竹节参生物活性与质量控制研究进展

申佩瑶 - 张 也 李玉钦 - 严建业 - 王元清 an-g

(1. 中南林业科技大学生命科学与技术学院，湖南 长沙 410004；2. 湖南中医药大学科技创新中心，湖南 长沙 410208)

竹节参为五加科植物竹节参(PanaxjaponicusC. A. Mey.)的干燥根茎，又被称为白三七、竹节七与竹节人参等。竹节参是土家族的著名民族药物，被土家族先民奉为“草药之王”[1-2]。竹节参主要分布于贵州、湖南、湖北、云南、江西、安徽等地[3]，在湖北恩施有大量栽培种植。其已被2020年版《中国药典》一部收载，具有消肿止痛、散瘀止血、祛痰止咳与补虚强壮等功效，用于跌扑损伤、痨嗽咯血、咳嗽痰多与病后虚弱[4]。竹节参除含有以皂苷类成分为主的活性成分外，还含有氨基酸、糖类、挥发油与无机元素等[5-6]。竹节参皂苷的主要类型有齐墩果烷型、达玛烷型和奥寇梯木醇型3种[7-8]。目前，有关于其化学成分[9-10]、药理作用[11-12]、临床应用[13-15]、分子生药[16]、栽培[17]等方面的综述报道，药理研究[11-12]表明，竹节参药材对机体具有多种生理药理活性。文章拟根据近年来关于竹节参的研究情况，对其生物活性与质量控制进行系统综述，旨在为竹节参的临床应用与产品开发提供参考。

1 生物活性

1.1 对神经系统的作用

1.1.1 治疗神经退行性疾病 淀粉样β蛋白(Aβ)是目前阿兹海默病(AD) 治疗的靶标之一，也是作为老年斑的主要蛋白质成分。人参皂苷Rg1能明显减少APP/PS1小鼠模型脑内海马 DG区Aβ堆积[18]。有研究[19]报道，伪人参皂苷F11可改善APP/PS1小鼠和SAMP8小鼠的家族性、散发性AD模型认知障碍，其可能的作用机制是抑制淀粉样前体蛋白(APP)的生成途径，降低小鼠的海马和皮层中的淀粉蛋白前β-分解酶1(BACE1) 的蛋白表达从而减少Aβ聚集，使tau蛋白过度磷酸化减弱；同时伪人参皂苷F11可通过降低过氧化氢(H2O2)和丙二醛(MDA)水平，提高超氧化物歧化酶(SOD)活性和谷胱甘肽(GSH)含量来使认知水平轻度损伤得以缓解[20]。Guo等[21]研究发现竹节参皂苷通过内质网应激降低α-突触核蛋白来保护衰老大鼠结肠肌间神经丛神经元，可逆转老龄大鼠结肠髓鞘丛α-突触核蛋白积累所致的神经元丢失。Deng等[22]研究发现，不同剂量的竹节参皂甙均能明显抑制衰老大鼠脑内小胶质细胞的活化，并显著抑制核因子κB、IκBα、细胞外信号调节激酶、c-Jun N末端激酶和p38水平的表达。同时，竹节参皂甙能通过抑制丝裂原活化蛋白激酶和核因子-κB信号通路来减轻衰老大鼠脑组织的炎症反应。

1.1.2 镇静镇痛作用 在镇痛方面，竹节参总多糖与总皂苷均具有一定的作用。王如峰等[23]发现，鄂产竹节参多糖中、高剂量组均能明显降低小鼠扭体次数，说明竹节参多糖具有镇痛作用。在宫缩素诱导的原发性痛经试验中，低剂量的复方竹节参颗粒能延长小鼠扭体的潜伏期，显著减少其扭体次数，显著降低MDA水平，显著提高子宫平滑肌收缩张力抑制率，说明竹节参可抑制原发性痛经[24]。牟宁[25]研究发现，人参皂苷Rk3可增加下丘脑和皮质层中5-羟色胺(5-HT)含量，缩短小鼠的睡眠潜伏期，延长睡眠时长。人参皂苷Rg5和人参皂苷Rk1可增加脑组织和血清中的γ-氨基丁酸/谷氨酸(GABA/Glu)两者之间的比值，上调 5-HT1A的表达量从而增强催眠效应[26]。

1.1.3 抗抑郁作用 在慢性束缚应激(CRS)诱导小鼠的抗抑郁模型中，人参皂苷Rg1除了通过调节神经递质水平和下丘脑—垂体—肾上腺皮质(HPA) 功能、抗凋亡与氧化、恢复前额叶皮层中脑源性神经营养因子/酪氨酸激酶受体B(BDNF/TrkB)信号通路发挥抗抑郁作用外，还可以通过抗细胞凋亡、保护神经胶质细胞，并调控炎症因子的表达量来间接发挥治疗抑郁症的功能[27]。张巧莲等[28]采用坐骨神经慢性压迫损伤模型大鼠进行明暗箱试验(LDB)和强迫游泳试验(FST)，检测出人参皂苷Rg2可抑制机械性痛觉敏感性，延长热痛的潜伏期，显著改善焦虑与抑郁状态。人参皂苷Rh2在慢性温和不可预知应激(CUMS)模型试验中可以抑制核因子κB(NF-κB)的信号通路，降低海马组织中的炎症性反应，促进海马神经元的成熟，从而发挥抗抑郁作用[29]。

1.1.4 改善学习记忆作用 竹节参总皂苷能调节脑内γ-氨基丁酸(GABA)和谷氨酸(Glu)含量，使自由基代谢得以改善，从而改善血管性痴呆大鼠的学习能力与记忆能力；改善海马神经元的形态和数量，提高AD模型大鼠的学习记忆能力[30]。An等[31]研究发现，人参皂苷Rg5和人参皂苷Rk1可通过抑制乙酰胆碱酯酶(AChE)的活性来升高大脑中的乙酰胆碱水平，从而记忆功能障碍得以明显改善，表明人参皂苷可能通过抑制AChE活性而增加脑组织中胆碱能功能，从而逆转认知功能的障碍。人参皂苷Rb1可通过抑制顺铂诱导的大鼠脑内氧化应激和神经元丢失等方式有效改善顺铂引起的记忆功能障碍[32]。黎素清等[33]研究发现，竹节参皂苷可降低卡因酸诱导发育期癫痫大鼠海马组织中的TRIB3、GRP78蛋白表达与内质网应激，抑制其神经元凋亡，从而改善癫痫大鼠的近期及远期认知功能。

1.2 对消化系统的作用

1.2.1 保肝护肝作用 徐瑞等[34]通过建立肝损伤模型后灌胃给予竹节参多糖7 d，给与竹节参多糖的肝损伤小鼠血清中谷草转氨酶(AST)、丙氨酸氨基转移酶(ALT)、乳酸脱氢酶(LDH)及炎症因子IL-6和IL-1β均显著降低，肝组织中的丙二醛(MDA)含量下降，谷胱甘肽(GSH)水平升高。说明竹节参多糖可减缓小鼠的急性肝损伤程度。竹节参皂苷可通过调节乙酰氨基酚(APAP)的代谢途径，增强抗氧化酶活性，增加抗炎活性和抑制肝细胞凋亡[35]。熊海容等[36]发现，不同剂量的竹节参总皂苷干预脂肪性肝病小鼠后，减少了肝中的脂质沉积，肝细胞排列更加紧密，同时能明显降低肝组织中miR-199-5p的表达与增加c-Met、HGF的表达，说明竹节参总皂苷可能通过调节miR-199-5p/HGF-c-Met的信号通路来干预小鼠的脂肪肝。研究[37]表明，竹节参皂苷Ⅳa可通过调节CD36-NLRP3信号通路来降低脂质的沉积与肝脏的炎症性能，为脂肪性肝病的认识与治疗提供了新的思路与方法。罗悦等[38-39]研究发现竹节参总皂苷干预高糖高脂饮食诱导小鼠非酒精性脂肪性肝炎后，下调了miR-199a-5p的表达、升高了ATG5 mRNA及蛋白的表达。自噬相关蛋白P62表达水平及炎症因子(IL-6、IL-1β、TNF-α)转录表达水平显著下降、LC3Ⅱ/Ⅰ比值显著上升，从而使肝炎的炎症反应得以改善。竹节参总皂苷干预高脂饮食诱导小鼠非酒精性脂肪性肝病后，肝组织病理学明显得以改善，血清中ALT及肝组织TG显著减少；下调miR-181a、SREBP-1c、ChREBP、TLR4、p-STAT1及IL-1β、TNFα表达水平，而增加PPARα的mRNA表达水平，说明竹节参皂苷可通过调节miR-181a/PPARα的信号通路来改善非酒精性脂肪性肝病。

1.2.2 抗溃疡作用 竹节参中皂苷可以保护胃黏膜，唐倩等[40]证实了葡聚糖硫酸钠(DSS)诱导的小鼠溃疡性结肠炎经竹节参总皂苷干预后明显改善，说明竹节参总皂苷对其保护作用显著。

1.2.3 对胃肠动力学的影响 竹节参皂苷可抑制胃内容物的排空、加速食物通过肠道，降低糖类物质吸收入肝门静脉循环的比例。竹节参总皂苷可能通过神经氨酸酶/细胞凋亡抑制剂(Neu3/IAP)通路减轻肠道炎症反应[41]。

1.2.4 对结肠炎的影响 Dun等[42]研究发现竹节参皂苷可以增加老龄大鼠结肠紧密连接蛋白claudin-1和occludin的表达，降低结肠中白细胞介素-1β和肿瘤坏死因子-α的水平，降低MAPK 3种亚型的磷酸化，抑制NF-κB的表达，从而减轻结肠炎症。

1.3 对心脑血管系统的作用

1.3.1 降血脂 竹节参总皂苷和总多糖在降血脂方面具有较好的作用，成分与活性间存在一定的量效关系。竹节参可以显著降低高血脂试验动物体内的LDL-C、TC和TG，并能显著升高HDL-C。伪人参皂苷RT1、竹节参皂苷Ⅳ、竹节参皂苷Ⅳa、竹节参皂苷Ⅴ分别按质量比1∶1∶1∶2组合可发挥协同降脂作用[43]。高宇等[44]发现，不同剂量竹节参皂苷Ⅳa干预可以剂量依赖地对抗游离脂肪酸(FFA)诱导的脂肪沉积L-02肝细胞LC3II蛋白水平、AMPK及ULK1磷酸化水平的降低。说明竹节参皂苷Ⅳa能使细胞线粒体活性氧水平降低，腺苷酸活化AMPK/ULK1途径的自噬水平提高，发挥抗FFA诱导的肝细胞脂肪沉积作用。刘正泰[45]发现竹节参总皂苷对高脂饮食所致的脂肪组织慢性炎症与PA诱导的成熟脂肪细胞炎症也有明显改善作用，可能是由于竹节参总皂苷可以使脂肪组织中巨噬细胞的浸润减少、巨噬细胞向促炎型巨噬细胞极化得以减弱、并抑制脂肪组织及成熟脂肪细胞中的NF-κВ炎症通路。杨小林等[46]研究发现竹节参多糖对高血脂模型小鼠具有一定的降血脂作用，并存在量效关系。

1.3.2 抗血栓 陈玲黄[47]研究发现竹节参多糖具有体内外抗血栓活性，其抗血栓机制可能与影响血小板功能和提高纤溶系统活性有关。沈金阳等[48]发现竹节参的根、茎、叶同时具有体内与体外的抗血栓活性。

1.3.3 保护脑组织 张高娇等[49]以大脑动脉闭塞(MCAO)脑缺血再灌注损伤小鼠造模，腹腔注射人参皂苷 Rb1，结果发现人参皂苷Rb1可增加小窝蛋白-1(Cav-1)mRNA的表达和蛋白含量发挥保护脑组织的作用。刘运平等[50]研究发现，注射用阿替普酶联合人参皂苷Rd注射液后可抑制血小板的活化，抑制血栓的形成，从而改善患者的脑缺血性症状。Yuan等[51]研究发现伪人参皂苷F11不仅能减轻急性脑卒中的损伤性能，还能在慢性恢复过程中促进纹状体的神经再生，从而促进感觉运动功能障碍的恢复。吴忻晶等[52]以乳铁蛋白修饰，荷载竹节参皂苷Ⅳa的脂质—聚合物杂化纳米体系(CⅣa/Lf-LPNs)可以有效到达脑部，用于脑梗死的靶向治疗。

1.3.4 保护心脏 研究[53]表明，竹节参总皂苷能明显改善冠脉结扎导致急性心肌缺血损伤的大鼠心功能，显著降低心肌梗死面积，从而使心肌缺血性损伤大大地减少。王烙佩等[54]发现竹节参总皂苷降低衰老大鼠心肌细胞中Bax和caspase-3 mRNA的表达，提高Bcl-2 mRNA表达以及Bcl-2/Bax的比率，从而有效地改善衰老大鼠心肌细胞凋亡，可能与其激活衰老大鼠心肌细胞的自噬有关。宋亚男等[55]研究发现，竹节参总皂苷使衰老大鼠心肌纤维紊乱程度得以改善，减少炎性细胞的浸润及降低胶原蛋白沉积；使衰老心脏组织中α-SMA、COL1α2、COL3α1、MMP2、MMP9的mRNA表达水平显著降低； p-Smad3、TGF-β1、IL-1β、TNF-α蛋白的表达量得以抑制。竹节参总皂苷通过调节TGF-β1/Smad3通路使衰老大鼠心肌纤维化得以改善。

1.4 对免疫系统的作用

竹节参中的多糖能通过提高网状内皮系统中巨噬细胞的吞噬能力发挥免疫调节作用[56]。对环磷酰胺所致免疫低下模型小鼠而言，竹节参多糖能提高其脾脏指数，促进其脾淋巴细胞进一步增殖，促进溶血素的生成与QHS反应，提高外周血中自然杀伤(NK)细胞的比例，从而恢复免疫系统[57]。研究[58]表明，竹节参皂苷能够通过抑制TRL4/NF-κB信号通路调节机体免疫反应，抑制肿瘤体积增大和数量增加，增加CD3+和CD4+免疫细胞数量，减少CD8+数量，抑制血清中炎症因子，从而抑制炎症状态。Zhang等[59]研究发现，竹节参多糖能显著提高环磷酰胺处理小鼠的免疫功能，提高免疫力。

1.5 对内分泌系统的作用

Shi等[60]研究发现，竹节参总皂苷可抑制NF-κB的活化，增加p-AKT的转录，从而减少炎症反应，提高脂肪细胞对胰岛素的敏感性。崔佳等[61]研究表明竹节参皂苷Ⅳa可呈剂量依赖性地促进蛋白激酶B(Akt)、雷帕霉素靶蛋白复合体1(mTORC1)和S6K磷酸化水平来激活Akt/mTOR信号通路，对抗胰岛β细胞的糖毒性，使胰岛INS-1细胞凋亡减弱，胰岛素的释放量增加。

1.6 其他作用

1.6.1 抗炎作用 竹节参能通过提高AD大鼠海马形胶质细胞Drd-2活性，降低GFAP、TNF-α的表达水平抑制炎症反应[62]。陈玲等[63]发现竹节参地上部分中所含总苷可以改善弗氏佐剂所致大鼠多发性关节炎症状，可能机制为抑制血清中的炎症因子如肿瘤坏死因子(TNF)、白细胞介素-1β(IL-1β)的分泌。刘正泰等[64]研究发现竹节参总皂苷可改善自然衰老大鼠脂肪组织炎症，其机制可能与TLR4/NF-κB信号通路有关。赵丁[65]研究发现，竹节参皂苷Ⅳα通过保护骨关节炎(OA)软骨细胞中腺苷酸激活蛋白激酶(AMPK)活性，对骨关节炎有一定的抑制作用。其保护作用通过AMPK/SIRT1/PGC-1α途径使软骨细胞线粒体功能障碍与软骨细胞中IL-1β诱导的氧化应激得以减轻；通过该信号通路使软骨细胞外基质代谢平衡得以维持，并抑制软骨细胞肥大表型，从而改善软骨功能。Xin等[66]将竹节参皂苷IVa作用于脂多糖(LPS)建立小鼠肝脏急性炎症模型和细胞系炎症模型后，可以抑制LPS诱导的小鼠肝脏和RAW264.7细胞的炎症反应，抑制miR-155、增加GSK-3β表达和抑制NF-κB信号通路，从而改善LPS诱导的RAW264.7细胞的炎症反应而达到抗炎作用。Guo等[67]研究发现，竹节参皂苷能明显减轻胶原诱导性关节炎(CIA)小鼠症状，降低血清或脾脏血管内皮生长因子A(VEGFA)、缺氧诱导因子-1α(HIF-1α)、IL-1β和白细胞介素-17A(IL-17A)的表达；抗血管生成是竹节参抗类风湿性关节炎(RA)的途径之一，酪氨酸激酶(SRC)和信号转导子和转录激活子3(stat3)可能是竹节参作用于VEGF和HIF-1信号通路的关键靶点。赵晴晴等[68]研究发现不同浓度的竹节参多糖均能不同程度抑制LPS诱导小胶质细胞一氧化氮(NO)释放量，减少TNF-α、IL-1β、iNOS mRNA表达，质量浓度为25，50 μg/mL的竹节参多糖均能有效抑制小胶质细胞中NF-κB的核转移。

1.6.2 抗疲劳作用 竹节参地上部分与根茎部分提取的总皂苷具有不同的抗疲劳活性[69]。竹节参多糖能提高血清中乳酸脱氢酶活力，降低运动后机体中乳酸水平，提高机体中肝糖原贮备量，从而进一步增强机体对运动和速度负荷的适应性与耐受能力。竹节参皂苷提取物能使小鼠在常压密闭缺氧条件下的存活时间明显延长，提高小鼠肝糖原值，从而具有抗疲劳活性[70]。

1.6.3 抗肿瘤作用 陈薛妃[71]发现，竹节参水提物能促进宫颈癌Hela细胞中Caspase-3和Bax蛋白表达，而抑制Bcl-2蛋白的表达。说明竹节参水提物能有效抑制宫颈癌HeLa细胞的生长，诱导癌细胞凋亡，达到抗宫颈癌作用。刘滢等[72]研究发现竹节参水提物抑制宫颈癌Hela细胞的增殖，诱导其自噬与凋亡，可能与调控凋亡的相关基因mRNA的表达量有关。高贵洲等[73]发现竹节参皂苷能抑制Lewis肺癌移植瘤小鼠模型肿瘤生长和转移，可能与PKCα-ERK1/2信号通路有关。进一步研究发现，竹节参皂苷可抑制肺癌A549细胞增殖、迁移和侵袭，抑制分泌蛋白MMP-2和MMP-9的表达，可能机制是通过调控PTEN抑制PI3K和Akt磷酸化，从而发挥抗肺癌作用[74]。张莹等[75]研究发现竹节参单体化合物竹节参皂苷Ⅳ、Ⅳa和Ⅴ以浓度依赖方式抑制胃癌SGC-7901细胞增殖、迁移和侵袭，从而诱导胃癌SGC-7901细胞的凋亡。

1.6.4 抗衰老作用 研究[76-77]证明，竹节参多糖能显著提高脑组织中过氧化氢酶(CAT)活性，降低MDA含量，同时也能显著提高血液中SOD和GSH-PX活性，从而发挥抗氧化、延缓衰老的作用。竹节参总皂苷也能使血清GSH-PX、SOD活性显著升高，降低血清中MDA含量[78]。此外，竹节参总皂苷可以增加内质网应激相关蛋白以及抗凋亡蛋白的表达水平，降低促凋亡蛋白的表达，从而维持衰老大鼠脑组织的内质网稳态，减少神经细胞的凋亡[79]。邓丽丽等[80]研究发现竹节参总皂苷能通过NLRP1和NLRP3炎症小体途径减轻衰老大鼠神经细胞凋亡。

1.6.5 减肥作用 竹节参总皂苷抑制高脂肪饮食引起的体重和子宫旁脂肪组织重量的增加，竹节参总皂苷及皂苷III、皂苷IV和皂苷V可抑制胰脂肪酶活性[81]。说明竹节参可抑制胰脂肪酶活性，延缓肠道对膳食脂肪的吸收，从而实现降脂减肥作用。Yin等[82]研究发现竹节参皂苷IVa对脂肪细胞分化有明显的抑制作用，可成为治疗肥胖的功能性食品原料。

2 质量控制

2.1 皂苷类成分质量控制

童学飞等[83]对10年生野生和5年栽培竹节参采用HPLC法进行定量分析人参皂苷Rg1和Re发现，栽培和野生竹节参所含人参皂苷类成分基本相似，根茎中人参皂苷Rg1、Re含量以野生竹节参较高，但其根中含量仅略高于栽培品，虽然Rg1与Re含量较低，但生长时间较短，可以不受资源限制。关乔中等[84]用香草醛—高氯酸法测定野生竹节参与栽培竹节参总皂苷含量，发现栽培品总皂苷含量显著高于野生品。伍红年等[85]采用HPLC法建立白三七指纹图谱，白三七指纹图谱中共标定了16个共有峰，并指认了人参皂苷Rg1、Re、Rb1及竹节参皂苷V、IV、IVa色谱峰；五加科人参属5种药材(扣子七、西洋参、人参、白三七、三七)成分总量统计矩参数差异较大。谭诗涵等[86]以竹节参皂苷V为内参物，采用一测多评法测定竹节参中7种皂苷类(竹节参皂苷IV、竹节参皂苷V、假人参皂苷RT1、竹节参皂苷IVa、人参皂苷Rg1、人参皂苷Re、人参皂苷Rb1)成分含量，一测多评法与外标法得到的10批竹节参样品中各成分含量无显著差异。建立的一测多评法可用于竹节参皂苷类成分的定量分析和质量评价。

2.2 核苷类成分质量控制

伍红年等[87]建立竹节参核苷类成分的HPLC指纹图谱，并测定了其中7种核苷类成分(鸟苷、肌苷、次黄嘌呤、脱氧尿苷、尿苷、腺苷和胸腺嘧啶核苷)含量，10批样品指纹图谱中有16个共有峰，除1个批次外其他相似度均在0.90以上；其中以湖北神农架的竹节参中核苷类成分总量最高。

2.3 多糖类成分质量控制

张杰等[88]通过比较苯酚硫酸法和硫酸蒽酮法测定了竹节参多糖含量，其中硫酸蒽酮法显著高于苯酚硫酸法。

2.4 氨基酸类成分质量控制

陈永波等[89]发现，竹节参主要含有17种水溶性氨基酸，不含胱氨酸，水溶性氨基酸中有8种为人体的必需氨基酸，含硫氨基酸较少。吴锦忠等[6]在竹节参中检测出16种氨基酸，包括人体必需的7种氨基酸，且竹节参中总氨基酸、中性氨基酸、酸性氨基酸和7种人体必需氨基酸含量均高于人参、西洋参和三七。

3 结论

有关竹节参生物活性研究较多，但还有些作用机制尚不明确。药理作用研究中，竹节参总多糖、总皂苷的药理作用研究较多，而对其单体化合物的研究较少，后期应加强对其单体化合物的药理作用与作用机制进行分子、细胞、整体动物等系统研究；此外，在加大其作用机制的试验研究外，还可以借助网络药理学方法预测竹节参化学成分—疾病—靶点的关系，将竹节参的成分与不同药理作用进行机制预测，更好地服务于竹节参产品开发与临床应用。质量控制研究中，有关加工炮制品的质量控制研究较少，后续可继续开展相关炮制品的质量研究，特别是采用一测多评法测定竹节参不同加工炮制品中皂苷类成分含量；此外可以采用现代分析方法与技术对竹节参进行体内外分析，追踪竹节参活性成分在试验动物体内的吸收、分布、代谢、排泄等过程，从而为其临床应用与生活应用提供科学依据。竹节参的质量控制，还可以从栽培种植开始从源头进行质量控制，然后对其产品加工与副产物进行质量控制，从而保证产品的质量。在此基础上，应进一步加大竹节参食品、药品、化妆品等领域的产品开发，提升其经济价值。