筋骨草属植物中克罗烷二萜研究进展

筋骨草属植物中克罗烷二萜研究进展 V 生物农药与生物技术 443 筋骨草属植物中克罗烷二萜研究进展 刘文剑 滨 楠 傅 李 覃兆海+ (中国农业大学理学院，北京100094) 摘要筋骨草属(Ajuga)植物是一类应用较广的药用唇形科植物，克罗烷二萜是其中的主 要活性成分。本文对该属植物中克罗烷二萜的研究进展进行了综述，重点介绍了这类化合物的杀 虫活性和药用活性。 关键词 筋骨草 克罗烷二萜生物活性合成 众所周知，对害虫高效，对环境及非靶标生物安全的生物合理杀虫剂已经成为现代农药发 展的主流。由于植物源杀虫剂来源于自然，具有对人、畜安全，不污染环境，不易产生抗药性， 易于降解等特点，因此，研究与开发安全性高的植物源农药，成为当今新型杀虫剂创制研究的 热点，也是发掘新一代农药先导结构的重要途径之一。其中植物源昆虫拒食剂(antifeedant) 正 方是由于具备了这些优点，而受到了科学界和产业界的青睐，成为新型生物农药研究的重要 向。 唇形科(Labiatae)筋骨草属(Ajuga)植物为一年生或多年生草本植物，全世界有40至50 种，广布于东半球温带地区。我国有18种，分布于全国各地，主要集中于南部地区，金疮小草 decumbensThunb(为最常见的代[1]。筋骨草属植物有很高的药用价值，在印度、肯 Ajuga 尼亚和我国的民间均有广泛应用[2j该属植物具有显著的杀虫活性，富含拒食活性成分和昆虫 蜕皮激素[3】。自1976年Kubo[4]第一次从筋骨草属植物A(remota中分离出化合物Ajuga— 工一?，并报道其对昆虫具有拒食作用后，特别是20世纪80年代以来，国内外学者对该属 rins 植物作了大量的化学研究，先后从该属植物中提取分离出许多克罗烷二萜化合物。本文主要 对筋骨草属植物中克罗烷二萜化合物的生物活性及合成研究情况进行了综述，并列出了近十 年来从该属植物中发现的一些新的克罗烷二萜化合物。 1 克罗烷二萜的提取、分离和结构鉴定 克罗烷二萜化合物可以分别从筋骨草属植物的茎、根、叶等部位提取，也可以从整株植物 中分离得到，提取溶剂主要有甲醇、乙醇、丙酮、氯仿和乙酸乙酯等，而分离多采用反复硅胶柱 层析法，使用不同的溶剂系统进行洗脱。有的提取液中因为色素的存在而增加了分离的难度， 可以于分离前在提取液中加入活性炭脱色，再进行分离L5J。Coil等L6J采用了反相HPLC法 对A(remota的提取物进行分离，分离出以前在该属植物中没有得到分离的克罗烷二萜化合 物，得到了它们不同的保留时间值，还建立了对A(remota以及其他一些筋骨草属植物中Aju— 化合物1)进行准确定量的分析方法，并测得A(remota根部中化合物1的准确含量是 garin—I( *通讯作者。联系电话;010—62732958;E—mail:qinzhaohai@263(net 444 农药与环境安全国际会议论文集 0(6,。 通过采用氢谱、碳谱、质谱以及X一衍射等方法，确定了分离物的结构。根据结构中C一9位 上侧链取代基的不同，克罗烷二萜化合物可以分为两类，即含有a，p不饱和弘内酯结构的二 萜(I)和含有高呋喃并呋喃(perfurofuran)结构的二萜(?)。表1列出了近十年来从筋骨革 属植 物中分离得到的克罗烷二萜化合物。 R4 H ?艮 吡m 鼎 ,严 谧 2R。=H，RFH，,=H，R4_H，R5=OtOAc(C14，15为) II(化合物19,36) 双键 2 生物活性 2(1杀虫活性 迟德富等L25j研究了6种筋骨草属植物的甲醇和丙酮的提取液对美国自蛾Hyphantria- 二龄幼虫的杀虫活性，发现这些提取液的平均致死率为85(7,，且甲醇提取液活性比丙 cunea 酮高，它的平均致死率达到了92(59,(另外，所有的提取液对H(cunea幼虫的天敌松毛虫 眼蜂Trichogramma dendrolimi均没有毒性，因而可以安全用于该虫的综合治理中。 赤 当然，引起人们对筋骨草属植物进行广泛研究的主要原因就是因为克罗烷二萜化合物具 有显著的昆虫拒食活性(antifeedant)。最初报道化合物1使非洲贪夜蛾Spodoptera-exempta 完全拒绝进食的最小抑制浓度为100 t-gmLS1ittoralis ,，使棉贪夜蛾(完全拒绝进食的最小浓度300-gmLE4|2100 pgmLS1ittoralis ,,。在选择性进食测试中，化合物在,下对(的拒食率为 74(4,，对S(exempta的拒食率为75(8,Lz6j。另外这两个化合物对一些鳞翅类昆虫 为 和鞘翅类昆虫(Coleoptera)都有很好的拒食活性L27J。在随后的研究中，Paul 等(Lepidoptera) [14]采用选择性生测法发现，化合物31在25 t-g,mL下对S(1ittoralis六龄幼虫的拒食作用 为60,。化合物19，33，34和35在1,_g,mL的浓度下对S(1ittoralis幼虫的拒食活性达到了 63,以上，在10 pgmLL8j ,时使该幼虫完全拒绝进食。迄今为止，从筋骨草属植物中已经分离 出许多克罗烷二萜化合物，但是对其拒食活性有报 道的化合物并不多。如闵知大等[23，28，29]先后从A(decumbens中提取出7种二萜化合 物 Ajugacumbins A-G，但只是报道Ajugacumbins A—C分别在50肛g,mL或200肛g,mL下 麻黄蛱蝶(Pareba vesta)幼虫有拒食活性。当然，也已经从该属植物中提取出几种有拒食作对苎 但并不属于克罗烷二萜结构的化合物。如Jannet等[30,31j先后提取出几种新的甘油二酯化用 物，对S(1ittoralis就有很好的拒食活性。另外，也有报道从其他属植物中提取出的天然克 合 罗烷二萜具有拒食活性。如唇形科香科科属(Teucrium)和黄芩属(Scutellaria)等植物中也含 卜 卜 ?【 _价-[ 吣_【 ? o 【 ?oH _ ?_[ (【(【 H_【 ? H 时‘[ ? N 卜 H -[N _【N ?_[ 【 o_【 ? _【 o_【01NN(o(? 飞(《 飞(《 ?芒 (?,飞(《 谨(《 芒《 芒(《 q氐(《 遗(《 毒(《 葛?_ (《 这( ? 是(《 芒(《 ‰g(《 qS(《 (《 qS(《 qS时氐(《 时氐(《 ，c氐(《g(《 q氐(《 g(芒(《 ?(Ijo 篮u?? d[己 ^ooZov。N(IN ^,IuZuvooN^,Io}{ov。一?+ ^,Io王ov06(-h [I^,Io}{ov。?((9 [I?^一o|{ovo,(?o l ,10}{ov。? (oI^ ^,10}{ov。-【(,N+ 0。。N 一?芑暑葛_8_警盎? ?(IoN 譬N 芝N ? 91o? HNo 芝H 兮6 ooN 葵雾 葵耀00 ?0_[? ^pv臣(吕 000N 0高 ??，寺oN oN0boH 0?161[0NH ??【 _ 0N= N譬0 ?oH(【0?? ?(161[0(oo_ 【?0(ooN? 。暑-盘H昌??113s }{ ?出 u《 《 o《 《u 《u 《u 《o u《 《u 《u 《u u《 《u u u《 《 o u《o, u《o, ?, }{o《o, u《o, u《o, u 《o, uu《o, Zz zZ z盂Zz盂Z z王墨Zz王墨Z Z 王Z苫z噩00罨王z霎要00事荦z王墨墨墨王 王墨墨 Z王墨 殳殳 也, 也y,啦e也 o专茨一是甚q兽葺敛。暑 I? 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t-mol,L的浓度下对该化合物进行细胞毒性测试，发现它对人类皮肤癌细胞线(A431)无任何可观测到的毒性。而88,-mol,L的浓度是用于抗疟活性测试的最高浓度，因此它的ED。。> 88,-mol,L。与传统抗疟药物相比，化合物1的化学结构中因含有环氧结构(一epoxy)而备受 关注，因而有可能以其为先导化合物，开发出活性高、结构新颖的抗疟药物。Muregi[35]等也 AremotaPfalciparum(K39)IC 发现，(的甲醇提取液对氯喹敏感品系(有好的抗疟活性，其。。为21(60 p(g,mL。 2(2(3降血糖Jaouad等L36J研究了A(iva(AI)冻于的水溶液提取物的抗高血糖作用， 结果显示，在10 h后正常小鼠的血糖值由最初的(100(7土 ,kg的口服剂量下，6 mg 3(34)mg,dL降低到(79?3(96)mg,dL，感染链脲菌素的糖尿病小鼠的血糖含量从(337士 9(3)mg,dL降低为(102(2?17(7)mg,dL，但它们的血浆胰岛素含量基本保持不变。在连 日服给药后(持续21 d)，AI和对照药格列本脲(GLB)(在2(5 mg,kg剂量下)使正常小鼠的续 糖值有轻微的减少。患病小鼠在一周后血糖值就降低到(112?14(4)mg,dL，在第21天降血 (77土5(9)mg,dL，它比GLB有更好的降低血糖的作用。这些结果表明，AI对糖尿病小到 很强的降低血糖的作用，可以用于对糖尿病的控制和治疗中。 鼠有 2(3毒理学研究 尽管筋骨草属植物中有很多种类在民间被广泛使用，但关于它们比较系统 的毒理学上的 研究不多。Jaouad等L37j对A(iva的冻于水溶液提取物进行了急性和慢性的毒性测试，考察了它对小鼠行为和药理学上的影响。结果表明，即使在最高口服剂量为14 g,kg的情况下，也 没有观察到任何的死亡或中毒现象产生。在3个月内小鼠每天口服剂量为i00，300和 600 mg,kg时，除了血小板计数有暂时性的升高和血清葡萄糖含量短期的降低外，血液和生化 参数如血浆肌酐、胆固醇和标记酶(如ALT，AST)等均无任何改变。对小鼠的脑部、肝脏和 脏的检查发现，它们没有任何形态上的改变。当给小鼠腹腔给药时，它正常行为上的不良反肾 和死亡率与摄入量有关，其急性腹腔内给药的LD。。是3(6 g,kg。因而可以认为，A(ira对应 类是没有毒性的。 人 3合成研究 关于筋骨草属植物中天然克罗烷二萜化合物的全合成研究并不多。Ley[38]和JonesE39] 等先后报道了化合物1的全合成路线，都是以4p甲酰基一4a，5a一二甲基环己基一2一烯酮为原 料， 448 农药与环境安全国际会议论文集 经过多步反应后得到的都是化合物1和其4一epi异构体的混合物，并且反应路线较长，产率 也不高。因此，对克罗烷二萜的合成研究侧重于对其活性成分进行结构修饰和模型化合物的 合成，以了解二萜拒食活性与结构的关系和开发出结构简单、拒食活性好的化合物。如Cristi— n8等L40j对一些天然二萜进行了结构衍生化，主要是对C一6和C一19进行去乙酰化反应 及不饱和键的还原反应等。拒食活性测试的结果认为，二萜结构中的微小变化都会使拒食以 性发生很大改变。Edwin等L41’42j分别以C一9边链上的取代基为母体结构，合成了一些结活 简单的化合物并考察了它们的拒食活性。当然，这些衍生物或合成的简单类似物都有一定构 拒食活性，但与天然克罗烷二萜相比，活性并不显著。 的 4结语 克罗烷二萜化合物存在于多种植物中，在其他一些植物，如马鞭草科、芸香科等，许多新的 克罗烷二萜化合物被分离出来，并确定结构。尽管这类化合物有着广泛的生物活性，但目前研 究最多的还是它的拒食活性。我国有丰富的筋骨草属植物资源，但对其所具有的药用功能和 生理活性的研究并不多，尤其是此属植物中克罗烷二萜的昆虫拒食作用，还有待于进一步的研 究，以开发出结构简单、易于合成、活性高的具有实际应用前景的昆虫拒食剂来有效地进行害 虫综合治理。 参考文献 [1]侯宽昭(中国种子植物科属词典(第2版)(北京:科学出版社，1982， 16( [2]吴德峰(浅谈筋骨草的药用价值(福建兽牧兽医，1997，1:32,34( F，Coil J(Insect alleloehemicalsfrom E3]Camps Ajuga plants(Phytochemistry，1993，32(6):1361,1370( Soc Chem Kubo I(Lee NV，et a1(Structure of Chem Commun，1976，949,950 1-43 Yw，Balogh ajugarins(J a1(The from remota(Jof isolates Kimani 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