induce apoptosis of HepG2 cells in liver cancer in terms of anticancer activity， and has been widely used to inhibit the proliferation of various tumor cells; it can be used as a selective local agonist in smoking cessation， reducing the dependence of smokers on nicotine， and is expected to be widely used in smoking cessation; reflective excitatory breathing in terms of analgesia has been widely used in clinical anesthesia for patients. Through reviewing and verifying a large number of literatures， this paper summarizes the biological activity of cytisine and its related mechanism of action， in order to provide a theoretical basis for the development and utilization of cytisine.
Key words：Cytisine; Anticancer; Quit smoking
金雀花碱是一种从豆科毒豆属种子中提取出来的一类生物碱，中文别名野靛碱、乌乐碱。分子式为C15H26N2，分子量为234.38，弱碱条件下溶于丙酮，极其容易氧化，提取过程需要避光操作，临床中使用0.15%金雀花碱水溶液静脉注射，可用于抢救休克现象，同时兼有阻断尼古丁诱导的多巴胺释放，达到戒烟的功效[1]。另外，金雀花碱具有较强的抗癌特性，能够在体外抑制多种癌细胞的增殖并诱导其凋。因此，作者通过查阅了大量参考文献，对金雀花碱的各方面生物活性进行研究总结。
1 金雀花碱的抗癌活性
1.1 抑制癌细胞增殖
许多研究表明，金雀花碱可以有效抑制多种癌细胞增殖。在体外实验中，用金雀花碱处理人乳腺癌细胞后，人乳腺癌细胞的增殖明显被抑制[2]。在将小剂量金雀花碱作用于人肺癌细胞系A549、NCI-H23和NCI-H460时，发现三种细胞增殖明显受到抑制，展现出金雀花碱具有很强的抗增殖活性。此外，金雀花碱可使肺癌A549细胞中Bcl-2蛋白的表达量降低，Bax蛋白表达量升高，抑制原癌基因表达并促进抗癌基因表达[3]。研究还发现，经过金雀花碱处理对裸鼠移植瘤小鼠的肿瘤生长具有很强的抑制作用，并呈现剂量依赖性，在同等浓度下，金雀花碱的抗癌效果优于5-氟尿嘧啶。金雀花碱联合异黄酮（isoflavonoids）能够通过抑制过氧化物酶体双功能酶的活性来抑制PC-3前列腺和LS174T人结肠癌细胞增殖，发挥抗癌作用[4]。
1.2 诱导癌细胞发生线粒体依赖性凋亡
细胞凋亡是细胞内多基因严格控制的过程，诱导细胞凋亡可以在不影响其他细胞活性的前提下清除掉癌细胞，是治疗癌症的热门手段之一。有研究表明，金雀花碱能够增强HepG2细胞的线粒体通透性，导致线粒体基质膨胀，外膜破裂，释放出Cyt-c，使线粒体膜电位降低，进而诱导HepG2细胞发生凋亡[5]。同样有研究表明，金雀花碱可通过调控线粒体膜逆转生物细胞内Ca2+离子，平衡Bax和Bcl-2相关蛋白的表达水平，实现对多种肿瘤细胞的诱导凋亡[6]。
1.3 激活内质网（ER）应激及调节多条信号通路
内质网应激导致的细胞凋亡是近年来新发现的一种凋亡方式。内质网及其膜结合细胞器能够合成、排序、组装、修改生物所需的多种蛋白质，在真核细胞中起着至关重要的作用。研究表明，金雀花碱不仅可以通过线粒体途径诱导HepG2细胞凋亡，还可以诱导HepG2细胞Ca2+离子超载，进而诱导内质网应激反应的发生。在金雀花碱处理后使用透射电镜观察HepG2细胞形态学表现时，观察发现胞浆空泡化后出现明显的细胞凋亡，并且在此过程中HepG2细胞的内质网扩张、线粒体肿胀;使用激光共聚焦荧光显微镜检测细胞内钙浓度时，激光共聚焦荧光显微镜显示钙离子浓度与金雀花碱剂量呈现出依赖性增加的趋势[7]。金雀花碱通过从内质网释放钙离子来增加细胞内钙离子浓度，从而引起内质网应激反应，进一步加快HepG2的细胞的凋亡。除此之外，金雀花碱能够直接阻滞大鼠心室肌细胞上主要的离子通道（INa、Ito和ICa-L）电流，并能使其通道动力学特征发生改变[8]。
MAPK信号通路主要包括三个亚族，即JNK、ERK、p38，能够参与控制细胞的多种生命活动，在细胞凋亡中起着至关重要的作用。MAPK可由多种应激刺激所激活，如内质网应激反应，ROS水平变化等。有研究表明，在金雀花碱处理A549细胞后，通过western blot实验检测发现JNK/p38信号通路被激活，ERK信号通路被抑制，流式细胞术实验表明ROS水平升高，在加入活性氧清除剂后，MAPK信号通路均恢复原来水平，因此推断金雀花碱能够通过上调ROS水平，进而调节MAPK通路，最终诱导癌细胞凋亡[2]。
2 金雀花碱的戒烟作用
相关研究表明，金雀花碱在机体内可以在一定程度逆转尼古丁的一些作用，为尼古丁依赖者戒断香烟提供了可能性。在治疗患者时金雀花碱可以通过刺激神经元尼古丁受体来拮抗掉吸烟时尼古丁所带来的作用，并且减轻吸烟者对尼古丁的依赖性。金雀花碱具有降低大脑刺激，增强运动能力的作用。另一方面金雀花碱可以阻断尼古丁诱导的多巴胺释放，从而降低尼古丁的自我给药点。虽然金雀花碱具有较低的血脑屏障穿透能力从而限制了它的临场应用，但最近临床分析表明，金雀花碱确实有助于戒烟，并且可能成为一种负担得起的更为廉价的治疗药物。浙江大学社会科学研究中心的一项研究发现，金雀花碱在低剂量的水平下，可产生类似尼古丁的自我刺激行为。
另外，金雀花碱在体内表现为低非特异性的部分激动剂。研究发现，金雀花碱具有较弱的尼古丁辨别刺激作用，但是可以促进颅内自我刺激，同时恢复尼古丁的寻求行为。在使用金雀花碱戒烟时，尽管高剂量的氢化可能会比较容易拮抗尼古丁所产生的危害，但是却降低了尼古丁依赖者产生戒断症状的可能性[9]。目前一系列研究表明，金雀花碱可以产生一种相当独特的体内效应模式，将其与其他尼古丁受体激动剂区分开来。
3 金雀花碱对皮层神经损伤的保护作用
相关研究表明，金雀花碱可以通过逆转细胞内钙离子超载，平衡Bcl-2和Bax蛋白的表达水平。其通过调控Bcl-2家族保护皮层神经元，可显著逆转N-甲基-D-天冬氨酸受体的上调但不影响受体水平表达。在最近的一项研究中，金雀花碱还表现出通过抑制T细胞活性来减轻中枢神经系统炎症的特性，这种特性与一些抗抑郁药物作用相类似。通过6-羟多巴胺来诱导纹状体使多巴胺组织水平下降，同时它也是一种潜在的帕金森病的治疗药物。
近年来，因为N-甲基-D-天冬氨酸受体2B亚基拮抗剂对许多神经系统疾病具有潜在的治疗价值，许多研究者对其進行了广泛的研究。有研究表明，兴奋性中毒是由含有GluN2B亚基的N-甲基-D-天冬氨酸受体选择性激活所触发的，这在研究神经性发病机制中发挥重要作用。金雀花碱则可以通过调控Bcl-2家族和下调GluN2B水平使钙离子超载，对神经损伤具有显著的保护作用。NMDAR通道的激活和打开导致钙离子通道打开，致使钙离子的流入，谷氨酸进一步释放，神经元细胞出现丢失现象[10]。钙离子超载可触发多种细胞内分解代谢过程，如以下几种致死反应，包括硝化反应，氧化应激反应和线粒体功能障碍反应。在一些小鼠实验研究中已经阐明了NMDA介导的皮层神经元兴奋性神经毒性可能具有神经保护特性[11]。在研究中发现，NMDA刺激的钙离子升高被金雀花碱以浓度依赖性的方式抑制，来对神经进行保护。金雀花碱在研究中被证实可能是通过抑制过活化GluN2B-NMDARs来引起细胞凋亡，保护皮层神经元[12]。
4 金雀花碱与抗癫痫药物的作用
金雀花碱在精神患者中安全性研究有限，现有数据并不能得出明确结论。比如在一些研究中称金雀花碱诱导动物强直性痉挛性惊阙，但是其对患者癫痫病程及临床结局影响并不清楚。拉科酰胺、左乙拉西坦、普瑞巴林的抗惊阙活性可能与金雀花碱的活性相关。在一些研究中，曾经测试了8种不停的抗惊阙机制作用的抗癫痫药物。研究结果表明，金雀花碱通过增加伽马氨基丁酸合成，抑制GABA降解并且不影响神经传递药物的抗惊阙活性[13]。Levetirace-tam的作用机制包括神经元与突触泡蛋白2A的结合，抑制神经元内钙离子的浓度。另外，levetirace-tam是治疗部分癫痫病发作最常用的处方药之一。在现有文献中曾证实，金雀花碱与抗癫痫药物的相互作用可能只依赖于金雀花碱对levetirace-tam的保护性抗惊阙活性的影响，而并产生其他急性不良反应[14]。金雀花碱的作用是药效学机制所引起的，与抗癫痫药物的总浓度变化无关，其所涉及的神经学领域仍有待发展。
5 展望
金雀花碱在临床医学中具有抢救休克，提升白细胞活性的作用，可以治疗和预防肝癌、乳腺癌，同时因为其价格低廉、原材料易得等特点，有望成为当今效果良好却价格高昂的戒烟药物Varenicline的替代品[15]。近几年的研究中也可以发现，金雀花碱可通过诱导细胞凋亡、抑制细胞增殖、ER的应激机制和激活JNK、CHOP等通路来实现对肿瘤的控制。此外，其在神经领域与抗癫痫药物的结合也发挥了较好的抗癫痫作用，但具体分子机制尚不完全明晰，还需要进行更加深入的研究和探讨。
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