石杉碱甲提取工艺及药理功效研究进展

张庭荟

(陕西理工学院生物科学与工程学院食品质量与安全1301班，陕西 汉中 723000)



石杉碱甲提取工艺及药理功效研究进展

张庭荟

(陕西理工学院生物科学与工程学院食品质量与安全1301班，陕西 汉中 723000)

摘要：石杉碱甲(Huperzine-A，简称Hup-A)，是从石杉科植物千层塔中提取的一种生物碱，具有提高记忆的功能，临床常用于阿尔茨海默病及良性记忆障碍的治疗。本文综述了近几年关于石杉碱甲的提取工艺与药理功效的研究进展，初步确立石杉碱甲的最优提取工艺，以及在药理应用的最新发现。为研究者提供参考。

关键词：石杉碱甲; 提取工艺; 药理功效; 研究进展

1引言

石杉碱甲(Huperzine-A)是从石杉科植物千层塔中提取的一种生物碱，一种天然的、高效的、可逆的乙酰胆碱酯酶(AchE)抑制剂，能够明显改善学习记忆能力，对早老年性痴呆症、单纯记忆力障碍以及重症肌无力症的治疗有显著疗效。由于它的治疗指数高,作用时间长,在国际上已被列为第二代胆碱酯酶的抑制剂之一。国内外对石杉碱甲的研究已经有近20年，在石杉碱甲的提取工艺与药理功效方面的研究积累了大量的实验资料，由于Hup A在自然界中存在量极低,且含有大量杂质,至今国内外有大量研究人员正在探索寻找理想的分离方法。本文通过对近几年石杉碱甲提取工艺与药理功效研究进展的综述，确定了石杉碱甲最优提取工艺，以及最新药理功效。

2石杉碱甲的分子结构

石杉碱甲化学名为(5R，9R，11E)5-氨基-1l-乙叉基-5，6，9，10-四氢-7-甲基-5，9-甲撑环辛并(6)吡啶-2(1H)酮。它的结构如图1所示。由石杉碱甲分子结构可知,分子中含有吡啶酮内酰胺氢和氨基氢，两者对 pH值敏感,稀氨水碱性( pH 9)条件下以形成不带电荷的分子态易被非极性有机溶剂萃取,而在稀盐酸酸性( pH< 3)条件下形成带正电分子,易被极性溶剂萃取。

3石杉碱甲的提取工艺

目前已有研究者利用酸浸取、索氏提取、微波提取、超声提取等方法对石杉碱甲进行提取，并且利用溶剂萃取、反萃取、重结晶、硅胶柱层析等方法进行分离纯化,虽然能获得少量产品，但终因费时(一个生产周期超过一个月)，得率低(低于百万分之一)，难于规模化生产。

3.1原材料的选择

石杉碱甲提取自石杉科石杉属植物，石杉属下不同种植物，其石杉碱甲的含量及分布不同，同种植物的不同生长阶段及不同分布区域，石杉碱甲含量也不相同。黄雅琪等利用HPLC法测定了三种千层塔中石杉碱甲的含量，结果表明，蛇足石杉含量最高，四川石杉其次，皱边石杉含量最低。王德立等对蛇足石杉不同生长阶段石杉碱甲含量的地区差异进行了研究，结果表明，不同生长阶段石杉碱甲的含量：幼苗>幼株>成株(江西、重庆)；幼株>幼苗>成株(贵州、广西)。相同生长阶段不同生长地区石杉碱甲含量：幼株期和成株期贵州样地最高，重庆次之。因此对于材料的选择，贵州产蛇足石杉幼株最为适宜。

3.2石杉碱甲的提取

3.2.1酸浸取

石杉碱甲是一种生物碱，酸浸取是依据生物碱呈碱性的原理，利用酸性溶液浸泡，使其从植物中溶出到溶液中来，其优点是操作简单。张馨等利用硫酸浸取对石杉碱甲的提取工艺进行了研究，确定了最佳的石杉碱甲提取工艺，在10倍量pH=1的硫酸浸提12h，超声30min下，经酸化2次，用NaOH碱化调pH=9，提取率能达到0.145%以上。刘建廷等利用盐酸浸提 ,氯仿萃取来制取、 纯化石杉碱甲 ,在料液比为1 :10 ,浸泡10 h ,酸解3次 ,每次为45 min ,酸解pH值为3.0 ,酸解温度为55℃,碱化pH为9.0下,石杉碱甲的得率大于79.4 %。

3.2.2微波提取

微波提取又称微波辅助提取，根据不同结构物质吸收微博能力的差异，对某些组分选择性加热，可是被萃取物质从体系中分离进入萃取剂，其优点有萃取质量稳定、产量大，选择性高、节省时间，能耗降低等。查圣华等对微波提取石杉碱甲进行了研究，发现在酸浓度 0.8 %(v/v) ,液固比例25∶ 1 ,微波处理时间90s下，经3次重复实验所得石杉碱甲回收率为93.7 %,与传统的回流提取工艺相比 ,过程时间从2h缩短为90s ,回收率提高了10 %以上。

3.2.3超声提取

超声提取是利用超声波热学原理、超声波机械机制和空化作用的原理提取有效物质，其优点能够缩短时间、提高提取率、降低成本等。查圣华等用正交试验研究了超声提取蛇足石杉生物碱的最佳条件。结果表明 ,在室温下超声提取的最优条件为:酸浓度0.8 %(v/v) ,液固比例20 :1 ,超声功率600 W,超声15 min，经三次重复实验所得石杉碱甲回收率为97.3 %，与传统的回流提取工艺相比 ,过程时间从2 h缩短为15 min ,回收率提高了10 %以上。

3.2.4索氏提取

索氏提取是以挥发性有机溶剂为溶媒，对浸出液加热蒸馏，是挥发性溶剂蒸馏后再冷凝，其优点是操作简单，提取率高。黄晖等通过索氏提取对长柄石杉中石杉碱甲的提取进行了研究，用95%的乙醇回流24h，回流一次，检测得到石杉碱甲0.02281%，RSD为0.83%，从石杉碱甲的得率上看，其提取效果最差，而且耗时长，在生产实际中难以推广。

4石杉碱甲的药理功效

4.1对胆碱酯酶的抑制作用

石杉碱甲是一种高选择性的乙酰胆碱酯酶抑制剂，能进入中枢而发挥作用，与不可逆胆碱酯酶抑制剂异丙氟磷(DFP)的作用不同证明石杉碱甲是一种可逆乙酰胆碱酯酶抑制剂。通过对大鼠的整体试验研究，结果表明：石杉碱甲对皮层、 海马、 中膈、延脑、 小脑的AchE的活动均有明显抑制作用并呈剂量

依赖性。按等摩尔剂量计算口服石杉碱甲对AchE活性的抑制强度分别强于多奈哌嗪和他克林24 和180倍。通过抑制胆碱酯酶，石杉碱甲能明显升高大鼠全脑乙酰胆碱水平，与对照组相比，其增长率呈线性增加。此外，石杉碱甲对皮质、海马、中隔、延髓、小脑和下丘脑乙酰胆碱酯酶的活力均有明显抑制作用, 石杉碱甲对大鼠额叶皮质及全脑乙酰胆碱水平和乙酰胆碱酯酶活力的作用呈反向关系。致乙酰胆碱浓度升高的时间比对乙酰胆碱酯酶的抑制时间出现稍晚。

4.2抗炎作用

胆碱能抗炎通路是指当致病菌入侵时 体内的迷走神经及其递质乙酰胆碱与免疫系统相互作用参与抗炎。顾健等研究了石杉碱甲对D-半乳糖诱导的老年性聋大鼠的局部抗炎作用，利用免疫组织化学检测耳蜗组织中的施万细胞和NF-kB的活化情况；通过定量RT-PCR分析检测耳蜗组织中的炎症因子IL-1p、IL-6、TNF-a，结果表明石杉碱甲可以抑制D-半乳糖诱导老年性聋大鼠的耳蜗组织内的施万细胞的激活和NF-KB活化，进而抑制炎症因子的释放，起到局部抗炎作用。

4.3抗氧化作用

氧化应激是导致AD的因素之一，Hup A能够保护神经元细胞对抗B-淀粉样蛋白产生的毒性，并提高超氧化物歧化酶(SOD)的产生。随着年龄的增加，机体产生的自由基(0：，·OH)的量明显增加，D-半乳糖是一种强氧化性化合物，通过影响自由基代谢而引起动物痴呆，使动物因衰老而出现学习记忆能力减退。以D-半乳糖50mg/(kg·d)剂量皮下注射大鼠6wk后，按石杉碱甲0．1、0．2mg/(kg·d)剂量分别给予2wk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。

4.4抗凋亡作用

AD发病中的细胞凋亡的机制及其作用已有论述。通过提前给药Hup A能够明显的提高细胞存活率和防止细胞核碎裂，其机制是Hup A通过抑制活性氧簇(ROS，reactive oxygen species)的形成和caspase-3酶的活性。

4.5抗谷氨酸受体

Hup A 对神经细胞的保护作用有谷氨酸受体介导的参与。谷氨酸盐是N-甲基-D-天门冬氨酸(NMDA)受体的激动剂，NMDA 受体被激动能够增加钙离子向神经元内流，而钙离子浓度过高会导致细胞死亡。 Hup A 可以降低谷氨酸盐对神经细胞的毒性并提高细胞存活率。对抗谷氨酸盐机制有可能为NMDA受体激动后，Hup A 阻断其信号传导通道下游某处，从而防止了谷氨酸盐导致的细胞死亡。

5总结与展望

5.1石杉碱甲最佳提取工艺

对于工业提取石杉碱甲，其原料选择上，贵州产蛇足石杉幼株含石杉碱甲量最高。石杉碱甲的最适宜提取工艺为超声协助酸浸取工艺，该工艺最佳提取条件为：采用1.5%酒石酸为浸泡剂，固液比为20，浸泡时间24h，后超声10min。

5.2石杉碱甲药理功效

石杉碱甲是具有高选择性、高效和可逆性AChE抑制剂中好的品种。 Hup A 对多种认知功能缺陷的动物模型均具有增强、改善的作用，对老年痴呆症的治疗已取得成功。Hup A 还具有多靶点作用,对其它神经退行性疾病也可能有良好前景。

5.3展望

虽然石杉碱甲是一种有潜力的治疗老年痴呆药物,但是，由于石杉碱甲在植物中含量有限, 而且存在形式多样, 同时还伴有一些成分复杂、结构类似的共生生物碱, 所以运用常规方法想获得大量的天然石杉碱甲相当困难, 这就促使人们开始石杉碱甲合成方面的研究。但是化学合成有其难以克服的局限性, 很难取得纯光学活性的合成物, 而实验已经证明石杉碱甲的手性对其生物活性至关重要,所以对石杉碱甲生物合成机理的研究就显得愈发迫切, 但人们在这方面的工作仍然少有进展, 最近几年的文献也少有相关报道, 这就限制了对石杉碱甲的大规模开发利用。在随后的石杉碱甲研究工作中, 加强对植物合成石杉碱甲机理的认识, 并由此提出生物合成方法应该成为今后的发展方向之一。

中图分类号:R971

文献标志码：A

文章编号：1671-1602(2016)02-0010-02