冬凌草甲素

英文名: Oridonin
中文别名:
英文别名: Isodonol; Rubescensin; Rubescensin A
Cas 号: 28957-04-2
产品编码：BP1041
分子式: C₂₀H₂₈O₆
分子量: 364.438
来源: Rabdosia (Isodon) spp. such as Rabdosia rubecens, Rabdosia trichocarpa and Rabdosia japonicus

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，标准包装10mg，20mg，50mg；可以按客户需求包装。
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冬凌草甲素的HPLC图谱

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重要源泉，在人类抗击疾病的漫长历史中扮演着不可替代的角色。从传统草药中分离鉴定具有显著生物活性的化合物，并阐明其作用机制，是现代药物化学与药理学研究的核心任务之一。冬凌草甲素（Oridonin，CAS号：28957-04-2），又名NSC-250682，是一种从唇形科香茶菜属植物冬凌草（Rabdosia rubescens，亦称Isodon rubescens）中分离得到的天然二萜类化合物。冬凌草作为一种民间常用中草药，在中国河南、河北、山西等地广泛分布，素有“冬凌草”之称，因其茎叶在冬季凝结冰凌而得名，民间常用于治疗咽喉肿痛、扁桃体炎、蛇虫咬伤等症。自20世纪70年代以来，我国学者对冬凌草的化学成分和药理活性进行了系统研究，发现其富含多种二萜类化合物，其中冬凌草甲素因其显著的抗肿瘤活性而备受关注。

冬凌草甲素属于对映-贝壳杉烷（ent-kaurane）型二萜，其分子结构独特，含有一个α,β-不饱和酮结构单元和一个环戊酮结构。早期研究已证实，冬凌草甲素对多种肿瘤细胞株表现出广谱的细胞毒性，其作用机制涉及诱导细胞凋亡、抑制细胞增殖、抗血管生成等多个方面。随着研究的深入，冬凌草甲素被发现是一种有效的AKT蛋白激酶抑制剂，其对AKT1和AKT2亚型的IC50值分别为8.4 μM和8.9 μM。AKT信号通路是调控细胞生存、增殖、代谢和凋亡的关键通路，在多种恶性肿瘤中常处于异常激活状态，因此，靶向AKT已成为抗肿瘤药物开发的重要策略。冬凌草甲素对AKT的抑制作用，为其抗肿瘤活性提供了关键的分子解释。此外，研究还揭示了冬凌草甲素对MCL1、BCL2、STAT3、MMP2、TOP1、HIF1A、TOP2A、MAPK1、ESR1、CYP19A1等多个与肿瘤发生发展密切相关的靶点具有调控作用，显示出其多靶点、多途径的作用特点。

除了抗肿瘤活性，冬凌草甲素还展现出抗菌、抗炎、抗氧化、神经保护等多种药理作用，使其成为一个极具开发潜力的天然先导化合物。然而，其复杂的化学结构、有限的天然资源以及潜在的成药性挑战，也对其进一步的临床转化提出了要求。本文将从化学结构与理化性质、植物来源与提取方法、药理活性、作用机制与分子靶点、成药性评价与药代动力学以及临床应用前景等方面，对冬凌草甲素的研究进展进行系统综述，旨在为这一重要天然产物的深入研究与开发提供参考。

化学结构与理化性质

冬凌草甲素的化学结构是其发挥生物活性的基础。其化学名为(1α,6β,7α,14β)-6,7,14,20-四羟基-16-贝壳杉烯-15-酮，分子式为C₂₀H₂₈O₆，分子量为364.4380 g/mol。从结构上看，冬凌草甲素属于对映-贝壳杉烷型四环二萜，其核心骨架由A、B、C、D四个环组成。其中，A环为六元环，B环和C环为六元环并合，D环为五元环。该分子含有多个羟基（-OH）和一个羰基（C=O），具体而言，在C-1、C-6、C-7、C-14位各有一个羟基，在C-15位有一个羰基，C-16位与C-17位之间形成一个环外亚甲基（=CH₂）。这种多羟基和羰基的存在，使得冬凌草甲素具有形成氢键的潜力，能够与生物大分子（如蛋白质、核酸）发生相互作用。特别是C-15位的羰基与C-16位的亚甲基构成的α,β-不饱和酮结构单元，是一个经典的Michael加成受体，能够与蛋白质半胱氨酸残基上的巯基（-SH）发生共价结合，这被认为是其发挥抗肿瘤活性的关键机制之一。

在理化性质方面，冬凌草甲素为白色或类白色结晶性粉末，无臭，味苦。其LogP值为0.9503，表明其具有一定的亲脂性，但总体而言亲脂性不强。其拓扑极性表面积（TPSA）为107.2200 Ų，这一数值较高，通常意味着分子具有较好的水溶性，但也可能影响其跨膜转运能力。事实上，冬凌草甲素的水溶性（0.4276 mg/mL）并不理想，属于微溶范畴，这在一定程度上限制了其生物利用度。值得注意的是，其血脑屏障（BBB）穿透性被评估为“高”，提示该化合物有可能进入中枢神经系统，这为其在脑部疾病（如脑胶质瘤）中的应用提供了可能性。此外，hERG抑制预测结果为“否”，表明其引发心脏毒性的风险较低；Ames试验结果为0.0，提示其无明显的致突变性。这些初步的成药性评价结果，为冬凌草甲素的进一步开发提供了积极的信号，但水溶性差、代谢稳定性等问题仍需通过结构修饰或剂型优化来解决。

植物来源与提取方法

冬凌草甲素主要来源于唇形科香茶菜属植物冬凌草（Rabdosia rubescens (Hemsl.) Hara，亦常写作Isodon rubescens）。该植物为多年生草本或亚灌木，主要分布于中国黄河流域及其以南的多个省份，如河南、河北、山西、陕西、甘肃、湖北、湖南、四川、贵州等地。其中，以河南省济源市王屋山地区出产的冬凌草品质最佳，其冬凌草甲素含量相对较高。冬凌草的地上部分（茎、叶）是主要的药用部位，民间常将其晒干后泡茶饮用，用于治疗咽喉炎、扁桃体炎等。现代研究证实，冬凌草甲素在冬凌草中的含量因产地、采收季节、植株部位等因素而异，一般在0.1%至0.5%之间，属于含量较低的微量成分。

传统的冬凌草甲素提取方法主要基于溶剂提取法。通常将干燥的冬凌草茎叶粉碎后，用乙醇或甲醇进行回流提取或渗漉提取。提取液经减压浓缩后，得到浸膏。然后利用冬凌草甲素在不同溶剂中的溶解度差异，采用液-液萃取法进行初步纯化，例如用石油醚、乙酸乙酯等溶剂依次萃取，冬凌草甲素主要富集在乙酸乙酯萃取层。进一步的分离纯化则依赖于硅胶柱层析、重结晶等经典色谱技术。由于冬凌草甲素结构中含有多个羟基，极性较大，在硅胶柱层析中常用氯仿-甲醇、乙酸乙酯-甲醇等混合溶剂系统进行梯度洗脱。通过反复柱层析和重结晶，可以获得纯度较高的冬凌草甲素单体。然而，传统方法存在步骤繁琐、溶剂消耗量大、收率低、周期长等缺点，难以满足大规模生产和科研需求。

近年来，为了提高提取效率和纯度，多种现代提取技术被应用于冬凌草甲素的制备。例如，超声辅助提取（UAE）利用超声波的空化效应和机械振动，能够有效破坏植物细胞壁，加速溶剂渗透和有效成分溶出，从而显著缩短提取时间并提高提取率。微波辅助提取（MAE）则利用微波的穿透性和选择性加热，使植物内部水分迅速蒸发产生压力，导致细胞破裂，同样能提高提取效率。此外，超临界流体萃取（SFE）技术，特别是使用二氧化碳作为萃取剂，因其无毒、无残留、操作温度低等优点，在提取热敏性天然产物方面显示出独特优势。对于冬凌草甲素的纯化，高速逆流色谱（HSCCC）和制备型高效液相色谱（Prep-HPLC）等现代分离技术也得到了应用，能够实现一步法或快速分离，获得高纯度的目标化合物。这些新技术的应用，不仅提高了冬凌草甲素的提取效率和纯度，也为后续的药理研究和药物开发提供了物质基础。

药理活性研究

冬凌草甲素的药理活性研究主要集中在其抗肿瘤作用上，同时其抗菌、抗炎、抗氧化等活性也引起了广泛关注。

抗肿瘤活性：冬凌草甲素对多种人类肿瘤细胞系均表现出显著的增殖抑制和细胞毒性作用，包括但不限于肝癌、肺癌、乳腺癌、胃癌、结直肠癌、前列腺癌、膀胱癌、宫颈癌、白血病、黑色素瘤、骨肉瘤等。其作用浓度通常在微摩尔级别，且对正常细胞的毒性相对较低，显示出一定的选择性。体内实验也证实，冬凌草甲素能够抑制裸鼠移植瘤的生长，延长荷瘤小鼠的生存期。例如，在肝癌模型中，冬凌草甲素可通过诱导细胞凋亡和自噬性死亡来抑制肿瘤生长；在乳腺癌模型中，它能抑制雌激素受体阳性（ER+）和三阴性乳腺癌（TNBC）细胞的增殖；在肺癌模型中，它能逆转非小细胞肺癌（NSCLC）对化疗药物的耐药性。这些研究结果表明，冬凌草甲素具有广谱的抗肿瘤潜力。

抗菌活性：冬凌草甲素对多种细菌和真菌具有抑制作用。早期研究发现，它对金黄色葡萄球菌、溶血性链球菌、肺炎球菌、大肠杆菌、痢疾杆菌等常见致病菌有不同程度的抑制作用。其抗菌机制可能与破坏细菌细胞膜完整性、抑制细菌核酸或蛋白质合成有关。近年来，研究还发现冬凌草甲素对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）等耐药菌株也具有一定的抗菌活性，这为开发新型抗菌药物提供了思路。

抗炎活性：冬凌草甲素在多种炎症模型中表现出抗炎作用。在脂多糖（LPS）刺激的巨噬细胞模型中，它能显著抑制促炎因子如肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素-6（IL-6）、白细胞介素-1β（IL-1β）和一氧化氮（NO）的产生。其抗炎机制与抑制核因子κB（NF-κB）和丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号通路的激活有关。此外，在动物模型中，冬凌草甲素对急性肺损伤、结肠炎、关节炎等炎症性疾病也显示出保护作用。

其他活性：除了上述主要活性，冬凌草甲素还展现出抗氧化、神经保护、抗纤维化、抗病毒等多种药理作用。例如，它能清除自由基，减轻氧化应激损伤；在阿尔茨海默病模型中，它能减少β-淀粉样蛋白（Aβ）的聚集和神经毒性；在肝纤维化模型中，它能抑制肝星状细胞的活化和胶原沉积。这些多样化的药理活性，进一步拓展了冬凌草甲素的潜在应用范围。

作用机制与分子靶点

冬凌草甲素的药理活性，尤其是其抗肿瘤作用，是通过多靶点、多途径的复杂机制实现的。其核心机制之一是其作为AKT蛋白激酶抑制剂的作用。AKT（又称蛋白激酶B，PKB）是PI3K/AKT/mTOR信号通路的核心节点，在调控细胞生存、增殖、代谢、迁移和血管生成中发挥关键作用。在多种癌症中，AKT常因基因突变或上游信号异常而过度激活，导致肿瘤细胞获得生存优势。冬凌草甲素能够直接与AKT结合，抑制其激酶活性，从而阻断下游信号传导。具体而言，它对AKT1和AKT2亚型的IC50值分别为8.4 μM和8.9 μM。通过抑制AKT，冬凌草甲素可以下调其下游效应分子，如mTOR、GSK-3β、FOXO、Bad等，进而诱导细胞周期阻滞和凋亡。

除了直接靶向AKT，冬凌草甲素还通过多种其他机制发挥抗肿瘤作用：

1. 诱导细胞凋亡：冬凌草甲素可通过内源性（线粒体）和外源性（死亡受体）两条途径诱导肿瘤细胞凋亡。它能够下调抗凋亡蛋白MCL1和BCL2的表达，同时上调促凋亡蛋白Bax、Bak的表达，导致线粒体膜电位下降，细胞色素c释放，进而激活Caspase-9和Caspase-3，启动凋亡级联反应。此外，它还能通过激活JNK和p38 MAPK信号通路，上调死亡受体（如Fas、DR5）的表达，增强肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体（TRAIL）诱导的凋亡。

2. 抑制STAT3信号通路：信号转导与转录激活因子3（STAT3）在多种癌症中持续激活，促进肿瘤细胞增殖、存活和血管生成。冬凌草甲素能够抑制STAT3的磷酸化（Tyr705位点），从而抑制其核转位和转录活性。这导致其下游靶基因，如Cyclin D1、Survivin、VEGF、MMP2等的表达下调，从而抑制肿瘤细胞增殖、诱导凋亡并抑制血管生成和转移。

3. 抑制血管生成：肿瘤的生长和转移依赖于新生血管的形成。冬凌草甲素能够抑制缺氧诱导因子1α（HIF1A）的表达和稳定性，进而下调其靶基因血管内皮生长因子（VEGF）的表达。同时，它还能直接抑制内皮细胞的增殖、迁移和管腔形成。这些作用共同抑制了肿瘤血管生成。

4. 抑制拓扑异构酶活性：拓扑异构酶I（TOP1）和拓扑异构酶II（TOP2A）是DNA复制和转录所必需的酶，也是重要的抗肿瘤药物靶点。研究表明，冬凌草甲素能够抑制TOP1和TOP2A的活性，导致DNA损伤，从而抑制肿瘤细胞增殖。

5. 调控其他信号通路：冬凌草甲素还能通过影响MAPK信号通路（如抑制ERK1/2，激活JNK/p38）、雌激素受体信号通路（如下调ESR1和CYP19A1的表达）、Wnt/β-catenin通路、NF-κB通路等，发挥其抗肿瘤作用。此外，它还能诱导肿瘤细胞发生自噬，自噬在肿瘤发生发展中具有双重作用，既可促进细胞生存，也可导致细胞死亡，具体作用取决于细胞类型和微环境。

综上所述，冬凌草甲素通过直接抑制AKT，并协同调控STAT3、MAPK、NF-κB、HIF-1α、BCL2家族、拓扑异构酶等多个关键靶点和信号通路，形成了一个复杂的网络调控机制，从而实现对肿瘤细胞增殖、凋亡、血管生成、转移等多方面的抑制。

成药性评价与药代动力学

尽管冬凌草甲素具有显著的药理活性，但其成药性面临诸多挑战，主要体现在药代动力学性质方面。根据提供的成药性参数，冬凌草甲素的分子量（364.44 Da）符合“五规则”（<500 Da），LogP值（0.95）也处于合理范围（-0.4~5.6），但TPSA（107.22 Ų）较高（通常认为<140 Ų为佳），水溶性（0.43 mg/mL）较差，这直接影响了其口服吸收和生物利用度。

吸收：冬凌草甲素的水溶性差，导致其在水性环境中的溶出度低，这是限制其口服吸收的首要因素。虽然其LogP值表明具有一定的亲脂性，有利于透过生物膜，但过高的TPSA和分子内氢键可能阻碍其被动扩散。因此，冬凌草甲素的口服生物利用度通常很低。动物实验表明，口服给药后，冬凌草甲素的血药浓度峰值低，达峰时间短，绝对生物利用度可能不足10%。为了提高其口服吸收，研究者尝试了多种策略，如制备成磷脂复合物、脂质体、纳米粒、环糊精包合物等，这些剂型能够显著提高其水溶性和口服生物利用度。

分布：冬凌草甲素在体内分布广泛。值得注意的是，其血脑屏障穿透性被评估为“高”，提示它有可能进入脑组织。这一特性对于治疗脑部肿瘤（如胶质母细胞瘤）或神经系统疾病具有重要意义。然而，这也可能带来潜在的中枢神经系统副作用，需要进一步评估。其与血浆蛋白的结合率尚不完全清楚，但鉴于其结构中含有多个羟基，可能与血浆蛋白发生一定程度的结合。

代谢：冬凌草甲素在体内主要经历I相和II相代谢。I相代谢主要由细胞色素P450酶系（CYP450）介导，可能发生羟基化、氧化等反应。II相代谢则包括与葡萄糖醛酸、硫酸等结合，形成水溶性更高的代谢物，便于排出体外。由于其结构中含有多个羟基，葡萄糖醛酸结合可能是其主要代谢途径。代谢稳定性差是导致其体内半衰期短、清除快的另一个重要原因。结构修饰，如引入氟原子、甲基化羟基等，是提高其代谢稳定性的常用策略。

排泄：冬凌草甲素及其代谢物主要通过胆汁和尿液排泄。由于其水溶性差，原型药物在尿液中的排泄量可能较少，而代谢物则主要通过尿液和粪便排出。

安全性：初步的成药性评价显示，冬凌草甲素无hERG抑制活性（心脏毒性风险低），Ames试验阴性（无致突变性），这为其安全性提供了积极信号。然而，其潜在的肝毒性、肾毒性、以及长期用药的安全性仍需通过系统的毒理学研究来评估。已有研究表明，高剂量的冬凌草甲素可能对肝脏和肾脏造成一定损伤，但其治疗窗口相对较宽。

总体而言，冬凌草甲素作为一个天然先导化合物，其药理活性明确，作用机制独特，但药代动力学性质不佳是其临床转化的主要瓶颈。未来的研究重点应放在通过结构修饰（如前药设计、骨架改造）或新型给药系统（如纳米制剂、靶向递送系统）来改善其水溶性、代谢稳定性和生物利用度，同时保持或增强其药理活性。

临床应用前景与展望

冬凌草甲素作为一种具有多靶点作用机制的天然产物，在抗肿瘤及其他疾病的治疗领域展现出广阔的应用前景。

抗肿瘤治疗：鉴于冬凌草甲素对多种肿瘤细胞的有效抑制作用及其对AKT、STAT3等关键致癌信号通路的调控能力，它有望被开发为一种新型的抗肿瘤药物。其应用前景主要体现在以下几个方面：
1. 单一用药：对于某些对冬凌草甲素敏感的肿瘤类型，如肝癌、乳腺癌、白血病等，经过结构优化或剂型改良后，有可能成为有效的治疗药物。
2. 联合用药：冬凌草甲素与现有化疗药物（如顺铂、紫杉醇、阿霉素、5-氟尿嘧啶等）或靶向药物（如索拉非尼、吉非替尼等）联合使用，可能产生协同增效作用，克服肿瘤耐药性，并降低化疗药物的毒副作用。例如，研究表明冬凌草甲素能够增强TRAIL诱导的凋亡，逆转肿瘤细胞对TRAIL的耐药性。
3. 辅助治疗：在放疗或手术后，冬凌草甲素可作为辅助治疗药物，清除残留的肿瘤细胞，预防肿瘤复发和转移。
4. 靶向递送：利用其血脑屏障穿透性，开发靶向脑胶质瘤的纳米递送系统，有望提高脑部肿瘤的治疗效果。

其他疾病治疗：
1. 炎症性疾病：冬凌草甲素的抗炎活性使其在治疗慢性炎症性疾病（如类风湿性关节炎、炎症性肠病、哮喘等）方面具有潜力。
2. 感染性疾病：其对耐药菌（如MRSA）的抗菌活性，为开发新型抗菌药物提供了思路。
3. 神经退行性疾病：其抗氧化和神经保护作用，使其在阿尔茨海默病、帕金森病等神经退行性疾病的治疗中具有潜在价值。

面临的挑战与未来方向：
尽管前景广阔，冬凌草甲素的临床转化仍面临诸多挑战：
1. 药代动力学性质：水溶性差、代谢不稳定、口服生物利用度低是核心问题。未来需要通过前药设计、结构修饰（如引入极性基团、封闭代谢位点）或开发新型给药系统（如脂质体、纳米粒、聚合物胶束）来克服。
2. 作用机制复杂性：其多靶点作用机制既是优势也是挑战。需要更深入地阐明其在体内发挥主要药效的关键靶点和信号通路，以及不同靶点间的协同或拮抗关系。
3. 毒理学研究：需要进行系统的急性和慢性毒理学研究，明确其安全剂量范围、潜在毒性靶器官（如肝、肾）以及长期用药的安全性。
4. 资源可持续性：冬凌草中冬凌草甲素含量低，天然资源有限。需要发展高效的化学合成或生物合成方法，以满足未来可能的规模化生产需求。
5. 临床试验：目前冬凌草甲素相关的临床试验较少，多为初步的探索性研究。未来需要开展设计严谨、样本量充足的临床试验，以验证其临床疗效和安全性。

结语

冬凌草甲素作为从传统中草药冬凌草中分离得到的对映-贝壳杉烷型二萜，凭借其独特的化学结构和显著的生物活性，尤其是作为AKT抑制剂在抗肿瘤领域的突出表现，已成为天然产物药理学研究的热点分子。其通过调控AKT、STAT3、MAPK、NF-κB、BCL2家族、HIF-1α、拓扑异构酶等多个关键靶点和信号通路，发挥广谱的抗肿瘤、抗菌、抗炎等药理作用，展现出多靶点、多途径的作用特点。然而，其水溶性差、代谢不稳定、口服生物利用度低等药代动力学缺陷，严重制约了其临床转化进程。

未来，冬凌草甲素的研究应聚焦于以下几个方面：一是通过药物化学手段（如结构修饰、前药设计）和药剂学手段（如纳米制剂）系统改善其成药性；二是利用现代分子生物学和组学技术，深入阐明其在体内的作用网络和关键靶点；三是开展系统的毒理学和药代动力学研究，为其安全用药提供依据；四是探索其与现有药物的协同作用，开发有效的联合治疗方案。我们有理由相信，随着研究的不断深入和技术手段的进步，冬凌草甲素这一天然产物有望克服其成药性瓶颈，最终转化为造福人类健康的药物，尤其是在肿瘤治疗领域发挥重要作用。