药用植物蛇足石杉的化学成分与药理活性研究进展

袁带秀,恩特马克·布拉提白

(1.吉首大学医学院,湖南吉首 416000;2.吉首大学生物资源与环境科学学院,湖南吉首 416000)

蛇足石杉〔Huperzia serrata(Thunb.)Trev.〕,为蕨类植物,属石杉科 (Huperiaceae)石杉属 (Huperzia Bernh.),别名千层塔、金不换、虱子草等,是一种多年生小型草本植物,土生、附生或生于苔藓层中,多生于密林下或沟谷石上,喜阴凉潮湿环境[1]。分布于我国各地,也广布于亚洲其他地区、大洋洲、以及中美洲的古巴、墨西哥等地[2]。民间用其全草治疗跌打损伤、毒蛇咬伤、淤血肿痛和精神分裂等疾病。其所含的生物碱石杉碱甲 (Hup A)是一种倍半萜生物碱,为高效、高选择性、可逆性的乙酰胆碱酯酶(AChE)抑制剂[3],具有提高学习记忆力和改善老年人记忆功能的效果,对治疗重症肌无力和早期老年性痴呆有显著疗效[4]。石杉碱甲制剂 (哈伯因),现已应用于临床,用于治疗老年人记忆减退和早期老年性痴呆症[5]。近年研究还证明 Hup A有神经保护和预防化学武器的潜力,引起世界各国药学工作者的广泛关注和研究[3]。由于蛇足石杉所具有的显著医疗作用和潜在的市场效益,因此其野生种群被大量人为采掘和破坏,导致该物种野生资源迅速减少,有些分布地区几近灭绝。目前世界各国同行从其生理、生物学特性、生态等不同角度对蛇足石杉这一重要药用植物资源进行了大量的卓有成效的研究。本文对蛇足石杉在化学成分、药理学活性以及临床应用等方面近年的研究成果进行了综述,这将为这一珍贵药用植物资源的保护和可持续利用提供科学依据和参考。

1 化学成分研究

蛇足石杉植物体中含有的主要化学成分是三萜和生物碱类化合物。三萜类成分有千层塔尼醇、16氧千层塔三醇、千层塔萜二醇、21氧千层塔萜烯三醇和千层塔三醇等。生物碱成分有千层塔宁碱、石松宁碱和 Hup-A等。

早在 1881年,人们已经开始了对蛇足石杉生物碱的研究,但直到 1940年这方面的工作才得到广泛的开展。1950年末到 1960年初已陆续研究清楚这些生物碱的结构。20世纪 80年代,我国学者从蛇足石杉中分离出一种生物碱[6],又名福定碱。化学名为 (5R,9R,llE)-5-氨基 -11-亚乙基 -5,6,9,10-四氢 -7-甲基 -5,9-亚甲基环芳辛并 (b)吡啶 -2(1H)酮,商品名为双益平、哈伯因。研究发现,它具有强效、高选择性的抗乙酰胆碱酯酶活性,引起人们广泛关注。这一发现极大地推动了蛇足石杉生物碱的研究[6]。袁珊琴等[7-13]在 1988年到2004年的 10多年中先后在蛇足石杉生物碱中发现了石杉碱乙、N-甲基石杉碱乙、蛇足石杉碱、8-deoxyserratinine、lycodine、phlegmariurine B、去 -N-甲基 -β -obscurine、lycopodine、lycodoline、6-α -羟基 -lycopodine、6-β-羟基石杉碱甲、马尾杉碱 N、蛇足石杉碱乙、马尾杉碱M、异福定碱、石杉碱丙生物碱。王保德等[14]从蛇足石杉中分离得到一个新生物碱,为一个有内氢键烯醇型新的 lycopodine类生物碱,命名为石杉碱 O(huperzinine O)。之后又有学者从蛇足石杉中分离出了 Huperzine V[15],12-epilycodoline N -oxide[16],7-hydroxylycopodine[16],4,6alpha- dihydroxylycopodine[16]。Wang等[17]从蛇足石杉中分离出了 3种新型生物碱类化合物 2-chlorohuperzine E,huperzines E′和 F′。鲁翠涛等[18]对蛇足石杉茎叶中黄酮类物质进行了研究,初步确定其中的黄酮类物质主要为黄酮类和黄酮醇类。杨亚滨等[19]从该植物中分离鉴定了一个黄酮苷,即为,5’-dihydroxy-2’,4’–dimethoxy-flavone-7-O-β-D-(6"-O-Z-p-coumaroyl)-glu-copyranoside。最近,蒋金和等[20]对云南屏边的蛇足石杉化学成分进行了研究,共分离鉴定了 11个化合物,包括 6个生物碱、3个三萜和 2个甾体。波谱分析确定它们的结构分别为石杉碱甲,石杉碱乙,石杉碱庚,马尾杉碱乙,8β-羟基马尾杉碱乙,lycoposerramine D,serratenediol,21-episerratene-diol,serratenediol-3-acetate,β-谷甾醇和胡萝卜甙。

2 药理作用研究

2.1 抗胆碱酯酶作用

石杉碱甲是一种高选择性的乙酰胆碱酯酶抑制药,能进入中枢而发挥作用,可明显促进神经肌肉接头处的胆碱能传递,对乙酰胆碱酯酶的抑制作用为毒扁豆碱的 3倍、加兰他敏的 30倍[21]。

2.2 抗氧自由基

以 D-半乳糖 50 mg/(kg·d)剂量皮下注射大鼠 6周后,按石杉碱甲 0.1、0.2 mg/(kg·d)剂量分别给予 2周后检测血清和脑组织中超氧化物歧化酶(SOD)活力和丙二醛 (MDA)含量。结果表明,石杉碱甲能显著提高大鼠血清和脑组织中 SOD的活力,同时降低MDA的含量,从而加快氧自由基的清除。减少自由基损伤是石杉碱甲抗 AD的作用机制之一[22]。

2.3 对肌肉的作用

Hup-A有加强肌肉收缩作用,在 Hup A催醒、抗肌松作用的实验得到相似的结果,提示可用于治疗重症肌无力和拮抗非去极化肌松药过量[23]。

2.4 神经保护作用

Hup-A除了显著的胆碱酯酶抑制作用外还有广泛的神经保护作用。其保护作用亦对AD治疗和对抗神经毒性物质的损害起到重要作用[24]。

2.5 增强学习、记忆作用

Hup-A对学习、记忆巩固、记忆再现效应均有增强作用。iv Hup-A 0.1 mg/kg明显增强成年及老年大鼠学习效应[25]。成年大鼠分别 ip Hup-A 36、60、100及 167μg/kg 4个剂量 ,均明显促进记忆再现。ip Hup-A 75～120μg/kg剂量,可翻转小鼠经环己酰亚胺、东莨菪碱、亚硝酸钠、电休克或缺氧造成的记忆受损[25,26]。

2.6 改善空间记忆障碍

单侧损毁基底核大细胞部导致空间记忆障碍,损毁侧大脑皮层胆碱乙酰转移酶含量下降约 40%,200μg/kg试验前 30 min iv Hup-A改善了这种空间记忆障碍[27]。

2.7 镇痛作用

用热板法 (热刺激)和腹部收缩 (化学刺激)法证实了 Hup-A能够对大鼠产生剂量依赖性提高疼痛阈的作用,说明了 Hup-A具有一定的镇痛效果[28]。

3 临床应用

3.1 治疗阿尔海默茨病

AD又称原发性老年痴呆 (Senile dementia),是发生在早老及老年期不可逆转的、渐进性的、精神行为异常的老年人神经系统变性疾病,以严重的高级认知功能和记忆功能障碍为临床特征,以老年斑、神经纤维缠结和神经元丢失为主要病理特征,发病晚期可危及患者生命。据报道,65～74岁的老年人中约 3%患有 AD,75～84岁的人群中患病率为 19%,而 >85岁的老年人中 AD患者则高达 47%[29],已成为老年人的第四大死因[30]。随着世界人口老龄化的进展,这一问题将更加突出。因此,预防和治疗AD已成为世界各国关注的焦点。一项试验表明,给予 AD患者哈伯因片口服治疗 3个月,能显著改善 AD患者的记忆、认知、日常生活能力,疗效明显好于脑复康组,有极显著性差异 (P<0.01)[31]。

3.2 治疗血管性痴呆 (Vascular Dementia,VD)

王瑞萍等[32]研究 36例确诊为 VD的患者口服石杉碱甲 6个月,其记忆、认知和精神神经功能改善较为明显,优于对照组,有显著性差异 (P<0.05)。

3.3 治疗记忆障碍,改善记忆功能

陈婕等[33]研究 46例记忆力障碍患者口服双益平片 2个月,其记忆力及记忆商提高,总有效率达60.8%,疗效显著高于脑复康组 (P<0.05)。

3.4 治疗小儿智力发育迟缓

廖建湘等[34]观察发现 40例确诊为语言发育迟缓的患儿口服石杉碱甲片 3个月以上,总有效率达67.57%,表明石杉碱甲对小儿语言发育迟缓有一定疗效。林立等[35]观察发现 20例精神发育迟缓患儿口服石杉碱甲 3个月,85%的学生智商有不同程度的提高。曲成毅等[36]发现 28例缺碘地区智力低下患儿口服石杉碱甲 3个月,与安慰剂组比较,其短期视觉记忆 (P<0.01)、摆方木 (P<0.05)、记数字 (P<0.05)、迷方 (P<0.05)等记忆、空间思维、结构推理等方面均有显著提高,但对概念及抽象思维能力方面无显著提高 (P>0.05)。

3.5 治疗重症肌无力

夏强等[37]观察发现 32例重症肌无力患者口服哈伯因片 30天,临床完全缓解者显著高于对照组(P<0.05),血清胆碱酯酶显著低于治疗前 (P<0.01)和对照组 (P<0.05)。

3.6 治疗脑卒中后的尿失禁

杨晓阳等[38]观察发现 38例脑卒中后尿失禁患者在常规治疗基础上加服石杉碱甲治疗 1个月,患者尿失禁消失及每日排尿次数减少 50%以上者 27例,有效率达 71.1%,与对照组比较有显著性差异。

4 展 望

蛇足石杉是一种重要的药用植物,其中所含的石杉碱甲是一种高效胆碱酯酶抑制剂,对重症肌无力症的冶疗有效率高达 99.2%,且还能提高脑内乙酰胆碱的含量,对治疗阿尔茨海默病有一定的特殊疗效。由于石杉碱甲在全草中含量甚微,结构复杂,人工合成十分困难。因此,无论是结构改造还是直接作为药品,石杉碱甲的主要来源还是对少数石杉科植物的提取,且石杉碱甲的作用持续时间长,毒副作用少,因此受到世界各国同行的瞩目。目前,药品生产完全依赖野生资源,价格昂贵,长期采掘势必破坏蛇足石杉天然资源的保存与可持续开发。因此,研究蛇足石杉中石杉碱甲资源的新来源显得尤为重要。

[1] 鲁翠涛,梅兴国,钟 凡.千层塔生物学特性的初步研究[J].中国野生植物资源,2002,21(4):33-35.

[2] 余红英,孙远明,杨跃生.蛇足石杉生物碱的研究[J].时珍国医国药,2002,13(3):176-178.

[3] 张 磊,万谦宏,高文远.石杉碱甲的研究进展[J].中草药,2005,36(9):1422-1425.

[4] Yu H Y,Sun YM,Yang Y J.Advances in studies on Huperzia serrata[J].Chinese Traditional Herbal Drugs,2001,32(3):279-281.

[5] Ma L,Wu F.A Chinese traditional drug which can enhance the memory retention Huperzia serrata[J].Plant,2000,3:151.

[6] 浙江省药用植物志编写组.浙江药用植物志[M].杭州:浙江科学技术出版社,1980.

[7] 袁珊琴,魏同泰.蛇足石杉生物碱成分的研究[J].药学学报,1988,23(7):516-520.

[8] 袁珊琴,冯 锐,顾国明.蛇足石杉生物碱成分的研究 (Ⅱ)[J].中草药,1994,25(9):453-454.

[9] 袁珊琴,冯 锐,顾国明.蛇足石杉生物碱成分的研究 (Ⅲ)[J].中草药,1995,26(3):115-117.

[10] 袁雪琴,赵毅民.蛇足石杉生物碱成分的研究 (Ⅳ)[J].中草药,2000,31(7):498-499.

[11] 袁雪琴,赵毅民,冯 锐.蛇足石杉生物碱成分的研究 (Ⅴ)[J].中草药,2001,25(1):57-58.

[12] 袁雪琴,赵毅民.蛇足石杉生物碱成分的研究 (Ⅵ)[J].中草药,2003,34(7):595-596.

[13] 袁珊琴,赵毅民,冯 锐.蛇足石杉碱丙的结构鉴定[J].药学学报,2004,39(2):116-118.

[14] 王保德,滕宁宁,朱大元.石杉碱 O的结构鉴定 [J].有机化学,2000,20(5):812-814.

[15] Liu H Q,Tan C H,J iang SH,ZunD Y.Huperzine a new lycopodium alkaloid from Huperzia serrata[J].Chinese Chem Lett,2004,15(3):303.

[16] Tan C H,Zhu D Y.Lycopodine-type lycopodium alkaloids from Huperzia serrata[J].Helv Chim Acta,2004,87(8):1963.

[17] Wang H B,Tan C H,Tan J J,et al.Lycopodium alkaloids from Huperzia serrata[J].Helv Chim Acta,2007,90(1):153.

[18] 鲁翠涛,梅兴国,钟 凡.千层塔植物茎叶中黄酮类物质的研究[J].天然产物研究与开发,2001,14(3):27-28.

[19] 杨亚滨,杨雪琼,徐艳群,等.千层塔中的一个新黄酮苷 (英文)[J].中国天然药物,2008,6(6):408-410.

[20] 蒋金和,刘 莹,王利勤,等.蛇足石杉化学成分的研究[J].云南师范大学学报,2010,30(3):59-64.

[21] 余红英,孙远明,杨跃进.草药蛇足石杉的研究进展[J].中草药,2001,32(3):279.

[22] 周永其,邓湘平,顾振纶.石杉碱甲对氧自由基的影响[J].中国野生植物资源,2004,23(2):44.

[23] 戴体俊,郭忠民,黄卉芳,等.石杉碱甲催醒、抗肌松作用的实验研究[J].临床麻醉学杂志,1992,8(5)247-249.

[24] 张 磊,万谦宏,高文远.石杉碱甲的研究进展[J].中草药,2005,36(9):1423-1424.

[25] 陆维华,等.石杉碱甲改善老年大鼠及实验性识别损害大鼠的明暗分辨行为[J].中国药理学报,1988,9:11.

[26] 朱晓东.石杉碱甲和乙对小鼠记忆损害的改善作用[J].中国药理学报,1988,9:492.

[27] 熊志奇.石杉碱甲基底核大细胞损毁所致工作记忆障碍的影响[J].中国药理学报,1998,3(2):128.

[28] Nicoletta G,Carla G,Cesare M,et al.Antinociceptive profile of the natural cholinesterase inhibitor huperzine A[J].Drug Deve Res,2001,54:19-26.

[29] Heinr IM,Lee T.Galanthamine from snowdrop the development of a modern drug against Alzheimer’s disease from local caucasian knowledge[J].J Ethnopharmacol,2004,92(2-3):147-162.

[30] Sonkusare S K,Kaul C L,Ramarao P.Dementia of Alzheimer’s disease and other neurodegenerative disorders——memantine,a new hope[J].Pharm acol,2005,51(1):1-17.

[31] 王子文,张航向,任 平.哈伯因治疗阿尔茨海默病的临床对比研究[J].医学信息,2000,13(8):462.

[32] 王瑞萍,赵政凯,胡黎立.石杉碱甲对血管性痴呆患者认知功能及生活能力的影响:36例 6个月随访[J].中国临床康复,2004,8(19):3892.

[33] 陈 婕,朱文炳,汪 昕,等.石杉碱甲片剂 (双益平)治疗记忆障碍的临床研究[J].中国临床医学,2000,7(1):63.

[34] 廖建湘,陈 黎,黄铁栓,等.石杉碱甲治疗小儿语言发育迟缓的初步观察[J].儿科药学杂志,2002,8(1):26.

[35] 林 立,陈 榕,陈学水,等.精神发育迟滞的综合治疗 (附 20例石杉碱甲片治疗观察)[J].海峡药学,1999,11(增刊 2):31.

[36] 曲成毅,王惠梅,余 文,等.石杉碱甲治疗缺碘地区智力低下试验初步报告[J].山西医药杂志,1995,24(1):47.

[37] 夏 强,刘才群.石杉碱甲治疗重症肌无力临床观察[J].实用医学杂志,2002,19(1):31.

[38] 杨晓阳,张宏颖.石杉碱甲治疗脑卒中后尿失禁的疗效观察[J].实用神经疾病杂志,2004,7(5):77.