基于化学生态学的藏药轮叶棘豆活性次生代谢产物研究

Plants often produce copious secondary metabolites with a wide range of ecological and biological properties. Generally, the constituents with potential ecological functions are usually thought to be more potent in bioactivities.So, the chemical ecology based approach to drug discovery had been proposed and some evidences indeed proved that the approach was more effective for pridicting and finding bioactive secondary metabolites in plants. Oxytropis chiliophylla (Leguminosae), known as "King of Herbs" in Tibetan medicines, is mainly used to treat arthritis,leprosy,furuncle and swollen in clinic. This plant, mainly distributed at lake and river beaches and on slopes at the 3500~5200 meters altitude in Tibet Plateau in China,is characterized by the densely covered mucous secretions and trichomes on its surface. It is also rarely attacked by herbivores and pathogens. However,no systematical investigations on the chemical constituents and bioactivities of the herb have been carried out and no research about the chemical ecology is available till now. Therefore, this project will intend to investigate systematically on the chemisty, bioactivities and ecological functions of the secondary metabolites of Oxytropis chiliophylla based on the chemical ecology theory,especially focused on the constituents of the surface mucous secretions and trichome which are thought to serve as chemical defesens against herbivores and other threatens from nature,for the purpose of clarifying the pathway and mechanism of the biosythesis and distribution of the secondary metabolites,unclosing the material basis and relationships of the scondary metabolites'bioactivities and ecological functions.The results of this project will provide scientific basis for the reasonable application,chemical quality evalluation and control of Oxytropis chiliophylla,as well as for the chemical ecology based drug discovery approach.

植物次生代谢产物多是具有重要生态功能的化学物质，而生态功能成分往往具有较强的生物活性，因此基于化学生态学的药物发现可以大大提高活性化合物的发现概率。藏药轮叶棘豆被誉为"草药之王"，具有清热解毒、生肌愈创等功效，是藏药治疗炎症、疠病和疮疖肿痛的首选草药之一，但具一定毒性。该植物生于海拔3500~5200米的山坡河滩，全株具腺粘液，密被柔毛，且少被牲畜或昆虫采食。目前有关轮叶棘豆的活性及毒性物质基础尚不清楚，也未见化学生态学相关研究。因此本课题拟基于化学生态学理论对轮叶棘豆（尤其是具潜在生态功能的植株表面"腺粘液"和柔毛）中次生代谢产物的化学、生物活性及生态功能进行深入系统研究，探讨轮叶棘豆次生代谢产物产生和分布的过程、途径和机制，阐明其发挥药效作用和生态功能的科学内涵及相关性，为藏药轮叶棘豆的合理应用提供科学依据，同时为基于化学生态学的天然药物发现提供方法学参考。

本项目基于化学生态学理论对从藏药轮叶棘豆中次生代谢产物的化学、生物活性及生态功能进行了系统研究，尤其是在LC-MS、HPLC、NMR等导向下针对具有潜在生态功能的特征、微量、新颖成分进行了重点研究。.通过研究，基本阐明了地上部分表面分泌物的化学成分轮廓和特征及其可能的生态功能，建立了针对潜在生态功能和活性成分--新颖查尔酮二聚体的高效快速的识别、富集、分离和鉴定方法，首次从自然界中分离得到了种类丰富、连接方式多样的查尔酮二聚体及黄酮二聚体，其中以对映异构体形式存在的查尔酮二聚体为自然界首次报道，研究了二聚体的质谱裂解规律及其不同部位的特征分布，推测了其生源合成途径，阐释了其在自然界中可能的生态学功能。轮叶棘豆和镰形棘豆的指纹图谱和8个主成分含量表明，两种棘豆主成分基本相同，但大极性部位化学成分明显不同，而分泌物中各主成分的百分含量高达59.3%，提示分泌物化学成分更加单一的特异性和其生态环境密切相关。针对大极性部位特征化学成分的系统研究表明，轮叶棘豆中的黄酮苷类化合物和镰形棘豆中不同，而三萜苷在镰形棘豆中并未报道。进一步的LC-MS分析表明，含有HMG取代基的黄酮醇苷特征性存在于镰形棘豆，较罕见的4' 位连有二糖的鼠李柠檬素黄酮醇苷类为轮叶棘豆特征成分，三萜苷在二者中均有分布，但是种类不同，以轮叶棘豆中较丰富。对另一特征性成分--苦马豆素的定性和定量分析表明，苦马豆素在地上部分的含量远高于地下部分，推测与其拒捕食的生态学功能有关。体外生物活性和生态功能研究表明，部分黄酮类化合物显示有一定的抗紫外辐射、NO生成抑制以及肿瘤细胞增殖抑制活性，其中查尔酮二聚体的肿瘤细胞抑制活性强于其单体。作用机制研究表明棘豆双查尔酮C的肿瘤细胞增殖抑制活性可能通过细胞周期、细胞凋亡、细胞迁移等多种途径发挥作用。.为了提高主要活性成分查尔酮的类药性，设计合成了一系列3-苯亚甲基-2-吲哚酮类及查尔酮类化合物，首次详细研究了Z, E异构体的分离和1H-NMR特点，首次发现并分析了此类化合物中处于屏蔽区质子实际受到顺磁各向异性的反常现象。活性结果表明Z异构体具有更高的潜在细胞毒及抗炎活性。.上述研究结果基本阐明了轮叶棘豆的次生代谢产物及其产生和分布特征，揭示了其发挥药效作用和生态功能的科学内涵及相关性，为轮叶棘豆的合理应用提供了科学依据，同时为基于化学生态学的天然药物发现提供了方法学参考。