紫草生物活性成分及其应用进展

魏玲 何如霞 毛倩敏 陈爱珍 李丽 董银卯

紫草（Lithospermum Erythrorhizon）别名：山紫草、紫丹、紫芙、紫草茸、红石根等。为双子叶植物紫草科紫草属。主要包括：软紫草、紫草、黄花软紫草、新疆紫草。紫草喜凉爽、湿润的气候条件，怕涝，怕高温，以地势高、土层深厚、富含腐殖质、排水良好和渗水力强的中性或微酸性沙质壤土为宜，多生于荒山田野、路边及干燥多石山坡的灌丛中。我国紫草主要分布于新疆、甘肃及西藏西部、东北地区及河北、河南、山西、陕西、宁夏、青海、山东、江苏、安徽、江西、湖北、湖南、广西、四川、贵州等地；国外分布于日本、朝鲜。

紫草为多年生草本，高达90厘米。根直立，圆柱形，略弯曲，常分歧，外皮暗红紫色。茎直立，单一或上部分歧，全株被粗硬毛；叶互生，无柄。叶片长圆状披针形，长约6厘米，宽约1.3厘米，先端尖，基部楔形，全缘，两面被糙伏毛。聚伞花序总状，顶生；花两性；苞片叶状，两面具粗毛；花萼短筒状，5深裂，裂片狭渐尖；花冠白色，花冠管短，先端5裂，喉部具有5个鳞片状附肢，基部具有毛状物；雄蕊着生花冠筒中部稍上，花丝长约0.4毫米，花药长1～1.2毫米；花柱长2.2～2.5毫米，柱头头状。小坚果卵球形，乳白色或带淡黄褐色，长约3.5毫米，平滑，有光泽，腹面中线凹陷呈纵沟。花果期6～9月。

紫草中的化学成分及其药理作用

1.化学成分

紫草中含有多种化学成分，包括萘醌类、苯醌类、生物碱类、苯酚、酚酸类、三萜酸、甾醇类、黄酮类以及多糖类等物质，目前研究较多的是脂溶性很强的萘醌类化合物（基本结构如图1所示）和水溶性多糖。其中萘醌类是紫草抗癌的主要化学成分，两种分子量分别为27336、1152的多糖混合物是其抗人乳头瘤病毒的主要成分。

1.1 萘醌类化合物

紫草所含萘醌类化合物主要为去氧紫草素、β，β-二甲基丙烯酰紫草素、β-羟基异戊酰紫草素、乙酰紫草素、紫草素、去氢阿卡宁和β-羟基异戊酰阿卡宁等物质。紫草素萘醌类化合物分为两种光学异构体，一种为R型，命名为紫草素或紫草宁；一种为S型，命名为阿卡宁。

紫草萘醌类化合物5位与8位上酚羟基的氢可以分别与1位和4位上的氧形成分子内氢键。这种氢醌结构很不稳定，极易向外传递电子和质子。对于微生物而言，电子或质子的传递会影响微生物体内系列酶催化反应的正常进行，造成代谢紊乱而使微生物的生命力降低甚至失去活力。对于油脂而言，萘醌类化合物的电子和质子的传递可以终止油脂自由基链式反应而具抗氧化作用。因而紫草素的抑菌活性和抗氧化活性依赖于其对位醌结构。

1.2 紫草多糖

紫草多糖是一类非特异性免疫增强化合物，能提高机体的免疫功能，近年来的研究成果表明，紫草多糖具有抗病毒、调节免疫力、抗肿瘤、抗辐射及降血糖降血脂等功能。

2.药理作用

2.1 抑菌、抗病毒

紫草对多种细菌、真菌、病毒（疱疹病毒、人类免疫缺陷病毒）均有抑制作用。宓伟等用KB纸片扩散法对紫草进行了体外抗菌作用研究，试验结果表明：100%紫草水浸出液滤纸片对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、绿脓杆菌、伤寒杆菌、甲型链球菌、乙型链球菌均有明显抑菌作用。因此不经提纯，紫草可以直接应用于临床抗菌、抗病毒。通过趋化性实验、流式检测等实验证明，紫草素通过下调CCR5的表达，抑制HIV-1病毒的复制，从而有效地抑制艾滋病毒。

2.2 抗肿瘤

从紫草中提取的天然萘醌类化学成分具有定的抗肿瘤作用，紫草素和紫草多糖对癌细胞都具有良好的抑制作用。邵振俊等研究表明：紫草天然化学成分甲基丙烯酰紫草素在体内外的抗肿瘤作用较好，且呈明显的量效和时效关系。天然萘醌类化合物抗癌活性强于某些合成类抗癌药。但是，关于紫草未经提纯以原药材入药对癌症的治疗作用未见报道。黄河等研究表明，阿卡宁衍生物的抗癌活性比天然化合物更强，它们的抗癌活性强弱可能与半合成过程中引入基团的活性和亲核反应的位置相关。但是，目前对于紫草提取物的抗肿瘤研究处于体外或动物实验阶段，尚未有紫草提取物或天然紫草提取物的衍生物用于临床。

2.3抗炎、免疫调节

紫草对白三烯和5-羟色胺的合成有抑制作用，具抗组胺等炎症介质作用，利用紫草这药理作用用于防治支气管哮喘、荨麻疹等疾病。紫草素对急性期炎症和增生期肉芽肿均有抑制作用。紫草素通过抑制Thl细胞因子的表达发挥了抗炎症的作用。紫草还可增强巨噬细胞的吞噬功能及自然杀伤细胞活性，增加淋巴细胞的数量，对小鼠特异性及非特异性免疫均有增强作用。

2.4 其他

紫草还具有抗生育、降血糖、抗氧化、免疫调节、促进伤口愈合、消斑、促进角质异常恢复等作用，在临床上用于避孕，治疗糖尿病、肝脏脂质氧化性损伤、外伤、烧伤、烫伤、银屑病等。紫草素还可作为天然色素，应用于化妆品中。紫草的应用

1.临床应用研究

1.1 皮肤病

紫草具有消肿收敛，促进伤口愈合及抗皮肤真菌的功效，在治疗烧烫伤、褥疮、婴儿尿布皮炎等皮肤疾病方面取得定疗效。

赵众就复方紫草烫伤软膏治疗中小面积烧伤患者的效果报道中以120例烧伤患者为研究对象，随机分为对照组和观察组，各60例，对照组给予美宝烫伤膏，观察组给予以紫草200克，地榆200克，冰片10克为主要成分的复方紫草烫伤软膏，95%的观察组治愈率高于80%的对照组治愈率且观察组浅II度与深创II度创面愈合时间明显短于对照组。

孙蓉将其医院中的96例婴儿尿布皮炎患者均分成两组，分别对其采用氧气吹臀配合紫草油外涂护理与外涂炉甘石洗剂护理，观察到两组尿布皮炎的治疗有效率分别为97.9%和75.0%，从而得出氧气吹臀配合紫草油护理婴儿尿布皮炎效果良好。

紫草清热解毒凉血的功效在血热引起的皮肤病如玫瑰糠疹、扁平疣、银屑病、顽固性荨麻疹的治疗过程中疗效显著。景慧玲等人以紫草为主药辅以多种清热凉血草药煎成的紫草汤在治疗寻常型银屑病42例的结果显示，治疗3个疗程后痊愈20例，显效8例，有效8例，无效6例，总有效率85.71%.紫草汤治疗寻常型银屑病临床效果确切，可以明显减少皮损面积，减轻皮肤瘙痒，减少鳞屑厚度。

1.2 妇科疾病

复方紫草油清热燥湿、活血化瘀，对宫颈糜烂湿热下注症有着确切的疗效，李伟莉、陈丽娟将120例宫颈糜烂湿热下注症患者随机分为治疗组（复方紫草油：生大黄、紫草、黄柏、冰片、麻油）、对照组（治糜灵栓：黄柏、苦参、枯矾、冰片）各60例，观察局部治疗前后临床疗效及宫颈糜烂面积的变化。观察到治疗组总有效率93.33%、对照组88.34%；治疗组治疗后白带及阴道清洁度积分与治疗前比较差异有显著性；轻度糜烂治疗组疗效优于对照组；两组第2疗程总有效率高于第1疗程。得出复方紫草油治疗宫颈糜烂湿热下注症疗效确切，治疗轻度宫颈糜烂疗效显著，可有效改善白带异常和阴道清洁度，适当增加疗程可提高疗效的结论。

米非司酮配伍米索前列醇进行42天内早孕药物流产已广泛应用于临床，成功率高，但完全流产率相对较低，出血时间较长。若采用米非司酮配伍米索前列醇加用紫草药物的效果较未加用紫草者完全流产率提高，出血时间明显缩短，未见不良反应，值得临床推广

其他妇科疾病，如二仙紫草汤治疗女性更年期潮热，治疗妊娠高血压综合征、围绝经期子宫肿瘤、阴道炎等。

1.3 血液病

唐由君等将紫草用于血液病的治疗，由于紫草具有活血凉血、疗肿胀满痛的功效，现代药理研究表明具有抗炎作用，用于血友病时可以缓解急性关节炎期的无菌性炎症。除此之外还用于原发性血小板板增多症、急性白血病缓解症状的治疗。

2.化妆品应用

*消炎止痒：含有抗致病皮肤真菌和细菌的生物活性天然物质，能防治多种皮肤病。

*抗晒作用：对紫外线的吸收波长极大值为280nm左右，能防止紫外线对皮肤的损伤。

*祛痘修复：紫草主要功能为凉血，活血化瘀，解毒透疹，因此能加速痘印和疤痕的新陈代谢，具有显著的祛痘、祛痘印和消炎的效果，同仁堂紫草祛痘修复面膜、优理氏紫草净痘消痕霜、小蜜蜂万用紫草膏、韩律紫云膏等中都添加有紫草提取物。

3.天然色素应用

紫草红色素是世界上天然植物红色素中最好的 种，被联合国食品添加剂法典委员会列入食品、化妆品、药品添加剂指定范畴。用于果汁（味）饮料类、雪糕、冰棍、果酒、油脂类、干酷、香料、辣味肉禽类罐头等的着色，为紫色至红色着色剂，还可用于化妆品、医药包膜、胶囊、洗涤剂的着色。中国《食品添加剂使用卫生标准》（GB 2760-1996）规定：可用于果汁（味）饮料类、雪糕、冰棍、果酒，最大使用量为0.1克/千克。

紫草色素的主要成分为紫草醌，不溶于水，但能溶于有机溶剂，结构见图2。

性质：紫褐色或紫红色针状晶体或黏稠状浸膏，脂溶性，色价高；色调随pH值而变化，在碱性溶液中呈蓝色，在酸性溶液中呈红色，耐热性好，耐盐性、染色力中等，耐金属盐较差；在油脂中呈鲜红色，有定的抗菌作用。

用无水乙醇提取紫草色素，并对其稳定性以及在羊毛上的染色性能进行研究分析。实验结果表明：紫草色素具有良好的热稳定性及耐弱酸稳定性；较高的染色温度、弱酸性条件有利于紫草色素在羊毛纤维上获得较高的得色率；媒染剂的加入使织物呈现不同的颜色特征值，具有氧化性或还原性的媒染剂如Cr2+、Sn2+、Fe2+会破坏紫草色素的结构，使织物的色光发生变化。紫草植物细胞工程研究

如前所述，紫草具有较高的药用价值，大量地采挖野生紫草，已经严重威胁到产地的生态环境。为了满足增加的需求，研究人员早已意识到要运用植物细胞工程技术解决紫草资源短缺的问题。

1.紫草愈伤组织的诱导

1974年，研究人员就成功地从硬紫草诱导出愈伤组织。这项工作拉开了利用植物细胞工程生产紫草素的序幕。我国药用紫草的研究工作从20世纪80年代中期才开始，樊红霞、朱汝幸分别诱导获得了滇紫草的愈伤组织，并发现其紫草素含量比其根部高。李国凤等诱导得到了有效成分含量最高的新疆紫草愈伤组织。

2.影响新疆紫草细胞生长及紫草素合成的理化因子

2.1 物理因子

方德秋等研究表明紫草悬浮培养时，pH值5.6，细胞增重最大，且培养体系具有自我调节功能；固体培养时，没有自我调节功能，pH值不应小于5.8。

2.2 化学因子

采用两步培养法，改良LS培养基用于细胞生长，M9培养基用于产生色素。

（1） 激素：2，4-D抑制细胞生长，对IAA和KT的作用尚有争论。

（2） 碳源：蔗糖浓度为5时愈伤组织产量和紫草素含量最高。

（3） 氮源：蛋白胨、水解乳蛋白、玉米粉对愈伤组织生长影响不显著，酵母提取液抑制生长，马铃薯提取液促进细胞生长。

（4） 其他：刘长军等研究了多种真菌诱导子对生长和紫草色素合成促进作用的影响，其中黑曲霉诱导因子作用效果最好。傅旭庆发现米根霉诱导因子能够显著提高紫草色素的含量，并可加快胞内色素分泌到培养液中的速率和数量，同时加入正十六烷对米根霉的诱导有协同作用。

3.紫草细胞的悬浮培养和固定化培养

3.1 悬浮培养

Fujita等最早提出用两步法进行紫草细胞的悬浮培养。宁文等进行试验研究表明细胞生长曲线呈扁平的S形，细胞停止生长后，紫草宁及其衍生物大量形成，二者的动态变化呈负相关。

3.2 同步提取

使用某些有机溶剂在培养过程中同步萃取紫草素，既简化了次生代谢物的分离提纯工作，又降低了产物的反馈抑制。薛莲、袁丽红等报道Tween20、维生素C、L-苯丙氨酸和正十六烷对紫草素产率均有提高，其中正十六烷效率最好，提高了5.8倍。

3.3 紫草细胞的反应器大规模培养

董教望等在10升的搅拌式反应器中培养新疆紫草，总色素含量达到干重的14.26，紫草素衍生物的产率为1.93克/升。陈士云等用5升外循环气升式反应器培养新疆紫草细胞，在25天的培养周期中，细胞干重增加了7.3倍。中国科学院化冶所研制成功了“气升内循环半错流式”新型植物细胞生物反应器，并实现了新疆紫草细胞100升规模的反应器培养。反应器大规模培养是紫草走向工业化生产的重要一步。

3.4 固定化培养技术

目前，固定化培养已成为利用植物细胞培养生产次生物质研究的个重要方向。吕华等把硬紫草细胞包埋在海藻酸钙中固定化培养，30天后，色素外泌达70，而悬浮细胞仅有30。如同时使用正十六烷进行萃取，色素外泌可达95。研究表明固定化培养过程中，以45天更换一次培养基，则180天后，细胞仍有产生色素的能力。

3.5 紫草的种苗快繁

使用生物工程的手段，直接生产无菌苗，然后在产区进行种植，该法成本小，见效快，是中药现代化最直接的体现。以上所述两种途径常常是同时进行、相辅相成的。结论与展望

科学家们通过努力，已基本清楚紫草素及其衍生物的代谢途径。紫草作为一种传统临床常用药，其广泛的药理与临床作用越来越受到人们的重视，对其有效成分和药理作用的研究日益深入，并取得了很大进展，一部分动物和临床试验也在进行中。而紫草的保肝、降血糖、抗肿瘤、抗HIV病毒等物质基础及作用机制还不是很明确，是今后研究的重点。