桑树生物碱研究进展

吴洪丽 郝 瑜 周洪英 孙 波

(湖北省农业科学院经济作物研究所,湖北武汉 430070)

桑树生物碱研究进展

吴洪丽 郝 瑜*周洪英 孙 波

(湖北省农业科学院经济作物研究所,湖北武汉 430070)

桑树是生物碱含量较高的物种之一。桑树生物碱具有降血糖、降血脂、抗病毒、抗肿瘤等重要的药用价值，近年来在桑树不同生长时期、生长部位生物碱含量变化的研究，生物碱高含量桑树资源筛选，以及针对提高桑树生物碱含量的栽培管理措施等方面均取得重要进展。

桑树 生物碱 药用价值 DNJ含量

桑树是我国古老的树种之一，除了养蚕制丝以外，也是传统的中药材，桑叶、桑枝、桑椹、桑白皮作为中药药材，在《中华人民共和国药典》2010年版中收录，有200多种复方药剂中含有上述4种原料药，如桑麻丸、桑菊感冒片等[1]。

多羟基生物碱(Polyhydroxylated alkaloids)结构与单糖类似，氮原子取代了单糖环中的氧原子，形成多羟基生物碱，是重要的糖苷酶抑制剂[2]。桑树是生物碱含量较高的物种之一[3]，分布广，易种植，对于生物碱的开发利用具有重要价值。

1 桑树生物碱的种类

桑树生物碱研究最多的是l-脱氧野尻霉素( 1-deoxynojirimycin，DNJ) ，此外，研究者还从桑树中提取出以下几种生物碱，N-甲基-l-脱氧野尻霉素( N-methyl-l-deoxynojirimycin) ，2-O-α-D-半乳吡喃糖基-1-脱氧野尻霉素( 2-O-α-D-galactopyrano-syl-1-deoxynojirimycin) ，1，2-双脱氧野尻霉素( fagomine) ，与DNJ结构相近。阿拉伯糖醇结构的有2个，1，4-二脱氧-1，4-亚氨基-D- 阿拉伯糖醇[1，4-dideoxy-1，4-imino-D-arabinitol) ，1，4-二脱氧-1，4-亚氨基-( 2-O-β-D-吡喃葡糖基) -D-阿拉伯糖醇[l，4-dideoxy-l，4-imino-( 2-O-β-D-glucopyranosyl) -D-arabinitol]。结构特殊的有1α,2β,3α,4β-四羟基-去甲莨菪( calystegine B2)，calystegine C1[4-5]。

2 桑树生物碱的药用价值

1)降血糖。生物碱通过与糖苷酶有效部位的结合，抑制其生物活性[7]，以1-脱氧野尻霉素( 1-deoxynojirimycin，DNJ) 为代表的桑树生物碱具有显著的α-葡萄糖苷酶抑制活性[8]。试验证明，α-葡萄糖苷酶抑制活性与DNJ的含量呈正相关，DNJ含量越高，对α-葡萄糖苷酶抑制力越强[9]，DNJ对α-蔗糖酶的抑制为非竞争性抑制，半抑制浓度IC50为5.67 mg/mL，抑制常数Ki为6.73 mg/mL[10]。对糖尿病小鼠降糖研究表明，DNJ通过抑制肠道葡萄糖吸收，调节糖转运、糖酵解及糖异生的酶，促进肝内葡萄糖代谢，以此降低血糖浓度[11]。DNJ及其衍生物还可以改善脂肪组织对胰岛素的敏感性，通过上调脂联素基因及受体基因表达，促进了脂肪组织对葡萄糖的利用，提高胰岛素利用率，从而降低血糖[12]。DNJ和meDNJ均可以增强SD大鼠有丝分裂素激活蛋白激酶(MAPK)mRNA的表达，提高白色脂肪组织和血清中的脂肪因子水平，抑制脂肪在肝脏中累积，降低氧化应激[13]。桑叶DNJ和桑叶多糖的复合物可以调节与肝脏葡萄糖代谢的相关的酶类(葡糖激酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶、葡萄糖-6-磷酸酶)的表达，同时，对胰腺和十二指肠同源因子也能起到调节作用[14]。刘凡等[15]建立小鼠糖尿病模型，对桑叶生物碱和拜糖平进行降血糖效果实验，发现桑叶DNJ对DM小鼠空腹血糖值具有显著降低作用，并能增加胸腺指数，高剂量DNJ效果优于拜糖平。

2)降血脂。桑叶辅助降血脂活性研究表明，桑叶总生物碱对高脂饲料造模的SD大鼠的TC(血清总胆固醇)降低达35.30% ，HDL-C(高密度脂蛋白胆固醇)提升达27.53%，降血脂活性明显[16]。Tsuyoshi等[17]将桑叶DNJ对饲喂高脂饲料的小鼠进行灌胃试验，连续灌胃12周后，发现小鼠内脏脂重减轻，脂肪细胞减小，其机理为，桑叶DNJ激活了脂肪酸β-氧化酶等系列酶类，对机体脂质及碳水化合物代谢产生了加速作用，以此达到减脂效果。有研究表明，桑叶DNJ能够影响脂质代谢酶类，提高脂肪酸合成酶、苹果酸酶、酰基辅酶A的活性，抑制肠道内胆固醇吸收，以达到降低血脂的目的[18]。

3)抗病毒。王辉等[19]利用细胞病变减少法(CPE法)，对20个桑品种进行检测，发现所有桑品种桑叶浸提组分均具有抗病毒活性，且对不同病毒的抑制活性具有一定的选择性，推测桑叶DNJ为病毒抑制的主要活性成分。Steinman等[20]研究发现，在丙肝病毒( HCV)侵染细胞培养基中加入桑叶DNJ 后，HCV被迅速杀灭，表明DNJ对丙肝病毒具有良好杀灭作用。彭忠田等[21]在体外细胞培养试验中采用P-DNJ和NN-DNJ进行抗HBV试验时发现，二者均具有抗HBV的效果。有研究发现，DNJ及其衍生物N-甲基-1-脱氧野尻霉素和N-丁基-1-脱氧野尻霉素可以抑制糖蛋白的加工，改变gp120糖基化，通过阻断HIV-1诱导的合体细胞形成达到抗HIV-1的效果[22]。对莫洛尼鼠白血病毒(MoLV)的抑制实验表明，DNJ对MoLV具有显著的抗逆转录病毒作用，IC50为1.2～2.5 μg/mL，抑制力与DNJ剂量呈正相关趋势[23]。有研究表明，因DNJ对葡萄糖苷酶的抑制作用，导致细胞内未成熟糖蛋白大量积累，降低病毒穿透力，阻碍了细胞融合及合胞体形成，抑制病毒复制，从而达到降低病毒的致病力的目的[24]。

4)抗肿瘤。陈玉华对DNJ抗肿瘤活性研究试验表明，DNJ能够抑制人胰腺癌裸鼠皮下移植瘤的生长，DNJ能调节胰腺癌SW1990细胞的生长周期，显著降低肿瘤细胞内Ca2+浓度和细胞表面α-2,6-唾液酸残基和α-1,6-岩藻糖残基糖基化水平，抑制肿瘤细胞的粘附能力及侵袭能力，从而抑制肿瘤细胞的转移能力[25]。对DNJ防止黑色素瘤B16F10细胞转移机制研究表明，DNJ具有降低基质金属蛋白酶活性及表达、促进金属蛋白酶抑制剂mRNA表达及改变细胞表面结合力的作用[26]。同时，DNJ还能配合桑叶中的黄酮等其它成分，在预防癌细胞生成，提高免疫力，抑制染色体和基因突变方面发挥作用。在培养的人类结肠癌(HCT-15)和乳腺癌(MCF-7)细胞中，桑叶提取物能够诱导细胞产生毒性，显著改变细胞外形，激活半胱天冬酶-3，最终导致DNA断裂，细胞凋亡[27]。桑叶提取物能够通过在体外抑制MMP-2活性表达，从而抑制神经母细胞瘤的侵袭力[28]。王志雄等发现桑叶提取物能够抑制与肿瘤细胞共培养的HUVEC-2C的增殖、迁移以及促进HUVEC-2C的凋亡，抑制VEGF的表达，最终达到抑制肿瘤血管生成的目的[29]。

3 生物碱高含量桑树品种的筛选

为了筛选生物碱含量高的桑树品种，研究者对大量的品种资源进行了测定。刘凡等[30]测定了98个桑树品种桑叶总生物碱及1-脱氧野尻霉素含量，发现总生物碱和DNJ含量符合正态分布特征，不同品种资源间含量差异明显。白桑种的育7803桑叶中的总生物碱为3.74 mg/g，DNJ为1.54 mg/g，含量最高。肖洪等[31]测定了15个桑品种桑叶中的1-脱氧野尻霉素含量， DNJ质量比在0.672 0～1.232 5 mg/g干物质之间，差异呈极显著水平，乐山花桑桑叶中的DNJ含量最高。梁贵秋等[32]测试了广西21个桑品种，1-DNJ含量前三为，桂诱M200、农桑14、桂62，分别为1.77 mg/g、1.73 mg/g、1.69 mg/g。施新琴等[33]测定了山东59个桑树品种，发现不同桑树品种间春季桑叶DNJ含量呈极显著差异，最高与最低相差3.2倍，沂源黄鲁和红玛瑙的DNJ含量较高，质量分数分别达到0.4097% 和0.3828%。叶晶晶等[34]测定了18个桑品种的摘芯芽，DNJ含量以秋雨和沙2×伦教109最高，质量分数为0.3280%左右。买买提依明等[35]测定了药桑桑叶，其DNJ质量比为1.893 3 mg/g。

4 不同条件下桑树生物碱含量的变化

研究发现桑叶DNJ在嫩芽中含量最高，后随叶片老化而降低，但光照可显著提高桑树中DNJ含量[36]。7、8月份气温较高时桑叶DNJ含量最高，9、10月份含量随着气温下降而降低，霜后桑叶DNJ含量更低[37]。不同成熟度的桑叶中DNJ的含量为嫩芽>嫩叶>成熟叶>老叶，嫩芽和嫩叶DNJ含量以晚秋最高，成熟叶以夏季最高，老叶则以春季最高，桑枝皮DNJ含量以中晚秋期最高,夏季最低[38]。桑树乳汁中DNJ的含量受桑品种、倍数性、生长季节、光照强度、枝条部位等影响，7—8月份含量最高，枝条中部极显著高于上部及下部[39]。桑椹的DNJ随果实成熟时间的推移含量逐渐减少，品种间差异显著[40]。肥培条件也能影响桑树DNJ含量，有研究发现，N、P、K的施肥水平及配比均能显著影响桑叶中DNJ含量，研究发现，桑叶中总DNJ最佳经济产量为23.23 kg/hm2，推荐施肥指标为N 286.11 kg/hm2、P2O595.22 kg/hm2、K2O 159.62 kg/hm2[41]。丁俊男等[42]采用盐胁迫研究桑叶DNJ含量的变化，发现不同浓度盐胁迫下桑叶DNJ含量均高于对照，而以50 mmol/L NaCl处理结果最高，该处理下第三十一天桑叶DNJ达到最大值，为1.51 mg/g，在相同处理中上部叶的DNJ含量大于下部叶。

5 展望

生物碱在降血糖、降血脂、抗病毒、抗肿瘤等方面具有很高的药用价值，其开发利用研究蓬勃兴起。桑树是生物碱含量较高的物种之一，但对桑树生物碱的开发研究才刚起步，在高含量资源及品种的筛选和育成、配套的栽培管理技术研究、生物碱提取生产工艺研究等方面还需要深入进行。研究利用桑树药用成分，充分发挥桑树的药用价值，对桑树产业具有十分重要的意义。

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Research Progress on Study of Mulberry Alkaloids

WU Hongli，HAO Yu*，ZHOU Hongying，SUN Bo

(Institute of Economic Crops, Hubei Academy of Agricultural Sciences, 430064,Wuhan, China)

Mulberry is rich in alkaloids, which is a component be of great medicinal value in hypoglycemic, antiviral and antitumor. Important progress has been made in many fields, such as alkaloids content changes in different growth stages and parts of mulberry, screening of mulberry resources with high content of alkaloids, improving cultivation management for high mulberry alkaloid yield and so on.

mulberry; alkaloid; medicinal value; DNJ content

* 资助项目：现代农业产业技术体系武汉综合试验站项目(CARS-22-SYZ15)

吴洪丽(1963-)，女，研究员，从事蚕桑资源多元化利用及蚕病学相关研究。

郝瑜(1962-)，男，研究员。E-mail: jbphao@163.com