珠子参中皂苷成分及其药理活性研究进展

杨 延,张 翔,姜 森,葛 锋,*,李晓君

(1.滇西科技师范学院生物技术与工程学院,云南临沧 677000;2.昆明理工大学生命科学与技术学院,云南昆明 650500)

珠子参(Panaxjaponicas),别名扣子七,为五加科(Araliaceae)人参属(Panax)植物,是一种珍稀中药材。珠子参主产于我国云南和陕西,此外,在四川、贵州、甘肃、湖北以及亚洲的一些国家也有分布[1]。珠子参作为滋补食品或治疗疾病的历史悠久,明代《滇南本草》中已有记载。浙江、江苏、上海等地民间有妇女产后用珠子参炖猪脚食用,具有温补和催乳的功效。皂苷是珠子参中的主要活性成分,自上世纪80年代至今,已从云南、四川以及陕西等地所产珠子参的不同部位中分离获得多个单体皂苷[2]。药理学研究证明,珠子参总皂苷在保护心脑血管系统[3]、肝脏[4]、镇痛镇静[5]、抗炎[6]、抗肿瘤[7]等方面均表现出良好药理活性。本文就珠子参的资源分布、不同部位中的皂苷成分、药理活性进行了综述,旨在为以珠子参为原料的药品及保健食品的开发提供理论参考。

1 珠子参的资源分布

珠子参分布范围广泛,国内分布在云南(主产区)、陕西、四川、贵州、西藏、湖北、河南、甘肃等省份,国外分布于日本、尼泊尔、缅甸、越南等亚洲国家[1]。珠子参在云南主要分布于滇西北及滇西横断山脉的三江并流地区,此区域人类活动较少,因而珠子参被保护得较好,通常植株健壮,且呈成片生长;此外,在滇中及滇东北等人类活动相对较多的低海拔地区，也有零散分布的小型珠子参植株。珠子参主要生长在荫蔽性较好的阔叶灌木林及针叶林之下,生长土壤以黑褐色腐殖质土为好,同时应夹杂碎木、枯腐枝及碎石,以保证土壤具有良好的通气性。珠子参伴生植物多为报春科、毛茛科、松科和杜鹃科植株,伴生药材有三棵针、重楼、天麻、猪苓、淫羊藿等,共同构成完整的依存生态系统。目前,由于珠子参种群资源稀少,加之药用价值较高,经市场高价刺激后致使人们无序采挖和过渡利用珠子参,造成珠子参的生态系统遭受严重破坏,产量也随之急剧减少,目前该物质已被国家列为珍稀濒危物种[1]。若仍不对珠子参采取有效保护措施,则极有可能使该物种陷入更加濒危的境地。因此,有必要采取一定措施保护珠子参的野生群居环境,如可对珠子参植株生长比较集中的区域,建立专门的自然保护区;加速珠子参的生物学研究,掌握其生长发育规律和适应特性,进而开展该物种的人工引种驯化研究,选育出具有不同生态适应性的优良品种,再对优良品种进行规范化的大规模种植,最终达到有效保护珠子参和合理开发利用的目的。

2 珠子参中的皂苷成分

2.1 珠子参不同部位中的皂苷成分

2.1.1 珠子参根茎中的皂苷成分 珠子参主要依靠地下根茎进行营养繁殖,因此,珠子参根茎是其主要药用部位,同时也是提取皂苷的重要部位。早在1984年,就有研究者从陕西秦岭产珠子参根茎中分离获得7个单体皂苷,分别为:人参皂苷Rg2、Re、三七皂苷R2、竹节参皂苷V(即人参皂苷Ro)、IVa、齐墩果酸-28-O-β-D-葡萄吡喃糖苷、珠子参皂苷IVa甲酯。其中,以齐墩果烷型竹节参皂苷V和IVa含量最高,得率分别达到1.48%和1.72%[8]。从陕西眉县产珠子参根茎中也分离获得6个单体皂苷,分别为:胡萝卜苷、齐墩果酸、齐墩果酸-28-O-β-D-吡喃葡萄糖苷、齐墩果酸-3-O-β-D-吡喃葡萄糖基(1→2)-β-D-(6′-丁酯)-吡喃葡萄糖醛酸苷、人参皂苷Ro、竹节参皂苷IVa。主要皂苷成分与秦岭产珠子参相类似,仍以人参皂苷Ro及竹节参皂苷IVa含量居高[9]。此外,也有多位研究者先后从云南不同地方产珠子参根茎中分离获得多个单体皂苷,包括珠子参皂苷R1、R2、竹节参皂苷V、IV、IVa、V甲酯、IV甲酯、IVa甲酯、三七皂苷R1、R2、J、G、人参皂苷Rb1、Rd、Re、Rf、Rg1、Rh1、齐墩果酸-3-O-β-D-吡喃葡萄糖基(1→2)-β-D-(6′-甲酯)-吡喃葡萄糖醛酸苷、齐墩果酸-28-O-β-D-吡喃葡萄糖苷、去葡萄糖竹节参皂苷IV、6-O-[β-D-吡喃葡萄糖基(1→2)-β-D-吡喃葡萄糖基]-20-O-[β-D-吡喃葡萄糖基(1→4)-β-D-吡喃葡萄糖基]-20(S)-原人参三醇等[10-12],含量仍以竹节参皂苷V和IVa含量最高。除中国外,日本也分布有一定数量的珠子参,主要皂苷成分依然为齐墩果烷型皂苷,占总皂苷含量的5.25%,而20(S)-原人参二醇和20(S)-原人参三醇型皂苷含量则较低,分别占总皂苷含量的1.14%和1.09%[13]。由上可知,日本产珠子参根茎中所含皂苷组成与中国产珠子参根茎中的皂苷组成相类似,两者均以齐墩果烷型皂苷为主,同时含有少量达玛烷型皂苷。

对比分析以上分离结果,显而易见,不同产地珠子参根茎中的皂苷成分，均以齐墩果烷型皂苷为主,其中竹节参皂苷IVa和V为齐墩果烷型皂苷的主要组分,同时均含有少量达玛烷型皂苷,这是不同产地珠子参根茎中皂苷组成的共同点。然而,不同产地珠子参根茎中玛烷型皂苷的组成具有显著差异,相较而言,陕西和日本产珠子参根茎中的达玛烷型皂苷含量较低,成分以20(S)-原人参三醇型皂苷为主;云南产珠子参根茎中的达玛烷型皂苷含量则相对较高,成分以20(S)-原人参二醇型人参皂苷Rd为主,并含有20(S)-原人参三醇型皂苷及侧链环化了的珠子参皂苷R1和R2。这一由于地理差异引起的皂苷成分的多态化现象,结合三萜皂苷的生源途径分析,似乎可认为珠子参中三萜皂苷成分的化学进化与珠子参的种系演化过程密切相关。与陕西等地相比,云南横断山脉地区似乎更接近于珠子参的种系形成和分化的中心。若进一步将各区域不同生态条件下珠子参中的三萜皂苷成分加以对比,探讨其化学进化、种系演变与地理生态因子之间的相关性,将有利于进一步阐明珠子参这一变种的形成、变异及扩散的趋势,并为珠子参药用资源的合理开发利用提供依据。

2.1.2 珠子参叶中的皂苷成分 珠子参传统以根茎入药,其叶并不入药,但叶内含有大量皂苷成分。为开发利用珠子参叶的药用资源,有必要对珠子参叶中的皂苷成分进行研究分析。对陕西秦岭产珠子参叶中的皂苷成分进行分析,发现其叶中含有包括人参皂苷Rd、Re、Rg1、Rg2、F2,珠子参皂苷F1、F2、F3、F4、F5、F6在内的十余个玛烷型单体皂苷[14-15];对眉县产珠子参叶中的皂苷成分进行分析,从中分离获得12个单体皂苷,分别为:人参皂苷Rb1、Rb2、Rb3、Rc、Rd、Rd2、Rs1、Rs2,西洋参皂苷R1、三七皂苷Fe、绞股蓝皂苷IX和20(22)E,24-达玛二烯-3β,6α,12β-三醇,这些单体皂苷均属达玛烷型皂苷[16-17]。以云南丽江产珠子参叶为提取材料,从中分离获得4个皂苷成分,分别为:人参皂苷Rb1、Rb3、Rc和Rd,四者均为达玛烷型四环三萜皂苷,苷元结构为20(S)-原人参二醇。同时,珠子参叶总皂苷中人参皂苷Rd的得率最高,达到0.7%[18]。人参皂苷Rd在人参属植物药用部位中的含量较低(如在人参中含量仅为0.1%),属于稀有皂苷。药理实验证明人参皂苷Rd具有保护心血管系统、神经系统、肾脏以及抗炎、抗肿瘤等多重功效[19],因此,珠子参叶中的皂苷成分对于珠子参药用资源的合理利用具有重要意义。Yoshizaki等[20]从日本宫崎县南部地区产珠子参叶中提取获得共22个达玛烷型皂苷成分,分别为:人参皂苷Re、Rg1、F3、F5、F6、竹节参皂苷L5、L10、LM1、LM2、LM3、LM4、LM5、LM6、人参皂苷Rb3、Rc、Rd、竹节参皂苷FK6、FK7、竹节参皂苷FK2、FT1、L9a、L9bc;齐墩果烷型皂苷2个,分别为:竹节参皂苷IVa和V。所有皂苷以竹节参皂苷L5和L10含量最高。

与珠子参根茎中的皂苷组成大为不同的是,珠子参叶中的皂苷成分以达玛烷型皂苷为主,偶尔含有微量齐墩果烷型皂苷。然而,不同产地珠子参叶中的达玛烷型皂苷组成差异较大:云南产珠子参叶中的达玛烷型皂苷仅包括20(S)-原人参二醇型皂苷;陕西和日本产珠子参叶中的达玛烷型三萜皂苷同时含有20(S)-原人参二醇型和20(S)-原人参三醇型皂苷,其中陕西以20(S)-原人参二醇型皂苷为主,日本则以20(S)-原人参三醇型皂苷为主。

2.1.3 珠子参果实中的皂苷成分 关于珠子参果实中皂苷成分的研究报道,国内较少见,主要集中在日本。Yoshizaki等从日本熊本县产珠子参果实中分离获得7个新的达玛烷型皂苷,分别为:竹节参皂苷FK1、FK2、FK3、FK4、FK5、FK6、FK7,以及11个已知皂苷,分别为:人参皂苷Rb3、Rc、Re、Rg1、竹节参皂苷VI、L5、L10、IVa、V、假人参皂苷RS1、三七皂苷R1,其中,竹节参皂苷FK4、FK5及人参皂苷Re含量相对较高[21];从宫崎县产珠子参果实中分离获得2个新的达玛烷型皂苷,分别为:竹节参皂苷FK5和FM1,以及5个已知皂苷,分别为:人参皂苷Rb3、Rc、Re、Rg1、西洋参花蕾皂苷E,其中,人参皂苷Rb3和Rc含量相对较高[21];从富山县产珠子参果实中分离获得4个新的达玛烷型皂苷,分别为:竹节参皂苷FT1、FT2、FT3、FT4,以及6个已知皂苷,分别为:人参皂苷Re、竹节参皂苷FK2、FK3、FK4、FK5、LN4、竹节参皂苷IVa,其中,竹节参皂苷FK3、FT3含量相对较高[22];从北海道产珠子参果实中分离获得5个新的达玛烷型皂苷,分别为:竹节参皂苷FT1、FT3、FT4、FH1、FH2,以及8个已知皂苷,分别为:人参皂苷Re、竹节参皂苷FK2、FK3、FK5、LN4、28-去葡萄糖-IVa、IVa、V,其中,竹节参皂苷LN4、FK3、FT3含量相对较高[22]。对比分析以上分离结果可知,珠子参果实中的皂苷成分主要以达玛烷型皂苷为主,但不同产地珠子参果实中所含达玛烷型单体皂苷的组成则存在较大差异,且未呈现出显著规律性。

2.2 珠子参中皂苷分类总结

珠子参中的皂苷根据苷元结构的不同可被划分为2大类:一类为齐墩果烷型皂苷(图1A和表1),人参属药用植物中,仅珠子参含有大量该类皂苷,如竹节参皂苷V、IVa等。另一类为达玛烷型三萜皂苷,根据羟基位置以及数量的不同,又可将这类皂苷细分为4小类:20(S)-原人参二醇型皂苷(图1B和表2)、20(S)-原人参三醇型皂苷(图1C和表3)、奥可梯隆型皂苷及其他类型皂苷(图1D和表4);将从珠子参不同部位中分离获得的皂苷进行分类归纳汇总,结果详见图1和表1～表4。

图1 珠子参中皂苷母核结构图Fig.1 Different nuclear parents of saponins in Panax japonicus

表1 珠子参中齐墩果烷型皂苷Table 1 Oleanane type saponins in Panax japonicus

表2 珠子参中20(S)-原人参二醇型皂苷Table 2 20(S)-protopanaxadiol saponins in Panax japonicus

表3 珠子参中20(S)-原人参三醇型皂苷Table 3 20(S)-protopanaxatriol saponins in Panax japonicus

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表4 珠子参中奥可梯隆型皂苷Table 4 Ocotillol-type saponins in Panax japonicus

表4 珠子参中其他类型达玛烷型三萜皂苷Table 4 Other dammarane-type saponins in Panax japonicus

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3 珠子参皂苷药理活性

3.1 对心脑系统的保护作用

3.1.1 对脑组织的保护作用 珠子参总皂苷对脑缺血、缺氧损伤具有显著的保护作用。脑缺血、缺氧期间,受损脑组织中大量毒性自由基积累以及由此引发的细胞膜脂质过氧化连锁反应是引发脑损伤的主要机制之一。珠子参总皂苷可通过提高机体清除自由基的能力,同时抑制脂质过氧化反应,达到减轻脑缺血、缺氧损伤的功效。此外,脑缺血、缺氧之后能量代谢出现障碍是加剧缺血区域损伤的重要原因,珠子参总皂苷通过提高受损脑组织中ATP酶的活性来延缓ATP分解,从而改善脑能量耗竭和促进脑能量代谢,减轻缺血、缺氧对脑组织的损伤程度[23]。

3.1.2 对心肌组织的保护作用 珠子参总皂苷对心肌缺血再灌注损伤具有良好的保护作用,其中抗氧化作用可能是其保护机制之一。

研究表明,珠子参总皂苷可通过刺激Nrf2核移位,使Nrf2从Nrf2-Keap1复合物中解离出来并移位至细胞核内,再与核内Maf蛋白结合形成二聚体,该二聚体进一步与核基因中的抗氧化反应元件(ARE)结合从而激活Nrf2-ARE信号通路以及启动下游抗氧化酶体系的表达,进而有效提高血液中各种氧化酶的活性,最终抑制心肌缺血过程中因氧化应激损伤引起的活性氧(ROS)过度积累,减轻ROS对心肌的损伤和抑制心肌细胞凋亡[3,24-25]。

此外,抑制炎症因子的水平是珠子参总皂苷治疗缺血性心肌损伤的另一重要机制之一。在临床和实验研究中,研究者们普遍发现,炎症反应存在于心肌损伤发展的各个阶段,并会引发炎症级联反应,促使更多炎症细胞聚集,导致心肌细胞进一步损伤进而死亡。珠子参总皂苷可通过抑制在炎症反应的发生中起较大作用的NF-kB的活化,来降低炎症因子的表达,最终对心肌梗死发挥良好的治疗作用。另外,珠子参总皂苷还能通过上调SIRT1的表达水平发挥保护心肌组织的作用[26]。

3.2 对肝脏的保护作用

3.2.1 对四氯化碳诱导肝损伤的保护作用 珠子参总皂苷对四氯化碳诱导的小鼠肝损伤具有一定抵抗活性。进一步研究发现珠子参总皂苷中两个主要皂苷成分,人参皂苷Ro和竹节参皂苷IVa均具有抗肝损伤活性,但竹节参皂苷IVa的效果要好于人参皂苷Ro,因此认为竹节参皂苷IVa可能为珠子参总皂苷中抗肝损伤的主要药效成分。但竹节参皂苷IVa的活性要弱于珠子参总皂苷,体现了中药多组分、多途径、多靶点发挥药效的特点[27]。珠子参总皂苷对四氯化碳诱导的肝损伤的保护机制可能是通过抑制脂质过氧化反应、减少自由基生成,从而提高肝脏组织的抗氧化能力,进而促进肝细胞增殖和延缓肝细胞衰老[28-29]。此外,体外实验证明珠子参总皂苷可诱导骨髓干细胞分化成肝细胞,并在此基础上,进一步对四氯化碳导致肝纤维化损伤的大鼠进行珠子参皂苷和骨髓干细胞联合用药,结果显示珠子参皂苷能有效促进骨髓干细胞定向募集至大鼠肝损伤部位并减轻肝纤维化程度,改善肝脏形态学,最终达到保肝效果[30]。

3.2.2 对酒精、高脂饮食及脂多糖诱导肝损伤的保护作用 首先,珠子参总皂苷可有效治疗酒精诱导的大鼠肝损伤,推测其作用机制可能是珠子参总皂苷通过直接清除ROS或自由基,同时上调抗氧化酶(SOD、GPX和CAT,特别是SOD1、SOD3和GPX3)的表达来达到保护肝脏细胞线粒体和细胞核结构及功能的作用[31]。其次,珠子参总皂苷可通过抑制JNK和CHOP蛋白的表达(JNK和CHOP蛋白过表达将会引发内质网应激介导的肝细胞凋亡途径[32])来阻碍高脂饮食模型组大鼠的肝细胞凋亡,因此对高脂饮食诱发的肝损伤具有一定保护作用[4]。再次,脂多糖通过激发NF-kB信号通路可诱发肝损伤,而珠子参皂苷V恰能通过阻断NF-kB通路(阻断原理与3.1.2所述原理一致),达到减轻脂多糖对肝脏造成严重损伤的目的,因而具有良好的护肝功效[33]。

3.3 对神经系统的作用

3.3.1 镇静、镇痛作用 珠子参总皂苷对中枢神经系统具有显著抑制作用,表现为安定、镇静效果。它能协同利血平、戊巴比妥钠等神经系统抑制药,加强利血平对小鼠自发活动的抑制作用,延长戊巴比妥钠注射组小鼠的睡眠时间。珠子参总皂苷对咖啡因、苯丙胺等中枢神经系统兴奋药也具有较为明显的拮抗作用[34]。然而,珠子参总皂苷镇静作用的具体机制目前尚未被清楚阐明。结合同属药用植物三七总皂苷的镇静作用机制,推测珠子参总皂苷对中枢神经的抑制作用部分可能是通过减少突触小体对谷氨酸的摄入而实现的(谷氨酸是哺乳类动物中枢神经系统内重要的兴奋性递质之一,减少其摄入量可有效抑制中枢神经),但此推测还需经过实验进一步验证[35]。

此外,珠子参总皂苷对化学刺激和热刺激诱发的疼痛均具有显著的抵抗作用,其镇痛效果与珠子参总皂苷之间存在明显的量效关系[5,36]。然而,珠子参总皂苷镇痛作用的具体机制目前同样尚未被阐明。结合三七总皂苷的镇痛机制,推测珠子参总皂苷的镇痛作用可能是通过刺激阿片肽受体释放而起效应的(化学刺激和热刺激诱发的疼痛可使中枢神经和外周组织的阿片肽受体释放量增加,从而提高机体的痛阈)。然而,此推测同样也需经过实验进一步验证[35]。

3.3.2 提高学习和记忆能力作用 珠子参总皂苷可有效改善D-半乳糖诱导的脑老化模型大鼠的学习和记忆功能,其作用机制可能是通过上调SIRT1的表达水平,促进Nrf2的核移位来达到抗氧化的目的,从而降低脑组织中脂质过氧化物MDA及脂褐素的含量,最终发挥保护神经组织的作用[37]。

3.3.3 抗氧化应激损伤作用 珠子参皂苷可保护神经细胞免受氧化应激损伤,机理可能是珠子参皂苷通过提高Nrf2、SIRT1、PGC-1和Mn-SOD等氧化应激反应相关转录因子的活性来刺激抗氧化酶编码基因转录,进而提高抗氧化酶体系的表达水平并有效抑制神经系统在遭受氧化应激损伤过程中活性氧ROS的增加,最终修复神经系统的抗氧化能力[38-39]。

3.4 抗炎作用

珠子参叶总皂苷可抑制二甲苯引起的小鼠耳廓肿胀以及降低醋酸引起的小鼠毛细血管通透性,表明珠子参叶总皂苷对急性炎症具有明显的抵抗作用;珠子参叶总皂苷对慢性炎症也具有抑制作用,可显著降低小鼠肉芽组织增生,且抗炎症效果随剂量的增加而增强[36]。此外,珠子参特有单体皂苷-竹节参皂苷IVa可阻止因高脂饮食诱发的小鼠脂肪组织炎症的发展,推测作用机制可能与抑制NLRP3炎性体活化和NF-kB信号转导有关,因此,竹节参皂苷IVa被认为在治疗炎症相关疾病方面具有较大潜力[6]。

3.5 抗肿瘤作用

珠子参总皂苷可在体外抑制人早幼粒白血病HL-60细胞株增殖,推测作用机制可能是通过将癌细胞阻断于G0/G1期,使DNA合成受阻,从而抑制癌细胞增殖。此外,也可能是由于HL-60细胞株受珠子参总皂苷诱导分化成熟而不再增殖,最终达到抑制癌细胞的效果,且抑癌效果与作用时间呈正相关,与珠子参总皂苷无剂量依赖关系[7]。

3.6 增强免疫作用

IL-1和IL-2在免疫调节中发挥着非常重要的作用,研究表明,珠子参总皂苷可促进LPS诱导的小鼠腹腔巨噬细胞分泌IL-1和ConA诱导的小鼠脾细胞分泌IL-2,同时抵抗抗环磷酰胺对巨噬细胞分泌IL-1以及脾细胞分泌IL-2的抑制作用,表明珠子参总皂苷具有增强免疫功能的作用[40]。此外,珠子参总皂苷也可通过直接增强NK细胞和T细胞的活性达到提高机体免疫力的效果[41-42]。

3.7 对血液系统的作用

研究显示珠子参总皂苷具有良好的止血功效,其止血强度与止血敏相似,在较小剂量(<50 mg/kg)时就已表现出显著凝血作用。但当增大珠子参总皂苷用量(>50 mg/kg)时,其凝血时间并未呈现缩短趋势,提示大剂量珠子参总皂苷与止血效果之间无剂量依赖性,这可能与珠子参总皂苷的溶血作用相关。实验显示珠子参总皂苷的溶血指数为1∶50000,说明珠子参总皂苷不适宜制作成注射剂型产品,但可制作成口服型产品。珠子参总皂苷的良好止血功效与中国传统上将珠子参用于外伤止血,跌打止痛的实际应用是一致的[43]。

3.8 其他作用

珠子参总皂苷除具有以上多个方面的药理活性之外,还具有抵抗肥胖等功效。进一步研究发现珠子参总皂苷中的竹节参皂苷III、IV、V和28-去葡萄糖竹节参皂苷IV具有抑制胰脂肪酶活性的功效,从而降低人体对食物中脂肪酸的摄入量,进而达到减肥的目的[44]。

4 结语

珠子参的主要活性成分为三萜皂苷,根据苷元结构的不同可将珠子参皂苷分为两大类,分别为:齐墩果烷型皂苷和达玛烷型皂苷。珠子参的皂苷成分随部位的不同存在类别上的差异:珠子参传统药用部位-根茎中的皂苷成分以齐墩果烷型皂苷为主,达玛烷型皂苷为辅，其中,竹节参皂苷IVa和人参皂苷Ro是珠子参根茎中主要的齐墩果烷型皂苷;而珠子参叶中的皂苷成分以达玛烷型皂苷为主,偶尔含有微量齐墩果烷型皂苷;珠子参果实中的皂苷成分与叶中成分类似,也以达玛烷型皂苷为主。近年来,珠子参皂苷药理活性研究受到重视,相关报道逐年增加,随着对珠子参皂苷尤其是其独有皂苷的药理作用研究的不断深入,其临床医疗应用范围将会越来越广泛,可作为保护心脑血管系统、护肝、抗炎和抗肿瘤等药物的原料。此外,随着人们生活水平的提高,珠子参也逐渐被用于替代人参来增强体质、滋补身体。而当前的研究有关珠子参活性物质的保健品开发还较少,未来的研究可朝着扩大珠子参活性成分药理作用的应用范围来展开,为保健品的开发注入新的血液。