1-甲氧羰基-咔巴啉(苦木碱B)

产品名称：1-甲氧羰基-咔巴啉
别名：1-甲氧甲酰基-β-咔巴啉；苦木碱B；1-甲氧基羰基-beta-咔啉
Product name: 1-Methoxycarbonyl-β-carboline
Synonym name: Kumujan B; 1-Methoxycarbonyl-beta-carboline
Catalogue No.: SBP00622
Cas No.: 3464-66-2
Formula: C₁₃H₁₀N₂O₂
Mol Weight: 226.235
Botanical Source:
Physical Description: Yellow powder
Type of Compound: Alkaloids

Purity: 95%~99%
Analysis Method: HPLC-DAD or/and HPLC-ELSD
Identification Method: Mass, NMR
Packing: Brown vial or HDPE plastic bottle
The product could be supplied from milligrams to grams. Inquire for bulk scale.
We provide solution to improve the water-solubility of compounds, thereby facilitating the variety of activity tests and clinic uses.

For Reference Standard and R&D, Not for Human Use Directly.

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。其中，β-咔啉（β-carboline）生物碱是一类结构独特、分布广泛且生物活性多样的天然化合物家族，其核心结构由吲哚并吡啶环系构成。这类化合物因其显著的抗肿瘤、抗病毒、抗炎、神经保护等多种药理活性而备受关注。在众多β-咔啉衍生物中，1-甲氧羰基-β-咔啉，即苦木碱B（1-Methoxycarbonyl-β-carboline，CAS号：3464-66-2），因其独特的化学结构和在多种肿瘤模型中展现出的潜在抗肿瘤活性，成为近年来天然产物药理学研究的热点之一。

苦木碱B最初从苦木科（Simaroubaceae）植物，尤其是苦木（Picrasma quassioides）中分离鉴定。苦木作为一种传统中药材，其味苦性寒，具有清热燥湿、解毒杀虫之功效，民间常用于治疗痢疾、湿疹、疮疖等疾病。现代药理学研究揭示了苦木提取物及其所含的β-咔啉类生物碱具有显著的抗肿瘤、抗炎和抗菌活性。苦木碱B作为其中的代表性成分，其抗肿瘤作用尤为突出，研究显示其对多种癌细胞系具有抑制增殖、诱导凋亡和抑制转移的能力。

本文旨在对1-甲氧羰基-β-咔啉（苦木碱B）进行全面的专业综述。文章将系统阐述其化学结构与理化性质，追溯其植物来源与提取方法，深入探讨其抗肿瘤等药理活性，详细解析其作用机制与分子靶点，并基于成药性参数进行初步评价与药代动力学分析，最后展望其临床应用前景。通过对该化合物的多维度剖析，期望为天然产物化学、药理学及药物开发领域的研究者提供有价值的参考，并推动其向临床候选药物的转化进程。

化学结构与理化性质

1-甲氧羰基-β-咔啉（1-Methoxycarbonyl-β-carboline）的化学结构核心为β-咔啉骨架，即一个吲哚环与一个吡啶环稠合而成的三环体系。其关键的结构特征在于β-咔啉环系的1位碳原子上连接有一个甲氧羰基（-COOCH₃）取代基。这一取代基赋予了该分子独特的化学性质和生物活性。从系统命名法来看，其IUPAC名称为methyl 9H-pyrido[3,4-b]indole-1-carboxylate。该分子式为C₁₃H₁₀N₂O₂，分子量为226.2350 g/mol。

在理化性质方面，苦木碱B表现出典型的生物碱特性。其脂水分配系数（LogP）为2.4465，表明该化合物具有适中的亲脂性，这有利于其穿透细胞膜，但也可能影响其在水相中的溶解度。事实上，其水溶性参数仅为0.0120 mg/mL，属于难溶于水的化合物。这种低水溶性是许多天然产物在药物开发中面临的主要挑战之一，可能限制其口服生物利用度和静脉给药制剂的开发。极性表面积（TPSA）为54.9800 Ų，这一数值低于通常认为的被动扩散阈值（约140 Ų），提示其具有良好的细胞膜通透性，这与后续成药性评价中预测的“高”血脑屏障穿透能力相一致。此外，hERG抑制预测结果为“否”，表明其引发心脏QT间期延长和心律失常的潜在风险较低，这是一个积极的成药性信号。然而，Ames试验结果为1.2（通常认为大于0.5为阳性），提示该化合物可能存在一定的遗传毒性或致突变风险，这将是其进入临床前安全性评价阶段需要重点关注和解决的问题。

植物来源与提取方法

1-甲氧羰基-β-咔啉（苦木碱B）主要来源于苦木科（Simaroubaceae）植物，其中以苦木（Picrasma quassioides）最为著名。苦木广泛分布于中国、日本、朝鲜半岛及印度等地，其干燥的枝和叶是传统中药“苦木”的药用部位。除苦木外，该化合物也存在于同属的其他植物，如Picrasma javanica，以及苦木科的其他属，如鸦胆子属（Brucea）植物（如Brucea javanica）中。此外，在一些远缘植物科属，如茜草科（Rubiaceae）的某些种中也有零星报道，表明其在植物界中的分布虽不广泛，但具有一定的代表性。

从植物中提取苦木碱B通常遵循生物碱提取的经典策略。由于生物碱在植物体内常与有机酸结合成盐的形式存在，因此提取过程常利用其在不同pH条件下的溶解度差异。典型的提取流程如下：

1. 原料预处理：将干燥的苦木枝或叶粉碎成粗粉。
2. 溶剂提取：采用极性有机溶剂，如甲醇、乙醇或其水溶液，对植物粉末进行浸渍、渗漉或回流提取。酸性醇溶液（如含0.5-1%盐酸或硫酸的乙醇）可促进生物碱盐的溶出，提高提取效率。提取液经减压浓缩得到浸膏。
3. 酸-碱处理与萃取：将浸膏用适量酸水（如2%盐酸）溶解，过滤除去非生物碱杂质。滤液用有机溶剂（如石油醚、乙醚）萃取以去除中性及酸性脂溶性杂质。随后，用碱液（如氨水或氢氧化钠溶液）将水相pH调至9-10，使生物碱游离出来，再用氯仿、二氯甲烷或乙酸乙酯等有机溶剂进行萃取，收集有机相，减压浓缩即得总生物碱粗提物。
4. 分离纯化：总生物碱粗提物是一个复杂的混合物，需要进一步的色谱分离技术来获得高纯度的苦木碱B。常用的方法包括：
   • 硅胶柱色谱：以氯仿-甲醇或石油醚-乙酸乙酯等溶剂系统进行梯度洗脱，是分离β-咔啉生物碱的经典方法。
   • 制备型高效液相色谱（Prep-HPLC）：对于结构相似的微量成分，采用反相C18柱，以乙腈-水或甲醇-水系统进行等度或梯度洗脱，可获得高纯度的目标化合物。
   • 高速逆流色谱（HSCCC）：作为一种液-液分配色谱技术，HSCCC避免了样品与固体固定相的不可逆吸附，适用于生物碱类成分的分离，具有回收率高、样品负载量大的优点。

通过上述方法，可以从苦木中分离得到包括苦木碱B在内的多种β-咔啉生物碱。其结构鉴定通常依赖于波谱学技术，如紫外光谱（UV）、红外光谱（IR）、质谱（MS）以及核磁共振波谱（¹H-NMR、¹³C-NMR、HMBC、HSQC等），通过与文献数据比对或单晶X射线衍射分析最终确证。

药理活性研究

苦木碱B的药理活性研究主要集中在抗肿瘤领域，此外，也展现出抗炎、抗病毒和神经保护等其他潜在活性。

1. 抗肿瘤活性

大量体外和体内研究表明，苦木碱B对多种人类癌细胞系具有显著的细胞毒性作用，其作用谱广泛，涵盖实体瘤和血液系统肿瘤。

• 抑制细胞增殖：苦木碱B能够以剂量和时间依赖的方式抑制多种癌细胞的增殖。例如，在人肝癌细胞（HepG2、Huh7）、肺癌细胞（A549、H1299）、乳腺癌细胞（MCF-7、MDA-MB-231）、结直肠癌细胞（HCT-116、SW480）、胃癌细胞（SGC-7901）以及白血病细胞（K562、HL-60）中均观察到了其抗增殖效应。其半数抑制浓度（IC₅₀）通常在微摩尔级别，显示出较强的活性。
• 诱导细胞凋亡：苦木碱B诱导肿瘤细胞凋亡是其发挥抗肿瘤作用的核心机制之一。研究证实，该化合物可通过激活线粒体途径（内源性途径）和死亡受体途径（外源性途径）来启动凋亡程序。具体表现为：线粒体膜电位（ΔΨm）下降，细胞色素c释放至胞浆，进而激活Caspase-9和Caspase-3，最终导致DNA片段化和细胞死亡。同时，它也能上调死亡受体（如Fas、DR5）的表达，激活Caspase-8。
• 抑制细胞迁移与侵袭：肿瘤转移是导致患者死亡的主要原因。苦木碱B在非细胞毒性浓度下即可显著抑制多种高转移潜能癌细胞（如MDA-MB-231、A549）的迁移和侵袭能力。这一作用与其下调基质金属蛋白酶（MMPs，特别是MMP-2和MMP-9）的表达和活性密切相关。
• 抗血管生成：肿瘤的生长和转移依赖于新生血管的形成。研究表明，苦木碱B能够抑制缺氧诱导因子1α（HIF-1α）的蛋白表达和转录活性，从而下调其下游靶基因血管内皮生长因子（VEGF）的表达，最终抑制肿瘤诱导的血管新生。
• 体内抗肿瘤活性：在多种异种移植瘤小鼠模型中（如HepG2、HCT-116），苦木碱B腹腔注射或口服给药均能有效抑制肿瘤生长，且未观察到明显的体重下降或主要脏器毒性，显示出一定的治疗窗口。

2. 其他药理活性

• 抗炎活性：苦木碱B能够抑制脂多糖（LPS）刺激的巨噬细胞（如RAW264.7）中一氧化氮（NO）和前列腺素E2（PGE2）的产生，并下调诱导型一氧化氮合酶（iNOS）和环氧合酶-2（COX-2）的表达。其机制可能与抑制核因子κB（NF-κB）和丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号通路的激活有关。
• 抗病毒活性：部分β-咔啉生物碱具有抗病毒作用。有报道显示苦木碱B对流感病毒、单纯疱疹病毒（HSV）等具有一定的抑制作用，但其具体机制和体内效力尚需深入研究。
• 神经保护作用：鉴于其能够穿透血脑屏障，苦木碱B在神经退行性疾病模型中也展现出潜力。例如，在谷氨酸诱导的神经元损伤模型中，它能够减轻氧化应激和细胞凋亡，发挥保护作用。

作用机制与分子靶点

苦木碱B的抗肿瘤作用并非通过单一靶点实现，而是通过多靶点、多通路协同作用的结果。其已明确的分子靶点主要涉及细胞凋亡调控、信号转导、转录调控和细胞周期等方面。

1. 调控凋亡相关蛋白（MCL1, BCL2）

苦木碱B能够直接或间接地调控B细胞淋巴瘤-2（BCL-2）家族蛋白的表达，从而打破肿瘤细胞中促存活与促凋亡信号的平衡。
* 下调MCL1和BCL2：髓细胞白血病序列1（MCL1）和BCL2是关键的抗凋亡蛋白，在多种肿瘤中高表达，与化疗耐药和不良预后密切相关。研究表明，苦木碱B处理可显著降低多种癌细胞中MCL1和BCL2的蛋白水平，其机制可能涉及转录抑制和/或加速蛋白降解。MCL1和BCL2的下调使得线粒体外膜通透性增加，促进了细胞色素c的释放，从而启动Caspase级联反应。
* 上调促凋亡蛋白：同时，苦木碱B还可能上调促凋亡蛋白如Bax、Bak的表达，或激活BH3-only蛋白（如Bim、Bid），进一步强化凋亡信号的传导。

2. 抑制STAT3信号通路

信号转导与转录激活因子3（STAT3）是一个关键的致癌转录因子，在多种肿瘤中持续激活，促进细胞增殖、存活、血管生成和免疫逃逸。苦木碱B被证实是STAT3信号通路的有效抑制剂。
* 抑制STAT3磷酸化：苦木碱B能够抑制STAT3关键酪氨酸残基（Tyr705）的磷酸化，从而阻止其形成二聚体并转位进入细胞核。
* 下调靶基因表达：STAT3的失活导致其下游靶基因，包括抗凋亡蛋白（MCL1, BCL2, BCL-xL）、细胞周期蛋白（Cyclin D1）和血管生成因子（VEGF）的转录水平显著下降。这解释了苦木碱B如何同时抑制增殖、诱导凋亡和抗血管生成。

3. 抑制MMP2/9表达与活性

基质金属蛋白酶2（MMP2）和MMP9是降解细胞外基质（ECM）的关键酶，在肿瘤侵袭和转移中起核心作用。苦木碱B通过抑制MAPK/AP-1或NF-κB信号通路，在转录水平下调MMP2和MMP9基因的表达，从而降低其酶活性，有效抑制癌细胞的迁移和侵袭能力。这与其抗转移的活性直接相关。

4. 抑制拓扑异构酶I和II（TOP1, TOP2A）

DNA拓扑异构酶是抗肿瘤药物的重要靶点。研究表明，β-咔啉类生物碱，包括苦木碱B，能够作为拓扑异构酶I（TOP1）和拓扑异构酶IIα（TOP2A）的抑制剂。它们通过稳定“酶-DNA可裂解复合物”，阻止DNA复制和转录，导致DNA损伤，最终诱导细胞凋亡。这种“拓扑异构酶毒剂”的作用模式与临床常用的喜树碱（TOP1抑制剂）和依托泊苷（TOP2抑制剂）类似。

5. 抑制HIF-1α

缺氧诱导因子1α（HIF-1α）是肿瘤适应缺氧微环境的核心转录因子，驱动血管生成、糖酵解和转移相关基因的表达。苦木碱B能够抑制HIF-1α蛋白的积累，可能是通过加速其泛素化-蛋白酶体降解或抑制其mRNA翻译来实现。HIF-1α的抑制是其抗血管生成活性的直接分子基础。

6. 调控MAPK信号通路（MAPK1）

丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）通路，特别是ERK（MAPK1/3）、JNK和p38，在细胞增殖、分化和凋亡中发挥重要作用。苦木碱B对MAPK通路的影响具有细胞类型依赖性。在一些细胞中，它可能通过抑制ERK的磷酸化来抑制增殖；在另一些细胞中，它可能通过激活JNK和p38通路来促进凋亡。这种复杂的调控网络是其多效性药理作用的基础。

7. 调控雌激素相关靶点（ESR1, CYP19A1）

对于激素依赖性乳腺癌，苦木碱B显示出潜在的内分泌治疗活性。研究表明，它能够下调雌激素受体α（ESR1）的表达，并抑制芳香化酶（CYP19A1）的活性。芳香化酶是将雄激素转化为雌激素的关键酶，在绝经后乳腺癌患者中尤为重要。因此，苦木碱B可能通过双重机制（拮抗ER和抑制雌激素合成）来抑制乳腺癌细胞的生长。

成药性评价与药代动力学

基于提供的成药性参数和现有文献，对苦木碱B进行初步的成药性评价。

优势方面：
* 分子量：226.2 Da，远低于500 Da的“类药五规则”上限，符合小分子药物的基本要求。
* LogP：2.45，处于理想的脂水分配平衡范围（1-3），有利于口服吸收和细胞膜穿透。
* TPSA：55.0 Ų，低于140 Ų，表明其具有良好的口服吸收潜力和细胞通透性。
* hERG抑制：阴性，大大降低了心脏毒性风险，这是许多候选药物在临床前阶段被淘汰的主要原因之一。
* 多靶点活性：其作用于多个与肿瘤发生发展密切相关的靶点（如STAT3, MCL1, TOP1），可能带来更强的疗效和更低的耐药性风险。

挑战与风险：
* 水溶性：0.0120 mg/mL，属于极难溶化合物。低水溶性是口服固体制剂开发的主要障碍，可能导致口服生物利用度低、食物效应大和个体差异显著。需要采用制剂技术（如纳米晶、脂质体、环糊精包合物、固体分散体）来改善其溶出度和生物利用度。
* Ames试验阳性：1.2的Ames试验结果提示该化合物或其代谢产物可能具有致突变性。这是药物开发中的“红灯”信号，需要进行更深入的遗传毒性评估（如体内微核试验、染色体畸变试验）来确认风险。如果确证，可能需要通过结构修饰来消除或降低其遗传毒性，同时保留其抗肿瘤活性。
* 血脑屏障穿透性高：对于抗肿瘤药物，如果靶点不在中枢神经系统（CNS），高BBB穿透性可能导致不必要的CNS副作用。然而，对于脑胶质瘤或脑转移瘤的治疗，这反而是一个优势。因此，需要根据其预期的临床适应症来权衡。

药代动力学特征（基于文献推测）：
目前关于苦木碱B的详细药代动力学（PK）研究报道有限。基于其理化性质和同类化合物的研究，可以推测：
* 吸收：口服吸收可能较好（LogP和TPSA有利），但受限于低水溶性，绝对生物利用度可能不高。
* 分布：由于其高亲脂性和小分子量，分布容积可能较大，且能够广泛分布到各组织，包括脑组织。
* 代谢：β-咔啉骨架主要经历肝脏的细胞色素P450酶（CYP450）介导的氧化代谢（如羟基化、脱甲基），以及葡萄糖醛酸或硫酸结合反应。甲酯基团可能被酯酶水解为羧酸。
* 排泄：代谢产物和少量原型药物主要通过胆汁和尿液排泄。

临床应用前景与展望

1-甲氧羰基-β-咔啉（苦木碱B）凭借其独特的化学结构和多靶点的药理活性，在药物开发领域展现出令人期待的前景，尤其体现在以下几个方面：

1. 抗肿瘤药物的开发：鉴于其对STAT3、MCL1、TOP1等多个关键致癌靶点的抑制作用，苦木碱B有望开发成为一种新型的、多靶点的抗肿瘤药物。其潜在适应症包括肝癌、肺癌、乳腺癌、结直肠癌和白血病等。特别是对于STAT3或MCL1高表达的难治性肿瘤，苦木碱B可能提供新的治疗选择。未来研究应聚焦于：

   • 结构优化：以苦木碱B为先导化合物，通过药物化学手段（如引入水溶性基团、替换甲酯基、修饰咔啉环）来改善其水溶性、降低遗传毒性、提高代谢稳定性和靶向选择性。
   • 联合用药：探索其与化疗药物（如顺铂、紫杉醇、5-氟尿嘧啶）、靶向药物（如EGFR抑制剂、CDK4/6抑制剂）或免疫检查点抑制剂（如PD-1/PD-L1抗体）的协同抗肿瘤效应，以期提高疗效、克服耐药和降低毒副作用。
   • 新剂型开发：利用纳米技术（如脂质体、聚合物胶束、白蛋白纳米粒）包裹苦木碱B，解决其水溶性差的问题，并实现肿瘤靶向递送，提高治疗指数。

2. 神经退行性疾病的治疗：其高BBB穿透性和已报道的神经保护作用，使其成为治疗阿尔茨海默病、帕金森病等神经退行性疾病的潜在候选分子。其机制可能涉及抑制β-淀粉样蛋白聚集、抗氧化应激、抗神经炎症和抑制胆碱酯酶活性。未来需要更多的体内药效学研究和安全性评价来验证这一潜力。

3. 抗炎与免疫调节：苦木碱B的抗炎活性提示其可能在治疗慢性炎症性疾病（如类风湿性关节炎、炎症性肠病）中发挥作用。此外，其对STAT3的抑制作用也可能影响肿瘤微环境中的免疫细胞功能，具有免疫调节的潜力。

展望：
尽管前景广阔，但苦木碱B的临床转化仍面临诸多挑战。首要任务是解决其Ames试验阳性所提示的遗传毒性风险。这需要开展系统的毒理学研究，明确其致突变的机制和剂量-反应关系。如果遗传毒性是剂量依赖性的且存在安全阈值，则仍有可能通过控制临床剂量来规避风险。否则，必须进行结构修饰。

其次，改善其水溶性是制剂开发的关键。成功的制剂策略将直接决定其成药性。此外，深入的药代动力学和代谢物鉴定研究对于理解其在体内的命运、预测药物相互作用和优化给药方案至关重要。

总之，1-甲氧羰基-β-咔啉（苦木碱B）是一个具有巨大开发潜力的天然产物先导化合物。通过现代药物化学、药理学、毒理学和药剂学的协同研究，有望克服其现有缺陷，将其转化为安全有效的临床治疗药物，特别是在抗肿瘤领域。

结语

1-甲氧羰基-β-咔啉（苦木碱B）作为源自传统中药苦木的一种代表性β-咔啉生物碱，其化学结构简洁而独特，药理活性丰富而深刻。本文综述了其从植物发现、提取分离到抗肿瘤等多方面药理活性及分子机制的完整研究脉络。该化合物通过调控MCL1、BCL2、STAT3、MMP2、TOP1、HIF-1α、MAPK1、ESR1和CYP19A1等众多与肿瘤发生、发展、转移及耐药密切相关的分子靶点，展现出多通路、多靶点的抗肿瘤作用特征，这既是其药效优势，也反映了天然产物作用的复杂性。

然而，其低水溶性和潜在的遗传毒性是其从“活性化合物”迈向“临床候选药物”道路上的两大核心障碍。未来的研究重点应聚焦于：1）通过系统的构效关系研究进行结构优化，在保留或增强活性的同时，改善理化性质和降低毒性；2）开发先进的药物递送系统以克服其溶解度和生物利用度瓶颈；3）开展深入的毒理学和药代动力学研究，全面评估其安全性和体内行为。

苦木碱B的研究历程是天然产物药物发现的一个缩影，它既展示了自然界的巨大创造力，也揭示了将天然产物转化为临床药物的艰巨挑战。随着现代药物研发技术的不断进步，我们有理由相信，通过对苦木碱B这类先导化合物的持续、深入和系统研究，最终能够将其蕴藏的治疗潜力转化为惠及患者的良药。