双香豆素

产品名称: 双香豆素
英文名: Dicoumarol
中文别名:
英文别名: Dicuman; Dicumarine; Dicumarol；Temparin; Trombosan
Cas 号: 66-76-2
产品编码:BP4979
分子式: C₁₉H₁₂O₆
分子量: 336.299
来源:
化合物类型: 香豆素类(Coumarins)

纯度: 95%~99%
分析方法: HPLC-DAD or/and HPLC-ELSD
鉴定方法: 质谱（Mass）, 核磁（NMR）
包装: 棕色小玻璃瓶，按客户需求包装。
存储: 贮存在避光密闭容器中，冷藏或者冷冻长期保存。
样品溶液最好临用新配。如果需要提前配制的话，最好分成独立包装冷冻保存（-20℃以下），临用前再取出解冻，通常可以保存2周。

可以满足克级以上大量需求，详情请咨询。

提供相关图谱和分析方法指导，可以提供包括色谱柱，标准品和分析方法在内的含量测定整体服务包，价格优惠。

储存条件：短期保存 2~8℃，长期保存 -20 ~ -80℃

引言/概述

天然产物作为药物发现的源泉，在人类与疾病的漫长斗争史中扮演着不可替代的角色。其中，香豆素类化合物因其结构多样性和广泛的生物活性而备受关注。在众多香豆素衍生物中，双香豆素（Dicoumarol）以其独特的发现历程、明确的分子靶点和经典的治疗应用，成为天然产物药理学研究中的一个重要范例。双香豆素并非直接来源于植物，而是由植物中的天然前体——4-羟基香豆素，在特定条件下（如发霉或不当储存）经真菌作用发生二聚化而形成的产物。这一发现源于20世纪20至40年代对“甜三叶草病”（Sweet Clover Disease）的病因学研究，该病导致牲畜出现严重的出血性综合征。科学家最终从霉变的草木樨（Melilotus officinalis）中分离并鉴定出双香豆素，并揭示了其通过拮抗维生素K而发挥抗凝血作用的机制。这一里程碑式的发现不仅阐明了牲畜出血病的病因，更为口服抗凝药物的开发奠定了基础，直接催生了华法林（Warfarin）等更优效的合成类似物。

双香豆素的化学名为3,3′-亚甲基双(4-羟基香豆素)，CAS号为66-76-2。从结构上看，它是由两个4-羟基香豆素分子通过一个亚甲基桥连接而成的对称二聚体。这种独特的结构赋予了它多重药理活性。除了经典的抗凝血作用外，现代药理学研究揭示了双香豆素更为广阔的应用前景。它被鉴定为NAD(P)H:醌氧化还原酶1（NQO1）和3-磷酸肌醇依赖性蛋白激酶1（PDK1）的有效抑制剂，其半数抑制浓度（IC50）分别为0.37 μM和19.42 μM。对NQO1的强效抑制，使其成为研究该酶在氧化应激、细胞代谢和肿瘤发生中作用的关键工具化合物。同时，对PDK1的抑制活性则暗示其在调控细胞代谢、生长和存活信号通路中的潜在价值。此外，双香豆素还被发现具有Hsp90抑制剂的活性，进一步拓展了其作为抗肿瘤先导化合物的研究空间。

本综述旨在全面梳理双香豆素的研究进展，从其化学结构与理化性质出发，追溯其植物来源与提取方法，系统阐述其经典及新兴的药理活性，深入剖析其作用于NQO1、PDK1、维生素K循环等多个靶点的分子机制，并对其成药性、药代动力学特征及临床应用前景进行客观评价与展望，以期为这一经典天然产物的深入研究和潜在转化应用提供全面的学术参考。

化学结构与理化性质

双香豆素（Dicoumarol）的化学结构是其生物学功能的物质基础。其系统命名为3,3′-亚甲基双(4-羟基香豆素)（3,3′-methylenebis(4-hydroxycoumarin)），分子式为C19H12O6，分子量为336.2990 g/mol。结构上，它由两个4-羟基香豆素母核通过一个亚甲基（-CH2-）在3位碳原子上连接而成，形成一个高度对称的分子。每个香豆素环上的4位羟基（-OH）是关键的活性基团，能够与靶点蛋白形成氢键等相互作用。这种二聚体结构显著增强了其与靶点（如NQO1）的结合亲和力，其活性远高于单体4-羟基香豆素。

在理化性质方面，双香豆素表现出典型的弱酸性有机化合物特征。其脂水分配系数（LogP）为3.3017，表明其具有一定的亲脂性，有利于穿透生物膜，但同时也导致其水溶性极差。其计算的水溶性值仅为0.0060 mg/mL，这在实际应用中是一个显著的挑战，限制了其口服给药的生物利用度和制剂开发。拓扑极性表面积（TPSA）为100.88 Ų，这一数值较高，通常与较差的细胞膜通透性相关，并解释了其穿越血脑屏障能力低下的原因。双香豆素在紫外光下有特征吸收，可用于其定性和定量分析。其化学性质相对稳定，但在强碱条件下，内酯环可能发生开环水解。值得注意的是，双香豆素在体内外均能与血浆蛋白（尤其是白蛋白）高度结合，这对其药代动力学行为和药物相互作用具有重要影响。此外，其结构中的多个羰基和羟基官能团，使其具备作为氢键供体和受体的能力，这是其与多种酶和受体发生特异性相互作用的关键。

植物来源与提取方法

双香豆素并非植物直接合成的次生代谢产物，而是植物中的前体物质在特定条件下（主要是真菌感染和霉变）发生化学转化形成的。因此，其“植物来源”具有间接性。主要的天然来源是含有4-羟基香豆素或其前体（如香豆酸、美拉醇等）的植物，特别是豆科（Fabaceae）草木樨属（Melilotus）植物，如黄花草木樨（M. officinalis）和白花草木樨（M. albus）。在正常生长状态下，这些植物含有无毒的香豆素（Coumarin）或其葡萄糖苷。当植物被不当收割、储存，尤其是在潮湿环境下发霉时，真菌（主要是曲霉菌属Aspergillus和青霉菌属Penicillium的某些种）会代谢植物中的香豆素，将其转化为4-羟基香豆素，进而通过酶促或非酶促反应，在两个4-羟基香豆素分子之间引入一个亚甲基桥（可能来源于甲醛），最终生成双香豆素。因此，霉变的草木樨干草是历史上发现和提取双香豆素的经典来源。

除了草木樨，其他含有4-羟基香豆素的植物，如零陵香（Dipteryx odorata）、某些车轴草属（Trifolium）植物，在霉变条件下也可能产生双香豆素。然而，由于双香豆素是霉菌污染的产物，其含量受环境因素影响极大，且存在安全隐患（如其他真菌毒素的共污染），因此从天然植物中提取并非获取该化合物的主流方法。现代研究中，双香豆素主要通过化学合成获得，即通过4-羟基香豆素与甲醛在碱性或酸性条件下缩合而成，产率高且纯度高。

尽管如此，从天然来源（如霉变草木樨）的提取方法仍有其历史意义和研究价值。经典的提取流程通常包括：将霉变植物材料干燥、粉碎，用有机溶剂（如乙醇、丙酮或氯仿）进行渗漉或回流提取。提取液经浓缩后，利用双香豆素在碱性条件下成盐溶解、在酸性条件下沉淀析出的性质进行纯化。具体而言，将浓缩物溶于稀碱液（如氢氧化钠溶液），过滤除去不溶杂质，滤液用酸（如盐酸）调节pH至酸性，双香豆素即沉淀析出。粗产物可通过重结晶（常用溶剂为乙醇或丙酮-水混合溶剂）或柱色谱法（如硅胶柱）进一步纯化，得到白色或微黄色结晶性粉末。现代分析技术，如高效液相色谱（HPLC）和质谱（MS），被用于鉴定和定量提取物中的双香豆素。

药理活性研究

双香豆素的药理活性研究始于其抗凝血作用，并随着现代分子药理学的发展，不断揭示出其在抗肿瘤、抗炎、神经保护等多个领域的潜力。

1. 抗凝血活性：这是双香豆素最经典、最广为人知的药理作用。作为维生素K拮抗剂，双香豆素通过抑制肝脏中维生素K环氧化物还原酶复合体（VKORC1）的活性，阻断维生素K的循环再生。维生素K是γ-谷氨酰羧化酶（GGCX）的必需辅因子，该酶负责将凝血因子II（凝血酶原）、VII、IX、X以及抗凝血蛋白C和S的前体中的谷氨酸残基羧化为γ-羧基谷氨酸（Gla）。Gla残基是这些蛋白与钙离子结合并锚定在磷脂膜表面所必需的，从而发挥其凝血或抗凝血功能。双香豆素通过消耗活性维生素K，导致肝脏合成的这些凝血因子缺乏Gla残基，成为无活性的前体，从而产生强大的抗凝血效应。这一机制使其成为临床上预防和治疗血栓性疾病（如深静脉血栓、肺栓塞、心房颤动相关卒中）的重要药物，尽管目前其应用已基本被华法林等更优效的合成类似物取代，但双香豆素仍是研究维生素K循环和凝血机制的重要工具药。

2. NQO1抑制活性：双香豆素是现代研究中作为NQO1抑制剂的金标准化合物。NQO1是一种黄素酶，催化醌类化合物的两电子还原，将其转化为毒性较低的对苯二酚，同时消耗NAD(P)H。该酶在多种肿瘤细胞中高表达，被认为是一种重要的抗氧化防御酶和肿瘤细胞保护因子。双香豆素以极高的亲和力（IC50 = 0.37 μM）竞争性地抑制NQO1的活性。其抑制作用机制是双重的：一方面，它作为底物类似物与醌类底物竞争NQO1的活性位点；另一方面，它能与NQO1的辅因子FAD形成电荷转移复合物，从而抑制酶的催化循环。通过抑制NQO1，双香豆素可以：a) 增强醌类化疗药物（如丝裂霉素C、β-拉帕醌）的细胞毒性，因为抑制了NQO1对它们的解毒作用；b) 增加细胞内活性氧（ROS）水平，诱导氧化应激，从而选择性杀伤依赖NQO1抗氧化防御的肿瘤细胞；c) 影响细胞内的NAD+/NADH比例和能量代谢。因此，双香豆素被广泛用于研究NQO1在肿瘤发生、氧化应激、细胞凋亡和药物敏感性中的作用。

3. PDK1抑制活性：研究发现，双香豆素是PDK1的抑制剂（IC50 = 19.42 μM）。PDK1是PI3K/Akt信号通路中的关键激酶，负责磷酸化并激活Akt、S6K、SGK等下游激酶，从而调控细胞生长、增殖、存活和代谢。PDK1的异常激活与多种癌症的发生发展密切相关。双香豆素抑制PDK1的活性，可以阻断Akt的磷酸化，进而抑制下游信号传导，诱导肿瘤细胞凋亡和生长停滞。这一发现为双香豆素作为多靶点抗肿瘤药物提供了新的理论基础，也提示其可能通过同时抑制NQO1和PDK1，产生协同抗肿瘤效应。

4. 其他药理活性：

   • Hsp90抑制活性：热休克蛋白90（Hsp90）是一种分子伴侣，负责维持其客户蛋白（包括许多致癌激酶和转录因子）的正确折叠、稳定和功能。双香豆素被报道为Hsp90的抑制剂，可能通过干扰其ATP酶活性或与客户蛋白的相互作用，导致多种致癌蛋白的降解，从而发挥广谱抗肿瘤作用。
   • 抗炎活性：双香豆素可通过抑制NF-κB信号通路、降低促炎细胞因子（如TNF-α、IL-6）的产生，表现出一定的抗炎活性。
   • 抗菌与抗病毒活性：部分研究报道了双香豆素对某些细菌和病毒（如SARS-CoV-2的主要蛋白酶）具有抑制作用，但其活性相对较弱，机制尚不完全明确。
   • 神经保护作用：在细胞和动物模型中，双香豆素通过其抗氧化和抗凋亡机制，显示出对神经退行性疾病（如帕金森病、阿尔茨海默病）的潜在保护作用，但其复杂的药理作用（如抗凝血）限制了其在神经系统疾病中的应用。

作用机制与分子靶点

双香豆素的药理作用是多靶点、多机制共同作用的结果。其核心作用机制可归纳为以下几个方面：

1. 维生素K循环拮抗机制（抗凝血）：这是双香豆素最经典的作用机制。靶点为维生素K环氧化物还原酶复合体亚基1（VKORC1）。双香豆素作为VKORC1的竞争性抑制剂，阻止氧化型维生素K（维生素K 2,3-环氧化物）还原为还原型维生素K（维生素K对苯二酚）。还原型维生素K是γ-谷氨酰羧化酶（GGCX）的必需辅因子。GGCX负责将凝血因子II、VII、IX、X以及抗凝血蛋白C、S前体中的谷氨酸残基羧化为γ-羧基谷氨酸（Gla）。Gla残基是这些蛋白与钙离子结合并锚定在血小板磷脂表面所必需的，从而发挥其生物学功能。双香豆素通过阻断维生素K的循环再生，导致肝脏合成的这些凝血因子缺乏Gla残基，成为无活性的前体，从而产生抗凝血效应。其作用靶点还包括与凝血级联反应相关的多个蛋白，如SERPINE1（纤溶酶原激活物抑制剂-1）、F3（组织因子）、F2（凝血酶原）、F7（凝血因子VII）、F9（凝血因子IX）、F10（凝血因子X）、VWF（血管性血友病因子）、PROC（蛋白C）和PROS1（蛋白S），但双香豆素是通过影响这些蛋白的翻译后修饰（Gla化）来间接调节其活性，而非直接作用于这些蛋白本身。

2. NQO1抑制机制：靶点为NAD(P)H:醌氧化还原酶1（NQO1）。双香豆素是NQO1的强效竞争性抑制剂。其抑制机制包括：a) 与底物竞争：双香豆素的结构与NQO1的天然底物（如醌类）相似，能占据酶的活性位点，阻止底物结合；b) 与辅因子FAD相互作用：双香豆素能与NQO1的辅因子黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）形成稳定的电荷转移复合物，干扰FAD的氧化还原循环，从而抑制整个催化过程。通过抑制NQO1，双香豆素阻断了醌类化合物的解毒途径，导致细胞内ROS水平升高，诱导氧化应激，并影响NAD+/NADH的平衡。这一机制是其增强某些化疗药物（如丝裂霉素C）毒性、选择性杀伤NQO1高表达肿瘤细胞的基础。

3. PDK1抑制机制：靶点为3-磷酸肌醇依赖性蛋白激酶1（PDK1）。双香豆素通过结合于PDK1的ATP结合口袋或别构位点，抑制其激酶活性。PDK1是PI3K/Akt信号通路的关键节点，负责磷酸化并激活Akt（蛋白激酶B）。Akt的激活进一步磷酸化一系列下游底物，如mTOR、GSK-3β、Bad、Caspase-9等，从而促进细胞存活、增殖、生长和代谢。双香豆素抑制PDK1，导致Akt磷酸化水平降低，下游信号通路受阻，最终诱导肿瘤细胞凋亡和抑制其生长。这一机制与NQO1抑制机制协同，可能产生更强的抗肿瘤效果。

4. Hsp90抑制机制：靶点为热休克蛋白90（Hsp90）。Hsp90是一种分子伴侣，其功能依赖于ATP的结合与水解。双香豆素可能通过结合于Hsp90的N端ATP结合域，抑制其ATP酶活性，从而破坏Hsp90的分子伴侣功能。这导致Hsp90的客户蛋白（如Her2、Akt、Raf-1、CDK4、突变型p53等）无法正确折叠，最终被泛素-蛋白酶体途径降解。由于许多客户蛋白是关键的致癌驱动因子，Hsp90抑制可同时阻断多条致癌信号通路，产生广谱抗肿瘤效应。

成药性评价与药代动力学

双香豆素作为一个经典药物，其成药性特征既有成功的一面，也面临显著的挑战。

成药性评价：
* 优点：
* 明确的靶点和机制：对VKORC1、NQO1、PDK1等靶点的抑制作用明确，为药物设计提供了清晰的蓝图。
* 经典的口服抗凝药：历史上作为口服抗凝药成功使用，证明了其在人体内的有效性和一定的安全性（尽管治疗窗窄）。
* 多靶点潜力：其多靶点特性（NQO1、PDK1、Hsp90）使其在抗肿瘤等复杂疾病领域具有独特优势。
* 缺点与挑战：
* 极差的水溶性：水溶性仅为0.0060 mg/mL，严重限制了其口服吸收和生物利用度，是制剂开发的主要障碍。
* 狭窄的治疗窗：作为抗凝药，其抗凝血效应与出血风险之间的安全范围很窄，需要频繁监测凝血功能（如国际标准化比值INR），个体差异大，易受食物和药物相互作用影响。
* 高血浆蛋白结合率：与血浆蛋白（主要是白蛋白）高度结合（>99%），这限制了游离药物浓度，并使其容易与其他高蛋白结合药物发生置换，导致药效和毒性剧烈波动。
* 代谢与药物相互作用：主要通过肝脏CYP450酶系（如CYP2C9）代谢，是多种药物相互作用的常见位点。
* hERG安全性：Ames试验结果为0.9，提示其可能具有潜在的遗传毒性风险，需要进一步评估。hERG抑制结果为阴性，表明其心脏毒性风险相对较低。
* 血脑屏障通透性低：TPSA较高（100.88 Ų），LogP适中（3.30），导致其难以穿越血脑屏障，限制了其在中枢神经系统疾病中的应用。

药代动力学特征：
* 吸收：口服吸收缓慢且不完全，生物利用度个体差异大。极低的水溶性是吸收的主要限速步骤。食物（尤其是富含维生素K的食物）会显著影响其吸收和药效。
* 分布：在体内分布广泛，但主要与血浆白蛋白紧密结合。表观分布容积较小。
* 代谢：主要在肝脏通过CYP450酶系（主要是CYP2C9）进行氧化代谢，生成无活性的羟基化代谢产物。
* 排泄：代谢产物主要经尿液和胆汁排泄。双香豆素本身及其代谢物可能存在肠肝循环，导致其半衰期较长（约1-3天，但个体差异大）。
* 药效动力学：其抗凝血效应起效慢（需待体内已有的活性凝血因子被消耗），停药后效应持续时间长（需待新的活性凝血因子合成）。其抗凝血强度通过凝血酶原时间（PT）或INR进行监测。

临床应用前景与展望

尽管双香豆素作为一线抗凝药的地位已被华法林、达比加群、利伐沙班等新型药物取代，但其独特的药理特性使其在现代医学研究和潜在临床应用中仍具有不可忽视的价值。

1. 抗肿瘤领域的潜在应用：
这是双香豆素最具前景的研究方向。其作为NQO1和PDK1的双重抑制剂，为开发新型抗肿瘤策略提供了独特思路。
* 联合化疗增敏剂：利用双香豆素抑制NQO1，可以增强醌类化疗药物（如丝裂霉素C、β-拉帕醌）对NQO1高表达肿瘤（如非小细胞肺癌、乳腺癌、结直肠癌）的杀伤效果，同时可能保护NQO1低表达的正常组织。这种“合成致死”策略是当前肿瘤治疗的研究热点。
* 靶向肿瘤代谢：通过抑制PDK1，双香豆素可以阻断PI3K/Akt信号通路，抑制肿瘤细胞的糖酵解（Warburg效应）和生长。与NQO1抑制引起的氧化应激协同，可能有效抑制肿瘤细胞的能量代谢和抗氧化防御。
* Hsp90抑制剂：作为Hsp90抑制剂，双香豆素可以同时降解多种致癌客户蛋白，具有广谱抗肿瘤潜力。但其较低的效力和较差的药代性质限制了其直接应用，可作为先导化合物进行结构优化。

2. 作为工具药的研究价值：
双香豆素是研究NQO1生物学功能的金标准工具化合物。在基础研究中，它被广泛用于：
* 阐明NQO1在氧化应激、细胞凋亡、自噬、炎症和衰老中的作用。
* 研究NQO1在肿瘤发生、发展和耐药中的机制。
* 筛选和评价新型NQO1抑制剂或激活剂。
* 研究维生素K循环及其在凝血、骨代谢和血管钙化中的作用。

3. 结构优化与新型药物开发：
鉴于双香豆素成药性上的缺陷，其结构骨架是药物化学家进行优化的理想起点。未来的研究方向包括：
* 提高水溶性：通过引入极性基团（如羧基、氨基、磷酸基）或制备前药（如磷酸酯、氨基酸酯），改善其水溶性和口服生物利用度。
* 提高选择性：通过结构修饰，增强对特定靶点（如NQO1或PDK1）的选择性，降低对其他靶点（如VKORC1）的活性，从而减少抗凝血等副作用。
* 改善药代动力学：通过结构修饰，降低血浆蛋白结合率，优化代谢稳定性，延长半衰期。
* 开发新型制剂：利用纳米技术（如脂质体、聚合物胶束、纳米晶体）包裹双香豆素，提高其溶解度和靶向递送效率。

4. 其他潜在应用：
* 抗炎与自身免疫性疾病：基于其NF-κB抑制活性，探索其在类风湿性关节炎、炎症性肠病等疾病中的应用。
* 心血管疾病：除了抗凝血，其对血管平滑肌细胞增殖和迁移的抑制作用，可能对防治血管再狭窄有益。
* 神经退行性疾病：尽管血脑屏障通透性低，但通过纳米递送系统或结构修饰，可能实现其在脑部的有效浓度，用于研究或治疗与氧化应激相关的神经退行性疾病。

结语

双香豆素，这一源自霉变牧草的天然产物，以其独特的发现历程和明确的药理机制，在药物发展史上留下了浓墨重彩的一笔。从最初揭示维生素K拮抗抗凝血机制，到现代被鉴定为NQO1、PDK1和Hsp90的多靶点抑制剂，双香豆素的研究历程本身就是一部天然产物药理学发展的缩影。它既是一个成功的临床药物（抗凝药），也是一个不可或缺的分子工具，更是一个充满潜力的先导化合物。

尽管其作为一线抗凝药的地位已被取代，且自身存在水溶性差、治疗窗窄等成药性缺陷，但双香豆素在抗肿瘤、联合化疗增敏、靶向肿瘤代谢等前沿领域展现出的独特价值，使其研究远未终结。未来，通过药物化学的结构优化、新型药物递送系统的开发以及基于其多靶点特性的联合治疗策略的探索，有望克服其固有缺陷，释放其作为新型治疗药物的巨大潜力。对双香豆素的深入研究，不仅有助于我们更深刻地理解NQO1、PDK1等关键靶点在疾病中的作用，也为开发基于天然产物骨架的创新药物提供了宝贵的思路和范例。双香豆素的故事，远未结束，它正从一个经典的老药，迈向一个充满希望的新生。