陈美红,梁梦园,闻晓东,杨 杰
(中国药科大学 天然药物活性组分与药效国家重点实验室,江苏 南京 211198)
重楼是百合科(Liliaceae)重楼属(Paris)植物的总称,药用历史悠久,以蚤休之名首载于《神农本草经》,《滇南本草》中首次以重楼作为正式药名记载[1]。重楼属植物是一类极具有药用价值的植物,全世界共有24种,我国拥有19种,其资源以西南各省区(云南、四川、贵州)最为丰富[1]。历版中国药典均收载云南(滇)重楼[ParispolyphyllaSmith var.yunnanensis(Franch.) Hand.-Mazz.]和七叶一枝花[ParispolyphyllaSmith var.chinensis(Franch.) Hara]作为重楼的基源植物[2]。作为中国常用的传统中药材,重楼一直以根茎入药,具有清热解毒,消肿止痛和凉肝定惊的功效,现代医学中,将重楼用于癌症肿瘤、腮腺炎、慢性气管炎、流行性乙型脑炎等疾病的治疗[3]。重楼疗效确切,药用价值高,是云南白药、宫血宁胶囊、季德胜蛇药片等中成药产品的主要原料。目前市场上以野生资源为主,然而重楼的生长周期长,一般从种子萌发到可收获利用至少需要6~7年,全国野生品的年采收量仅在1 000 t左右,而重楼作为中成药产品的主要原料,每年的消耗量远远超出了其年生长量,从而导致货紧价扬[4]。重楼价格已由20世纪七八十年代20~30元/kg暴涨至现今800~1 000元/kg[5]。再加上近年来我国大部分地区的野生重楼遭到过度采挖,导致其野生自然资源的急剧减少,正面临枯竭。但重楼的每年都可再生的地上部分一直被认为是非药用部位而被丢弃,重楼茎叶生长速度快,每年的生长量相当于同年根生长量的7~8倍,至今未被开发利用,造成巨大的资源浪费。为了充分利用该丢弃的植物资源,已有不少学者对重楼的地上部位开展了物质基础研究,认为重楼地上部分可以作为重楼药用资源开发的一个方向。本文对近年来有关重楼地上部分的化学成分以及药理活性的进展作如下综述,以阐述重楼地上部分开发利用的价值。
重楼属化学成分的研究可追溯到1938年,Dutt从四叶重楼ParisquadrifoliaL.中分得paride和paristyphnin两个化合物(结构未定)[1]。到60年代初期,昆明植物所黄伟光从重楼属植物中分离鉴定了薯蓣皂苷元(diosgenin)和偏诺皂苷元(pennogenin)[6]。此后,国内外学者对重楼属植物的化学成分进行深入研究报道,从中分离鉴定出甾体皂苷类、C21甾体化合物、胆甾烷醇类、植物甾醇类、三萜类、黄酮类、脂肪酸类、植物蜕皮激素类、多糖、氨基酸类和微量元素等多种化学成分[7]。其中,甾体皂苷是主要的活性成分,从1962年到2016年,已从该属植物中分离鉴定出160个甾体皂苷[8],约占总化合物的80%。其苷元主要为异螺甾烷醇类的薯蓣皂苷元及偏诺皂苷元。
由于重楼传统以根茎入药,所以大部分关于重楼属化学成分的研究报道局限于根茎部位。为了充分利用植物资源,也有不少学者对重楼的地上部位开展了物质基础研究。自20世纪80年代中期,中国科学院昆明植物研究所的李恒、陈昌祥等开始研究滇重楼茎叶,并从中提取皂苷及其它活性成分。到20世纪90年代早期,陈昌祥等[9-13]从滇重楼的地上部位(种子、叶、茎)中分离鉴定了2个皂苷元,8个甾体皂苷和两个山奈酚黄酮苷。Qin等[14-16]对滇重楼的茎叶开展了进一步的物质基础研究,先后从滇重楼茎叶中分离得到53个化合物,其中甾体皂苷41个,新化合物20个(Chonglouoside SL-1-SL-20)。Sun等[17]从北重楼(ParisverticillataM.-Bieb.)地上部位中分离得到15个甾体皂苷,其中有4个新化合物(parisverticosides A-D)。尹伟等[18]从七叶一枝花地上部位共分离纯化得到10个化合物,包括4个植物甾醇类,4个黄酮类,2个植物蜕皮激素类。 至此,从滇重楼、北重楼和七叶一枝花这三种重楼属植物的地上部位中共分离鉴定了82个化合物,其中甾体皂苷占54个。重楼地上部位所含的化学成分类别与重楼的根茎相似,包括甾体皂苷类、C21甾体化合物、胆甾烷醇类、植物甾醇类、黄酮类、植物蜕皮激素类、三萜类、多糖等。
甾体皂苷是一类由带螺甾边链的甾体苷元与糖的端基上碳羟基脱水而成的化合物,广泛存在于重楼属植物中,是其主要的活性成分。甾体皂苷元按C25的构型和F环的环合状态可分为异螺甾烷醇型(isospirostanols),C25为R构型;螺甾烷醇型(spirostanols),C25为S构型;呋甾烷醇型(furostanols),F环为开链衍生物;及变型螺甾烷醇型(pseudo-spirostanols),F环为五元四氢呋喃环[1](图1)。这4种类型甾体皂苷在重楼属地上部位均存在,其中异螺甾烷醇类化合物最多。
1.1.1 异螺甾烷醇型
目前重楼属地上部位分离得到了28个异螺甾烷醇型化合物。苷元多为薯蓣皂苷元、偏诺皂苷元,除此之外还有27-羟基-偏诺皂苷元和27,23β-二羟基-偏诺皂苷元、7β-乙氧基薯蓣皂苷元、23α,27-二羟基薯蓣皂苷元、27-羟基鲁斯可皂苷元等甾体苷元。一般在5(6)双键,3、7、23、24、27位有羟基取代。糖部分有D-葡萄糖、L-鼠李糖,还有少量的D-木糖。糖基与苷元C3-OH成苷,少数与C1-OH、C23-OH、C27-OH成苷。主要有重楼皂苷II、重楼皂苷V、重楼皂苷VI、重楼皂苷VII等活性成分。
1.1.2 螺甾烷醇型
Sun等[17]从北重楼地上部位中分离得到的parisverticoside A (23S,24S,25S)-螺甾-5-烯-1β,3β,23,24-四醇-1-O-α-L-鼠李吡喃糖基(1 → 2)-[ β-D-木吡喃糖基(1 → 3)]- β-D-葡萄吡喃糖苷是C25为S构型的螺甾烷醇型化合物。陈昌祥[13]、Qin等[14]从滇重楼茎叶中分离得到3个螺甾烷醇型化合物,其甾体苷元均是25S-异纽替皂苷元(isonautigenin)。
1.1.3 呋甾烷醇型
重楼地上部位目前共分离得到10个呋甾烷醇型化合物。苷元除在C3-OH成苷外,也在C26-OH与葡萄糖成苷,在3,7,17,26位有羟基取代。
1.1.4 变型螺甾烷醇型
重楼地上部位目前有12个变型螺甾烷醇型化合物被分离鉴定出来。其苷元均为纽替皂苷元(nautigenin),都是从滇重楼茎叶中分离得到的。这类化合物也是重楼属地上部位所特有的成分,目前没有从重楼根茎中分离得到过。这类纽替皂苷元在3,7,17,26位有羟基取代,苷元除在C3-OH成苷外,也在C26-OH与葡萄糖成苷。且研究表明,Qin等从滇重楼的茎叶中分离得到的纽替皂苷元-3-O-α-L-鼠李吡喃糖基(1→2)- β-D-葡萄吡喃糖苷和Abutiloside L这两种螺甾烷醇型化合物有强烈的抗肿瘤细胞HepG2和HEK293的活性。
图1 重楼地上部位甾体皂常见的苷元结构
重楼地上部位目前共分离得到6个C21甾体化合物。Qin等[16]从滇重楼的茎叶中共分离鉴定了5个C21甾体化合物,包括2个孕甾烷类皂苷和3个C22-甾类内酯皂苷类化合物。Chonglouoside SL-7、Chonglouoside SL-8、dumoside是重楼属植物中首次分离得到的C22-甾类内酯皂苷类化合物,且Chonglouoside SL-7和dumoside有较好的抗菌活性。北重楼地上部位中也分离得到了1个C21孕甾烷类皂苷类化合物。
Sun等[17]从北重楼地上部位分离得到3个胆甾烷醇类化合物parisverticoside D、parispseudoside A和parispseudoside C。主要在C3-OH和C26-OH位成苷。
植物甾醇的营养价值高、生理活性强,可通过降低胆固醇减少患心血管疾病的风险。目前从重楼地上部位共分离得到6个植物甾醇类化合物,七叶一枝花地上部位主要有β-谷甾醇、胡萝卜苷、麦角甾-7,22-二烯-3-酮和3β,5α,9α-三羟基-麦角甾-7,22-二烯-6-酮[18];滇重楼茎叶中分离出7α-羟基-豆甾醇-3-O-β-D-葡萄吡喃糖苷和7β-羟基-谷甾醇-3-O-β-D-葡萄吡喃糖苷两个植物甾醇苷类化合物[16]。
目前从重楼地上部位提取分离的黄酮类成分有9个,其主要的结构类型是黄酮及其黄酮醇类,苷元有山奈酚、槲皮素和木犀草素,其中5个是山奈酚苷类化合物。黄酮类成分多数具有生物活性。
目前仅从七叶一枝花地上部位分离得到β-蜕皮激素和Calonysterone两个植物蜕皮激素[18]。
除上述成分外,Qin等[16]在滇重楼的茎叶中还分离得到了一个四环三萜类化合物,(23Z)-9,19-环羊毛甾-23-烯-3α,25-二醇;尹伟等[18]从七叶一枝花地上部位分得一个芳香族化合物,香草醛(Vanillin);此外还有一些多糖类成分[19]。
研究表明,重楼的地上部分含有与根茎相同或相似的皂苷成分。Qin等[14-16]从滇重楼的茎叶提取分离到薯蓣皂苷元(Diosgenin)、重楼皂苷Ⅰ(parisaponinⅠ)、重楼皂苷Ⅱ(paris saponinⅡ)、重楼皂苷Ⅲ(polyphyllinⅢ)、重楼皂苷Ⅴ(polyphyllinⅤ)、重楼皂苷Ⅵ(polyphyllinⅥ)、重楼皂苷Ⅶ(paris saponinⅦ)、progenin Ⅱ、hypoglaucin H、chonglouside H、polyphyllin A等11种甾体皂苷也存在于滇重楼的根茎部位。Sun等[17]从北重楼地上部位分离得到重楼皂苷Ⅶ(paris saponin Ⅶ)、parispseudoside A、parispseudoside C、saponin Th、dichotomin(proto-Pb)、偏诺皂苷元-3-O-α-L-鼠李吡喃糖基(1 → 4)- α-L-鼠李吡喃糖基(1 →4)- β-D-葡萄吡喃糖苷6种化合物,也曾在重楼属植物的根茎中分离得到过[20]。同时,重楼的地上部分也有些特有的甾体皂苷成分,是根茎中没有的,比如滇重楼地上部位中的纽替皂苷元类皂苷和C22-甾类内酯皂苷类化合物。
2015 年版《中国药典》规定[2],重楼皂苷Ⅰ、Ⅱ、Ⅵ、Ⅶ的含量是评价重楼药材品质的重要指标,且它们均具有较好的药理活性,因此,有学者通过检测这四种重楼皂苷来评价重楼地上部位的药用开发价值。刘佳等[21]通过HPLC对重楼地上部位(包括果皮、外种皮、叶片、地上茎、种子)的四种重楼皂苷含量的检测,发现不同地上部位的四种重楼皂苷含量的差异比较大,但均含重楼皂苷Ⅶ,其中果皮和外种皮中重楼皂苷Ⅶ的含量较高。接着刘佳等[22]又选取七叶一枝花、华重楼、狭叶重楼和球药隔重楼,采用HPLC检测不同重楼根、茎、叶、果皮、外种皮和种子六个部位中四种重楼皂苷的含量,结果发现四种重楼的地下根茎中重楼皂苷总含量均高于地上部分,这也在一定意义上说明了重楼传统以根茎入药的合理性。同时还发现七叶一枝花果皮中含有较高的重楼皂苷Ⅰ和薯蓣皂苷元,外种皮中的重楼皂苷Ⅶ含量较高;华重楼叶片中的薯蓣皂苷元和皂苷含量较高;球药隔重楼叶片中有含量较高的重楼皂苷Ⅰ。邹亮等[23]采用HPLC法分析测定了不同产地的滇重楼在不同部位中重楼皂苷Ⅰ、Ⅱ、Ⅵ、Ⅶ的含量,结果表明四种不同产地的滇重楼皂苷含量有较大的差异,且在滇重楼不同部位中,以根茎中的4种重楼皂苷的总含量最高,叶仅次之,茎中皂苷的总含量最少。曾卫民等[24]以根茎药材的检测指标为依据,对滇重楼地上茎叶进行产量估测以及有效成分的含量分析,评价其综合利用价值。采用气相色谱法测定云龙、武定和马关3个主产县的滇重楼茎叶中重楼皂苷Ⅰ、Ⅱ、Ⅵ、Ⅶ、PA及 H的含量。结果表明,地上茎叶的干物质产量约能达到900.0 kg/hm2,其总皂苷含量与地下根茎部位相当;初步研究表明,滇重楼地上茎叶含有与地下根茎相似的化学成分,主要含有重楼皂苷Ⅱ和重楼皂苷Ⅶ,不含重楼皂苷PA和重楼皂苷H;滇重楼地上茎叶是含有各种重楼皂苷的,并且含量上符合药典要求(重楼皂苷Ⅰ、Ⅱ、Ⅵ、Ⅶ的总和不低于0.60%),具有开发利用的化学物质基础。冯丽丽等[25]采用超高效液相色谱法(UPLC)对甾体皂苷在滇重楼根茎、茎叶中的代谢规律进行研究,并建立了UPLC图谱。结果发现,重楼不同居群根茎、茎、叶UPLC图谱中只有4个根茎、茎、叶的共有峰,8个根茎、叶共有峰,叶比根茎还多5个色谱峰;重楼同一居群不同植株间UPLC图谱中有4个根茎、茎、叶的共有峰,9个根茎、叶共有峰,叶又比根茎多11个色谱峰。研究表明滇重楼根茎、茎、叶中的主要活性成分含量和种类都存在较大差异。
对重楼属植物根茎部位药理作用的研究比较多,主要有抗肿瘤、抗菌消炎、抗心肌缺血、抗氧化、抗肝纤维化和肝硬化、免疫调节、止血、镇静止痛、驱虫以及调节心脑血管等药理活性[26]。相对而言,对重楼地上部位药理作用的研究较少,目前主要是对重楼地上部位总提物或单体抗肿瘤、抗氧化、抗菌、止血、镇痛、抗炎等药理活性的研究。
现代药理研究表明,重楼属植物地上部位有抗白血病、肝癌、胃癌、乳腺癌、宫颈癌等肿瘤的作用,其抑制肿瘤细胞的机制可能与调节细胞凋亡和增殖相关蛋白的表达、抑制肿瘤细胞生长周期等有关。
3.1.1 抗白血病
王方方等[27]从滇重楼茎叶中分离提取出皂苷Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ进行抑制白血病细胞生长的研究,结果表明,这四种皂苷均能有效抑制人白血病细胞的增殖,其中单体皂苷Ⅱ诱导白血病细胞(K562,HL60细胞)凋亡的活性较稳定且细胞毒作用较强,并表明滇重楼茎叶皂苷Ⅱ诱导K562细胞凋亡的机制可能与Bcl-2蛋白低表达有关。张华等[28]研究发现滇重楼茎叶总皂苷能抑制K562白血病细胞的增殖和生长,其机制可能是抑制K562细胞中β-catenin mRNA和蛋白水平的表达,抑制wnt信号通路,进而抑制白血病细胞增殖,促进凋亡。闵沙东等[29]]实验表明滇重楼茎叶总皂苷可诱导髓系人白血病祖细胞凋亡。张颜等[30]建立了BALB/C-Nu鼠K562细胞白血病模型以及BALB/C-Nu鼠K562细胞移植瘤模型,用于观察滇重楼茎叶总皂苷抗白血病效应。结果显示,滇重楼茎叶总皂苷有明显的体内抗肿瘤活性,能抑制荷人白血病裸鼠移植性肿瘤的生长,125 mg/kg剂量抑瘤率可达到63.6%。
3.1.2 抗肝癌
许新恒等[31]从滇重楼地上茎叶提取到总皂苷处理肝癌HepG2 细胞,结果表明,滇重楼茎叶总皂苷提取物能呈时间、剂量依赖性地抑制肝癌细胞的增殖,使细胞周期阻滞于S期,并诱导细胞凋亡。Qin等[16]从滇重楼茎叶中分离得到25个化合物,并研究其对人癌症细胞系HepG2和HEK293的细胞毒性,发现其中纽替皂苷元-3-O-α-L-鼠李吡喃糖基(1→2)- β-D-葡萄吡喃糖和abutiloside L两种化合物有显著的癌细胞毒性。
3.1.3 抗胃癌
杨福冬等[32]研究表明滇重楼茎叶总皂苷在一定程度上能够抑制荷人胃癌裸鼠移植性肿瘤的生长, 250 mg/kg剂量组抑瘤率高达83.23%。其机制可能是通过下调肿瘤细胞Bcl-2蛋白的表达,增加Bax蛋白表达,进而促进肿瘤细胞凋亡而发挥抑瘤作用,也可能与其下调或阻断瘤组织中VEGF蛋白表达有关。
3.1.4 其它
李菊等[33]在实验中采用人宫颈癌细胞株(HeLa)、人乳腺癌细胞株(MCF-7)和小鼠胃癌细胞株(MFC),建立小鼠荷瘤模型,观察滇重楼地上部分和地下部分总皂苷的抗肿瘤活性。结果表明,重楼地上和地下部分的总皂苷体外均可呈剂量和时间依赖性地抑制HeLa、MCF-7 和MFC三种癌细胞的生长;同时,滇重楼地上部分和地下部分总皂苷也能显著抑制模型小鼠体内肿瘤的生长。不过,从体外CCK-8实验的半数抑制浓度IC50和体内实验的肿瘤抑制率来看,滇重楼地下根茎部分总皂苷的抗肿瘤活性强于地下部位。
Shen等[19]采用响应面法优化滇重楼叶中多糖的提取工艺,并分析多糖的体外抗氧化活性。体外抗氧化试验结果表明,重楼叶多糖对DPPH 自由基、羟自由基和超氧阴离子均有较明显的清除效果,最大清除率分别为84.73%、79.04%和76.09%,其IE50分别为0.25 mg /mL、0.31 mg /mL 和0.35 mg /mL。韦蒙等[34]采用响应面法优化滇重楼茎叶中总皂苷的提取工艺,并研究总皂苷的体外抗氧化活性。结果表明,重楼茎叶总皂苷对DPPH 自由基、羟自由基和超氧阴离子也均有较好的清除效果,最大清除率分别为98%、58%和64%,其IC50分别为2.223 mg /mL、6.782 mg /mL和4.638 mg /mL。因此实验表明,滇重楼地上部位提取到的多糖以及总皂苷类成分均具有较好的体外抗氧化活性。
Qin等[14]从滇重楼茎叶中分离得25种甾体皂苷,其中chonglouoside SL-2、 chonglouoside SL-3、chonglouoside SL-6、重楼皂苷A、重楼皂苷V、progeninⅡ、薯蓣皂苷、偏诺皂苷元-3-O-鼠李吡喃糖基(1→4)-鼠李吡喃糖基(1→4)-β-D-葡萄吡喃糖苷、重楼皂苷Ⅶ、 hypoglaucin H和甲基原薯蓣皂苷这11个化合物有抗菌活性,其抑制丙酸杆菌的最低抑菌浓度(MIC)分别是 62.5、62.5、3.9、16.5、17.2、7.8、39.0、17.2、31.3、62.5和31.3 μg/mL。Qin等[15]在后续的研究中又从滇重楼茎叶中分离得到3个C22-甾类内酯糖苷类化合物,其中chonglouoside SL-7和dumoside两个化合物有抗痤疮丙酸杆菌活性,它们的MIC分别为31.3和3.9 μg/mL。
Sun等[17]以70%乙醇提取北重楼的地上部位,并过大孔树脂柱,硅胶柱以及半制备液相等,最终分离得到15种甾体皂苷,并将大孔树脂柱75%乙醇流份部位以及分离得到的单体进行了诱导血小板聚集的活性研究,结果发现,大孔树脂柱75%乙醇流份部位1.5 mg/mL浓度时,血小板最大聚集率达到53%,而分离得到的15种甾体皂苷中,只有重楼皂苷Ⅶ在300 μg/mL时,血小板最大聚集率达到62%,是北重楼地上部位皂苷中主要的止血活性成分。卜伟等[35]研究滇重楼地上部分和地下部分总皂苷对小鼠尾尖出血时间的影响,结果表明地上部分茎叶及果实中总皂苷同样具有止血作用,不过其止血作用弱于根茎部位。
止血、镇痛和抗炎等是滇重楼在中成药中的主要药效,重楼地下根茎中的总皂苷是其有效成分。卜伟等[35]从滇重楼地上部分(茎叶、果实)和地下部分提取出总皂苷,并观察滇重楼不同部位总皂苷对二甲苯致小鼠耳廓肿胀的影响以及对醋酸致小鼠疼痛扭体反应的影响,结果表明地上部分茎叶及果实同样具有抗炎和镇痛的作用,但滇重楼根茎总皂苷的抗炎作用强于地上部位总皂苷的作用,而根茎、茎、叶、果实总皂苷的镇痛作用相当。说明地上部分与地下部分具有一定的生物功能等效性。
重楼根茎生长周期长,市场需求量大,导致重楼资源的日益枯竭。而重楼的地上部分为一年生可再生资源,叶中总皂苷含量较高,且有与地下根茎类似的皂苷成分,为了避免资源浪费及发挥巨大药用和经济价值,对重楼地上部分的开发利用有着十分重要的意义,已经有学者提出滇重楼地上部分替代根茎入药的想法。陈昌祥、Qin等研究表明滇重楼地上茎叶含有11个与地下根茎相同的甾体皂苷类,且其中不少有很好的生物活性,比如重楼皂苷Ⅱ和重楼皂苷Ⅶ。从该类成分的角度分析,重楼地上茎叶可以作为提取单一有效成分的原料,以重楼根茎的补充原料入药,可有效缓解市场供应与需求的矛盾,缓解重楼资源保护与利用的压力。但是也有不少研究表明[25],滇重楼根茎与地上部位的主要活性成分含量及种类差异较大。鉴于中药的药效存在多物质协同作用产生特定疗效的复杂性,还需要进一步对重楼地上部分其他成分进行深入研究,并且结合药效学方面进行系统研究阐明。综上,重楼地上部分含有与地下根茎相同或相似的甾体皂苷成分,具有可开发利用的化学物质基础,且地上部分资源丰富,产量巨大,具有广阔的开发前景。
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