天然冰片的研究进展

曾建国

天然冰片的研究进展

曾建国*

本文主要通过对天然冰片的来源、研究应用现状以及资源改良等方面的研究进展情况进行综述，为天然冰片资源的深入开发提供参考。

天然冰片 右旋龙脑 靶向改良 龙脑樟

天然冰片又名龙脑、龙脑香、梅花冰片、梅花脑等，为名贵中草药材之一。具有开窍醒神、清热止痛之功效[1]，常用于赤翳膜、咽喉肿痛、惊风痰迷及中风口噤等病症。历代古籍中常有天然冰片的药用记载，《唐本草》：“龙脑香及膏香出婆律国，树形似杉木，脑形似白松脂，明净者善。”；《本草纲目》：“龙脑者，以白莹如冰及作梅花片者为良，故俗呼为冰片脑”。天然冰片大约有二千年以上的应用历史[2]。由于天然冰片为天然右旋龙脑，具有左旋龙脑、合成冰片所无可比拟的用药安全优势，甚至开发为防治病虫害和抑菌的日化或农药产品而日益受到重视[3]，应用越来越广泛。由于天然冰片的来源植物龙脑香树（Dryobalanops aromatica Gaertn.f.)资源日益枯竭，天然冰片呈现出供不应求的趋势。通过科研工作者的不懈努力，发现香樟（Cinnamomum camphora (Linn.) Presl）、阴香（Cortex Cinnamomi Burmannii）、 油 樟（Cinnamomum longepaniculatum）等樟科植物中某些特定化学类型植物如龙脑樟（Cinnamomum camphora (L.) Presl）含有较高含量的天然冰片，这为天然冰片提供了丰富的植物来源。国内对于龙脑樟资源进行的深入研究主要集中在种质资源保存、育苗、促生长、生长环境等方面。本文就天然冰片的来源、研究与应用、植物资源改良等方面的研究进展进行综述，旨在为天然冰片资源的深入开发利用提供参考。

一、天然冰片的来源与资源植物研究进展

冰片可分为冰片（Borneolum Syntheticum）、艾片(L-borneolum)和天然冰片（Borneolum），三者均已被《中国药典》2010版收录，其中冰片为合成龙脑，艾片为左旋龙脑，天然冰片为右旋龙脑。

冰片（合成龙脑）又称机制冰片，合成龙脑主要通过松节油中α-蒎烯经酯化、水解得到[4]，又称合成冰片，为左旋龙脑和右旋龙脑的混合物。

左旋龙脑的主要来源植物为艾纳香。艾纳香(Blumea blasamifera (L.) DC.)为菊科艾纳香属植物，别名大风艾、家风艾、大毛药、冰片艾等，为多年生草本植物，主要分布在中国、印度、泰国、缅甸、巴基斯坦、印度尼西亚、菲律宾等国。我国艾纳香主要分布在贵州、云南、广西、广东、福建、海南和台湾，以贵州分布最为广泛。艾纳香全株含有挥发油，主要成分为左旋龙脑，并含有黄酮类及萜类等化学成分，艾纳香的叶和嫩枝是提取天然左旋龙脑的重要原料，贵州为我国左旋龙脑的主要产区。

艾纳香始载于《开元本草》，其药用部位为叶、枝、根，现代多以艾纳香的嫩枝、叶作为原料提取左旋龙脑。艾纳香嫩枝、叶以每年10月采收为宜，采收后洗净切碎，经蒸馏、冷凝可得到白色晶体，晶体经过纯化处理即得到高纯度左旋龙脑。左旋龙脑具有开窍醒神，清热止痛的作用，是多种成药及民族药（苗药）的组成部分[5]。

天然冰片为右旋龙脑，最早的植物来源为龙脑香科植物龙脑香树，主产于印度尼西亚、菲律宾、印度、马来西亚，我国历来依靠进口满足需求。随着科研工作的不断深入，天然冰片资源植物日益受到重视。据统计，世界范围内有100余种植物中含有龙脑，樟科樟属植物广泛含有龙脑[6]。樟属（Cinnamomum）植物资源非常丰富，约250种，生长于热带、亚热带，亚洲东部、澳大利亚及太平洋岛屿均有。我国约有46种和1变型。樟属植物具有生物多样性的独特表现形式，根据其中精油组成成分以及含量等方面的差异，同一个种内可分为几个不同的化学型，这是樟属植物各个种的共性和普遍现象。樟属植物中含有右旋龙脑的有香樟、油樟、阴香等数种，其中香樟中龙脑型（龙脑樟）叶精油含右旋龙脑81.78%，油樟中龙脑型叶精油的右旋龙脑含量为77.57%，阴香中的梅片树、油脑计树分别含右旋龙脑70.81%、32.50%[7]，香樟中龙脑樟的天然冰片含量高于其他两个类型。龙脑樟是20世纪80年代在新晃县首次发现并发展起来的樟树化学类型。由于其枝叶精油中右旋龙脑含量高，资源丰富，已经成为提取右旋龙脑的主要原料。2009年湖南省新晃县龙脑开发有限责任公司培育的龙脑樟获国家植物新品种保护，依据《中华人民共和国植物新品种保护条例》，新晃龙脑公司对该植物拥有20年的独占权。

湖南省新晃县龙脑开发有限责任公司利用龙脑樟无性系规模化快繁育苗技术进行规模化繁殖，建成龙脑樟规模化快繁育苗示范基地和龙脑樟工业化原料林，为天然冰片的产业化开发提供了足够的植物资源，已形成天然冰片的工业化生产基地。江西吉安林科所也在从事天然冰片的研究与开发[8]。

二、天然冰片的研究与应用

目前天然冰片的主要来源植物为龙脑樟，龙脑樟的新鲜枝叶为提取天然冰片的主要原料。龙脑樟枝叶中含有大量的挥发油，挥发油组成成分比较复杂，其成分有：α-侧柏烯（α-thujene）, α-蒎 烯（α-pinene），莰 烯 (camphene)，3-莰烯(3-camphene)，β-蒎 烯（β-pinene），α-月 桂烯（α-nyrcene），α-水 芹 烯（α-phellenadrene），对聚伞花素（P-cymere），桉油精（cineole），柠檬 烯（limonene），罗 勒 烯(ocimene)，松 油 烯(β-ocimene)，芳樟醇(linalool)，樟脑(camphor)，天然冰片（d-borneol），β-松油醇(β-terpineol)，α-松油醇(α-terpineol)，乙酸橙花酯（neryl acette），α-异黄樟烯(α-isosafrole)，乙酸龙脑酯（bornyl acetate），β-榄香烯 (β-elemene)，顺式丁香烯（ciscaryophyllene），丁香烯（α-caryophyllene），吉马烯（germacerne-D）等[9]，其中天然冰片为主要成分，百分含量为71%～80%。

通过对湖南新晃地区龙脑樟的研究发现，不同部位中总挥发油含量以及挥发油中右旋龙脑所占比例有明显差异。其中果实的挥发油含量最高，以甲基丁香酚、樟脑及龙脑为主；根的木质部中挥发油含量最低，以甲基丁香酚为主；龙脑樟叶的挥发油含量在1.6%左右，其中右旋龙脑为主要成分，质量百分比可达80%。龙脑樟树叶为龙脑樟生物资源总量最丰富且易于再生的部位。

湖南省中药提取工程研究中心、湖南省新晃县龙脑开发有限责任公司等承担的国家科技部“十一五”支撑计划项目的课题研究表明，龙脑樟枝叶中右旋龙脑的含量与植株的生长年限有关，右旋龙脑的含量随生长年限增长逐渐上升，并逐渐趋于稳定。龙脑樟枝叶在不同生长周期中右旋龙脑含量的变化无显著性差异。天然冰片的传统加工方法为水蒸汽蒸馏法，该过程右旋龙脑的提取率仅为50%左右，其余的右旋龙脑均在提取、加工或残渣残留中损失，大量浪费龙脑樟植物资源。课题组拟通过改进水蒸汽蒸馏法提取右旋龙脑工艺过程的参数，优化工艺，提高右旋龙脑提取率；同时还探讨基于鲜叶匀浆后通过有机溶剂浸润的再提取分离工艺研究，在提高右旋龙脑提取率的同时最大程度降低生产成本。若通过开发出适合于生产天然冰片的高效提取设备，使生产工艺达到安全、简单、低成本生产的目标，右旋龙脑提取率可达80%以上，实现龙脑樟植物资源的高值化利用是完全可能的。

药理研究表明，天然冰片具有多种直接治疗作用，包括对中枢神经系统的保护作用，抗病原微生物作用，抗炎镇痛作用，抗生育作用。此外，冰片能够促进药物吸收，提高血管壁的通透性，开放血-脑脊液屏障及血脑屏障，抑制共用药物在生物体内的代谢速度，提高其生物利用度。

由于天然冰片、艾片及合成冰片化学构象上存在差异，其用药安全性方面也体现出一定的差别。研究表明，三者对小鼠的半数致死量（LD50以天然冰片剂量最大，合成冰片次之，艾片最小[10]，高剂量合成冰片对小鼠的一般生殖毒性高于天然冰片。目前中药复方中多使用合成龙脑，其质量不稳定，其中的龙脑成分在贮藏过程中容易转化为有毒性的樟脑[11]，影响了中药复方的质量而天然冰片药用安全性最高。天然冰片除了应用于医药领域外，还广泛应用于烟草、日化、食品农药等领域。由于天然冰片、艾片、合成冰片在价格上差别悬殊，天然冰片在医药领域的应用受到一定的限制。

三、龙脑的生源合成与人工合成简介

龙脑含有10个碳原子及两个异戊二烯单元为单萜类化合物。其生源合成途径已被证实为甲戊二酸途径（MVA）（见图1）[12]。在植物体内羟甲戊二酰辅酶A在其还原酶的作用下被还原成甲羟戊酸（图1中的1）。如图1所示，甲羟戊酸通过磷酸化、脱羧生成焦磷酸酯5和6，再经过聚合、异构化得到焦磷酸酯8，随后脱去焦磷酸根得到碳正离子9，中间体9发生重排生成龙脑。

人工合成龙脑一般采用α-蒎烯为原料[13]经适当催化剂在酸性条件下催化生成碳正离子中间体，再与羧酸负离子结合生成酯，经过简单的皂化反应水解得到右旋龙脑（图2）。但如果催化剂选用不当，α-蒎烯在酸性条件下可能生成莰烯，随后经过重排、酯化、水解后得到左旋龙脑人工合成龙脑一般采用草酸和氯乙酸作为原料与α-蒎烯反应，其中应用草酸法合成龙脑在国内外已有50年历史。

图2 采用α-蒎烯为原料合成龙脑

四、龙脑樟资源改良研究状况

目前对龙脑香科种子种质资源保存技术以及脱水过程中生理生化变化和贮藏条件对种子活力的影响等方面研究得较多。此外，对顽拗型的龙脑香科种子脱水的敏感性机制也有研究。研究种子的贮藏首先要确定种子的贮藏行为类型是正常型还是顽拗型。而龙脑香科树的种子在贮藏行为上属于顽拗型[14]，其贮藏寿命与种子含水量的具体研究结果见表1。温度对大多数龙脑香科种子的贮藏最显著的影响是低温损伤[15-18]，所以多数龙脑香科植物种子不能在低温下贮藏，具体研究结果见表2。在贮藏介质的使用上，可有效延长龙脑香科种子贮藏寿命的介质有木炭、泥炭、锯屑、沙和塑料袋等，而贮藏容器内稳定的湿度对避免种子失水有很好的效果。另外，良好的通气在贮藏龙脑香科种子时可赶走有毒气体，避免种子缺氧，增加氧气含量，从而提高种子贮藏寿命。表3是一些介质和通气等条件对龙脑香科种子贮藏寿命的影响结果。如果能在今后的研究手段中运用分子生物学研究方法，通过对植物基因的序列差异以及不同时间和空间上的基因表达，进一步研究龙脑香科植物属不同物种之间的进化历史，并分析这些植物种子脱水耐性的差异，可了解龙脑香科种子脱水耐性的演化关系。

表1 龙脑香科种子含水量和贮藏寿命关系表

表2 贮藏温度对龙脑香科种子贮藏寿命的影响

表3 贮藏介质、湿度以及通气对龙脑香科种子贮藏寿命的影响

在龙脑樟资源开发上，湖南省农业综合开发办与新晃天然冰片有限公司等[19]从1995年起对龙脑樟树扦插育苗技术的研究发现，龙脑樟扦插育苗快繁技术与种子繁殖育苗和嫁接育苗相比具有成活率高、生长整齐、经济适用、操作简单等优点，并能保持龙脑樟优良母株的各种优良性状如速生、丰产、抗病、再生和个体的遗传性状得到稳定延续，解决了天然右旋龙脑资源短缺的难题，是实现龙脑樟种苗生产快速繁殖和大面积造林的关键技术，适宜大面积推广应用。在栽培技术上，江西吉安市林业科学研究所[20,21,22]对不同立地条件、不同施肥量、不同采割时间和不同采割方式的龙脑樟矮林作业的经济效益也进行了对比研究（见表4，表5，表6）。

表4 不同施肥试验结果对比

表5 不同施肥试验效益分析

湖南农业大学国家植物功能成分利用工程技术研究中心在前期实验中，以水稻(Oryza sativa)为内标，用流式细胞仪对水稻和龙脑樟样品进行测定，通过比较水稻与龙脑樟样品峰值的倍数关系，计算出龙脑樟的基因集大小，初步测得龙脑樟基因集约为478Mb（表7为水稻与龙脑樟基因及大小数据结果）。本研究是世界上首次测定龙脑樟基因集大小，其药用植物代谢累积与综合利用课题组的后续计划将与深圳华大基因研究院合作，从基于调控右旋龙脑代谢积累的龙脑樟基因组学研究入手进行其靶向改良的研究。

表6 不同浓度生长调节剂生物量、精油含量、龙脑产量、净增产值试验结果

与欧美国家相比，我国在药用植物资源的应用开发上有着千百年的市场文化基础这一优势。虽然对龙脑樟的研究主要集中在对其种子特性及植物栽培技术的研究上，并取得了一定的研究成果，但是在分子机制的研究上与发达国家相比还远远不够。如何利用系统生物学技术研究将天然药物（右旋龙脑）与资源植物龙脑樟相结合并实现其靶向改良（定向培育），是我们目前需要重点加强的。因此，充分利用我国龙脑资源植物的优势，系统地通过各种组学的方法，特别是基因组学、蛋白质组学和代谢组学的方法，结合植物本身右旋龙脑的代谢累积规律来挖掘调控次生代谢产物右旋龙脑的关键调控因子，对于充分提高龙脑樟植物资源的利用率和对其进行靶向改良、培育新品种有着十分重要的意义。

天然冰片作为药材较为特殊，它不是一般的植物药材，实际上是纯度已达99%的右旋龙脑虽然其本身已具备了一个天然药物的属性，但对其来源植物进行任何基于提高资源植物右旋龙脑代谢积累量的改良，从理论上仍是被允许的，因为并不是用来源植物药材直接入药。右旋龙脑作为主要来源植物龙脑樟的次生代谢产物，其量的积累水平和可利用植物部位的生物总量就应该作为评价该来源植物质量优劣的最基本要素。其量的积累水平主要基于遗传、环境和栽培管理等三大人为因素。过去我们对次生代谢产物积累水平的普遍关注度放在环境（所谓道地性）和栽培、采收、加工技术等人为因素上。随着基因组学的发展，尤其是后基因组学时代的到来，人们在充分关注环境等诱导次生代谢产物积累水平的基础上，开始注重其基因源头调控机理的研究。若通过基因组--表观组--转录组--蛋白质组--代谢组--表型组的大贯穿研究，发现调控右旋龙脑的遗传因素，并通过分子育种、定向培育实现基于右旋龙脑的靶向改良，使右旋龙脑在龙脑樟树叶中的代谢累积达到5%左右应该是可能的。倘若如此，我们在提取工艺上保证80%的提取率，使天然冰片产品收得率达到4%，那么天然冰片的成本就可能与机制冰片接近，其市场应用将十分广泛。目前天然冰片在医药、香料、食品等领域用途广泛，适宜的价格培育出来的市场需求量将远远超过现在的供给量，预计达到1000吨也完全有可能。在天然冰片来源植物资源改良、生产工艺、药理药效、安全性及大健康领域中的应用开发等方面进行深入系统的研究将成为天然冰片推广应用的研究热点。让天然冰片这一优势天然资源为人类健康乃至动植物健康发挥其独特的作用，具有巨大的发展潜力，将创造十分可观的社会、经济效益。

[1] 中华人民共和国药典(2010年版一部)[S].北京：中国医药科技出版社，2010.56

[2] 赵守训. 冰片(龙脑)-世界最早应用的天然有机成分药物[J].亚太传统医药，2006,(2)∶24-25

[3] 曾建国等.从龙脑樟中提取右旋龙脑后残留液在日化产品中应用，ZL200810143917.1

[4] 李凝,王永梅.α-蒎烯BPO催化法合成冰片的动力学研究[J].桂林工学院学报, 2001, 3(21)∶ 280-283

[5] 师琴丽，师红毅，覃军章等. 贵州优势苗药艾纳香及其产品[J].贵阳中医学院学报，2003

[6] 李毓敬.天然龙脑的植物资源[J].中药材，1992,6(15)∶9-12.

[7] 欧阳少林，龙光远，黄璐琦等. 天然冰片的新资源[J]. 2005,(5)∶38

[8] 陈红梅，孙凌峰. 江西吉安龙脑樟资源开发与利用前景[J].林业科学，2006, 42(3)∶94-95

[9] 何洪城，刘小燕，程群生. 从龙脑樟中提取天然冰片的工业化生产工艺试验[J].湖南林业科技，2007,34(6)∶41

[10] 陈建南，曾惠芳，李耿等. 龙脑樟挥发油及天然冰片成分分析[J].中药材，2005, 28(9)∶ 781-782

[11] 吴寿荣，程刚，冯岩. 冰片药理作用的研究进展[J].中草药，2001, 32(12)∶1143-1144

[12] 姚美村，邵建芳，邹佳丽等. 冰片作用特点研究综述[J].临床医药实践，2009,8(18)∶1979

[13] Banthorpe, D V,Charlwood, B V, Francis, M J O. The biosynthesis of monoterpenes. Chem Rev, 1972, 72∶115-155

[14] 陈慧宗，刘永根，杨义文，邓志红，王瑞芬. CLY纳米催化剂催化α2蒎烯合成龙脑. 精细化工[J]. 2005, 22(4)∶277-279

[15] Tompsett, P B.A review of the literature on storage ofdipterocarp seeds[J]. Seed Science and Tecnology. 1992, 20∶251-267

[16] 宋学之，陈青度，王冬馥，杨军. 坡垒种子的储藏条件研究[J].林业科学，1984, 20∶225-235

[17] Tompsett, PB.Desiccation and storage studies on dipterocarp seeds[J].Annals ofApplied Biology, 1987, 110∶ 371-379

[18] Tang,H T, and Tamar,i C. Seed description and storage tests of some dipterocarps[J].Malaysian Forester, 1973, 36∶ 38-53

[19] Tompsett, P B.The influence ofmoisture content and temperature on the viability of Shorea almon, Shorea. robusta, and Shorea. roxburghiiseed [ J]. Can J For Res,1985, 15∶1 074-1 079

[20] 郭照光，孙秀泉等. 龙脑樟树快繁育苗技术的研究与应用[J].湖南林业科技，2003,(9)∶44-46

[21] 龙光远，彭招兰等. 龙脑樟矮林作业技术和效益分析[J].技术开发，2000,(6)∶30-31

[22] 郭志文，龙光远等. 龙脑樟矮林基地施用复壮专用肥效益分析[J].江西林业科技，2009,(6)∶9

[23] 龙光远，彭招兰等. 龙脑樟矮林植物生长调节剂应用效果研究初报[J]. 江西林业科技，2009,(6)∶10

*曾建国，博士，湖南农业大学教授，国家植物功能成分利用工程技术研究中心副主任，湖南长沙 410128