Plant-based secondary metabolites as natural remedies: a comprehensive review on terpenes and their therapeutic applications
- 作者
- Sheeba Khanam, Pooja Mishra, Tabrez Faruqui, Pravej Alam, Thamer Albalawi, Faiza Siddiqui, Zeeshan Rafi, Salman Khan
- 单位
- Department of Biosciences, Integral University, Lucknow, Uttar Pradesh, India; Department of Personalized and Molecular Medicine, Era University, Lucknow, India; Department of Biology, College of Science and Humanities, Prince Sattam bin Abdulaziz University, Al-Kharj, Saudi Arabia; Department of Bioengineering, Integral University, Lucknow, Uttar Pradesh, India
- 杂志
- Frontiers in Pharmacology（2025）
- DOI
- 10.3389/fphar.2025.1587215
- 所属领域
- 天然产物与药理学
- 关键词
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解决的核心问题
萜烯作为最大类别的植物次生代谢产物，具有广泛的生物活性，但其在代谢疾病中的治疗潜力与作用机制尚未被系统阐明。
研究策略
系统回顾已发表的关于萜烯生物化学、分类、药理活性及治疗应用的文献，重点分析其在代谢紊乱（如糖尿病、肥胖、脂肪肝）及药理学（抗菌、抗癌）中的作用机制。
核心内容
该综述系统梳理了萜烯类植物次生代谢产物的生物合成、分类及其在多类疾病中的治疗潜力。研究回顾了萜烯经甲羟戊酸（MVA）和甲基赤藓醇磷酸（MEP）两条途径合成的机制，并依据异戊二烯单元数将其划分为单萜至多萜等类别，其中三萜约两万种、四萜类胡萝卜素超七百五十种。在代谢疾病方面，叶黄素补充试验显示每日10毫克持续32周可显著降低中心性肥胖成人的血浆总胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇及晚期糖基化终末产物水平；肉桂醛则可抑制鼠伤寒沙门氏菌FtsZ GTPase活性达70%，香芹酚和百里酚通过抑制H⁺-ATPase导致细胞死亡，倍半萜β-石竹烯激活CB2受体发挥抗炎作用。此外，二萜Coronarin D经线粒体途径诱导凋亡并阻滞细胞周期于G2/M期。该工作表明萜烯在抗菌、抗癌、抗炎及代谢调节方面具有广泛前景，但多数机制仍需深入解析，未来借助代谢工程与合成生物学手段有望实现其规模化生产，为可持续药物开发奠定基础。
创新点
全面总结了萜烯的生物合成途径（MVA/MEP）、分类（单萜至多萜）及多种药理活性，特别强调了萜烯在代谢疾病和抗菌、抗癌中的分子机制，并讨论了利用代谢工程和合成生物学提高萜烯产量的前景。
研究对象（17）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| — | MVA pathway | — | — | 催化 | 萜烯生物合成途径之一，生成IPP和DMAPP |
| — | MEP pathway | — | — | 催化 | 萜烯生物合成途径之一，生成IPP和DMAPP |
| — | Monoterpene biosynthesis | — | monoterpene synthase | 催化 | 以GPP为底物合成单萜 |
| — | Sesquiterpene biosynthesis | — | sesquiterpene synthase | 催化 | 在细胞质中利用IPP和DMAPP合成倍半萜 |
| — | Diterpene biosynthesis | — | geranylgeranyl diphosphate synthase | 催化 | 催化GGPP的形成 |
| — | Diterpene biosynthesis | — | diterpene synthase | 催化 | 催化二萜碳骨架形成 |
| — | Terpene modification | — | cytochrome P450 oxygenase | 催化 | 催化萜烯的结构修饰，如氧化 |
| — | Terpene side-chain modification | — | prenyltransferase | 催化 | 催化侧链修饰 |
| — | Triterpene biosynthesis | — | oxidosqualene cyclase | 催化 | 催化2,3-氧化角鲨烯环化生成三萜或甾醇 |
| — | Cell division | — | FtsZ | 催化 | 肉桂醛抑制其GTPase活性达70%，干扰Z环形成 |
| — | Proton transport | — | H+-ATPase | 转运 | 被丁香酚和百里酚抑制，导致细胞内酸化和细胞死亡 |
| — | Multidrug resistance | — | NorA efflux pump | 转运 | 金黄色葡萄球菌外排泵，萜烯可抑制其活性 |
| — | Quorum sensing | — | AHL synthase | 催化 | 香芹酚和百里酚可抑制其产生的AHL分子 |
| — | PI3K/AKT/mTOR signaling | — | PI3K, AKT, mTOR | 调控 | 香芹酚、百里酚、小白菊内酯等抑制该通路 |
| — | Inflammatory signaling | — | NF-κB | 调控 | 多种萜烯抑制NF-κB，减少促炎细胞因子释放 |
| — | Wnt/β-catenin signaling | — | β-catenin | 调控 | 羽扇豆醇等通过抑制Wnt/β-catenin通路发挥抗肿瘤作用 |
| — | Apoptosis regulation | — | Bcl-2, Bax, caspases | 调控 | 白桦脂酸等上调促凋亡蛋白，下调抗凋亡蛋白 |
关键发现
- 萜烯包含超过30,000种化合物，通过MVA和MEP途径合成
- 三萜类约20,000种，四萜类（类胡萝卜素）超过750种。单萜沸点150-185°C。叶黄素补充试验中，每天10 mg持续32周可显著降低中心性肥胖成人血浆总胆固醇、LDL-C、ApoB和丙二醛，并减少AGEs（CEL、CML、MG-H1）。肉桂醛抑制鼠伤寒沙门氏菌FtsZ GTPase活性达70%。香芹酚和百里酚抑制H+-ATPase导致细胞死亡。倍半萜β-石竹烯激活CB2受体发挥抗炎作用。二萜Coronarin D通过线粒体途径诱导凋亡和G2/M期阻滞。
研究结论
萜烯作为植物来源的天然产物具有广泛的治疗潜力，包括抗菌、抗癌、抗炎和代谢调节作用。虽然许多萜烯的作用机制尚待深入，但代谢工程和合成生物学手段有望实现其大规模生产，为药物开发提供可持续来源。