药用植物半夏生物碱类成分研究进展

刘永红，郭建宏 ，刘文婷，梁宗锁

(1 西安职业技术学院，陕西 西安 710077；2 西北农林科技大学 生命科学学院，陕西 杨凌 712100)

药用植物半夏生物碱类成分研究进展

刘永红1，郭建宏1，刘文婷2，梁宗锁2

(1 西安职业技术学院，陕西 西安 710077；2 西北农林科技大学 生命科学学院，陕西 杨凌 712100)

生物碱为半夏药理作用的主要有效成分之一，具有镇咳、祛痰、止呕、抗心律失常、抗炎等作用，在抗癌和对帕金森病的防治方面也有重要作用。文章对近5年来有关半夏生物碱的含量分布、代谢调控及相关药理研究进展进行了综述，并对相关研究现状进行了展望，以期为半夏生物碱类成分的开发利用提供参考依据。

半夏；生物碱；含量分布；代谢调控；药理作用

药用植物半夏始载于《礼记·月令》:“五月半夏生，盖当夏之半，故为名也”。《神农本草经》中称之为“地文”、“水玉”, 并提到半夏的生境为“生川谷”。宋《图经本草》记载：“二月生苗一茎，顶端出三叶，浅绿色，颇似竹叶而光，江南者似芍药叶。根下相重，上大下小，皮黄肉白”。

半夏属(Pinelliatenore)植物属于天南星科(Araceae)南星亚科(Aroideae)，目前，中国有10种，分别为滴水珠(PinelliacordataN.E.Brown)、盾叶半夏(P.peltataPei)、姊归半夏(P.ziguiensis L.Li)、大半夏(P.polyphyllaS.L.Hu)、石蜘蛛(P.integrifoliaN.E.Br.)、三裂叶半夏(P.tripartiteSchot Syn.)、掌叶半夏(P.pedatisectaSchott.)、半夏(P.ternata(Thunb.) Breit.)、鹞落坪半夏(P.yaoluopingensisX.H.Guo et X.L.Liu)和五叶半夏(P.ternataBreit.var.quinquefolia S.L.Hu)。半夏是我国常用的大宗药材，以块茎入药，具有镇咳、祛痰、止吐、镇静催眠、抗肿瘤等作用[1]。半夏含有众多的化学成分，但每种成分的含量均较低，主要包括生物碱、半夏淀粉、甾醇类、氨基酸、挥发油、芳香族成分、有机酸类、黄酮类、半夏蛋白、鞣质以及多种微量元素等[2]，而生物碱被认为是半夏药理作用的主要有效成分之一。

植物化学成分分析及现代药理试验表明，半夏含有多种具有药理活性的生物碱类次生代谢产物，此类次生代谢产物具有抗肿瘤、抗菌、抗氧化以及糖苷酶抑制等活性[1]。本文主要基于近5年来国内外的研究报道，对半夏生物碱的含量分布、代谢调控、药理活性等进行了综述，以期为药用植物半夏生物碱类资源的开发利用提供参考依据。

1 半夏生物碱的含量分布

1.1 不同产区半夏生物碱的含量比较

我国陕西、甘肃、宁夏、四川、湖北、河南、贵州、安徽、江苏、山东、江西、浙江、湖南、云南等地都生产半夏药材，但对哪些产地的半夏可归为道地药材，一直存在争议。陈洪群等[3]比较了河南唐河、四川南充、四川广安、四川阆中、山东郓城、山东曹县、山东成武、山东单县、陕西商洛、湖北恩施10个地区栽培半夏的生物碱含量，发现山东单县栽培半夏生物碱含量为0.065 2%，位居第1；河南唐河的唐半夏(P.ternata(Thunb.) Breit.)生物碱含量为0.041 5%，位居第2，指出唐半夏属优质种质资源，值得大面积规范化种植和资源保护。其他研究也证实，山东单县柳叶半夏(P.ternata(Thunb.) Breit.)的总生物碱含量最高，其次为甘肃天水和西和种植的半夏，这3个地区半夏总生物碱含量为0.013 2%～0.033 2%，高低相差 2 倍左右，且栽培半夏的生物碱含量高于野生半夏[4]。但也有报道称野生半夏生物碱含量普遍高于栽培品种[5]，这可能与地理位置等其他外界因素有关。徐保宁等[6]发现，来源于不同产地的半夏总生物碱含量存在差异，依次为湖北产半夏>四川产半夏>云南产半夏>陕西产半夏>宁夏隆德县六盘山道地中药材引种驯化园半夏>宁夏径源县白面镇半夏>宁夏径源县惠台乡米岗村半夏，并指出湖北作为半夏道地产区，所产半夏品质优良；四川及云南作为主产区，所产半夏总生物碱含量接近，品质亦优。这些研究都为优质半夏的筛选提供了依据。

1.2 不同种半夏的生物碱含量

半夏种间变异较大，即使在同一试验小区栽培的半夏，也会出现叶形、叶数、珠芽位置、珠芽数量等的变异。杨小艳[7]比较了芍药叶型、桃叶型、竹叶型、柳叶型半夏的总生物碱含量，发现竹叶型半夏的总生物碱含量较高,其次是芍药叶型半夏、桃叶型半夏,而柳叶型半夏的总生物碱含量最低,表明竹叶型半夏的品质可能优于其他叶型半夏。另外，我国的半夏属10个种之间，除了形态差异，化学成分也存在差异，这为目前各地存在的其他药材混用半夏的鉴别提供了依据。欧祖兰等[8]指出，鹞落坪半夏的化学成分与半夏不尽相同，虽然均含生物碱成分，但两者生物碱的结构类型或存在形式有一定差异。肖海英等[9]对半夏和水半夏进行了对比研究，发现半夏及其中药制剂的水提物以甲醇∶水体积比1∶99为流动相展开时，高效液相色谱图在保留时间32 min左右有鸟苷的特征峰，而水半夏无此峰。笔者认为，由于目前市场上其他品种混用半夏现象较严重(表1)[10]，因此将生物碱作为半夏的鉴别指标[11]，加强半夏与其易混品之间的鉴别研究，对保证半夏正品药材供应有重要意义。

表1 易混用半夏的药材植物来源[10]Table 1 Sources of Pinellia ternata medicinal material

1.3 半夏及其炮制品的生物碱含量变化

半夏具低毒，使用前往往需炮制，但炮制后半夏生物碱类成分会发生一定变化。已有报道称，硫熏后半夏总生物碱含量明显降低[12]，因此半夏产地加工时应抛弃硫熏法，探索无硫加工工艺。姜半夏在制作为颗粒剂的过程中，生物碱含量也有一定损失，表明配方颗粒的提取工艺也需要改进[13]。在姜半夏炮制品的质量控制中，白矾用量为主要影响因素,生姜用量影响不显著,当每100 g半夏用生姜25 g,白矾12.5 g,煮制5 h，生物碱和有机酸含量最高[14]。半夏、清半夏水提组分中，总生物碱含量表现为半夏>清半夏，麻黄碱含量表现为清半夏>半夏[15]，这为深入研究清半夏的炮制方法及传承与规范化应用半夏提供了依据。

1.4 半夏与其组织培养物生物碱含量的比较

随着半夏野生资源的减少，组织培养技术成为半夏种苗繁育的主要手段之一，有关组培半夏与栽培及野生半夏化学成分的差异也有一些研究。有报道指出，野生半夏中的总生物碱含量高于组培半夏[16]，这对组培半夏的品质提出了改进方向。西北农林科技大学指纹图谱中心前期已诱导出3种具不同生长速度、颜色、质地、生物碱含量的半夏愈伤组织细胞系，以及1种与半夏栽培块茎形态相似、且具有相似解剖结构的半夏组培小块茎(图1)。3种愈伤组织细胞系的总生物碱含量分别为0.029 3%，0.023 4%和0.017 5%，组培小块茎的总生物碱含量为0.014 9%～0.032 1%，均高于栽培块茎(0.007 2%)，但由这些组培中间体诱导出的半夏植株的生物碱含量是否高于栽培半夏植株还有待进一步研究，但已证明，半夏愈伤组织细胞系及组培小块茎可作为模式材料调控半夏主要生物碱的代谢合成[17]。

图1 半夏3种愈伤组织细胞系、组织小块茎

1.5 不同采收期、不同块茎大小半夏的生物碱含量

半夏规范化种植过程中，需确定半夏适宜采收时间，以兼顾半夏药材质量和产量的双优。由于半夏在生长过程中有高温倒苗现象，因此不同采收期的半夏块茎中总生物碱和鸟苷含量存在差异，一般10月中旬采收的半夏块茎总生物碱含量最高，11月中旬采收的半夏块茎中鸟苷含量最高，因此确定10月中旬至11月中旬为半夏最佳采收期[18]。但不同地区有所差异，如在喀斯特温和气候区，以在9月上旬采收的半夏块茎产量最高，为1.51 kg/m2,总块茎数量最多，为2 880.6粒/m2,中块茎率为56.1%；而在8月底采收的半夏总生物碱含量最高，达到0.030 3%，为兼顾产量和品质，可在8月底至9月上旬适时采收[19]。另外，不同种茎大小半夏的生物碱含量也有差异，以中种茎半夏的生物碱含量最高[4]，这对半夏种植产业的规范化有一定参考意义。

2 半夏生物碱的代谢调控

2.1 总生物碱

生物碱在半夏中含量较低且不稳定，这制约了半夏药材的应用范围及规模。有研究发现，硝酸镧和L-苯丙氨酸能够促进半夏愈伤组织中生物碱的积累，当硝酸镧和L-苯丙氨酸的质量浓度分别为2.25和6 mg/L时，半夏愈伤组织的生物碱积累量最大，分别比对照提高76.89%和8.99%[20]。另外，盐胁迫后半夏的总生物碱含量显著降低，但经过丙氨酸(ALA)处理后，总生物碱含量显著提高，甚至高于正常条件下的半夏[21]。适宜质量浓度的Ca2+(440～660 mg/L)有利于半夏类原球茎中总生物碱及鸟苷的积累[22]。诱导子植酸(PA )和茉莉酸甲酯(MeJA)也可显著提高半夏类原球茎的增殖效应，促进总生物碱和鸟苷的积累，但原球茎的增殖和生物碱的积累并不呈正相关[23]。当以蛭石+珍珠岩为栽培基质，并应用日本园式营养液栽培时，半夏总生物碱及鸟苷的含量较高[24]。栽培过程中照射蓝光可促进半夏块茎中总生物碱的累积，绿光则抑制总生物碱的积累；白光有利于鸟苷的积累，红光次之，黄光则不利于鸟苷的积累[23]。栽培密度、有机肥、磷肥施用量等均可对半夏产量和总生物碱含量产生影响，其中栽培密度是影响半夏总生物碱含量的主要因素，其次为P2O5施用量,有机肥施用量影响较小[25]。

2.2 单一生物碱

目前，半夏中已分离到的单一生物碱有L-麻黄碱、葫芦巴碱、胆碱、鸟苷、胸苷、肌苷、尿苷和腺苷等，针对各个单一生物碱在植物半夏中的代谢调控研究报道较为少见。有报道指出，外源NO可通过提高半夏组培苗体内苯丙氨酸解氨酶(PAL)、谷氨酸合酶(GOGAT)、谷草转氨酶(GOT)3种酶活性，加速无机氮的同化及转化效率，提供更多的代谢前体物以促进总生物碱及鸟苷积累[26]。王冰洁等[27]研究发现，加倍体(16倍体)半夏块茎中鸟苷含量和有机酸含量明显高于8倍体半夏块茎，且加倍体半夏在染色体加倍后，可以提高有效成分含量，说明加倍体半夏值得开发利用。西北农林科技大学指纹图谱中心在借鉴麻黄、绿豆、咖啡等植物中L-麻黄碱、葫芦巴碱、鸟苷、肌苷代谢途径[28-29]的基础上，探讨了半夏鸟苷、肌苷、葫芦巴碱的代替调控模式，发现半夏内生菌及一些非生物诱导子，如氯化钙、肌醇、水杨酸、壳聚糖和前体化合物烟酸、天冬氨酸、甘氨酸、肌苷酸等都可调控这3种生物碱的合成。前体化合物甘氨酸和肌苷酸可对嘌呤生物碱代谢途径中的关键酶腺苷琥珀酸合成酶(sAMP)和肌苷酸脱氢酶(IMP)的比活力产生影响[29]。

3 半夏生物碱的药理作用

半夏总生物碱具有镇咳、祛痰、止呕、镇静、镇痛、抗心律失常、抗炎等作用[30]。麻黄碱具有平喘、止咳等作用[31]。近几年，关于半夏生物碱药理作用的研究主要集中在以下几方面。

3.1 对帕金森病的防治作用

段凯[32]研究发现，半夏总生物碱对抗大鼠神经系统的退行性病变有一定的作用，能提高帕金森模型大鼠大脑皮质部分及血清超氧化物歧化酶(SOD)、还原型谷胱甘肽(GSH)的活性，抑制MDA和H2O2的产生。

3.2 对衰老小鼠学习记忆障碍的改善作用

唐瑛等[33]研究发现，应用半夏总生物碱干预D-半乳糖诱导的衰老小鼠，可明显改善其学习和记忆功能，这可能与半夏生物碱有抗氧化作用及抑制乙酰胆碱酯酶(AchE)的活性有关。

3.3 对癌细胞增殖的抑制作用

周茜等[34]研究发现，半夏总生物碱能明显抑制人肺癌细胞株A549增殖，并具有一定的剂量依赖关系。其作用机制可能是半夏总生物碱损伤了癌细胞的DNA，阻止细胞的分裂，增加细胞的凋亡，进而发挥抑制癌细胞生长的作用。 陈雅琳等[35]研究发现，半夏总生物碱对人肝癌细胞QJY-7703具有明显的生长抑制作用，且具有一定的剂量依赖关系。该结果有力地证明了生物碱类成分是半夏抗肿瘤作用的重要物质基础，为深度开发利用半夏资源奠定了重要的基础。孙欢等[36]探讨了半夏总生物碱(TATP)对人乳腺癌细胞株MDA-MB-435S增殖的影响，发现25，50及100 μg/mL的TATP作用24 h后， TATP组细胞DNA含量、尾长及尾动量均与对照组有极显著差异(P<0.01)，且呈现浓度依赖性。说明TATP对乳腺癌细胞的DNA有损伤作用，进而可能阻止细胞分裂，增加细胞的凋亡，达到抑制癌细胞生长的作用。陈雅琳等[37]观察了半夏总生物碱(TATP)对人胃癌细胞株SGC-7901增殖抑制的影响，发现TATP对人胃癌细胞具有明显的增殖抑制作用，且与药物浓度、加药时间呈正相关。其机理可能与阻止癌细胞分裂，增加细胞凋亡有关。

4 结 语

半夏作为一种大宗药材，其药理作用广泛。生物碱是半夏药理作用的主要有效成分之一，围绕其分离检测、药理活性等已有大量研究。但纵观现有研究，发现还存在一些问题。

1)半夏总生物碱的分离检测方法有紫外分光光度法、酸性染料比色法、重量法、薄层扫描法等[38]。但由于半夏生物碱含量较低，提取分离操作繁杂，因此生物碱分离测定的准确率和精确率偏低。而且以麻黄碱为对照测定的生物碱含量只是一个相对值。因此需建立一种更精确的分离检测半夏总生物碱的方法。

2)半夏生物碱含量低且不稳定，这制约着半夏走向国际市场。为实现半夏生物碱含量的稳定和可控，需更多地研究半夏生物碱的次生代谢调控机制及途径，如各单一生物碱在半夏中的代谢途径、代谢底物、关键酶等。

3)内生菌可代谢出与宿主植物相同或相近的次生代谢物[39]。已有研究证明，某些半夏内生真菌和细菌可产半夏鸟苷、肌苷和葫芦巴碱[40]。因此，产半夏生物碱微生物发酵条件的优化研究可为工业化生产半夏生物碱提供新的思路。

4)生物碱作为一类具有较高价值的药用成分，对其药理作用的研究还有很大空间。如早在《黄帝内经》中就有关于半夏治疗失眠的记载[41]，但这一功能与生物碱类成分的关系仍需要更深一步的研究。

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Research progress on alkaloids fromPinelliaternata

LIU Yong-hong1,GUO Jian-hong1,LIU Wen-ting2,LIANG Zong-suo2

(1Xi’anVocationalandTechnicalCollege,Xi’an,Shaanxi710077,China;2CollegeofLifeSciences,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China)

Alkaloids are the main biologically active compounds inPinelliaternatawith the ability to prevent vomiting and the effects of analgesic,expectorant,antiarrhythmic and anti-inflammation.They also can resist cancer and Parkinson’s disease.In the paper,the detection,metabolism regulation,and pharmacological effects of alkaloids based on researches in last five years were summarized and future research directions were prospected to provide reference for exploitation ofPinelliaternataalkaloids.

Pinelliaternata;alkaloids;content distribution;metabolism regulation;pharmacological effects

时间:2015-08-05 08:57

10.13207/j.cnki.jnwafu.2015.09.024

2015-03-09

陕西省教育厅科研计划项目(15JK2159)

刘永红(1974-)，女，陕西宝鸡人，讲师，博士，主要从事药用植物学研究。E-mail： 376957173@qq.com

梁宗锁(1965-)，男，陕西扶风人，教授，博士生导师，主要从事植物生理生态学和药用植物学研究。 E-mail：liangzs@ms.iswc.ac.cn

S567.23

A

1671-9387(2015)09-0171-07

网络出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1390.S.20150805.0857.048.html