咖啡酸及其衍生物的生物活性和开发应用

咖啡酸及其衍生物普遍存在于一些食物和中药中，是植物中分布广泛的次级代谢产物。咖啡酸及其衍生物在植物体内均是通过莽草酸途径合成，由苯丙氨酸经过脱氨形成桂皮酸，再由桂皮酸衍生而来。苯环上的邻二酚羟基是咖啡酸及其衍生物的活性位点，苯环上取代基的吸电子能力越强,其生物活性越强。作为一类安全有效的天然化合物，咖啡酸及其衍生物具有抗氧化、清除自由基、抗炎、抗病毒、抑菌、抗感染等生物活性，此外，在治疗心脑血管疾病、改善糖尿病、抗肝纤维化等方面也受到广泛关注。

咖啡酸大分子衍生物的生物合成路径主要包含两条，其一是以4-香豆酸和4-羟基苯乳酸为前体合成迷迭香酸及丹酚酸类成分的途径，主要存在于以丹参为代表的唇形科鼠尾草属植物中，其二是以奎宁酸和咖啡酸、阿魏酸为前体合成绿原酸类成分，主要存在于以金银花为代表的忍冬科忍冬属的植物中。绿原酸是由咖啡酸与奎尼酸反应生成的酯，其分子中含有酯键、不饱和双键与多元酚等多个不稳定部分，因此，绿原酸在植物中通常是以几种异构体共存的形式存在。

咖啡酸及其衍生物的生物活性

咖啡酸及其衍生物从化学结构上看属于苯丙酸类成分，从生源路径上看均是以桂皮酸为前体合成的。此类化学成分在植物界中分布十分广泛,是植物有氧呼吸过程中形成的次生代谢产物。咖啡酸、阿魏酸及其衍生物绿原酸、丹酚酸在中药资源植物类群中分布广泛，是中药中重要的苯丙素类资源性产物。如中药桂皮中富含桂皮酸，咖啡酸是蒲公英药材中的主要活性物质之一， 阿魏酸为伞形科多种药用植物的主要成分，绿原酸主要存在于忍冬科的药用植物中，丹酚酸类成分则主要分布在中药丹参中，芥子酸在菜籽油和柠檬等柑橘类植物中有很高的含量，苹果、山楂中也含有绿原酸等咖啡酸衍生物。这些天然酚酸类成分在体内具有多种生理活性，是非常好的药物先导化合物。

抗病毒活性

近年来研究发现，咖啡酸及其衍生物具有非常好的抗流感病毒和抗HIV的活性。咖啡酸能抑制流感A病毒的增殖，能在丙肝病毒感染的初始阶段抑制丙肝病毒的传播。咖啡酸的衍生物-咖啡酸苯乙酯是近年来发现的具有非常明显的抗HIV的天然物质。此外,紫草酸和丹酚酸B具有很强的抑制I型人免疫缺陷病毒(HIV-I)整合酶的活性， IC5分别为0.83和0.48 mol/L ，有望成为新的治疗艾滋病的天然药物。除了抗HIV病毒外，咖啡酸与奎宁酸经酯化反应缩合而成的一系列酚酸类化合物，总称咖啡酰奎尼酸，其中以绿原酸类成分为代表，该类化合物广泛存在于菊科、豆科、伞形科、旋花科等植物中，有研究发现这类物质具有非常好的抗病毒活性，能有效抑制流感病毒、乙肝病毒。近有研究发现,连翘苷中的绿原酸、咖啡酸在猪睾丸细胞(ST)中能够抑制猪传染性胃肠炎病毒(TGEV)的增殖，其中咖啡酸能够很大程度降低病毒活性，有望被开发成抗病毒药物。

抑菌、抗感染

咖啡酸及其衍生物是一种天然杀菌剂，能抑制多种真菌及细菌感染。有研究表明咖啡酸类成分的抑菌机制与其较强的抗氧化性有关。超声提取处理后白花丹参药材中的丹酚酸A具有较好的抗炎活性。平卧菊三七、金银花、杜仲中的绿原酸具有较强的抑菌活性，可开发为天然的食品防腐剂。另有研究表明,绿原酸类成分对大肠杆菌的抑制作用是由于该类成分可以破坏细菌的细胞壁、膜的结构，导致细胞通透性增加，进而使细胞内容物外泄，导致细胞凋亡。

心脑血管疾病

丹参制剂在临床上广泛应用于心脑血管疾病治疗，其发挥药理作用的主要化学成分是丹酚酸等咖啡酸衍生物。有研究发现，丹酚酸类成分对抗脑缺血再灌注损伤有较强的拮抗作用，能抑制血小板凝聚，具有良好的抗血栓作用。总丹酚酸能够在脑缺血后抑制血栓形成,降低血浆内皮素和血栓素B2的水平。

抗肝纤维化和保肝作用

肝纤维化是指由各种致病因子所致肝内结缔组织异常增生，它是肝脏薄壁组织和胆道系统损伤的结果。有研究发现，丹酚酸A和B均表现出较强的保肝活性，紫草酸能抵抗氧化应激引起的肝损伤。丹参素能够通过MEK/ERK信号通路抑制肝纤维化，咖啡酸苯乙酯能够抗氧化应激并且抑制造血干细胞( HSC)的活性，因此具有抗肝纤维化的特点。

对糖尿病的治疗作用

近年来研究表明，糖尿病与氧化应激存在一定的联系，而咖啡酸及其衍生物的抗氧化作用也对糖尿病的治疗起到了积极作用。咖啡酸可以减少内皮细胞对于葡萄糖的吸收，促进肝脏糖原的分解,还能通过增加脂肪细胞的葡萄糖摄入来调节胰鸟素的敏感性，从而降低血糖水平。咖啡酸的衍生物咖啡酸甲酯(CAME)和咖啡酸乙酯(CAEE)咖啡酸苯乙酯( CAPE)能减少C2C12细胞对于葡萄糖的吸收。芥子酸可通过抑制PKC/P38激活降低高糖诱导的大鼠血管平滑肌细胞增殖,并促进细胞凋亡，可用于糖尿病并发症的预防和治疗。丹酚酸A可通过激活AMPK调节线粒体对起到治疗糖尿病的作用。

咖啡酸及其衍生物的开发应用前景

随着科研水平的进步，咖啡酸及其衍生物的生源台成途径体系越来越完善。咖啡酸及其衍生物的构效关系也已初步了解，如其生物活性与其苯环上的羟基密切相关，苯环上的氢被某些吸电子基团取代时其生物活性更强，可通过化学合成的方法改变苯环上的取代基来目的性、特异性地开发新型的咖啡酸衍生物增强其生物活性。

咖啡酸及其衍生物具有抗病毒、抑菌、抗感染、治疗心脑血管疾病、抗肿瘤等生物活性，在医药领域已得到了应用，一些抗治疗心脑血管疾病的药物中含有咖啡酸及其衍生物，如咖啡酸片可用于治疗白细胞减少症，阿魏酸钠可用于治疗动脉粥样硬化。咖啡酸及其衍生物除了在医药领域的运用,在其他领域的新用途也成为新的研究热点。如咖啡酸及其衍生物对于食品乳化体系具有抗氧化活性，能够延长食品的货架期，咖啡酸及其酯类衍生物在蛋黄酱、牛奶和鱼油形成的乳化体系中起到抗氧化剂的作用，咖啡酸及其衍生物的抗氧化活性使之作为一种添加剂运用到食品保鲜储藏中。咖啡酸及其衍生物作为安全有效的天然产物，具有多种生物活性，相信随着研究的深入，将来也能作为食品添加剂在食品领域得到应用。