昆仑雪菊的化学成分与功效研究进展

曾晓漫,贺晓云,2,*

(1.中国农业大学特殊食品研究中心,食品科学与营养工程学院,中国农业大学,北京 100083; 2.北京食品营养与人类健康高精尖创新中心,中国农业大学,北京 100083)

昆仑雪菊盛产于我国新疆地区,学名两色金鸡菊(Coreopsistinctoria),是菊科(Compositae)金鸡菊属(Coreopsis)植物[1],与天山雪莲齐名。在新疆当地,昆仑雪菊不仅可以作为花茶饮料,还被用作治疗高血压和高脂血症的民间药物。在北美洲,土著人使用昆仑雪菊治疗多种疾病,例如腹泻、疼痛和出血等;葡萄牙人则每天饮用两杯雪菊茶来控制糖尿病。因为昆仑雪菊被大众普遍认为是具有降血糖[2]、降血压[3-5]、抗炎[6]等功效的传统保健食品,所以受到科研人员的关注并被广泛研究。本文较详细地阐述昆仑雪菊八大类化合物的具体组成成分,归类总结国内外关于昆仑雪菊功效作用的最新研究报道,旨在理清昆仑雪菊的主要功效成分和功能作用,总结当下对于昆仑雪菊研究的不足并提出展望,为昆仑雪菊的深入研究提供基础和方向。

1 主要成分

1.1 多酚类物质

黄酮类物质和酚酸类物质并称为多酚类物质,研究昆仑雪菊保健功能的一个重要方向就是对其多酚类物质的研究。昆仑雪菊中的黄酮类物质具有降血糖、降血脂、降血压、护肝等功效。在昆仑雪菊中,目前已知的黄酮类物质共有40种,其中马里苷和黄诺玛苷在顶状花序中含量最高,约占总黄酮含量的54%[7-8]。槲皮素-7-O-葡萄糖苷的含量达到总黄酮含量的16.9%[9],是目前唯一发现存在于昆仑雪菊所有部位的黄酮类物质[7]。目前发现昆仑雪菊中含有5种酚酸类物质,其中绿原酸被研究报道最多,其含量在1.72～14.73 mg/g[8]之间。

1.2 聚炔类物质

昆仑雪菊中的聚炔类物质被认为具有抗炎[10]、降脂[11]和抗菌[12]的功效。昆仑雪菊中现已发现并命名了6种聚乙炔苷类物质——金鸡菊苷A～F[11-13]和6种聚乙炔类物质,分别是(2S)-(3Z,11E)-二烯-5,7,9-三炔-1,2-十三碳二醇、(2S)-(3Z,11Z)-二烯-5,7,9-三炔-1,3-十三碳二醇、(S)-红花炔二醇、(E)-7-苯基-2-烯-4,6-二炔-1-庚醇、(Z)-7-苯基-2-烯-4,6-二炔-2-庚醇和(2R)-(3E,5E,11E)-三烯-7,9-二炔-1,2-十三碳二醇[13-14]。

1.3 脂肪酸与挥发油

19种脂肪酸在昆仑雪菊的顶状花序中被检测出,其中包括13种饱和脂肪酸,4种单不饱和脂肪酸(油酸C18∶1、反油酸C18∶1、亚油酸C18∶1和棕榈油酸C16∶1)和2种多不饱和脂肪酸(亚麻酸C18∶3和顺-11.14-二十碳二烯酸C20∶2)[15-16]。其中肉豆蔻酸(C14∶0)的提取量约占总脂肪酸的29.6%,在所有脂肪酸中含量最高[15]。

在昆仑雪菊的挥发油中共鉴定出65种化合物[17],其中柠檬烯和α-蒎烯的含量较高,分别占总挥发物的63.23%[18]和45.2%[15]。昆仑雪菊中的脂肪酸和挥发物均具有抗菌的作用,例如脂肪酸中的月桂酸和长链不饱和脂肪酸对革兰氏阳性菌有强烈的抑制作用,而挥发物中的α-蒎烯也具有抗菌特性[15]。

1.4 皂苷和多糖

昆仑雪菊中测得总皂苷含量的最高值为8.36%[19],多糖含量最高可达13.86%[20]。但目前鲜有对于雪菊皂苷和多糖的深入研究报道,对于雪菊中皂苷和多糖的种类也尚不明确。但已有研究发现,雪菊总皂苷具有清除一氧化氮、亚硝酸盐和抑制N-亚硝胺形成的功效[21]。

1.5 氨基酸

昆仑雪菊的氨基酸总量在6.74%～8.65%之间[22]。用高效液相色谱法-蒸发光散射检测器(HPLC-ELSD)测定蛋白质水解后的氨基酸,共测出14种,其中6种为必需氨基酸[23]。用氨基酸自动分析仪检测时,共测出17种,其中有8种是必需氨基酸[24],且甜味和酸鲜味氨基酸总量是苦味氨基酸的2.5倍,这使得昆仑雪菊具有较好的口感[22]。

2 功效

2.1 降血糖

昆仑雪菊的水或乙醇提取物中含有丰富的类黄酮化合物,雪菊提取物能治疗链脲霉素引起的葡萄糖不耐受症和改善高脂饮食引起的高血糖症,其作用机理与恢复胰腺功能、调节糖代谢关键酶、抑制α葡萄糖苷酶活性和抗氧化活性相关。

用昆仑雪菊的黄酮富集物干预葡萄糖不耐受的雄性Wistar大鼠,三周口服治疗后能治愈大鼠由于链脲霉素引起的葡萄糖不耐受症状,并且没有造成肝损伤和影响葡萄糖稳态与胰腺的功能,但是单独灌胃马里苷没有治疗效果,因此推测是所有多酚化合物混合产生的治疗功效[25-26]。用昆仑雪菊水提物干预高脂饮食的大鼠,通过检测大鼠的血清生化、组织病理学和肝组织代谢水平发现其能改善大鼠的胰岛素抵抗和提高葡萄糖稳态[27]。用液相色谱联用质谱的方法检测出昆仑雪菊醇提物中主要成分为类黄酮物质,再用该醇提物干预饮食性肥胖引起的高血糖症C57BL/6小鼠,结果发现昆仑雪菊醇提物能抑制空腹血糖升高,降低血脂和肝脂水平,抑制糖耐量受损和胰岛素抵抗,改善高脂饮食引起的胰岛素抵抗和高血糖症[28]。

上述实验表明,无论是昆仑雪菊的水提、醇提或者类黄酮富集物均能对试验大鼠产生降血糖功效,其作用机制是通过恢复胰腺功能、调节糖异生和柠檬酸循环中的关键酶水平和抑制α-葡萄糖苷酶活性来达到提高葡萄糖稳态、治疗葡萄糖不耐受症的功效。但昆仑雪菊提取物中发挥降血糖作用的具体物质尚未能被发现和验证,因此其作用机制也尚未十分明确,而这一旦被发现将对昆仑雪菊应用于医疗保健领域具有重要的突破性意义。因此,未来关于雪菊降血糖功效的研究方向,应致力于研究发挥功效的具体物质及其明确的作用机理。

2.2 降血压

昆仑雪菊被认为具有降血压、抑制血管紧张素Ⅰ-转换酶活性和舒张血管的功效。雪菊中的槲皮素和木犀草素被认为是主要的功效成分,花旗松素和α,3,2′-三羟基-4′-O-β-D-吡喃葡萄糖查耳酮也被认为具有潜在的降血压作用。

用昆仑雪菊水提物灌胃自发性高血压(SHR)大鼠42 d后,发现灌胃组较SHR模型组的尾动脉收缩压有明显下降,表明雪菊水提物有降血压的功效[29]。在体外实验中发现,从昆仑雪菊中分离出的花旗松素和α,3,2′-三羟基-4′-O-β-D-吡喃葡萄糖查耳酮能抑制血管紧张素Ⅰ-转换酶的活性[4]。用昆仑雪菊的芽部提取物干预用氯化钾(KCl)和苯肾上腺素(PE)诱导的大鼠血管环收缩模型。试验结果显示雪菊提取物抑制了血管收缩并下调了收缩血管中钙离子的剂量效应曲线,其中槲皮素和木犀草素被认为是最主要的有效成分[30]。

上述实验表明,雪菊提取物在大鼠体内能产生降血压的功效,其潜在机制可能是抑制平滑肌细胞膜中钙离子的流动。其中,花旗松素、α,3,2′-三羟基-4′-O-β-D-吡喃葡萄糖查耳酮、槲皮素和木犀草素在体外实验中被发现能降血压,但是体内实验存在大量的混杂因素,实验结果与体外实验相比可能有较大差别。因此,将来可以深入研究验证这四种物质在大鼠体内的降血压效果及其作用机制。

2.3 降脂

昆仑雪菊中的类黄酮物质能通过下调脂肪分化相关蛋白、抑制脂肪生成、减少氧化应激反应和保护线粒体功能，达到改善脂代谢紊乱和降脂的功效,其中圣草酚-7-O-吡喃葡萄糖苷被认为是主要的功效成分。昆仑雪菊中的聚炔类物质——金鸡菊苷A和E也被认为具有降脂作用的潜力,但目前还缺乏更深入的研究作为支撑依据。

用昆仑雪菊类黄酮提取物干预高脂血症小鼠模型,通过检测相关指标比较雪菊提取物与非诺贝特降脂药的作用效果。实验结果表明两种物质对脂肪分化相关蛋白以及血清和肝脏中胆固醇都有下调的作用。其中,雪菊提取物对ALT、AST、ALP无影响,表明不会造成肝损伤,但非诺贝特会升高ALT、AST、ALP,对肝功能有影响[3]。在另一个实验中,用高效液相色谱法检测发现昆仑雪菊水提物的主要成分为黄诺玛苷和圣草酚-7-O-吡喃葡萄糖苷,因此实验者让高脂血症的小鼠口服昆仑雪菊水提物42 d后,用黄诺玛苷和圣草酚-7-O-吡喃葡萄糖苷干预用游离脂肪酸处理的人肝癌细胞(HepG2)24 h,结果发现雪菊水提物能改善血脂指标,具有降脂的功效;而圣草酚-7-O-吡喃葡萄糖苷也能减少细胞内的活性氧,提高线粒体膜电位和三磷酸腺苷水平,具有保护线粒体功能和抑制游离脂肪酸诱导的脂肪生成的作用[31]。在体外实验中,用金鸡菊苷A和E处理3T3-L1脂肪细胞,发现金鸡菊苷A和E能剂量依赖型的减少细胞内甘油三酯和细胞脂质的积聚,并且对细胞增殖没有毒性,具有降脂的功效[11]。

昆仑雪菊类黄酮提取物通过下调脂肪分化相关蛋白能达到降血脂的作用,并且优于非诺贝特降脂药,这一研究结果对于将雪菊类黄酮应用于降血脂药物具有重要意义。而圣草酚-7-O-吡喃葡萄糖苷和金鸡菊苷A、E在体外良好的降脂功效值得深入研究,可以验证其能否在体内也发挥出同样的效能及其具体的作用机制。

2.4 抗氧化

在昆仑雪菊各部位中,顶状花序表现出最强的抗氧化能力;在雪菊含有的化合物中,奥卡宁和异奥卡宁在体内外实验中均表现出最强的抗氧化活性。

用2′-联氨-双-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸(ABTS)法检测昆仑雪菊不同部位的乙醇提取物的抗氧化能力,实验结果显示昆仑雪菊顶花的抗氧化能力最强,其抗氧化能力顺序为顶状花序>芽部>种子>叶>茎部[32]。在体内实验中,用雪菊醇提物灌胃大鼠,在收集的静脉血浆样本中发现,马里苷和黄诺玛苷虽然在雪菊中含量最高,但是在血浆中很少,可能是它们的苷配基被水解了,而奥卡宁和异奥卡宁的含量正好相反。在体外实验中,昆仑雪菊的乙醇粗提物及其提纯化合物均表现出很强的二苯基苦基酰肼(DPPH)自由基清除能力,其中奥卡宁的DPPH自由基清除能力最强,且奥卡宁和异奥卡宁在细胞中也表现出超强的抗氧化活性且无毒害作用[33]。

昆仑雪菊醇提物在体内外均具有强抗氧化活性,以奥卡宁和异奥卡宁这两种类黄酮物质最强,这为开发昆仑雪菊及其类黄酮物质作为抗氧化剂产品提供了研究思路。

2.5 抗炎

昆仑雪菊对肾功能不全、肾脏炎症和纤维化以及神经炎症都起到改善的作用,其功效成分主要为聚炔类和黄酮类物质,其中奥卡宁被确定具有抗神经炎的作用。

在体外实验中,金鸡菊苷A～D对环氧合酶-2的半抑制浓度为0.22×10-2～8.8×10-2μmol/L,均表现出抗炎活性[10]。用昆仑雪菊的乙酸乙酯提取物灌胃糖尿病肾损害大鼠4周,实验结果表明雪菊提取物能抑制肾脏炎症和纤维化进程[34]。在一项抗神经炎活性的研究中发现,昆仑雪菊的石油醚提取物和乙酸乙酯提取物的抗神经炎作用最佳,其中咖啡酸甲酯、奥卡宁、2S-5,7,3′,5′-四羟基黄酮、槲皮素、山奈酚-7-O-β-D-葡萄糖苷、栎草亭-7-O-β-D-葡萄糖苷和6,7,3′,4′-四羟基黄酮这七种化合物被认为是主要的活性成分[35]。在另一项抗神经炎研究中得到了相似的结果,用昆仑雪菊乙酸乙酯提取物做体外细胞实验和体内小鼠实验,结果均表明该雪菊提取物能减弱脂多糖诱导的小胶质细胞激活,减轻神经炎症[36]。

昆仑雪菊的抗肾炎机制为通过抑制核转录因子κB的激活和表达,发挥对环氧合酶-2的抑制作用,而其抗神经炎机制则可能是抑制转化生长因子β1/Smad的信号通路,抑制Toll样受体4和核转录因子κB的信号通路,以及激活肾脏中一磷酸腺苷活化的蛋白激酶α的磷酸化活性。虽然上述实验均对于雪菊的抗炎机制有一定的推测,但是却未有进一步的探讨和验证。在将来可以对雪菊抗炎性能机制进行深入的研究。

2.6 脏器保护

当昆仑雪菊的多种功效同时发挥作用时还能产生更大的功效作用——保护脏器,如保护心肌缺血再灌注损伤,保护肝脏和延缓动物脑及脏器萎缩退化等。

有研究表明昆仑雪菊的总黄酮提取物能保护心肌缺血再灌注损伤(MIRI)。该实验用雪菊总黄酮提取物进行干预,通过主要检测的五类心脏指标发现,总黄酮提取物能减少心肌酶漏出,降低缺血/再灌注诱导的心肌细胞凋亡,减少心肌梗死面积,增强缺血/再灌注损伤下大鼠的抗氧化防御[37],研究者认为,雪菊总黄酮提取物通过抗氧化、抗炎症和抗细胞凋亡的功能达到保护心脏的作用。昆仑雪菊的粗提物具有保护肝脏的作用。实验检测了在雪菊乙醇提取物干预下对四氯化碳诱发的肝细胞毒性和组织形态改变的影响,对肝细胞中相关物质水平的影响,以及对抗氧化酶活性的影响[38]。实验结果表明昆仑雪菊的醇提物能提高肝脏中抗氧化酶的活性,抑制脂质过氧化反应和肝损伤诱发的炎症反应,能保护化学诱导的肝损伤。昆仑雪菊黄酮还有抗衰老、延缓动物脑及脏器萎缩退化的功效。实验通过测试小鼠的脑及脏器指数(重量)发现雪菊黄酮干预组的指数均明显高于未干预组[39]。

昆仑雪菊对心脏、肝脏和大脑均有保护作用,这些作用是雪菊多种功效(如抗氧化、抗炎)综合产生的结果,目前尚缺乏关于这些保护作用准确的机制研究,而雪菊对于其他重要器官是否也具有保护作用也是一个值得研究的方向。

2.7 其他功效

昆仑雪菊还具有一些其他的功效,如抗菌、保护细胞和清除一氧化氮等。

在抑菌作用方面,昆仑雪菊中的聚炔类物质金鸡菊苷E对炭疽杆菌和金黄色葡萄球菌有较强的抑菌活性,最小抑菌浓度分别为(10±0.10)和(6.8±0.15) μg·mL-1;而金鸡菊苷B和F对上述两种菌也有微弱的抑菌活性[12]。除此之外,雪菊顶状花序精油也对5种细菌有抑菌作用,其最小抑菌浓度在5.54～11.08 μg·mL-1之间,但抑菌效果弱于青霉素G[40]。在细胞保护方面,昆仑雪菊水提物和其主要成分马里苷与黄诺玛苷都能抑制叔丁基过氧化氢和细胞激素诱导的胰腺β细胞损伤作用,其作用机制可能是抑制细胞的凋亡途径[41]。在体外实验中,昆仑雪菊中的总皂苷和精油提取物均有清除一氧化氮、亚硝酸盐和抑制N-亚硝胺生成的作用[21,40]。

昆仑雪菊除了类黄酮物质,其聚炔类、皂苷类和挥发油类物质也同样具有其独特的生物功效,具有应用开发的前景。

3 前景与展望

昆仑雪菊中含有多种生物活性物质,如类黄酮、皂苷、聚炔类物质等;因此具有多样的生理保健功能,如降血糖、血脂、抗氧化等,使其在药品和保健品开发方面前景广阔。但是,在对昆仑雪菊的成分和功效研究上,还有许多疑问尚未解释清楚,未来关于昆仑雪菊的研究开发可以从以下的角度入手。

昆仑雪菊中黄酮类物质在降血糖、降血压、降脂、抗氧化、抗炎和保护细胞中起着重要的作用,是雪菊重要的功能活性成分。昆仑雪菊中马里苷、黄诺玛苷和槲皮素-7-O-葡萄糖苷三种物质的含量最高;槲皮素和木犀草素具有降血压的作用,而花旗松素和α,3,2′-三羟基-4′-O-β-D-吡喃葡萄糖查耳酮具有潜在降血压的功效,但仍需要体内实验进行验证;圣草酚-7-O-吡喃葡萄糖苷具有降脂功效;奥卡宁和异奥卡宁在体内有抗氧化功效,奥卡宁还被确认具有抗神经炎的作用;马里苷与黄诺玛苷具有保护细胞的作用。由此推测,马里苷、黄诺玛苷、槲皮素-7-O-葡萄糖苷、圣草酚-7-O-吡喃葡萄糖苷、奥卡宁和异奥卡宁这6种化合物可能是雪菊类黄酮物质中主要的功能活性成分,可以作为未来深入研究的重点。

聚炔类物质发挥着降脂、抗炎和抗菌的作用,但是对于聚炔类物质的研究仅限于体外实验,它在体内是否能发挥功效尚不可知。皂苷也是雪菊的一类功能活性物质,能清除一氧化氮、亚硝酸盐和抑制N-亚硝胺生成。雪菊中的皂苷、色素、多糖这三类物质无论是在组成成分还是功效作用上都缺乏更深入的研究,而酚酸类、脂肪酸和挥发物这三类物质在组成成分上已比较清晰,但是功效作用还有待进一步的研究。