白桦酯酸及其衍生物的生物活性及作用机制研
摘要：白桦酯酸是一种天然存在的五环戊烷型三萜类物质，通常是从白桦Betulaplatyphylla树皮中分离出来，在其他植物中也有发现，以游离糖苷和糖基衍生物的形式存在于不同植物中。通过对其化学结构的修饰可以得到多种多样的衍生物，研究表明白桦酯酸及其衍生物在抗肿瘤、抗病毒、消炎止痛、抑制脑神经及血管损伤和对其他常见疾病的治疗作用等方面具有积极的作用。综述了白桦酯酸及其衍生物的种类、生物活性及作用机制，以期为今后对其进一步的研究与应用提供理论参考。
白桦BetulaplatyphyllaSuk.是桦木科桦木属的落叶乔木，白桦三萜类物质主要包括白桦酯酸和白桦酯醇等来自于白桦树皮的羽扇烷型三萜类化合物[1]。白桦三萜类物质具有广泛的生物活性，可以应用于抗菌、抗病毒、抗肿瘤、调脂、利胆和保肝等方面[2-4]。年，Pisha等[5]首次报道了白桦酯酸可以选择性地抑制黑色素瘤细胞的生长。其中白桦酯酸作为天然药物在抗肿瘤和抗艾滋病病毒（humanimmunodeficiencyvirus，HIV）等活性上显示出与以往药物作用机制不同的特点，其靶向性更强、活性更高、抑制肿瘤效果好，未发现不良反应[3-4]。随着对白桦酯酸抗肿瘤作用的深入研究发现它可以通过启动细胞的程序性死亡即细胞凋亡来发挥抗肿瘤作用，这种诱导可能是直接作用于细胞的线粒体而不依赖p53蛋白的积累，也不依赖凋亡诱导受体系统CD95，同其他细胞毒药物不同，具有较高的靶向性[6]。且对于不同肿瘤细胞系，其作用机制和活性均不同[7-9]。白桦酯酸与白桦酯醇的活性位点较多，其C-3、C-19和C-28部位是与生物活性密切相关的部位，在碳骨架结构上稍作更改即可产生生物活性上的变化[4,9-14]，因此白桦酯酸及其衍生物成为目前极具开发潜力的新型药物。本文综述了白桦酯酸及其衍生物的种类以及其在抗肿瘤、抗病毒、抗炎和其他常见疾病中的生物活性和作用机制。
1白桦酯酸及其衍生物种类
从化学结构看，白桦酯酸是异戊二烯聚合物，化合物生源途径中最关键的前体是甲戊二羟酸，而不是异戊二烯，因此，白桦酯酸作为甲戊二羟酸衍生物，同白桦酯醇一样保持了羽扇烷的结构，如图1所示。白桦酯醇及其衍生物多在C-2、C-3、C-17、C-20、C-23和C-28位以及丙烯基的双键位置等发生结构变化。从对白桦酯酸及其衍生物的构效关系研究中可知，其C-3、C-19和C-28部位是与生物活性密切相关的部位，对这些部位的结构改造不仅可以提高化合物的溶解性，增加生物利用度，还可以降低毒性。如对这3个位置进行酯化、酰化等化学修饰，得到的新化合物与先导化合物相比，生物活性增强，不良反应降低，水溶性提高；而对其他部位的改造如C-2位的溴代、羟基化，C-1与C-2成双键，C-2与C-3成双键等，活性基本上没有改善；几乎所有直接对A环上的改造除C-3位之外都使化合物活性降低，甚至消失[4]。白桦酯酸及其部分具有重要生物活性的衍生物的化学结构见图1。
2白桦酯酸及其衍生物的抗肿瘤作用及机制
作为人类5大致死病症之一的恶性肿瘤严重威胁人类的生命健康，抗肿瘤药物的开发已经成为当前药物研发的热门方向。研究表明，白桦酯醇对人宫颈癌HeLa细胞、人肝癌SMMC-细胞、人胃癌SGC-细胞的体外增殖均有显著的抑制作用[7]。而白桦酯酸的抗肿瘤活性比白桦酯醇更强，白桦酯酸对于黑色素瘤、肝癌、前列腺癌、神经肿瘤、头颈部肿瘤、白血病、人宫颈肿瘤、小细胞肺癌、乳腺癌、鼻咽癌、淋巴瘤、大肠癌等多种肿瘤细胞均有抗增殖作用，而对正常细胞没有作用[8]，美国癌症研究所（NationalCancerInstitute，NCI）已将其列入快速研发规划项目（rapidaccesstointerventionindevelopment，RAID）[9]。白桦酯酸衍生物同样具有抗肿瘤的特性，Huo等[10]在年利用化学转化的方法得到的白桦酯酸糖基化衍生物B10，能够通过抑制沉默信息调节因子（Sir2）家族成员之一的SIRT1/叉头框蛋白（FOXO3a）的乙酰化和Bim/PUMA的上调抑制胶质瘤细胞增殖，通过诱导线粒体功能障碍激活细胞凋亡。通过修饰可以改变其细胞毒性和水溶性，但不改变其选择性，对于癌症治疗，白桦酯酸主要的修饰位点有C-3、C-19和C-28[11]。白桦酯酸及其衍生物主要的抗肿瘤作用机制包括以下几个方面：
2.1对肿瘤细胞的细胞毒作用
白桦酯酸可以通过调节Cav-1/NF-κB/c-Myc途径抑制肿瘤细胞的有氧糖酵解[12]；断裂肿瘤细胞DNA链，造成形态变化，破坏基质金属蛋白酶（matrixmetalloproteinase，MMP），产生活性氧（reactiveoxygenspecies，ROS）来达到杀死肿瘤细胞的目的[13]；白桦酯酸与嗪结合的衍生物对白血病CCRF-CEM细胞具有选择的细胞毒性[14]；白桦酯酸-乙酰化合物对人黑色素瘤G细胞系具有细胞毒性[15]。
2.2阻断肿瘤细胞的细胞周期
白桦酯酸可以阻断肿瘤细胞G2/M期和G0/G1期的细胞周期[16]；白桦酯酸和白桦酯醇都可以使犬T细胞淋巴瘤CL-1和犬骨肉瘤D-17细胞系细胞的细胞周期停滞在S期，使犬B细胞淋巴瘤CLBL-1细胞周期停滞在G0/G1期[17]；白桦酯酸协同酪氨酸激酶抑制剂（tyrosinekinaseinhibitors，TKI）可以下调肺癌H细胞的细胞周期相关蛋白p-Rb、胸苷酸合酶和周期蛋白依赖性激酶的蛋白质水平表达，促使肺癌细胞周期停滞在S期[18]。由此可推测白桦酯酸阻断肿瘤细胞细胞周期的作用同抑制细胞周期相关基因在蛋白质水平的表达有关。
2.3靶向诱导肿瘤细胞凋亡及自噬
白桦酯酸诱导凋亡常见的作用机制是通过直接调节线粒体凋亡途径。白桦酯酸可以改变线粒体膜通透性，将线粒体中的细胞色素C及凋亡诱导因子（apoptosis-inducingfactor，AIF）释放到细胞质中，激活部分下游凋亡相关蛋白半胱天冬酶（Caspase），以激活Caspase介导的凋亡通路，促进肿瘤细胞凋亡[9]；或通过诱导自噬引发多种癌细胞的死亡[8,19]。
白桦酯酸联合部分抗肿瘤药物可以诱导多发性骨髓瘤U细胞凋亡，其机制可能与联合用药后下调Survivin和Bcl-2，上调cyto-c和Bax的表达相关[20]。白桦酯酸结合EGFRTKI增强了Sub-G1积累，抑制了细胞周期相关蛋白，触发细胞凋亡和自噬相关蛋白表达，诱导线粒体膜电位丧失从而诱导细胞凋亡[18]；白桦酯酸和熊果酸缀合物（毒性高于白桦酯酸）能够诱导人乳腺癌MCF-7细胞、人结肠癌HCT-细胞和人神经母细胞瘤TET21N细胞系线粒体靶向性凋亡[21]；白桦三萜同哌嗪基-罗丹明B聚合物同样可以通过诱导线粒体凋亡抑制人卵巢癌A细胞生长[22]。而白桦酯醇可以通过提高GRP78介导的内质网应激反应，激活蛋白激酶R、内质网激酶等启动凋亡通路，以促使乳腺癌MCF-7和MDA-MB-细胞凋亡[23]；磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）/AKT通路是细胞中抑制凋亡的重要通路，而白桦酯醇可以通过抑制PI3K/AKT途径抑制宫颈癌小鼠移植瘤增殖[24]。白桦酯酸通过激活线粒体凋亡途径、抑制核因子κB（nuclearfactorkappa-B，NF-κB）等途径引起肿瘤细胞凋亡或自噬[25]，见图2。
2.4诱导肿瘤细胞分化
白桦酯酸能够通过激活AMP依赖的蛋白激酶（AMP-activatedproteinkinase，AMPK）信号传导来抑制胰腺癌细胞的干细胞形成，从而抑制胰腺癌细胞的增殖和肿瘤形成，还可以抑制其上皮-间质转化（epithelial-mesenchymaltransition，EMT），并可以通过降低干细胞转录因子SRY-Box2、八聚体结合蛋白4和胚胎干细胞关键蛋白Nanog3种多能性因子的表达来诱导肿瘤细胞分化[26]。
2.5阻止肿瘤细胞迁移、侵袭及其他作用
白桦酯酸可以和其他物质配合，抑制肿瘤细胞的迁移和侵袭，如紫杉醇-桦木酸混合纳米悬浮液可以阻断乳腺癌MCF7细胞系G0/G1期的细胞周期，诱导凋亡并抑制细胞迁移；桦木酸-氨基磺酸酯结合物可以引起由Caspase活化介导的细胞凋亡，可能通过抑制碳酸酐酶9（carbonicanhydraseIX，部分肿瘤细胞的常见靶点）抑制乳腺癌细胞迁移和侵袭；还可以通过血管内皮生长因子Sp1/VEGF信号通路减弱肿瘤血管生成[27-29]。
2.6提高机体免疫功能
体外实验表明，经白桦酯酸诱导后的γδT细胞分泌γ干扰素量明显高于对照组，杀伤胰腺癌细胞活性也得到有效提高[30]；白桦酯酸可以促进巨噬细胞和脾细胞分泌肿瘤坏死因子（TNF），增加巨噬细胞的细胞毒活性，提高机体的非特异性免疫功能，由此发挥其靶向性杀死肿瘤细胞的功效[31]。
白桦酯酸能够克服多药耐药性（MDR表型），可能是通过抑制靶向自分泌运动因子受体（autocrinemotorfactorreceptor，AMFR）活性实现[32]；还能够通过下调Sp1和诱导Sp1的泛素化来上调抑癌基因PTEN蛋白表达来诱导口腔鳞状癌OSCC细胞的放射增敏作用，以结合放射疗法治疗OSCC细胞[33]；还可以抑制多种去泛素化酶以减少前列腺癌细胞中雄激素受体蛋白的稳定性和mRNA表达，从而降低前列腺癌对恩杂鲁胺药物的抗性以治疗前列腺癌[34]。
3白桦酯酸及其衍生物的抗病毒作用及机制
病毒是一类比较原始的，有生命特征的，能够自我复制和严格细胞内寄生的非细胞生物，人类传染病有70%～80%是由病毒引起的[35]，常见疾病如获得性免疫缺陷综合征（acquiredimmunodeficiencysyndrome，AIDS），流行性感冒，乙、丙型肝炎，带状疱疹等。20世纪初至今，科学家陆续发现，一些病毒的感染能够引起肿瘤的发生，这类病毒被命名为RNA肿瘤病毒[36]。而白桦三萜类物质具有抑制多种病毒、缓解多种病毒引起的疾病症状的药理活性[37]。
当前药物抗病毒的作用机制通常是以病毒复制的不同阶段为作用靶点，由于核酸类型差异，病毒可分为RNA病毒（单链或双链）和DNA病毒（单链或双链），不同遗传物质的病毒其药物抑制作用的靶点也有所差异。以DNA为遗传物质的病毒，其独特的作用靶点是DNA多聚酶，如阿昔洛韦、更昔洛韦等对带状疱疹病毒、人类疱疹病毒、Ⅰ型和Ⅱ型单纯疱疹病毒的抑制作用；以RNA为遗传物质的逆转录病毒，其独特的作用靶点是逆转录酶，常见如齐多夫定和拉米夫定对HIV的抑制[38]。而白桦酯酸及其衍生物对几种常见的DNA和RNA病毒均有抑制作用。
3.1对HIV的抑制及机制
HIV引起的AIDS已成为危害人类健康的重大传染疾病之一[39]。目前公认的抗艾滋病毒的作用机制有进入抑制剂、逆转录酶抑制剂、蛋白水解酶抑制剂、整合酶抑制剂和成熟抑制剂，当前大部分药物均为逆转录酶抑制剂和蛋白水解酶抑制剂，存在药物耐药性等缺点[40]。而白桦酯酸及其衍生物是通过干扰病毒生命循环的后阶段来起作用的，同病毒进入、成长和成熟相关，主要用作进入和成熟抑制剂，属于待开发的新型HIV抑制剂，因此近年来白桦酯酸的抗HIV活性受到广泛
