森林萜类化合物与空气负离子研究进展

王绍震

(福建农林大学林学院，福建 福州 350002)

由于人们生活压力和工作压力不断加大，亚健康人群数量在迅速增加。随着人们生活水平提高，越来越多人已意识到这个问题，并且开始参加各种康养活动缓解自身亚健康状态。但是目前作为旅游康养重点资源的森林对人体的医疗保健作用并不清晰，影响了该行业发展。因此，对森林中物质的医疗保健作用的研究成为热点。

在这其中，森林植物挥发性物质与空气负离子对人体的作用是研究的重点。森林植被丰富，挥发性物质含量很高，从而会促进空气电离作用，进而增加负离子浓度。这些研究主要集中在挥发性物质(主要为萜类化合物)对人体的临床与保健作用，如对癌症和对人体不同系统的作用，以及不同物质在不同时间、不同空间的分布状况。本文总结了相关文献，结合国内外实证研究数据与结论，综述了森林萜类化合物与空气负离子的作用，以期促进森林活动对人体在医学作用方面的实证研究与各种森林旅游产业的发展。

1 萜类化合物

植物为了有效地保护自身免受病原菌的侵害而长期进化产生的一系列以萜类化合物为主的化学防御物质。萜类化合物在自然界中分布广泛，种类繁多，据估计约有3万种以上[1]。一般根据所含异戊二烯数目不同，将其分为单萜 (Monoterpene, Cl0)、倍半萜 (Sesquiterpene, C15)、二萜 (Diterpene, C20)、三萜 (Triterpene, C30)、四萜 (Tetaterpene, C40) 和多萜 (Polyterpene, C>40)。多数萜类化合物都具有抑菌和杀菌的作用。研究表明，一些萜类化合物也具有抗肿瘤和抗寄生虫的功效。

1.1 单萜类

一些单萜烯烃，醛和含氧单萜，如香茅醇、莰烯、柠檬烯和伞花烃可以扩散并损伤有机体的细胞膜结构，使其具有广谱抗菌活性[2]。在茜草科植物Alibertiamacrophylla中发现4个环烯醚单萜化合物，其中2个单萜化合物对Cladosporium菌和Aspergillus菌有杀菌效果。在免疫力方面，单萜类物质具有抗抑郁、抗感冒、抗流感等功能。Li[3]等发现小鼠接种12.5mg/kg 单萜类化合物1，8-桉树脑后，流感特异性血清免疫球蛋白 (Ig) G2a抗体、免疫球蛋白A的数量增加，树突状细胞更加成熟，使其具有抗流感功效。单萜类化合物也被广泛应用于抗寄生虫方面。例如，对具有抗肿瘤、抗菌活性的柠檬烯抗亚马孙利什曼原虫活性进行了体外和体内实验。体外实验发现，柠檬烯对前鞭毛体IC50为 (252.0 ± 49.0) μmol/L，对无鞭毛体IC50为 (147.0 ± 46.0) μmol/L。利用C57BL/6小鼠动物模型的体内实验也有正面效果[4]。

1.2 倍半萜类

倍半萜类化合物具有丰富的抗菌活性，目前已经得到了深入的研究与利用。例如，Picman等 (1984) 研究了45种倍半萜化合物，对Microsporumcookei菌，Trichophytonmentagrophytes菌和Fusarium菌的抗菌活性，发现超过62%的倍半萜化台物至少对2种真菌有抗菌活性．近50%的倍半萜化合物有抑制微生物生长的作用。在抗癌方面，于峰等 (2010) 研究发现菊科植物中分离出来的倍半萜类化合物异土木香内酯对人脑神经胶质瘤细胞、人肝癌细胞、人和色素瘤细胞和人乳腺癌脑转移肿瘤细胞的增殖均有明显的抑制作用。倍半萜类化合物的抗炎作用也是现在研究的热点。例如，Yang等 (2019) 考察了从天南星科植物千年健中分离出来的倍半萜类化合物对Raw264.7细胞COX-2 mRNA和COX-2蛋白表达及前列腺素E2 (PGE2)生成的抑制作用。结果表明，化合物可以抑制脂多糖诱导的COX-2表达和PGE2的产生，具有明显的抗炎作用。

1.3 二萜类

二萜类化合物是植物性中药中含量最丰富、最具典型特征的化学成分，其抗肿瘤活性研究较为透彻，作用的发挥与诱导肿瘤细胞凋亡、抑制细胞增殖、直接细胞毒作用、改变肿瘤 细胞中游离钙离子浓度及破坏肿瘤组织血管的形成作用相关。二萜类化合物除了抗肿瘤活性外，还具有抗炎及免疫抑制等作用。在抗肿瘤方面，二萜类化合物一直备受人们青睐，例如紫杉醇、冬凌草甲素和雷公藤甲素。新的可用于对抗不同癌症的二萜类化合物不断地被分离出来。例如，从南欧大戟分离出的巨大戟醇-3-O-当归酸酯 (Ingenol-3-angelate) 对一系列的小鼠和人类肿瘤细胞系有细胞毒性,当应用于免疫感受态小鼠的皮下肿瘤和人类移植瘤时,由线粒体和质膜破坏诱导肿瘤退化，最终导致主要坏死肿瘤细胞死亡，目前，由其开发的抗肿瘤外用药物PEP005已经经过临床试验并且已经被应用[5]。二萜类化合物具有广泛的免疫抑制功能。雷公藤是一种免疫抑制剂，具有抗免疫、抗炎等作用，其主要化学成分贝壳杉烷型二萜能抑制器官移植患者白细胞介素2活性，激活脾脏T细胞发挥免疫抑制作用。

1.4 三萜类

三萜类化合物中应用较为广泛的是灵芝三萜类化合物，其结构特点多种多样，这也就使得其药理活性具有广泛性的特点，具有保肝、抗肿瘤、抗HIV-1及HIV-1蛋白酶活性、镇痛和抑制胆固醇合成等作用。楝科植物分离出的三萜类化合物具有显著的抗寄生虫活性。在肯尼亚，从楝科植物Ekebergiacapensis的茎皮中，分离提取出10种新的三萜类化合物，在体外抗疟活性筛选实验中有多个化合物对恶性疟原虫FCR-3株(氯喹敏感型)有活性[6]。另外有研究发现，三萜类化合物还能够通过多种途径降低血糖,包括促进胰岛素分泌,增强胰岛素敏感性,抑制蛋白酪氨酸磷酸酶1B (PTP1B),激活腺苷酸活化蛋白激酶 (AMPK) 促进糖摄取,减少肝脏糖原分解与糖异生,抑制-糖苷酶,醛糖还原酶 (AR) 和二肽基肽酶-4 (DPP-4) 的活性，从而降低血糖[7]。

2 空气负离子

2.1 空气负离子的分布

空气离子是由于呈中性的空气气体分子在宇宙射线, 紫外线,放射物质,植物尖端放电等因素作用下，发生电离，形成带电荷的正离子和负离子。空气负离子 (NAI) 是带负电荷的气体分子和轻离子团的总称。在季节分布方面，空气负离子浓度夏、秋季高于冬、春季，且夏季最高，而冬季最低。因此，若考虑到空气负离子、气侯条件和植被密度等因素，尤其是温带以上的区域，最佳的森林康养季节应是夏秋季节，此时在森林中恰好可以消暑，而且空气中负离子的含量较高，对人体各个系统都有帮助。在不同的天气条件下，晴天的空气负离子含量明显高于阴天。这是由于晴天太阳光强烈，丰富的紫外线有助于空气负离子的产生，同时，植物的光合作用也比较强烈。但是郭圣茂等 (2006) 指出空气负离子浓度雪天>雨天>阴天>晴天。这表明即使空气负离子含量在不同天气条件下有所差异，但是还无法得到一个统一的规律。

不同的植被类型与群落也会影响负离子浓度分布。周德平等 (2015) 测定了闾山森林公园的负离子浓度，结果表明不同植被环境的空气负离子含量由低到高依次为：山石<草地<针叶林<混交林<阔叶林，刘凯昌等 (2002) 也曾得到相似的结论。但关蓓蓓等 (2016) 对5种城市人工林空气负离子变化规律的研究得到与他们的相对结论，水杉林、池杉林构成的针叶林空气负离子浓度在4个季节都高于臭椿林、香樟林和混交林构成的阔叶。作者猜测可能是由于树种或者测试所处小环境的不同，导致结果差距较大。但无论如何，森林的空气负离子浓度总比城市室内可高出80～l600倍，且已有研究证实，动态水能明显增加周围空气负离子浓度[8]。由此可见在拥有溪流、湖泊和丰富植被的森林中活动对人体的有益程度是巨大的，但不同的树种组成导致的空气负离子的浓度差异仍待更全面的研究。

2.2 空气负离子的作用

有研究表明，空气负离子对人的呼吸、神经与循环系统均有不同的临床作用。在呼吸系统方面，空气负离子对肺炎、支气管炎治疗效果显著，它能使气管壁松驰，加速支气管纤毛运动，利于痰液排出，同时有松弛支气管平滑，改善肺换气功能[9]。在神经系统方面，能改善大脑皮层功能，兴奋副交感神经系统[10]。叶军平等 (2012) 应用高效负氧离子治疗神经衰弱78例，取得满意效果，绝大部分的患者症状都有不同程度改善，而且治疗时间越长疗效越显著,值得推广应用。在循环系统方面，空气负离子改善心肌功能，扩张周围血管，有调节血压的功效，陈德仁等 (2015) 以300例患有高血压病的疗养员为观察对象，在空气负离子丰富的地方疗养，同时配合健康管理，能取得明显的降压效果。

3 结论

植物挥发性物质是对植物自身、周围环境、生物与人体会造成不同影响的、种类数量庞大的物质。目前对其的研究主要包括对于单个物种不同发育时期或不同生长空间的物质代谢谱的动态分析、不同因素对含量的影响以及特定挥发性物质对生物的具体作用(抗癌、抗菌与抗寄生虫)，但是在挥发性物质对人体的有害作用、森林中如何搭配树种促进有效物质的挥发等问题上缺乏深入研究。对于空气负离子的研究则体现在不同的时空与环境中负离子含量的动态变化特征与对人体的不同作用，但对其作用机理的研究仍不系统与深入。作为森林旅游与康养的重要资源，我们需要更加了解这些物质对人体的作用，也帮助森林康养活动的医学循证的进行。