香椿化学成分及生物活性研究进展

周婵媛，阮婧华，黄健，汤瑾，高源，鲁杰，谢丹，蓝月玉，张 远，范东生∗

（1.贵阳学院，贵州 贵阳550005； 2.贵州中医药大学第一附属医院，贵州 贵阳550001； 3.贵州省食品检验检测所，贵州 贵阳550004）

香椿Toona sinensis（A.Juss.） Roem.为楝科香椿属植物，属多年生落叶乔木，产于我国的华北、华东、中部、南部和西南地区［1］。香椿的各个部位都具有药用价值，其功效也不相同，根皮或树皮称为香椿皮或椿白皮，味苦、涩，性微寒，归大肠、胃经，具有清热燥湿、涩肠、止血、止带、杀虫功效，用于泄泻、痢疾、肠风便血、崩漏、带下等症；叶子称为椿叶，味辛、苦，性平，归脾、胃经，具有祛暑化湿、解毒、杀虫功效，用于暑湿伤中、恶心呕吐、食欲不振等症；果实称为香椿子，味辛、苦，性温，归肺、肝、大肠经，具有祛风、散寒、止痛功效，用于外感风寒、风湿痹痛、胃痛等症［2］，其中香椿皮（干燥树皮） 为贵州苗药，收载于《贵州省中药材、民族药材质量标准》 2003 年版［3］。目前，从香椿中已分离鉴定出多种化学成分，包括三萜、生物碱、黄酮、苯丙素、酚酸、甾体等，其中limonoid 和apotirucallane 型三萜为其主要的特征性成分，limonoid 型生物碱是自然界稀有的一类生物碱。现代药理研究发现香椿提取物及其成分具有抗炎、抗氧化、抗肿瘤、降糖、神经保护等生物活性［4］。本文基于前人的研究［5-7］，对香椿的化学成分和生物活性进行了系统归纳总结，以期为其后续的深入研究及开发利用提供参考。

1 化学成分

1.1 三萜类 三萜类化合物是香椿中主要化学成分，目前已经从香椿的根、树皮、叶等部位分离到93 个三萜类化合物，包括limonoid、apotirucallane 和tirucallane 等三萜化合物。见图1～3。

图1 香椿中limonoid 型三萜化合物结构

1.1.1 Limonoid 型三萜 柠檬苦素类（limonoid） 化合物也称为四降三萜，是一类高度氧化的植物次生代谢物质，由apotirucallane 或apoeuphane 骨架的侧链失去4 个碳原子并通过一系列的氧化和分子重新环化形成［8］。目前，从香椿的根、树皮、叶子和果实中分离到38 个limonoid 类三萜化合物［9-16］，见图1、表1，包括完整四环骨架型（1）、A环开裂型（2～4）、B 环开裂型 （5～14）、D 环开裂型（15～27）、A、B 环开裂型（28）、A、D 环开裂型（29～38）。一般化合物A 环开裂后重新形成七元内酯环，D 环开裂后酯化重新形成六元内酯环。

表1 香椿中limonoid 型三萜三萜化合物

1.1.2 apotirucallane 型三萜 甘遂烷型三萜认为是apotirucallane型三萜的前体，由其C-17 边链的环化形成，一般为四氢呋喃环、四氢吡喃环及七元含氧环等［17-18］。目前，从香椿的根、皮、叶子和果实中分离到35 个apotirucallane型三萜（39～73），包括28 个C-17 为四氢呋喃环（39～66）、5 个C-17 为四氢吡喃环（67～71）、2 个C-17 为七元含氧环型apotirucallane 三萜（72～73）。见表2、图2。

1.1.3 tirucallane 型三萜从香椿中分离得到6 个tirucallane型三萜化合物（74～79），其中，化合物79 在C-5和C-8 之间形成一个过氧桥，见表3、图3。

图2 香椿中apotirucallane 型三萜化合物结构

1.1.4 dammarane 型三萜 从香椿中分离得到11 个dammarane 型三萜化合物（80～90），见表3、图3。

1.1.5 其他三萜 从香椿树皮中分离到3 个五环三萜化合物，包括2 个羽扇豆烷（91～92） 和1 个齐墩果烷三萜（93），见表3、图3。

表3 香椿中tirucallane 型和其他三萜化合物

图3 香椿中tirucallane 型和其他三萜化合物结构

1.2 生物碱 limonoid 型生物碱是自然界稀有的一类生物碱，其以limonoid 为基本母核，C-17 位为内酰胺衍生物［10，21］。目前，从香椿已分离到8 个limonoid 型生物碱化合物（94～101），包括2 个完整的limonoid 型（94～95） 和6 个D 环开环的limonoid 型（96～101），见表4、图4。

表4 香椿中limonoid 生物碱化合物

图4 香椿中limonoid 型生物碱化合物结构

1.3 黄酮类 黄酮类化合物是香椿中另一类主要的化学成分，从香椿的各个部位中分离到21 个黄酮及其苷类化合物（102～122）［22-30］，其中121～122 为黄酮二聚体。见表5、图5。

表5 香椿中黄酮类化合物

1.4 木脂素和香豆素类 从香椿根、皮、叶子和果实中分离到6 个木脂素类化合物（123～128） 和3 个香豆素类化合物（129～131），其中125～126 为降木脂素类化合物。见表6、图6。

图5 香椿中黄酮类化合物结构

表6 香椿中木脂素和香豆素类化合物

1.5 酚酸类 从香椿中已分离鉴定出8 个鞣质类化合物（132～139）。见表7、图7。

表7 香椿中鞣质类化合物

1.6 甾体类化合物 李争玲等［24］从香椿子中发现了β-谷甾醇（140） 和豆甾醇（142）；罗晶等［31］从香椿树皮中分离到了7β-羟基谷甾醇（141）、豆甾烷-3，6-二酮（143）、豆甾-4-烯-3-酮（144）、6-羟基豆甾-4-烯-3-酮 （145）、豆甾-4-烯-3β，6β-二醇（146） 和过氧化麦角甾醇 （147）。见图8。

1.7 二萜类 Luo 等［15］从香椿叶中分离到3 个植物醇类衍生物2，6，10，15-phytatetraene-14-ol （148）、2，6，10-phytatriene-1，14，15-triol （149）、phytol （150）；周先丽等［32］从香椿 树皮中 分离到 （9S，10E，16R） -9，16-dihydroxyoctadec-10-ene-12，14-diyn-1-yl acetate （151 ）；Meng 等［16］从香椿的树皮中分离到gossweilone （152）。见图9。

图6 香椿中木脂素和香豆素类化合物结构

图7 香椿中鞣质类化合物结构

1.8 其他 Li 等［33］从香椿嫩芽中分离到3 个含硫化合物（S，S） -γ-glutamyl-（cis-S-1-propenyl） thioglycine （153）、（S，S） -γ-glutamyl-（trans-S-1-propenyl ） thioglycine（154）、γ-glutamyl-（cis-S-1-propenyl） -cysteine （155）；罗晶等［31］从香椿树皮95%乙醇提取物中分离得到铁屎米-6-酮（156）、α-acetylamino-phenylpropyl α-benzoylamino phenylpropionate （157）；侯丽等［30］从香椿子中分到3，5-二羟基苯乙醚（158）、eudesm-4 （15） -ene-1β，6α-diol （159）。除此之外，李国成等［23］从香椿树皮中分离得到二十碳酸乙酯和正二十六烷醇。

2 生物活性

2.1 抗炎、镇痛 阮志鹏等［34］发现香椿叶水提取物可以抑制二甲苯致小鼠耳廓和角叉菜胶致大鼠足肿胀，其作用可能与降低足组织中NO 和PGE2 的量有关。杨艳丽等［35］发现香椿子总多酚对佐剂型关节炎大鼠有一定的治疗作用，能减轻大鼠足趾肿胀度、降低脾脏指数和胸腺指数，改善踝关节病理组织形态。Yang 等［36］发现香椿叶水提取物能改善CLP 诱导败血症小鼠的存活率，可减少小鼠的肺损伤，其与减少NO 的产生和iNOS 酶的表达，增加HO-1 的表达有关。在体实验表明香椿叶水提取物能抑制LPS 诱导转基因小鼠NF-κB 的激活，体外实验表明其能降低小肠中TXNL4B 及RAW 264.7 中TXNL4B、iNOS、COX-2 的表达，这些与调节NF-κB 通路有关［37］。Su 等［38］发现香椿叶水提取物对醋酸致小鼠扭体有一定的镇痛作用。本实验中化合物（2、5～12） 具有一定的抗炎活性，在100 μmol／L 下能抑制COX-1 和COX-2 产生［11］，化合物（16～17、94～95、100）能显著抑制LPS 诱导的RAW264.7 细胞产生NO［10］，见表8。

图8 香椿中甾体类化合物结构

图9 香椿中二萜类化合物结构

表8 香椿中各化合物抗炎活性

2.2 抗氧化 香椿叶水提物具有较强的抗氧化能力，具有清除自由基、较强的还原力和金属螯合能力，它能阻止AAPH-诱导人红细胞的氧化溶血、脂质过氧化和SOD 活力下降［39］。香椿叶水提取物对AAPH-诱导人脐静脉内皮细胞细胞（ECs） 氧化损伤具有保护作用，并成剂量依赖性。其能抑制AAPH-ECs 中ROS 产生、MDA 形成、SOD／过氧化氢酶活性和Bax／Bcl-2 失调［40］。香椿叶乙醇提取物对H2O2诱发小鼠氧化应激有一定的保护作用，这与增加肝脏中过氧化氢酶、铜／锌SOD、GPx、GR 和GST 的活性有关，其还能加强AOEs 的活性，增加肝脏的解毒能力［41］。体内研究发现，大鼠灌胃厌氧发酵的香椿叶提取物能显著增加肝组织中抗氧化酶的活性，增加过氧化氢酶（CAT）、谷胱甘肽过氧化酶（GPx） 和超氧化物歧化酶（SOD） 的mRNA表达和CAT 蛋白的水平［42］。从香椿叶中分离得到的三萜类化合物（2、9～11、13～14、28） 也具有清除自由基的能力［11］，见表9。

2.3 抗肿瘤 Chang 等［43］发现香椿叶提取物能抑制A549细胞增生，有效抑制cyclin D1 和E 的表达，有效阻断细胞周期进程，并且能激活caspase-3 蛋白，从而诱导细胞凋亡。Yang 等［44］发现香椿叶提取物能诱导HL-60 细胞调亡，并呈剂量和时间的依赖性，其凋亡机制与细胞色素C 从线粒体内膜释放到胞浆，引发其下游caspase-3 活化，可以降解PARP，使Bcl-2／Bax 比值降低，诱导HL-60 细胞凋亡，其机制与线粒体的结构与功能有关；还可以诱导产生大量ROS，而ROS 直接参与死亡调节。香椿叶提取物TSL-1 对H441、H520 和H661 细胞增生有抑制作用，IC50值分别为0.20、0.25、0.12 mg／mL，其机制可能是通过上调p27 水平，进而抑制cyclin D1 和CDK4 表达，导致细胞被阻滞在G1 期，并降低Bcl-2 表达，同时增加Bax 表达，从而抑制细胞增殖，诱导细胞凋亡［45］。香椿叶提取物能诱导肾细胞癌凋亡，改变线粒体膜电位，可通过线粒体膜电位下降，细胞色素C 从线粒体内膜释放到胞浆，引发其下游caspase-3、7、9 激活和PARP 降解、减少Bcl-2 和热休克蛋白表达，还可以诱导产生大量ROS，而ROS 直接参与死亡调节［46］。Wu 等［47］研究香椿叶挥发油对SGC7901、HepG2、HT29 细胞的增殖有抑制作用，IC50值分别为70.38、82.20、99.94 μg／mL，在质量浓度大于100 μg／mL 时，对HUVE 细胞无毒性。挥发油对SGC7901 细胞的抑制作用呈剂量依赖性，与上调Bax 和caspase-3 和下调Bcl-2 表达有关。Chang等［37］发现香椿叶的TSL2 部位抑制SKOV3 细胞的增殖，使其停滞在G2／M；TSL2 能抑制模型动物卵巢癌细胞的增殖，抑制作用呈剂量依赖性。Mitsui 等［19］发现从香椿中分离得到的23 个apotirucallane 型三萜化合物对P-388 细胞有细胞毒性，其IC50在0.26～9.9 mg／mL。化合物（6～9、16、74、76、83、87～88） 也具有细胞毒性，见表10。

表9 香椿中各化合物的清除自由基活性

表10 香椿中各化合物细胞毒性IC50值

2.4 降糖 胰岛素抵抗对2 型糖尿病的发病机制至关重要，Liu 等［48］研究表明香椿叶95%乙醇提取物降低高脂饮食（HFD） 诱导小鼠的血糖，刺激小鼠脂肪组织中的PPARγ 和脂联素表达改善的胰岛素敏感性，还与激活骨骼肌中AMPK 刺激葡萄糖摄取有关。Wang 等［49］发现香椿叶水提取物能改善四氧嘧啶糖尿病大鼠血浆中胰岛素的水平，进而介导葡萄糖转运蛋白4 （GLUT4） 来完成降糖作用。香椿叶超临界CO2提取物能增加3T3-L1 脂肪细胞对葡萄糖的消耗，呈剂量依赖性［50］。糖尿病并发症严重威胁着人类健康，是终末期肾病、神经病变等的主要原因。香椿子乙醇提取物能够改善糖尿病大鼠周围神经病变，其作用机制与降低血糖、抑制氧化应激、调节NGF-β、TNF-α 和IF-6有关［51］。

2.5 神经保护 香椿水提取物正丁醇萃取部位对大鼠大脑中动脉闭塞诱导的局灶性脑缺血损伤具有保护作用，可减少局部缺血诱导的急性脑梗塞、脑含水量和神经损伤，减少缺血脑组织中脂质过氧化、环氧合酶-1 和血栓素的水平，提高谷胱甘肽过氧化酶、超氧化物歧化酶的活性，其神经保护作用与抗氧化和抗炎有关［52］。Wang 等［53］研究发现香椿叶水提取物能抑制LPS 诱导的BV-2 细胞的炎症，减少NO 生成，能抑制TNF-α 分泌和iNOS 蛋白的表达。Liao等［54］发现香椿叶、根和皮提取物可减少SAMP8 脑中β-淀粉样蛋白质沉淀和认知衰退。

2.6 抗血管生成 内皮细胞增殖是血管新生的重要环节，Hseu 等［55］研究香椿叶提取物（50～100 g／mL） 显著抑制鸡胚绒毛尿囊膜（CAM） 血管生成，在体外实验表明椿叶提取物能够抑制由VEGF 诱导EA.hy 926 和HUVECs 细胞的增殖、迁移和微管形成，其可以通过减少cyclin D1、cyclin E、CDK4、pRb，VEGFR-2 和eNOS 的表达阻滞EA.hy 926 停在G0／G1 期。

2.7 抗菌 Wu 等［47］采用微量稀释法测定了香椿叶挥发油对甲氧西林敏感金黄色葡萄球菌和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌都有抑制作用，最小抑菌浓度（MIC） 分别为0.125、1 mg／mL。

2.8 生殖系统作用 Poon 等［56］发现香椿提取物能降低人绒毛膜促性腺激素诱导的小鼠睾丸间质细胞睾酮的产生，并呈剂量依赖性，还能抑制dbcAMP 诱导睾酮的产生，其作用与抑制cAMP-PKA 信号通路和神经甾体合成代谢酶活性有关。香椿叶提取物能改善氧化压力下雄性小鼠精子质量和睾丸功能，这与其抗氧化作用有关［57］。

2.9 抗病毒 香椿叶水提物具有抗H1N1 病毒作用，有效抑制 H1N1 在 MDCK 细胞上 形成菌 斑，EC50值 为20.4 μg／mL。其提取物能抑制病毒在感染的A549 细胞中基因荷载，下调H1N1 病毒感染后A549 细胞对黏附分子和趋化因子 （VCAM-1、ICAM-1、E-选择素、IL-8，等） 的表达［58］。香椿叶提取物在体外能抑制SARS-CoV 病毒［59］。

2.10 其他 香椿叶水提物能促使原代大鼠肾上腺皮质细胞产生肾上腺类固醇，呈时间和剂量相关性，其作用与cAMP 依赖性PKA，类固醇生成酶和StAR 的表达有关［60］。香椿叶水提取物具有抗肝纤维化作用，减少胶原形成和TGFb1，通过增加解毒和代谢保护肝脏［61］。

3 安全性评价Liao 等［62］采用Ames、急性毒性和亚慢性毒性试验评价香椿叶水提物的安全性。Ames 试验表明，提取物对TA98、TA100、TA102、TA1535 等菌株无产生回复突变的作用；急性毒性试验表明，ICR 小鼠以5 000 mg／kg剂量连续14 d 灌服提取物，各组动物未见明显毒性反应；亚慢性毒性试验表明，ICR 小鼠以1 000 mg／kg 剂量连续28 d灌服提取物，雄性小鼠的体质量和进食量、生化和组织指标均未发现明显异常，但雌性小鼠体质量、进食量和肺器官系数降低，生化和组织指标正常。研究发现发酵的香椿叶具有较强的抗氧化作用，采用同样安全评价方法发现其也无明显的毒副作用［63］。

4 结语与展望

香椿的根、茎、叶、果实均可入药，嫩芽为蔬菜，其在我国分布广泛、资源丰富，具有较大的开发前景。本文对2000 至2018 年香椿的化学成分和生物活性文献进行系统综述，从中分离得到三萜、生物碱、黄酮、苯丙素、酚酸、甾体等化合物159 个，其提取物及化学成分具有较好的抗菌、抗炎、镇痛、抗氧化、神经保护、抗癌、降糖等生物活性，香椿叶的水提取物无毒性。近几年，国内外学者从香椿中发现了新颖的三萜和生物碱类化合物，但是对这些化合物的生物活性及作用机制研究的非常少；其提取物具有多种药理活性，但药效物质基础尚不明确。因此，对化合物的生物活性和活性部位的物质基础有待进一步的研究。目前，以黄酮类化合物为指标建立香椿含有量的测定方法［64-65］，尚未见以三萜类化合物为指标的含有量测定方法的报道，有待进一步研究。