史文強，公緒棟，吳春暉，沈敬山*

（1. 中國科學院上海藥物研究所 中國科學院受體結(jié)構(gòu)與功能重點實驗室，上海 201203；2. 中國科學院大學，北京 100049；3. 中國科學院新疆理化技術(shù)研究所 中國科學院干旱區(qū)植物資源化學重點實驗室，新疆 烏魯木齊 830011；4. 上海特化醫(yī)藥科技有限公司，上海 201203）

1940年研究者從植物大麻中分離得到了大麻二酚（CBD，1）[1]，隨后于1963年鑒定了其化學結(jié)構(gòu)。在500余個植物大麻來源的天然化合物中，CBD因其廣泛的藥理學作用與功效而受到越來越多的關(guān)注。2005年吉瓦制藥公司研發(fā)的Sativex?[Δ9-四氫大麻酚（Δ9-tetrahydrocannabinol，Δ9-THC）與CBD含量比值為1的口腔黏膜噴霧劑]獲批上市，用于多發(fā)性硬化癥的治療以及緩解腫瘤相關(guān)的疼痛[2]。2018年6月，美國FDA批準了吉瓦制藥公司的CBD口服液上市，商品名為Epidiolex?，用于治療兩歲及以上患者的Dravet綜合征和Lennox-Gastaut綜合征引起的癲癇[3]。除了在神經(jīng)精神系統(tǒng)疾病領(lǐng)域的應(yīng)用以外，CBD還在心血管、腫瘤等疾病領(lǐng)域展現(xiàn)出潛在的臨床應(yīng)用價值[4]，更加激發(fā)了藥物化學工作者的研究興趣，本文以期通過CBD的構(gòu)效關(guān)系研究，獲得成藥性更好的候選藥物。

1 CBD概述

CBD具有豐富的藥理學作用，且多項研究表明CBD在體內(nèi)發(fā)揮作用與內(nèi)源性大麻素系統(tǒng)密切相關(guān)。CBD口服生物利用度較低，但代謝半衰期較長。此外，CBD的代謝產(chǎn)物種類多樣，且具有豐富的生物學活性。

1.1 CBD的藥理學作用

與CBD生物學作用相關(guān)的靶點，目前至少報道了65個。所涉及的疾病領(lǐng)域包括神經(jīng)精神系統(tǒng)疾?。ㄈ绨d癇、抑郁癥、帕金森病和焦慮癥等），癌癥（乳腺癌、肺癌、結(jié)腸癌等），自身免疫性疾病以及心血管系統(tǒng)疾病等[5-7]。

CBD抗癲癇的作用機制目前尚不清楚，可能與其調(diào)節(jié)腺苷及胞內(nèi)Ca2+水平從而減弱神經(jīng)元興奮性有關(guān)[8]。CBD在動物模型上還表現(xiàn)出快速抗抑郁、抗焦慮以及改善認知的作用，這可能與其激活5-羥色胺1A受體（5-HT1AR）促進前額葉皮層中突觸形成和腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（BDNF）生成有關(guān)[4,9-10]。CBD可誘導T-47D和MDA-MB-231人乳腺癌細胞凋亡，可能與其下調(diào)雷帕霉素靶蛋白（mTOR）的表達有關(guān)[11]。在角質(zhì)細胞中，CBD可降低紫外線照射所引起的活性氧（ROS）和核轉(zhuǎn)錄因子-κB（NF-κB）水平的升高，且抑制脂質(zhì)過氧化，進而調(diào)節(jié)胞內(nèi)的氧化還原平衡[12]。CBD可顯著降低脊髓損傷小鼠中與T細胞分化和侵潤相關(guān)的趨化因子和細胞因子的表達，進而改善神經(jīng)痛等脊柱損傷癥狀[13]。CBD可誘導NO的釋放或者通過環(huán)氧合酶（COX）和超氧化物歧化酶（SOD）介導，產(chǎn)生血管舒張作用[14]。

1.2 CBD與內(nèi)源性大麻素系統(tǒng)

內(nèi)源性大麻素系統(tǒng)包含2種大麻素受體（CB1R和CB2R）以及一些內(nèi)源性配體。大麻素受體屬于G蛋白偶聯(lián)受體（GPR）家族中的一員[15]。

CBD對CB1R和CB2R的親和力很低，最近研究[16-17]顯示CBD對CB1R具有負向別構(gòu)調(diào)節(jié)作用，這對CBD可調(diào)節(jié)Δ9-THC相關(guān)的副作用如：心動過速、焦慮、鎮(zhèn)靜以及食欲下降等提供了依據(jù)。同時，CBD對CB2R具有部分激動作用。Martinez-Pinilla等[18]研究顯示CBD對CB2R具有別構(gòu)調(diào)節(jié)作用?？傊?，CBD對CB1R/CB2R的作用尚不清晰，有待進一步探究。

CBD可與內(nèi)源性大麻素花生四烯酸乙醇胺（AEA，2）、2-花生酰基甘油（2-AG，3）競爭性地結(jié)合到脂肪酸結(jié)合蛋白（FABPs）上，F(xiàn)ABPs可轉(zhuǎn)運AEA至其代謝酶-脂肪酸酰胺水解酶（FAAH），故AEA的代謝會減少，因此CBD可抑制細胞間AEA的攝取從而起到調(diào)節(jié)內(nèi)源性大麻素的作用[19]。最近的研究[20-21]顯示CBD發(fā)揮抗抑郁作用可能依賴于大麻素系統(tǒng)，CBD通過作用于FAAH從而抑制細胞間內(nèi)源性大麻素AEA的攝取，AEA作用于大麻素受體增強了5-HT能神經(jīng)傳遞，隨后通過谷氨酸系統(tǒng)或者激活5-HT1AR產(chǎn)生抗抑郁作用。

1.3 CBD 的藥代學性質(zhì)、代謝物及毒副作用

由于首過效應(yīng)，CBD的口服生物利用度較低，人體試驗數(shù)據(jù)為13% ～ 19%，吸入性給藥生物利用度為11% ～ 45%（平均值為31%）[22-23]。CBD的親脂性較高，易于透過血腦屏障。CBD在體內(nèi)代謝的半衰期較長，注射給藥為（24±6） h，吸入性給藥為（31±4） h[24]。

Harvey等[25]于1990年首次報道了CBD人體有關(guān)的代謝研究。CBD在體內(nèi)的主要代謝途徑是7位碳原子的氧化及進一步的戊基側(cè)鏈（C-1′′/2′′/3′/4′′）、烯丙基（C-10）的羥化。另外，戊基側(cè)鏈的β-氧化也是主要代謝途徑之一，生成奇數(shù)碳原子的羧酸代謝產(chǎn)物（見圖1，2）。

CBD可被CYP450酶代謝，CBD的多個位點被羥基化之后進一步被氧化，這導致其代謝物的復雜多樣性。從不同的組織中已發(fā)現(xiàn)約100個CBD代謝物?？傮w來看，CBD代謝產(chǎn)物中7-COOHCBD（6）系列化合物占比最大，它們以原型或葡萄糖醛酸結(jié)合的形式排到體外[26]。尿中原型CBD的濃度占CBD排泄物總濃度的12.1%，化合物4占13.3%。在尿中還監(jiān)測到Δ9-THC（0.69%，24）、Δ8-THC（1.69%，25）以及大麻酚（0.6%，26），研究顯示可能是CBD隨尿液排出之后在體外發(fā)生環(huán)化，從而產(chǎn)生上述3種化合物[27]。研究發(fā)現(xiàn)大鼠經(jīng)口給予CBD（50mg · kg-1），但在其血液和大腦皮層中均未發(fā)現(xiàn)有Δ9-THC的產(chǎn)生[28-29]。

圖1 CBD的主要代謝途徑之一（C-7的羥基化及氧化）及主要代謝產(chǎn)物Figure 1 One of the main metabolic pathways of CBD (hydroxylation and oxidation of C-7) and main metabolites

圖2 CBD的主要代謝途徑之一（β-氧化）及主要代謝產(chǎn)物Figure 2 One of the main metabolic pathways of CBD (β-oxidation) and main metabolites

化合物5和6對大麻素受體幾乎沒有親和力（Ki＞10 μmol · L-1），這2種代謝物在體外能夠劑量依賴性地抑制NO、ROS以及腫瘤壞死因子-α（TNF-α）的產(chǎn)生，具有一定的抗炎作用。在小鼠實驗中，化合物6可導致輕微的體溫下降（降幅為 －1.1℃）以及較弱的腸道蠕動抑制[30]。化合物5在體外細胞實驗中可劑量依賴性地降低三酰甘油的水平，且作用強于CBD，這意味著化合物5或許可用于代謝紊亂相關(guān)疾病（例如非酒精性脂肪肝）的治療[31]。

CBD在人體和其他動物模型上所展示出的毒副作用非常小，常見的不良反應(yīng)有嗜睡、腹瀉、惡心以及體溫升高等[32]。CBD對許多細胞色素酶亞家族具有一定的抑制作用，尤其是CYP2C和CYP3A亞家族，因此與CBD共用經(jīng)CYP3A和CYP2C家族代謝的藥物時，會有發(fā)生藥物-藥物相互作用的風險[33-34]。

2 大麻二酚衍生物

根據(jù)來源，大麻二酚衍生物可分為天然來源和合成來源2種。本文依據(jù)化學結(jié)構(gòu)特征對不同來源的大麻二酚衍生物進行再分類，并對衍生物的生物學活性及作用機制進行介紹。

2.1 天然來源的大麻二酚衍生物

2.1.1 大麻二酚型化合物植物大麻中所含的大麻素類化合物超過100個，包括CBD在內(nèi)有7個化合物被歸類為CBD型化合物[35]，這些化合物的立體構(gòu)型與CBD完全相同。

化合物27于1972年首次報道，化合物28于1976年報道，這2種大麻素在植物大麻中的含量都非常低，關(guān)于其藥理作用的研究暫無詳細報道[36]。

次大麻二酚（CBDV，29）是CBD的C4′位的丙基衍生物，其對CB1R和CB2R的親和力非常弱。另外，化合物29對多個瞬時感受器電位通道（TRP channel）亞家族具有激動作用，包括TRPA1、TRPV1和TRPV2等，其對TRPA1的激動活性最強（EC50= 420±10 nmol · L-1），對TRPM8展現(xiàn)出拮抗作用（IC50= 900 nmol · L-1）[37]。在小鼠及大鼠癲癇模型上，化合物29顯示出顯著的抗驚厥及抗癲癇作用，并且不會影響運動功能[38]。此外，化合物29還可顯著改善Rett綜合征模型鼠的社交和運動協(xié)調(diào)能力，并且使小鼠大腦的腦質(zhì)量增加[39]?；衔?9目前處于Ⅱ期臨床階段，用于癲癇和孤獨癥的治療，該藥由吉瓦制藥公司與大冢制藥公司共同研發(fā)[40]。

化合物30于1977年被報道，但目前關(guān)于其藥理活性的研究較少[36]。Takeda等[41]報道大麻二醇酸（31）可下調(diào)c-fos基因的表達，從而抑制環(huán)氧合酶-2（COX-2）的生成，進而抑制MDA-MB-231乳腺癌細胞的遷移?；衔?1的甲酯衍生物（HU-580，32）與化合物31在體外實驗中均能增強選擇性5-HT1AR激動劑8-OH-DPAT的最大效應(yīng)，并且在大鼠實驗中均展示出止吐和抗焦慮的作用，但這2種作用皆可被選擇性5-HT1AR拮抗劑WAY100635阻斷[42]。此外，化合物32在Wistar-Kyoto和Flinders Sensitive Line 2種遺傳抑郁動物模型上展示出抗抑郁作用，其在強迫游泳實驗中能夠顯著降低大鼠的不動時間[43]。

有研究顯示化合物33和34與CBD相比其抗菌能力顯著下降，推測酚羥基對于CBD發(fā)揮抗菌作用十分重要[44]。另外，CBD的酚羥基甲基化之后對某些CYP450酶（如CYP2D6）的抑制能力明顯下降[45]。

2.1.2 其他植物源性大麻素除CBD（1）和Δ9-THC（24）之外，化合物25、26、35和36在植物大麻中含量也比較豐富。包括CBD在內(nèi)，這6個植物源性大麻素在抑郁小鼠模型上均顯示出一定的抗抑郁作用。尤其是化合物24和36，在較低劑量下就顯示出較為顯著的抗抑郁作用[46]。

化合物24和25都具有顯著的精神活性，對CB1R和CB2R具有中等強度的部分激動作用[47]。最新一項研究顯示化合物26在10 μg劑量下可有效緩解神經(jīng)生長因子誘導的咀嚼肌疼痛模型鼠的疼痛，并且不影響大鼠的運動功能，這可能與化合物26作用于外周大麻素受體有關(guān)[48]。Rhee等[49]報道化合物26的1，1-二甲基庚基類似物（37），尤其是甲基羥化的類似物（38），其對大麻素受體的親和力非常強（KiCB1= 0.1±0.05 nmol · L-1，KiCB2= 0.2±0.04 nmol · L-1）。化合物35在體外展現(xiàn)出腎上腺素α2受體激動作用（EC50= 0.2 nmol · L-1），對5-HT1A受體展現(xiàn)出拮抗作用。此外，化合物35對多個TRP通道亞型均具有較強的作用，尤其是TRPA1（EC50= 700 nmol · L-1）和TRPM8（IC50= 160 nmol · L-1）[37]。Udoh等[50]報道化合物36對CB2R具有激動活性，這可能與其抗炎作用有關(guān)。

2.2 合成來源的大麻二酚類似物

2.2.1 （+）-CBD系列化合物化合物39對大麻素受體具有中等強度的親和力，其7-OH、7-COOH及1，1-二甲基庚基衍生物對CB1R與CB2R均具有較高親和力，親和力數(shù)值見表1[51]。

表1 (+)-CBD及其衍生物對CB1R與CB2R受體親和力Table 1 Affinity of (+)-CBD and its analogs at the CB1/CB2 receptors

其中只有化合物42在小鼠實驗中顯示出中樞作用，例如增加僵直不動時間、降低體溫（ －7.5℃），在熱板實驗中展示出明顯的鎮(zhèn)痛作用?；衔?2所顯示出的中樞作用均可被CB1R拮抗劑SR141716阻斷，但卻不能被CB2R拮抗劑SR144528阻斷。其他衍生物只顯示出外周作用，例如抑制腸道蠕動?；衔?0可強烈抑制福爾馬林誘導的炎癥性疼痛?；衔?3和44沒有顯示出中樞作用，可能與其無法透過血腦屏障有關(guān)[52]。

2.2.2 環(huán)己烯部分的修飾—氟取代及蒎烯衍生物Breuer等[53]報道了氟取代的CBD類似物，其中HUF-102（45）和HUF-103（46）的氟取代在環(huán)己烯部分，HUF-101（47）的氟取代在苯環(huán)上。在針對Swiss小鼠的高架十字迷宮、強迫游泳、聽覺驚嚇反應(yīng)的前脈沖抑制和埋珠實驗中，化合物47顯示出較為顯著的活性，與對照組相比具有統(tǒng)計學差異，這說明化合物47可能具有抗焦慮、抗抑郁、抗精神分裂及抗強迫行為的作用。在上述實驗中，化合物45在1 ～ 10mg · kg-1劑量下均未顯示出任何活性?；衔?6與47相比，其抗焦慮、抗抑郁活性相對較弱，且沒有顯示出抗精神分裂的作用。在用CB1R或CB2R拮抗劑對小鼠進行預處理后，化合物47的抗強迫作用消失，推測其抗強迫作用依賴于CB1R和CB2R[53]。另外，與CBD相比，在小鼠模型中化合物47可在更低劑量下緩解疼痛，推測可能與激活CB1R和CB2R有關(guān)，但化合物47不具有精神活性[54]。

HU-308（48）和HU-433（49）都是選擇性的CB2R激動劑（Ki分別為11.5與296 nmol · L-1，EC50分別為6.4與130 nmol · L-1）。與化合物48相比，化合物49在卵巢切除誘導的骨流失及耳炎鼠模型中顯示出更好的治療作用?；衔?9除了具有誘導成骨細胞增殖、破骨細胞分化的作用外，還具有抗炎作用[55]?；衔?8具有廣泛的藥理學作用，例如抗炎、鎮(zhèn)痛、神經(jīng)保護及抗腫瘤等作用[56-57]。

2.2.3 間苯二酚部分的修飾CBD的4個雙乙?；苌铮?0 ～ 53）均在小鼠模型中顯示出抗驚厥的作用。在6.25 ～ 100mg · kg-1劑量下，包括CBD在內(nèi)的這5個化合物在巴比妥鈉誘導睡眠時間延長上具有同等效價。在12.5和25mg · kg-1劑量下，只有CBD和化合物53降低了小鼠的自發(fā)活動。在較高劑量下CBD和化合物51對治療電擊產(chǎn)生的痙攣效果最好[58]?；衔?0高劑量下可導致小鼠死亡，可能是引入醛基形成了邁克爾受體，導致毒性增強。

2008年的一篇專利[59]報道了一系列單羥基和雙羥基取代的CBD類似物（例如HU-427，54），在提高穩(wěn)定性的同時也改善了生物利用度，這系列衍生物具有較好的抗炎活性。Zyberba公司開發(fā)了一系列CBD酯及碳酸酯類前藥衍生物（例如 ALL00102，55），用于急性呼吸綜合征的治療[60]。

CBD的醌類衍生物多數(shù)對過氧化物酶體增生激活受體γ（PPARγ）具有激動作用，例如，HU-331（56）對PPARγ的EC50為5 μmol · L-1?；衔?6是一種選擇性的拓撲異構(gòu)酶Ⅱα抑制劑，其對結(jié)腸癌HT-29細胞具有強烈的抑制作用[61]。2015年的一篇專利[62]報道了一類3位取代的醌類化合物（例如57，58），包括N取代和C取代2類。該篇專利所報道的這類化合物在保留PPARγ激動作用的同時，還避免了細胞毒性以及核因子E2相關(guān)因子2（Nrf2）的激活?；衔?9對PPARγ的EC50為2.2 μmol · L-1，其具有抗炎作用，可抑制脂多糖刺激的小膠質(zhì)細胞中炎癥因子的釋放，保護神經(jīng)元細胞免受興奮性中毒。此外，化合物59在小鼠多發(fā)性硬化癥模型中顯示出一定的治療作用[63]。

CBD的親脂性較高（cLogP= 6.3），為了改善成藥性，Kannalife醫(yī)藥公司針對CBD的C4′位取代基進行修飾，得到一系列4′位修飾的衍生物（例如60 ～ 62）。其中KLS-13019（60）在口服生物利用度、中樞神經(jīng)系統(tǒng)滲透、血漿濃度及小鼠模型的認知改善方面均較CBD有顯著改善，另外化合物60與CBD相比作用強且毒性低?；衔?0不僅在由乙醇和乙酸銨的毒性導致的神經(jīng)退行性疾病大鼠模型上顯示出顯著藥效，而且有望用于修復由肝硬化導致的肝損傷。Kannalife公司表示化合物60將有望用于肝性腦病，一種對認知和行為功能構(gòu)成不利影響的氧化應(yīng)激性疾病的治療[64]。

研究顯示化合物60可能是通過線粒體鈉鈣交換體（mNCX）對細胞內(nèi)的鈣離子水平（神經(jīng)元存活的一個決定性的因素）進行調(diào)節(jié)，從而發(fā)揮神經(jīng)保護作用。抑制mNCX之后，CBD和化合物60在大鼠模型中均未觀察到神經(jīng)保護作用。此外，化合物60發(fā)揮神經(jīng)保護作用還可能與CB2R有關(guān)[65]。

2.2.4 Abnormal CBD衍生物在糖尿病誘發(fā)的心血管異常大鼠模型上，化合物63可恢復脂聯(lián)素-蛋白激酶B-內(nèi)皮型一氧化氮合酶信號通路的功能以及減少心肌氧化應(yīng)激從而改善心血管功能，這可能與其激活GPR18有關(guān)[66]。最近的一項研究顯示化合物63和64可激活GPR55受體進而激活環(huán)磷腺苷效應(yīng)元件結(jié)合蛋白（CREB），使下游B-淋巴細胞-2（Bcl-2）和B-淋巴細胞-xL（Bcl-xL）等抗凋亡基因的表達上調(diào)，從而抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導的胰島β細胞凋亡[67-68]。

3 結(jié)語與展望

天然產(chǎn)物以其化學結(jié)構(gòu)和生物學活性的多樣性與新穎性，一直以來都是藥物研究工作者先導發(fā)現(xiàn)與靈感產(chǎn)生的不盡源泉。CBD作為經(jīng)典天然產(chǎn)物的代表之一，再次印證了這一源泉的重要意義[69]。已有的臨床數(shù)據(jù)顯示CBD對神經(jīng)系統(tǒng)、腫瘤及免疫性等疾病均有一定的治療作用，尤其是在改善失眠、緩解焦慮和提高腫瘤患者的生活質(zhì)量、延長生存周期方面效果突出。隨著CBD在癲癇、疼痛等疾病領(lǐng)域取得突破性進展，CBD及其衍生物吸引了越來越多的關(guān)注。多個具有開發(fā)前景的類似物（如CBDV、KLS-13019、HUF-101等）已進入臨床或臨床前研究階段。缺乏明確的分子靶點導向是限制CBD衍生物開發(fā)的重要因素之一，對CBD類化合物展開作用機制研究，并建立可靠的體外活性測試與動物藥效評價模型予以驗證，是首先需要解決的難題。針對CBD作用靶點眾多、但對各靶點的作用不強的特點，關(guān)于CBD衍生物的開發(fā)，筆者認為一方面引入特定基團以提高對某一靶點選擇性的同時提高水溶性，從而改善生物利用度；另一方面，針對多種發(fā)病機制的復雜疾病，開發(fā)具有特定多靶點作用的CBD衍生物不失為一種可行的策略。筆者課題組近期報道了一種CBD及其側(cè)鏈衍生物的新合成方法，并致力于側(cè)鏈的修飾與改造[70]。相信仍有許多有價值的分子等待藥物化學工作者去挖掘，希望CBD及其衍生物為人類的健康貢獻其力量。