热带植物遗传资源中生物活性天然产物的发掘：从化学多样性到药物发现 functional seeds

《Journal of Natural Medicines》：Exploration of bioactive natural products from tropical plant genetic resources: from diversity to functional seeds

摘要：高等植物（higher plants）来源的天然产物持续作为药物发现中结构多样且具生物活性分子的重要来源。特别是，热带植物遗传资源因其异常丰富的生物多样性，提供了独特次生代谢产物（secondary metabolites）的丰富储库。通过主要在东南亚开展的长期合作研究，研究人员对广泛采集的热带植物材料进行了多种生物活性筛选，发现了众多具生物活性的天然产物。对如 Eurycoma longifolia 等传统草药（其在马来西亚和印度尼西亚被广泛使用）的早期植物化学研究，也促进了研究人员用于热带天然产物发现的研究平台的建立。本综述总结了从热带植物资源中分离的结构独特化合物的代表性研究，并重点阐述其生物活性与作用机制（mechanisms of action）。代表性实例包括：来自 Chisocheton ceramicus 的 ceramicines（柠檬苦素类，limonoids），具抗脂滴积聚（lipid droplet accumulation, LDA）活性；来自 Calophyllum scriblitifolium 的 calofolic acids，通过调节 PI3K–PKA 信号表现血管舒张（vasorelaxant）作用；来自 Cassia siamea 的 cassiarins（生物碱，alkaloids），具强效抗疟（antimalarial）活性；来自 Leuconotis 属的双吲哚生物碱（bisindole alkaloids），通过抑制 AKT–mTOR 通路诱导自噬（autophagy）；来自亚麻籽（flaxseed）的 cyclolinopeptides（环亚麻肽），通过 c-Fos/RANK 轴抑制破骨细胞分化（osteoclast differentiation）；来自 Celosia argentea 的 celogentins（双环肽，bicyclic peptides），抑制微管蛋白聚合（tubulin polymerization）；以及来自 Rubia 属的 mollugin 衍生物，靶向 TLR4 介导的炎症信号通路（inflammatory signaling pathways）。这些研究表明，热带植物来源天然产物具有显著结构多样性，并作用于生物学相关分子靶点。此外，若干案例说明机制分析与结构修饰对于优化药理活性（pharmacological activity）的重要性。总体而言，本综述强调生物多样性驱动的天然产物探索作为发现未来药物发现功能种子（functional seeds）策略的重要意义。

**引言（Introduction）** 天然产物长期是药物发现中结构多样和生物活性分子的重要来源。高等植物富含次生代谢产物，但已从植物化学和药理学角度研究的种类有限。热带地区，尤其东南亚，生物多样性异常丰富，印度尼西亚和马来西亚是植物遗传资源中心。研究人员与马来亚大学理学院、马来西亚博特拉大学理学院、马来西亚理科大学药剂科学学院等合作，在马来西亚 Terengganu、Pahang、Johor、Penang、Cameron Highlands、Mersing、Kuantan 等森林区域系统调查；在印度尼西亚主要与 Universitas Airlangga 药学院和 Purwodadi 植物园合作，在东爪哇长期调查。通过这些采集和筛选，建立生物活性天然产物发现平台，整合活性导向分离、结构解析、机制研究及必要时化学合成和衍生化。早期对 Eurycoma longifolia Jack（Simaroubaceae，Tongkat Ali）的研究分离出苦木素类（quassinoids）、角鲨烯型三萜（squalene-type triterpenes）和新木脂素（neolignans），为后续研究奠定基础。本综述选取七类代表性案例，而非穷尽列举。

**Exploration of tropical plant genetic resources** 热带地区，尤其东南亚，是植物遗传资源的重要储库，具有高生物多样性和高特有性；印度尼西亚和马来西亚为 mega-diversity 区域，复杂生态和进化压力预期促进结构多样、具生物活性次生代谢产物产生。研究人员与当地大学和研究机构合作，系统采集和鉴定大量植物材料，包括未充分研究物种、特有植物和传统药用植物。民族药理学（ethnopharmacology）信息常指导候选物种选择，但也纳入非传统和分类学独特植物以避免偏倚。野外材料经适当溶剂制备粗提物，并用多种活性筛选体系检测脂质代谢、血管功能、细胞分化、细胞骨架动力学和炎症信号通路等。该策略强调大规模系统评价而非少数已知物种，以提高发现结构新颖化合物的可能性、减少重复；本综述代表性化合物来自大量筛选样本。研究还遵循国家法规和国际框架，包括《生物多样性公约》和获取与惠益分享协议，以保障可持续和伦理研究。

**Strategy for bioactive natural product discovery** 生物活性天然产物发现采用结合生物学和化学的标准流程。筛选获得的活性植物提取物经生物活性导向分离，得到单个化合物；结构解析使用核磁共振（NMR）和质谱（mass spectrometry），必要时用 X 射线晶体学（X-ray crystallography）。分离化合物进一步进行生物活性评价，并在分子水平研究作用机制。在部分案例中，开展化学合成或结构修饰以确认结构并考察构效关系（SAR）。

**Limonoids from Chisocheton ceramicus: from multifunctional activities to lipid droplet accumulation inhibition** 从 Chisocheton ceramicus（Meliaceae）分离的柠檬苦素类（limonoids）称为 ceramicines，是高度氧化的三萜类，具有多环骨架和多种含氧官能团。自 chisomicines 及 ceramicines A–C 后，已鉴定 A–Z 等大量类似物。早期 ceramicine A 对小鼠白血病 P388 细胞具中等细胞毒活性，ceramicine B 对 Plasmodium falciparum 3D7 株具强抗疟活性；后续还发现抗黑色素沉积活性，ceramicine B 可降低酪氨酸酶（tyrosinase）蛋白表达而不影响酶活性。脂质代谢调节尤为突出。在脂滴积聚（LDA）抑制筛选中，C. ceramicus 提取物在小鼠前脂肪细胞 MC3T3-G2/PA6 中显著抑制 LDA，活性导向分离得到 ceramicine B。其剂量依赖抑制 LDA，机制上下调脂肪生成相关基因，包括葡萄糖转运体4（GLUT4）、脂蛋白脂酶（LPL）和11β-羟基类固醇脱氢酶（11β-HSD），并抑制过氧化物酶体增殖物激活受体γ（PPARγ）和 CCAAT/增强子结合蛋白α（C/EBPα）；早期调节因子 C/EBPβ 和 C/EBPδ 不受影响，提示作用于脂肪细胞分化较晚阶段。信号层面，ceramicine B 抑制叉头盒O1（FoxO1）磷酸化，涉及 AKT–FoxO1 轴。构效关系（SAR）显示 B、C 环取代，尤其 C-7 位，影响活性和选择性。该类化合物因此被视为靶向脂肪细胞分化和脂质代谢的抗肥胖候选。

**Chromanones from Calophyllum scriblitifolium: vasorelaxant activity of calofolic acid A** Calophyllum scriblitifolium（Calophyllaceae）分布于马来西亚和印度尼西亚。Calophyllum 属产生 xanthones、coumarins、acylphloroglucinols、terpenoids 和 chromanones 等。血管舒张活性筛选中，其树皮甲醇提取物可舒张苯肾上腺素（phenylephrine）预收缩大鼠主动脉环。活性导向分离得到六个色原酮（chromanones），即 calofolic acids A–F；结构经 1D/2D NMR 解析，绝对构型用圆二色谱（CD）结合密度泛函理论（DFT）计算研究。所有 calofolic acids 均剂量依赖舒张离体大鼠主动脉。该植物还得到 caloforines A–G，对 P. falciparum 3D7 具中等抗疟活性。calofolic acid A 作为主要活性成分进行深入机制研究。在大鼠血管平滑肌细胞（VSMCs）中，calofolic acid A 抑制苯肾上腺素诱导的肌球蛋白轻链（MLC）Ser¹⁹ 磷酸化，降低 MYPT1 Thr⁶⁹⁶ 和 Thr⁸⁵³ 抑制性磷酸化，增加 Ser⁶⁹⁵ 和 Ser⁶⁶⁸ 松弛相关磷酸化，提示促进肌球蛋白轻链磷酸酶活性并减少 MLC 磷酸化。它还增强 PKA 底物磷酸化，增加异丙肾上腺素诱导的 cAMP 积累，效果类似 PI3K 抑制剂 LY294002，并直接剂量依赖抑制 PI3K 酶活性。因此其血管舒张通过抑制 PI3K 间接激活 cAMP–PKA 通路，进而调控 PI3K–cAMP–PKA–MYPT1–MLC 信号。

**Antimalarial alkaloids from Cassia siamea: structural diversity, chemical elaboration, and convergence to antimalarial activity** Cassia siamea（Leguminosae）在东南亚广泛分布，传统用于周期性发热和疟疾。其植物化学研究发现了结构多样的生物碱及相关化合物，最终聚焦抗疟活性。**Discovery of cassiarins: a novel alkaloid scaffold** 最初分离的 cassiarins A 和 B 具前所未有的三环芳香生物碱骨架；cassiarin A 体外对 P. falciparum 强效，并对 P. berghei 体内有效。**Expansion of structural diversity** 后续研究扩展到 cassiarins C–E，包括由色原酮和 cassiarin 单元连接的二聚体 D、E；cassiarins G、H、J、K 氧化和取代模式变化，部分经光谱和 X 射线晶体学确定；cassiarin F 为含联芳基的新四环生物碱。**Related compounds and biosynthetic consideration** 相关化合物中，chrobisiamone A 为双色原酮二聚体，可能是 cassiarin 型生物碱生物合成前体；cassibiphenols A、B 为四环联苯样化合物。仿生研究显示 5-acetonyl-7-hydroxy-2-methylchromone 可环化生成 cassiarin A。**Total synthesis and structure–activity relationships** 合成研究建立了 cassiarin A 路线，并用 Suzuki 偶联和分子内环化完成 cassiarin F 全合成；衍生物评价表明羟基和氮原子对强抗疟活性关键，庞大取代降低活性。**Vasorelaxant activity and its pharmacological implications** 除抗疟外，cassiarin A 还浓度依赖舒张大鼠血管，主要由内皮源性一氧化氮（NO）介导，涉及 NO 信号和钾通道；严重疟疾中寄生红细胞与血管内皮细胞黏附导致微循环障碍，改善 NO 和内皮功能可能减少黏附，故其血管舒张可能补充直接抗寄生虫作用。**Convergence to antimalarial activity** 总体而言，该系列研究最终汇聚于抗疟活性，cassiarin A 体外活性与氯喹相当并具体内疗效。

**Autophagy-inducing bisindole alkaloids from Leuconotis species** Apocynaceae 植物富含单萜吲哚生物碱，包括单体、二聚及寡聚结构。研究关注 Leuconotis griffithii 和 L. eugeniifolia。L. griffithii 叶中分离出 bisleucocurine A，为两个 strychnan 型骨架组成的新双吲哚生物碱，对多个人癌细胞系具细胞毒活性；还得到 leucoridine A N-oxide 等，并评价其对 P. falciparum 3D7 的抗疟活性。树皮中分离出 bisleuconothine A，由 eburnane 和 aspidosperma 单元组成，结构及绝对构型经 2D NMR 和 X 射线晶体学确定，对多个人癌细胞系具生长抑制活性；其类似物 bisleuconothines B–D 扩展了结构多样性，但在测试条件下对 A549 细胞无细胞毒。leucomidines A–C 也自 L. griffithii 得到。L. eugeniifolia 中得到 eucophylline 和 leucophyllidine；后者抑制 iNOS 活性并剂量依赖降低 iNOS 蛋白表达。leucophyllinines A、B 为 eburnane 和 quebrachamine 型双吲哚生物碱，对 P. falciparum 3D7 具抗疟活性。Bisleuconothine A 机制研究表明其不主要诱导凋亡，Annexin V/碘化丙啶（PI）染色及凋亡相关蛋白分析未见明显凋亡；但在 A549 和 MCF7 细胞中增加 LC3 脂化，提示诱导自噬相关过程。其诱导自噬体形成并阻止降解，Western blot 和免疫荧光显示 LC3-II 积累；信号上下调 AKT、PRAS40 和 p70S6K 磷酸化，抑制 AKT–mTOR 通路，而 mTOR 是自噬负调控因子。该案例体现从植物化学探索到自噬相关信号机制解析。

**Cyclic peptides from flaxseed: inhibition of osteoclast differentiation by cyclolinopeptide F** 环肽是高等植物中结构独特的一类天然产物，常具构象刚性、增强亲脂性和多种活性。亚麻籽（Linum usitatissimum，Linaceae）富含环亚麻肽（cyclolinopeptides），通常由 8–10 个氨基酸残基组成大环，氨基酸组成和氧化状态尤其甲硫氨酸残基存在差异；环化带来的构象限制有助于增强靶标亲和性和稳定性。其已有免疫抑制和抗疟等活性报道，但对骨代谢作用长期未明。**Identification of osteoclast differentiation inhibitory activity** 在破骨细胞分化抑制筛选中，以抗酒石酸酸性磷酸酶（TRAP）活性为指标，发现多种环亚麻肽剂量依赖抑制破骨细胞分化且不影响细胞活力；其中 cyclolinopeptides F、H、I 活性尤为强，超过姜黄素参考化合物。**Focus on cyclolinopeptide F** cyclolinopeptide F（CL-F）因丰度较高和活性强被选为机制研究对象。CL-F 剂量依赖抑制 RANKL 诱导的破骨细胞生成，IC₅₀ 约 0.58 μM，且无细胞毒作用。其主要用于破骨细胞生成早期，尤其巨噬细胞集落刺激因子（M-CSF）诱导髓系前体细胞向单核/巨噬细胞谱系转变阶段；对 RANKL 诱导的后期分化有较弱但可测的抑制。**Mechanistic insight: c-Fos/RANK signaling axis** 机制上，CL-F 下调 c-Fos 表达，c-Fos 是破骨细胞分化关键转录因子并参与诱导核因子-κB受体激活因子（RANK），从而降低破骨细胞前体细胞中 RANK 表达，减弱下游 RANKL 信号；RANK–RANKL 相互作用对 NFATc1 激活必需，故抑制 c-Fos/RANK 轴可抑制破骨转录程序。**Pharmacological implications and related activities** 此外，环亚麻肽在骨巨细胞瘤（GCTB）模型中显示抗肿瘤活性，抑制 RANKL 信号与细胞增殖降低和细胞周期改变相关。

**Tubulin polymerization inhibitory peptides from Celosia argentea** Celosia argentea（Amaranthaceae）种子中分离到双环肽 celogentins A–C 及已知肽 moroidin。**Discovery of bicyclic peptides from Celosia argentea** 该类化合物具有异常双环系统，由 β_s-Leu、色氨酸和组氨酸残基间非标准连接形成；后续扩展至 celogentins A–H、J，以及 celogentin K 和 celogenamide A。**Structural characteristics and diversity** 其刚性双环骨架含异常 C–C 和 C–N 连接，β_s-Leu 的 β-碳与色氨酸吲哚环连接是关键结构基序。celogentin K 含色氨酸氧化修饰形成的 3-羟基氧化吲哚，为单环；celogenamide A 缺乏特征双环连接。**Tubulin polymerization inhibitory activity** 微管由 α/β-tubulin 异二聚体组成，参与有丝分裂纺锤体形成；celogentins 浓度依赖抑制微管蛋白聚合，其中 celogentin C 活性约为 moroidin 的 4 倍，并导致真核细胞有丝分裂停滞；结构修饰类似物 celogenamide A 无显著抑制。**Structure–activity relationship** SAR 表明双环系统、双环大小和几何以及 β_s-Leu、色氨酸、组氨酸连接对活性至关重要，结构丢失或修饰导致活性明显下降或丧失。**Pharmacological implications** 该类化合物可作为抗有丝分裂先导，其机制类似长春花生物碱和肽类微管动力学抑制剂。

**Mollugin and its derivatives: from natural product to mechanism-oriented drug development** Mollugin 是从 Rubia cordifolia（Rubiaceae）分离的萘醌衍生物，曾被报道具抗炎、抗肿瘤和神经保护作用。重新评估发现，其表观药理活性主要来自氧化衍生物 oxomollugin，而非母体化合物；oxomollugin 是实验条件下由 mollugin 形成的降解产物，并真正抑制脂多糖（LPS）诱导的 NF-κB 激活。机制上，oxomollugin 抑制 Toll 样受体4（TLR4）介导信号，干扰髓样分化初级反应蛋白88（MyD88）、白细胞介素-1受体相关激酶4（IRAK4）和肿瘤坏死因子受体相关因子6（TRAF6）的招募与激活，阻止下游 NF-κB 激活。更详细研究表明其作用于 TLR4 信号多个阶段：抑制 MyD88 与 IRAK4 初始结合，延迟 IRAK1 激活和降解，抑制 TRAF6 泛素化，阻止 TRAF6–TAK1/TAB2 复合物形成，减少 IKKα/β 磷酸化，抑制 IκB 降解和 NF-κB 核转位；还抑制 IRAK2 表达和修饰，从而同时抑制 IRAK1 依赖的早期信号和 IRAK2 依赖的持续信号。基于此，设计合成 aza 修饰类似物 azamollugin，其显著增强对一氧化氮产生的抑制，并更广泛抑制炎症信号；除 MyD88 依赖的 NF-κB 通路外，还抑制 TRIF 依赖的干扰素调节因子3（IRF3）激活和干扰素-β（IFN-β）产生。SAR 显示 mollugin 活性有限，氧化为 oxomollugin 后显著增强，进一步氮引入为 azamollugin 后活性增强并拓宽抑制谱。该案例体现从天然产物鉴定到机制导向药物开发。

**结论（Conclusion）** 本综述总结热带植物遗传资源中生物活性天然产物探索，强调整合生物多样性驱动采样、活性导向分离、结构解析和机制分析的研究策略。东南亚野外研究使大量植物提取物得以筛选，发现包括柠檬苦素类、生物碱、环肽和萘醌类等结构独特化合物。七类代表性案例显示热带植物天然产物结构多样性和生物活性广泛性，并作用于明确分子靶点和信号通路，如 ceramicines 调控 AKT–FoxO1–PPARγ 轴，calofolic acids 调控 PI3K–cAMP–PKA，cassiarins 兼具抗疟和血管舒张，bisleuconothine A 经 AKT–mTOR 诱导自噬，CL-F 抑制 c-Fos/RANK，celogentins 抑制微管蛋白聚合，mollugin 衍生物调节 TLR4 信号。若干案例还表明化学转化和合成修饰的重要性，如 oxomollugin 为真正活性物种、azamollugin 的优化，以及 cassiarins 合成和柠檬苦素类、肽类 SAR 分析。未来研究应聚焦分子靶点阐明、体内验证和药代动力学性质优化；可持续获取生物多样性和持续国际合作仍至关重要。