紫皮石斛研究进展

吴蓓丽，赵铮蓉，刘 骅，焦 冬，吴月国

（浙江省医学科学院，浙江杭州 310013）

石斛属是兰科中继石豆兰属之后的第2大属,全球约有1 500个原生种,广泛分布于亚洲、欧洲,澳大利亚等地区,我国约有86种,主要分布于华南、西南和华东地区［1-2］。2015年版《中国药典》［3］收载了石斛与铁皮石斛,前者为金钗石斛Dendrobium nobileLindl.、鼓槌石斛Dendrobium chrysotoxumLindl.或流苏石斛 Dendrobiumfimbriatum Hook.的栽培品及其同属植物近似种的新鲜或干燥茎,后者为铁皮石斛Dendrobium officinaleKimura et Migo的干燥茎。紫皮石斛Dendrobium devonianumPaxt.为药用石斛佳品之一,又名齿瓣石斛、紫皮兰［4］,具有益胃生津、滋阴清热等功效［5］。紫皮石斛产地主要集中在云南龙陵［6］,已被收载于《云南省中药材标准》［7］中,该标准规定了来源、性状、鉴别、检查（水分、总灰分）、浸出物等项目。鉴于紫皮石斛的优良品质和经济价值,有学者提出将其收入《中国药典》［8］。

目前关于紫皮石斛的全面报道较少,王洪云［8］、陈玲玲等［5］对紫皮石斛的化学成分、药理作用以及繁殖技术研究进展进行综述；李桂琳等［9］对紫皮石斛种质资源的鉴定评价研究作了综述。鲜见对紫皮石斛的分布产区、现代药学及产品开发的全面研究。课题组就紫皮石斛野外分布、种植产区、化学成分、药理作用、毒理学研究及产品开发等方面的研究进展进行综述,以期为其深入研究及资源利用提供参考。

1 野外分布

紫皮石斛为我国原生种,主要分布于云南、贵州、广西、台湾和西藏东南部。国外如不丹、印度、越南、缅甸、老挝、泰国也有分布［10］。

紫皮石斛是一种多年生附生性草本植物,不能生长在普通土壤中,一般生长在树下的岩石或者树干上,常与苔藓植物伴生,并靠裸露在外的气生根从空气中吸收养分、水分。由于其喜温暖、湿润及阴凉的环境,因此亚热带的深山老林,气候冬暖夏凉,湿度很高,散射光充足,非常适合石斛生长［11-13］。具体适生条件为：海拔800～1 800 m,年降雨量1 100～1 500 mm,年均温18～25 ℃,荫蔽度40%～50%,空气湿度70%～80%的山林［9］。

由于铁皮石斛资源长期处于濒危状态,无法满足市场需求,急需寻找其替代品,因而出现大量采集紫皮石斛代替紧缺的铁皮石斛,加之生境破坏与植树造林、繁殖特性缺陷等原因,致使紫皮石斛野生资源受到了严重破坏,已成为濒危植物［14］。在其主要产区云南龙陵县,集体林区内已较难找到野生紫皮石斛。

2 种植产区

云南龙陵是国内率先实现紫皮石斛产业化的地区,其发展带动了云南保山市其他县区、普洱、临沧、红河、西双版纳、大理、德宏、怒江等地区的紫皮石斛产业发展。紫皮石斛对气候环境、空气湿度的要求较高,除云南省外,广西、四川、贵州等省也有一定面积的产业发展［6］。

龙陵县石斛产业已由过去的粗放仿野生栽培、零星种植、分散经营发展到如今的集约化栽培、规模规范化种植和行业组织化经营。目前,龙陵县已成功申报注册了“龙陵紫皮石斛” 地理标志、农产品地理标志和国家地理标志保护产品［6］。

3 化学成分

目前,已报道的紫皮石斛化学成分有多糖、生物碱、菲类、联苄类、酚酸类、黄酮类和苯丙素类,另外还有微量元素、氨基酸及其他类成分,见表1。

3.1 多糖

3.1.1 多糖提取 石斛多糖是紫皮石斛等多种石斛的主要功效成分,多糖含有量被认为是评价中药石斛品质的重要指标之一。目前紫皮石斛多糖的提取一般为水提法,包括回流和超声提取,也有学者采用超临界流体萃取技术对紫皮石斛进行萃取。为去除影响多糖含有量和活性的干扰物质,通常在提取前加石油醚（60～90 ℃）或80% 乙醇脱脂,提取后采用0.1% 活性炭脱色,80% 乙醇沉淀去除单糖、低聚糖,Sevag法脱蛋白。

在水提工艺中,多为加水回流后以80% 乙醇沉淀［15-18］。陈玲玲等［17］通过正交试验优化了紫皮石斛多糖水提法的提取工艺,最佳条件为提取温度95 ℃、提取时间1 h、提取2次、料液比1 ∶25,多糖得率36.14%。王洪云等［18］采用正交设计优化的紫皮石斛多糖最佳提取工艺为温度100 ℃、料液比1 ∶25、提取时间1 h、提取2次,多糖得率37.9%。赵俊凌、明兴加等［19-22］以石油醚 （60～90 ℃）和80%乙醇除杂后加水回流提取紫皮石斛多糖,再用0.1%活性炭脱色、80% 乙醇沉淀,Sevag法脱蛋白。甘小娜等［23］先用80%乙醇索氏提取,药渣再加水回流提取紫皮石斛多糖。葛颖华等［24］比较了超声法和回流法对紫皮石斛多糖含有量的影响,发现超声法提取效率高且操作简便,其最佳条件为提取温度30 ℃、超声提取40 min、超声1次、提取倍量为200倍。

在超临界流体萃取技术中,有研究表明乙酸乙酯作为夹带剂更有利于紫皮石斛中低极性化合物的溶出,直接泵入乙酸乙酯与CO2共萃的方式更有利于紫皮石斛中各成分的溶出［25］。

相对于紫皮石斛而言,铁皮石斛多糖的提取制备方法较为成熟,有热水浸提、超声波/微波辅助提取、超高压萃取、闪式提取及酶提法［26］,也有冷压、冻融冷压等新技术［27］。在选择合适的提取方法时,可从多糖得率、结构特征和生物活性方面综合评价,根据实验目的和实际条件合理选择。

3.1.2 多糖定性和定量测定 不同部位［22］、栽培方式［28］及采收期［16］均会影响紫皮石斛多糖的含有量,准确测定多糖含有量具有重要意义。目前紫皮石斛多糖含有量测定的方法主要为苯酚-硫酸法：石斛多糖在浓硫酸的强酸性条件下脱水生成糠醛或其衍生物,再与5%苯酚溶液缩合生成有特殊颜色的物质,照紫外-可见分光光度法,在488 nm或490 nm波长处测定吸光度,计算样品中多糖的含有量［15-24］。

多糖的分子量分布、单糖组成、空间结构及糖苷键的连接方式,与多糖的药理活性密切相关。多糖分子量及其分布可采用高效凝胶色谱法（HPGC）测定,傅里叶红外光谱法（FT-IR）、高效液相色谱法（HPLC）、气相色谱联用质谱法（GC-MS）、核磁共振（NMR）已被用于分析单

糖组成和糖苷键连接方式。通过比较发现,紫皮石斛多糖主要由甘露糖、葡萄糖组成,也有少量的半乳糖、半乳糖醛酸、果糖等,在O-2、O-3或O-6位上被乙酰基取代,主要的糖苷键是β-1,4-manp,见表2。

表1 紫皮石斛中化学成分

表2 紫皮石斛多糖理化性质及结构特征

3.2 生物碱 生物碱类成分是最早从石斛属植物中分到的化学成分,孟志霞［32］、张爱莲等［33］从紫皮石斛乙醇提取物中分得5个有机胺类和1个吲哚类生物碱（化合物4～9）,结构见图1。王再花等［41］测定了紫皮石斛的总生物碱。赵菊润等［42］探讨发现仿野生栽培种植模式下总生物碱含有量显著高于集约化种植,2年生植株总生物碱含有量普遍高于1年生,其中,仿野生模式下种植2年生的生物总碱与1年生茎条的生物总碱含有量具有显著性差异。

图1 紫皮石斛中生物碱类化合物结构

3.3 菲类 近年来从紫皮石斛中分离得到的菲类成分有4种（化合物10～13）,结构见图2。

图2 紫皮石斛中菲类化合物结构

3.4 联苄类 孟志霞等［32］从紫皮石斛中分得3个联苄类化合物（14～16）,结构见图3。

图3 紫皮石斛中联苄类化合物结构

3.5 酚酸类 酚酸是指结构中含有活泼氢供体的酚羟基有机酸,研究表明酚酸具有抗菌、抗氧化、抗癌等功效。孟志霞等［32］从紫皮石斛乙醇提取物中分得8个酚酸类化合物（17～24）。张爱莲等［31］分得4个（化合物25～28）。Wu等［34］从紫皮石斛茎中分离出2种新的脂肪酸（化合物29～30）,结构见图4。表1显示紫皮石斛中酚酸类成分主要为苯甲酸和肉桂酸的羟化衍生物。李岩等［43］建立了HPLC法同时测定铁皮石斛中原儿茶酸、对羟基苯丙酸、对羟基桂皮酸、对羟基苯甲酸等13种酚酸类成分。

图4 紫皮石斛中酚酸类化合物结构

3.6 黄酮类 沈妍等［35］从紫皮石斛90% 乙醇提取物中分得4个黄酮苷和1个二氢黄酮（化合物31～35）。孟志霞等［32］分得柚皮素。Sun等［36］从紫皮石斛全草中分离出一种新的黄酮醇苷（化合物37）,该化合物显示出比阿卡波糖更有效的α-葡萄糖苷酶抑制活性。结构见图5。

黄月纯等［44］建立了紫皮石斛HPLC特征图谱,在340 nm下专属性地检出10个黄酮类特征共有峰。廖娴等［37］建立了紫皮石斛中5种黄酮苷类成分（化合物35、38～41）的含有量测定方法。

3.7 苯丙素类 目前,从紫皮石斛中分得3种苯丙素类成分［32］（化合物42～44）,结构见图6。

3.8 微量元素及氨基酸 郑志新等［28］发现紫皮石斛含有S、P、K、Ca、Mg、Fe、Zn、Cu、Mn 9种矿质元素,其中Ca含有量远高于铁皮石斛野生及栽培种。张建强等［45］测定表明紫皮石斛根和茎中Hg＞Cr＞Cu,Cd和Pb未检出。不同浸煮时间下紫皮石斛8种微量元素浸出量不同,其浸出量与浸煮时间未呈线性关系［46］。不同宿主树种的紫皮石斛茎条,微量元素含有量存在较大差异［38］。龙陵产紫皮石斛中Cr、Cu含有量较高［47］。

李光等［48］以2,4-二硝基氟苯为衍生试剂,与紫皮石斛中氨基酸柱前衍生,采用HPLC测定其含有量,共检测出天门冬氨酸、谷氨酸、丝氨酸等13种氨基酸。孙永玉等［38］发现不同宿主树种上放养的紫皮石斛所含氨基酸种类相同,但各氨基酸含有量和氨基酸总量存在较大差异。

3.9 其他类成分 在紫皮石斛中还检测到核苷（化合物47～48）、蔗糖、β-谷甾醇、天然色素（化合物51～52）,结构见图7。紫皮石斛花色苷的最佳提取工艺为60%甲醇、料液比1 g ∶15 mL、温度50 ℃、提取120 min,含有量约为9.8 mg/100 g［39］。温度、阳光照射、金属离子等对紫皮石斛花色苷稳定性均有影响［49］,且该花色苷具有抑菌作用［50］。另外,孙晶等［40］分析鉴定了紫皮石斛中48种脂溶性成分,主要为泪柏醇、烷烃和芳香族物质。

4 药理作用

紫皮石斛已报道的药理作用,有抗氧化、抗菌、免疫调节、改善肝功能及抗体力疲劳。

4.1 抗氧化 紫皮石斛具有抗氧化作用,与其所含的酚酸类成分及酸性多糖有关。张爱莲等［33］对从酚酸类化合物进行抗氧化活性筛选,发现N-反式-对阿魏酰酪胺、4-羟基-3,5-二甲氧基苯甲酸均有一定的清除ABTS+自由基能力。廖滢等［51］采用碱提醇沉法制备紫皮石斛酸性多糖,测定表明其对ABTS+自由基、羟自由基均有清除能力,且酸性多糖中的官能团硫酸糖可能会抑制其抗氧化活性,而糖醛酸会增强其自由基清除活性。

图5 紫皮石斛中黄酮类化合物结构

图6 紫皮石斛中苯丙素类化合物结构

图7 紫皮石斛中其他类化合物结构

4.2 抗菌 紫皮石斛无水甲醇和水提取物对7种临床常见的病原菌均有不同程度的抑制作用,对葡萄球菌抑制作用最强,且无水甲醇提取物对几种菌的抑制作用优于水提取物［52］。紫皮石斛花色苷的抑菌作用大小依次为枯草芽孢杆菌＞金黄色葡萄球菌＞大肠杆菌,抑菌作用与花色苷浓度呈正相关［50］。

4.3 免疫调节 研究表明紫皮石斛多糖和水提取物具有免疫调节活性。Deng等［29］发现紫皮石斛多糖能促进巨噬细胞吞噬功能和NO释放。Wu等［30］研究发现紫皮石斛多糖在体外直接刺激巨噬细胞的活化,通过诱导形态学改变,从而促进细胞因子TNF-α、IL-6和NO的产生,增强巨噬细胞的胞浆活性；通过建立斑马鱼模型,还发现紫皮石斛多糖可减轻长春瑞滨诱导的体内巨噬细胞减少,对巨噬细胞形成具有明显的促进作用,表明具有增强免疫作用。紫皮石斛茎中水溶性多糖通过改善特异性和非特异性免疫反应,显著抑制S180荷瘤小鼠移植肿瘤的生长［31］。紫皮石斛多糖具有增强脾脏免疫的作用［53］,其增加免疫的作用机制与增强T淋巴细胞免疫和体液免疫相关［54］。

Zhao等［55］比较了紫皮石斛和铁皮石斛体外和体内的免疫调节活性,实验表明5批紫皮石斛的水提取物均能显著刺激脾细胞增殖、减轻氢化可的松诱导的免疫抑制小鼠的白细胞减少和脾脏、胸腺萎缩,并显著增加巨噬细胞吞噬功能和迟发型超敏反应。

4.4 改善肝功能 龚晓敏［56］研究结果表明紫皮石斛榨汁液预防性给药能有效抑制谷草转氨酶升高,对亚急性酒精性肝损伤有良好的防治作用。

4.5 抗体力疲劳 紫皮石斛60%乙醇提取物具有抗体力疲劳作用［57］,与空白对照组比较,紫皮石斛能延长小鼠负重游泳力竭时间,能降低小鼠游泳后的血清尿素氮、血清乳酸的含有量,能提高小鼠体内肝糖原的储备量,且差异有统计学意义（P＜0.05,P＜0.01）。

5 毒理学

系统科学的毒理学研究,能为紫皮石斛在普通食品和保健食品领域的应用提供科学依据。已有报道对紫皮石斛提取物［58-59］/浸膏［60］的急性毒性、遗传毒性和亚慢性毒性进行探讨,见表3。

表3 紫皮石斛毒理学研究

6 产品开发

目前,市场上常见的石斛产品多为铁皮石斛,紫皮石斛相对较少。紫皮石斛以加工成紫皮枫斗最多,切片、花和鲜条占少数；深加工产品甚少,有紫皮石斛酒、西归紫皮石斛复合饮料［61］、紫皮石斛西洋参颗粒［62］。其中,紫皮石斛西洋参颗粒是以紫皮石斛、西洋参为主要原料的具有增强免疫力功能的颗粒剂。根据国家食品药品监督管理总局保健食品查询系统的数据结果,石斛类保健食品主要以铁皮石斛为原料,也有采用金钗石斛、霍山石斛、细茎石斛为原料。这些产品的功能描述主要包括增强免疫力、缓解体力疲劳、清咽等,其中具增强免疫力功能的产品获批最多。

已有研究表明紫皮石斛的化学成分如多糖含有量［21,23］、微量元素种类［46］等与铁皮石斛相似,并具有与铁皮石斛类似的抗氧化［33,51］和免疫调节［29-30,53-55］作用。且云南省现已将紫皮石斛列入食品管理范畴,因此以紫皮石斛为主要原料的食品、药品均具有巨大的开发潜力。

7 结语

紫皮石斛作为西南地区石斛主要习用品种之一,具有相当的市场占有率,栽培仅次于铁皮石斛［59］,但目前国内外对其药理作用和化学成分的研究都相对较少、其质量标准仅有云南省食品及中药材地方标准。目前紫皮石斛产品以初级原料为主,深加工程度低致使产品附加值不高。

因此,后续的研究工作可注重以下几个方面：一是采用多种方法研究并建立系统的紫皮石斛质量评价体系,如利用红外、分子生物学、指纹特征图谱等新技术［63］深入研究,建立专属性的定性鉴别方法,建立联苄类、黄酮类、生物碱类等成分的检测方法,并研究其对质量的影响；二是深入研究紫皮石斛的化学成分,明确其功效物质基础。如分离纯化紫皮石斛多糖,用得到的均一多糖进行药理活性和作用机制研究,并分析多糖的理化性质及结构特征,进而研究石斛多糖的构效关系,为深入开发紫皮石斛类中成药打下基础；三是深度开发紫皮石斛类产品,发挥紫皮石斛作为药食两用植物的独特优势；四是进一步完善紫皮石斛的安全性毒理学评价,以期为其进一步开发应用提供依据。