黄精的化学组成及药理作用的研究进展

刘 爽，胡舒婷，贾巧君，梁宗锁,*

1西北农林科技大学生命科学学院，杨凌 712100；2浙江理工大学生命科学与医药学院，杭州 310018

2020年版《中国药典》中收载黄精3种，分别为黄精(PolygonatumsibiricumRed)、多花黄精(PolygonatumcyrtonemaHua)和滇黄精(PolygonatumkingianumColl.et Hemsl.)。根据根部形状俗称为“鸡头黄精”“姜形黄精”“大黄精”[1]。黄精属植物分布广泛，我国就有79种[2]。在海拔800～2 800 m的山上都可以生长，黄精主要产自我国的东北三省，以及西北、河北、安徽东部、浙江等地；多花黄精主要产自四川、安徽、贵州、江苏、浙江、福建、湖南、湖北、广东、广西等地；滇黄精主要产自云南、四川、贵州等地。

黄精，始载于《名医别录》，“其味甘，平，无毒。主补中益气，除分湿，安五脏。久服轻身、延年、不饥”。因此，人们认为黄精是“长生不老和延年益寿药”[3]，为补益之品，广泛应用于保健食品的开发中。Chen等[4]以现代药理作用的角度归纳了黄精具有抗脂肪肝、抗糖尿病、保护肾脏、抗阿尔兹海默症、保护心脏及抗癌等作用。然而这些药理作用的不同与黄精中的化学成分密切相关，比如黄精多糖、生物碱、皂苷、黄酮、蒽醌类化合物、挥发性物质、植物甾醇、木脂素以及多种对人体有用的氨基酸等化合物[5]，其中，多糖和皂苷是黄精中研究最广泛的化学成分。与已有综述[4]相比，本文将黄精的药理作用重新归类并补充了抗动脉粥样硬化，抗HIV，抗氧化等作用，除此之外，还将药典规定的三种黄精已鉴别出的化学成分，黄精多糖和皂苷的合成通路以及黄精相关产品进行整理归纳，旨在为黄精治疗与预防现代疾病及保健品开发研究提供思路。

1 化学成分

1.1 多糖

黄精多糖是黄精化学组成的重要成分，也是衡量黄精质量的重要指标。2020年药典规定黄精多糖的含量不能低于7.0%。在不同生长环境下，不同炮制方法及不同龄节的黄精多糖含量也有较大差异[6,7]。

黄精多糖主要由单糖组成，包括甘露糖、葡萄糖、半乳糖、果糖、半乳糖醛酸、阿拉伯糖和葡萄糖醛酸等。Fang等[8]通过水提醇沉法获得黄精多糖(PSP)，并分离纯化得到PSPI，其主要含有葡萄糖，化学结构分析表明PSPI结构的主链为β-(1→2)键相连的酮糖，酮糖主链上连接着α构型的葡萄糖。Li等[9]通过实验制备了4种多花黄精多糖(PCP)，分别为DASS、CASS、HBSS、CHSS，都是β-糖苷键连接的吡喃型酸性多糖；此外，4种多糖均含鼠李糖、甘露糖、阿拉伯糖、木糖、葡萄糖、半乳糖和半乳糖醛酸。Wang[10]通分离纯化得到3种PCPs。PCPs-l和PCPs-2主要由半乳糖和葡萄糖组成，PCPs-3主要由半乳糖组成。Wu等[11]从滇黄精中首次提取分离出滇黄精多糖(PKP)，即一个大约含有50个葡萄糖单元的中性多糖PKPI。

研究表明，PSP生物合成可分为三个主要阶段。首先，蔗糖在β-呋喃果糖苷酶(SacA)的作用下转化为葡萄糖-6-磷酸(Glc-6P)和果糖(Fru)[12]，Glc-6P通过磷酸葡糖苷酶(PGM)异构化为葡萄糖-1-磷酸(Glc-1P)[13]，果糖通过己糖激酶(HK)和果糖激酶(Scrk)合成果糖-6-磷酸(Fru-6P)[14,15]。其次，尿苷二磷酸葡萄糖(UDP-Glc)立即衍生自Glc-1P[16]，而Fru-6P间接转化为鸟苷二磷酸甘露糖(GDP-Man)[17]；UDP-Glc和GDP-Man通过核苷二磷酸(NDP)糖相互转化酶(NSEs)的作用进一步转化成一些NDP糖[18]。最后，各种NDP糖在糖基转移酶(GTs)的作用下形成不断增长的多糖链[19]。在植物中，UDP-Glc是NDP糖的关键前体[20](见图1)。

图1 黄精多糖的生物合成Fig.1 The biosynthesis of PSP

1.2 皂苷

皂苷是黄精中另一主要化学成分，主要分为甾体皂苷和三萜皂苷。目前发现黄精、多花黄精以及滇黄精中共有77种甾体皂苷类化合物(化合物1～77)[21-33]，其中，黄精中有43种，滇黄精有31种，多花黄精4种。而黄精和滇黄精中共有12种三萜皂苷(化合物78～89)(见图2、图3、表1)。

图2 3种黄精中皂苷化合物的结构Fig.2 Structures of saponins in three kinds of Polygonatum

续表1(Continued Tab.1)

续表1(Continued Tab.1)

续表1(Continued Tab.1)

黄精皂苷主要以甾体皂苷为主，其生物合成分为3条代谢途径[34,35]，第一条途径是萜类化合物骨架生物合成，即由MEP(2-C-甲基-D-赤藓醇-4-磷酸途径)和MVA(甲羟戊酸途径)通过IPPI(异戊烯基二磷酸异构酶)介导最终生成DMAPP(二甲丙烯焦磷酸)和IPP(异戊烯基焦磷酸)；第二条途径是倍半萜和三萜的生物合成，DMAPP和IPP通过缩合反应合成FPP(法尼基焦磷酸)，再通过SS(角鲨烯合酶)、SM(角鲨烯环氧化酶)的催化形成OS(2，3-氧化角鲨烯)；第三条途径是甾体生物合成，OS在CAS(环阿屯醇合酶)的催化下形成CA(环阿屯醇)，随后在一系列酶的作用下合成甾体皂苷元，最后在甾体皂苷糖基转移酶合成甾体皂苷(见图4)。

图4 黄精甾体皂苷的生物合成途径Fig.4 The biosynthetic pathway of steroidal saponin biosynthesis in Polygonatum注：黑实线箭头代表已识别的酶反应；黑色虚线箭头代表省略的一系列合成步骤。Note:the solid black arrows represent identified enzyme reactions;The dotted black arrow represents a series of synthetic steps that have been omitted.

1.3 黄酮

黄酮类化合物广泛存在于植物体内，是指以2-苯基色原酮为母核而衍生的一类色素。在3种黄精中分离得到了20种黄酮类化合物(化合物90～109)[31,36-42]，根据母核结构的不同，可分为6种，分别为高异黄酮类、异黄酮类、查耳酮类、二氢黄酮类、紫檀烷类和黄酮类(见图5、表2)。

图5 3种黄精中黄酮化合物的结构Fig.5 Structures of flavonoids in three kinds of Polygonatum

表2 3种黄精分离得到的黄酮类化合物Table 2 Flavonoids isolated from three kinds of three kinds of Polygonatum

续表2(Continued Tab.2)

1.4 生物碱及蒽醌类化合物

生物碱类化合物在黄精属植物中含量较低。Kun等[43]从黄精中分离得到了腺苷(112)，Sun等[44]从黄精中共分离得到polygonatine A(110)和polygonatine B(111)。Sun等[41]还从黄精中分离得到一种神经鞘苷类同系物，黄精神经鞘苷A～C(117)。Wang[45]从黄精中分离出11种生物碱，其中有3种化合物是第一次从天然植物中分离得到。滇黄精中分离得到的生物碱类有kingaone(123)、N-trans-p-coumaroyloctopamine(116)[38,46]。Ren等[47]从多花黄精生品及酒制品中共鉴定6种生物碱(见图6、表3)。

表3 3种黄精中的生物碱Table 3 Alkaloids in 3 kinds of Polygonatum

图6 3种黄精生物碱的结构Fig.6 Structures of alkaloids in 3 kinds of Polygonatum

多花黄精中还含有毛地黄精苷和吖啶-2-羧酸等蒽醌类化合物，且这类化合物与抗病毒、抗菌、免疫调节等生物活性相关[48]。

1.5 木脂素

木脂素是植物的次级代谢产物，广泛存在于植物体中，一般由两分子苯丙素氧化聚合而成的。2001年，Sun[41]第一次分离得到了4个黄精木脂素化合物分别为右旋松脂醇-O-β-D-吡喃葡萄糖基(6→1)-β-D-吡喃葡萄糖苷、右旋丁香脂素、鹅掌楸碱和右旋丁香脂素-O-β-D-吡喃葡萄糖苷；直到2020年，Chen等[49]从黄精中分离出1个新型苯骈呋喃型木脂素，并将其命名为黄精新木脂素苷A。

1.6 挥发性物质

黄精中的挥发性物质研究较少，目前只在多花黄精根状茎中发现具有精油成分，占总挥发油的95.97%，并通实验鉴定出16种化合物，如正癸烷、乳酸正丁酯和正十二烷等[50]。

1.7 植物甾醇

植物甾醇通常指的是植物固醇，广泛存在于各种植物的细胞膜中。黄精和滇黄精中发现了4种植物甾醇类化合物，分别为β-谷甾醇、棕榈酸-3β谷甾醇酯、胡萝卜苷、(22S)-cholest-5-ene-1β,3β,16β,22-tetrol 1-O-α-L-rhamnopyranosyl16-O-β-D-glucopyranoside[37,51]。

1.8 氨基酸和微量元素

黄精属植物中还存在大量氨基酸和微量元素。研究表明测得黄精根茎及其须根中均含有14种微量元素，以及4种常量元素(K、Ga、Mg、P)，与此同时，还发现根茎中有16种氨基酸[52]。此外，Wang等[53]发现黄精中丙氨酸和苏氨酸较为丰富。Li[54]在对黄精游离氨基酸成分分析中发现，黄精中富含11种游离氨基酸，其中含有赖氨酸、苯丙氨酸、组氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸6种人体必需氨基酸。

2 黄精的药理作用

2.1 降血糖作用

目前，黄精对糖尿病及其并发症有明显的改善作用的活性成分为多糖、皂苷和总黄酮，其中，黄精多糖研究最广泛。Wang[55]发现PKP和PSP均对α-葡萄糖苷酶有抑制作用，且PSP的抑制作用强于PKP，随后作者利用PSP对链脲佐菌素(STZ)诱导的患病小鼠实施了体内降血糖实验，结果发现使用PSP后，小鼠饮水量、饮食量、血糖无变化，体重稍微升高，糖化血清蛋白含量降低，血清胰岛素升高。Shu等[56]发现黄精总黄酮(TFP)对1型和2型糖尿病都有明显的降血糖作用，与对照组相比，100和200 mg/kg TFP对STZ诱导的T1DM小鼠的降血糖作用与20 mg/kg阿卡波糖相似。在四氧嘧啶和高脂饮食诱导的T2DM小鼠中，200 mg/kg的TFP具有与15 mg/kg的格列齐特相似的降血糖作用。

Wang等[57]发现黄精多糖可降低STZ诱导的糖尿病小鼠血浆中的空腹血糖和糖化血红蛋白水平，升高其血浆胰岛素和C肽水平，同时增加了血浆中丙二醛含量及降低超氧化物歧化酶活性，因此黄精多糖可能通过降低血糖和抑制氧化应激反应以减轻了视网膜血管病变。黄精多糖通过降低细胞凋亡蛋白Bax、表皮生长因子EGF、血管内皮生长因子VEGF、转化生长因子TGF-β和p38 MAPK的信号转导作用，对糖尿病性视网膜损伤具有保护作用[58]。此外，还有研究发现黄精皂苷能够通过抑制Wnt/β-catenin信号通路激活而保护肾脏[59]。

2.2 降血脂作用

黄精可以调节与脂质代谢相关的相应基因和蛋白质的表达水平，对高脂血症、肥胖和脂肪肝的预防起到至关重要的作用。滇黄精多糖通过增加短链脂肪酸(SCFAs)的产生调控肠道微生物群落的相对丰度和多样性，促进肠道通透性屏障恢复，抑制LPS(脂多糖)进入循环系统，减轻炎症反应，最终预防脂质代谢紊乱[60]。

Kong等[61]研究表明，与对照组相比，黄精多糖组小鼠体内血清TC(总胆固醇)、TG(甘油三酯)、LDL-C(低密度脂蛋白-胆固醇)的含量明显降低，HDL-C(高密度脂蛋白胆固醇)的含量显著增加；肝脏中的PPAR-γ(过氧化物酶体增殖物激活受体-γ)、SREBP-1c(胆固醇调节元件结合蛋白1c)、IL-6(白介素-6)和TNF-α(肿瘤坏死因子-α)的表达下调，PPAR-α(过氧化物酶体增殖物激活受体-α)表达上调，因此多糖对脂类代谢相关因子具有调节作用，并能抑制肝脏脂质氧化，从而预防高脂血症。滇黄精可通过调节脂类代谢因子、降低氧化应激反应以及抑制细胞凋亡等发挥抗非酒精性脂肪肝的作用[62]。

2.3 抗肿瘤

Li等[9]分离纯化得到4种多花黄精多糖，进一步研究了其是否抑制宫颈癌Hela细胞抑生长，结果表明4种多糖都具有诱导凋亡、抑制癌细胞增殖的效果。Long等[63]发现黄精多糖可以激活TLR4信号通路，尤其是选择性上调MyD88依赖通路，引起TRAF6(肿瘤坏死因子受体相关蛋白6)增加，并诱导下游MAPK/NF-κB信号通路发挥其抗癌作用；在此过程中，白介素IL-6、IL-1β、IL-12p70和肿瘤TNFα等细胞因子的分泌被强烈诱导。此外，多花黄精凝集素(PCL)诱导细胞凋亡和自噬的机理是通过调节Bax和Bcl-2蛋白，引起线粒体去极化，细胞色素c释放和胱天蛋白酶激活，随后PCL能够终止谷胱甘肽抗氧化系统并诱导线粒体产生活性氧积累，从而导致p38-p53活化[64]。

2.4 抑菌抗炎作用

Cao等[65]发现黄精多糖对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、枯草芽孢杆菌等都有明显的抑制作用。Debnath等[66]发现黄精水提取物能够降低小鼠巨噬细胞系中的NO，并抑制了iNOS(诱导型一氧化氮合酶)和TNF-α蛋白的表达，以证实抗药作用。

2.5 免疫调节

Yelithao等[67]利用RAW264.7细胞和NK细胞评估黄精多糖硫酸化和水解衍生物的免疫刺激作用，并发现RAW264.7细胞通过MR(甘露糖受体)和TLR4(Toll样受体)介导的信号通路激活，CR3(β葡聚糖受体)和TRL2在刺激NK细胞中起主要作用。Yong[68]通过MTT实验分析多花黄精多糖PCP-1的免疫调节作用，结果发现PCP-1浓度在25-400 ug/mL之间，不仅对巨噬细胞RAW264.7的生长无害，且有利于它的生长；随后，通过中性红实验发现PCP-1能够明显加强细胞吞噬，PCP-1还能使巨噬细胞RAW264.7产生NO。

2.6 抗氧化及抗衰老

Li等[69]通过清除ABTS和DPPH自由基和总还原力等测定，表明多花黄精多糖具有一定的抗氧化作用，多糖对四种革兰氏阴性均具有抑菌作用，对枯草芽孢杆菌(B.subtilis)抑制作用最强。Yong[68]通过体外抗氧化实验验证多花黄精多糖PCP-1具有抗氧化和清除自由基的功能，PCP-1清除DPPH能力随着PCP-1值升高而升高。Jiang等[70]通过对黄精多糖进行动物实验验证，得知黄精粗多糖对CCl4引发的大鼠肝氧化损伤具有一定抑制作用。

2.7 抗阿尔兹海默病

学习记忆能力衰退是阿尔兹海默症(AD)的主要特征之一，黄精水煎剂可明显缩短β-淀粉样蛋白诱导的AD模型大鼠的逃避潜伏期，并通过降低CA1区在Thr231位点tau蛋白的磷酸化改善海马病理损伤，增强大鼠学习记忆能力，最终预防阿尔兹海默病[71]。

2.8 抗动脉粥样硬化

Yang等[72]通过建立兔子动脉粥样硬化模型，结果表明多糖的抗动脉硬化作用可支持其低脂活动，改善大动脉形态，减少动脉粥样硬化兔模型中泡沫细胞数量和内皮细胞损伤。

2.9 心肌保护作用

Zhu等[73]研究黄精多糖对大鼠急性心力衰竭的保护作用，通过检测大鼠心率、左室收缩压、超氧化物歧化酶、丙二醛含量等指标，可知多糖可预防阿霉素所致急性心力衰竭。

2.10 抗骨质疏松作用

研究表明多糖在不影响BMP(骨形态发生蛋白)信号通路的情况下，可抑制骨质疏松；多糖通过增加成骨细胞分化因子的表达或者碱性磷酸酶的活性以增强骨髓间充质干细胞(BMSCs)的成骨分化[74,75]。

2.11 其他作用

此外，黄精还具有促进睡眠、抗疲劳及抗HIV等多方面的药理活性。黄精根部的水提物促进睡眠的作用与NREM(非快速眼动睡眠)的延伸以及GABAA-R2(G氨基丁酸A型受体2)和5-HT1A(5-羟色胺受体)的上调相关，并通过与脊椎动物模型中的GABAA受体结合而被介导[75]。而多花黄精鲜品可以通过增加肌糖原和肝糖原含量，降低乳酸含量，从而起到抗疲劳作用，提高小鼠游泳时间[77]。另外多花黄精凝集素是一种新型抗HIV甘露糖结合凝集素[78]。

3 黄精产品应用

《食疗本草》曾记载：“黄精根、叶、花、实，皆可食之。”黄精除了药用外，还可作为食物食用。此外黄精也被列入在“药食同源”名录中[79]。随着人们对健康食品的要求升高，黄精被广泛的应用在保健食品的开发中，目前，黄精保健产品有450种，包括黄精酒、黄精糖、黄精茶、黄精固体饮料、黄精果脯、黄精豆腐等[80-82]。黄精中还含有多种天然美容活性成分，具有抗氧化、防辐射、亮泽容颜、乌须黑发等美容功能，黄精保健化妆品10种，有洗发水、护发素、沐浴露、洗面奶等；此外，现代研发的黄精中成药处方有204种，如三蛇药酒、丹田降脂丸、养胃舒颗粒；市场上黄精药品有10种，黄精赞育胶囊、黄精养阴糖浆、益元黄精糖浆、黄精丸等[83]。

4 展望

黄精作为我国传统中药材，具有非常高的药用价值和医疗保健功效。然而，就2020版《中国药典》规定的3种黄精，化学成分和药理作用方面的研究主要集中在黄精和滇黄精，而对多花黄精的研究较少；黄精的化学成分研究也主要集中在多糖、皂苷和黄酮，对其他微量成分研究甚少；其药理作用的研究也只集中在药用部位和简单的药效验证，并未做出深入的药理作用机制研究。因此，应该从黄精单个化学成分及其结构入手，研究其深入的作用机制，寻找其药物作用靶点，阐明其药效基础，为黄精药品、保健食品、化妆品的进一步开发利用提供基础。