中药花椒化学成分及其防治神经精神疾病的研究进展

张 红，杨 庆，陈 颖，朱晓新

中国中医科学院中药研究所，北京 100700

中药花椒为芸香科植物青椒ZanthoxylumschinifoliumSieb.et Zucc.或花椒ZanthoxylumbungeanumMaxim.的干燥成熟果皮，又名檓、大椒、蜀椒、南椒、巴椒等[1]。青花椒表面呈灰绿色或暗绿色；花椒为紫红色或棕红色。花椒药用历史悠久，具有温中散寒，除湿，止痛，杀虫等功效；中医临床多用于治疗胆道蛔虫症、血吸虫病、蛲虫病；还用于回乳、止痛等[2-4]。国内外学者对花椒化学成分进行了广泛研究，发现花椒中主要含有挥发油、生物碱类、酰胺类、香豆素类、木脂素类等化学成分[5]。山椒素又称花椒麻素，属于酰胺类成分，是花椒的主要呈味物质[6]。山椒素能够与多种离子通道和受体结合，发挥广泛的生物学效应。近年越来越多的研究发现中药花椒在益智、抗抑郁、治疗阿尔茨海默症、镇痛等方面具有显著作用，但针对其在神经系统活性及作用机制方面缺乏系统的归纳总结。本文整理了中药花椒的化学成分及近十年花椒对中枢神经系统药理作用的研究进展，为花椒在神经精神系统疾病的应用提供科学依据和参考。

1 花椒的化学成分

中药花椒的法定药用部位为果皮。国内外学者对花椒其余部位，如叶、根、茎及种子(椒目)也有研究。本文主要对青椒或花椒的干燥成熟果皮化学成分进行整理总结。

1.1 挥发油类

花椒挥发油主要存在于花椒果皮中，其成分和含量随着产地、品种、炮制和贮藏方式不同而有很大差异[7,8]。Zhang等[9]采用GC-MS法比较新鲜和干燥花椒中挥发油成分，发现芳樟醇、D-柠檬烯、桉树油、3-壬酮和β-月桂烯5个主要成分在二者中含量相近。Luo等[10]对青花椒进行GC-MS分析，鉴定挥发油类成分33个，主要组分为烷、烯、醇和萜类，其中柠檬油精、桉叶油醇含量较高。Bian等[11]采用GC-MS法比较清炒法炮制前后的花椒中挥发油含量较高的化合物依次为乙酸芳樟酯、芳樟醇、柠檬烯；清炒品中挥发油含量与生品比较有一定程度降低。Zhang等[12]采用加氢蒸馏(HD)和超临界流体CO2萃取(SFE)的方法提取花椒挥发油，HD提取物主要为芳樟醇(25.99%)、柠檬烯(19.34%)、邻氨基苯甲酸芳樟酯(12.22%)、4-萜品醇(10.49%)、桉树油(6.53%)和α-萜品醇(5.02%)；而SFE提取物主要为壬酸(21.43%)、γ-萜品烯(14.51%)、桉树油(13.45%)、α-萜品醇(5.83%)和石竹烯氧化物(5.48%)，不同提取方法导致了花椒挥发油成分差异显著。

表1 中药花椒中的挥发油类Table 1 Volatile oils in traditional Chinese medicine Zanthoxyli Pericarpium

续表1(Continued Tab.1)

1.2 生物碱类

花椒生物碱包括游离型和季铵盐型，按母核分为喹啉类、异喹啉类、苯并菲啶类和喹诺酮四大类。Chen等[13]从中药花椒中分离纯化得到茵芋碱、香草木宁碱、合帕洛平。Liu等[14]首次在青花椒中分离出4-喹啉酮类生物碱命名为青花椒碱。Ren[15]从花椒中检测出吴茱萸次碱、小檗红碱和乙氧基白屈菜红碱。Bian等[16]发现花椒清炒品、醋制品及酒制品与花椒生品相比总生物碱含量均升高，但是盐制后花椒总生物碱含量较生品降低。

表2 中药花椒中的生物碱类 Table 2 Alkaloids in traditional Chinese medicine Zanthoxyli Pericarpium

1.3 黄酮及其苷类

花椒属药用植物中含有多种黄酮类成分，在植物花、叶、果实中多以苷类形式存在。Xiong等[17]从花椒中分离出金丝桃苷、槲皮素、槲皮苷、蓄苷、芦丁、3，5，6-三羟基-7，4′-二甲氧基黄酮等黄酮类化合物。Wu等[18]从花椒中分离得到胡萝卜苷、熊果苷等。Song[19]从花椒60%的丙酮-水提取物中分离到多种酚苷及黄酮类化合物，包括2-苯乙基-6-O-β-D-葡萄糖苷、3-甲氧基-苯乙醇-4-O-β-D-吡喃葡萄糖苷、苯乙基-O-β-D-吡喃葡萄糖苷、苯基丙酸-O-β-D-吡喃葡萄糖苷、4-O-β-D-吡喃葡萄糖基阿魏酸、苔黑酚葡糖苷等。Lv等[20]从花椒中分离到芫花素、淫羊藿次苷F2等。Ke等[21]从花椒果皮70%乙醇提取物中分离鉴定出8-异戊烯基山奈酚，并通过感官分析发现8-异戊烯基山奈酚为花椒苦味的主要来源。

图1 中药花椒中的生物碱类成分结构式Fig.1 Structural formula of alkaloids in traditional Chinese medicine Zanthoxyli Pericarpium

表3 中药花椒中的黄酮及其苷类Table 3 Flavonoids and glycosides in traditional Chinese medicine Zanthoxyli Pericarpium

续表3(Continued Tab.3)

1.4 酰胺类

花椒中的酰胺类物质多为链状不饱和脂肪酸酰胺，多具有两个及以上共轭双键，通常具有独特的麻味，又称花椒麻素，常作为花椒麻味风味评价的主要化学指标。但是酰胺类成分与花椒辛麻味风味特性的构效关联性研究还不够深入，其分子结构与麻味强度之间的相互关系未见系统报道。中药花椒中主要酰胺类物质包括羟基-α-山椒素、羟基-β-山椒素、羟基-γ-山椒素、羟基-ε-山椒素、羟基-γ-异山椒素等[22]。Tian等[23]在中药花椒中还鉴定出8个异丁酰胺类化合物，分别为qinbunamide A、qinbunamide B、qinbunamide C、ZP-amide A、ZP-amide B、ZP-amide E、ZP-amide C、ZP-amide D。Wang等[24]在花椒果皮中分离得到 zanthoamide A～D的4种酰胺类成分。Mei等[25]在中药花椒中分离出(2E，7E，9E)-6，11-二酮-2′-羟基-N-异丁基-2，7，9-十二烷三烯酰胺和(2E，6E，8E)-10-醛基-2′-羟基-N-异丁基-2，6，8-十烷三稀酰胺等酰胺类成分。Huang等[26]从中药花椒中分离出(2E，7E，9E)-N-(2-羟基-2-甲基丙基)-6，11-二氧代-2，7，9-十二碳三烯酰胺。

表4 中药花椒中的酰胺类物质Table 4 Amides in traditional Chinese medicine Zanthoxyli Pericarpium

续表4(Continued Tab.4)

1.5 香豆素类

香豆素类化合物是邻羟基桂皮酸的内酯，具有芳香气味。香豆素类化合物的母核包括简单香豆素类、呋喃香豆素类、吡喃香豆素类三种；中药花椒中的香豆素类包括香柑内酯、脱肠草素(7-甲氧基香豆素)、滨蒿内酯、伞形花内酯、美花椒内酯等[21,27]。

表5 中药花椒中的香豆素类物质Table 5 Coumarin substances in traditional Chinese medicine Zanthoxyli Pericarpium

1.6 木脂素类

木脂素是一类由多个苯丙素衍生物(即C6-C3单体)聚合而成的天然化合物，多数呈游离状态，大多为二聚体，遇酸易异构化，少数可见三聚体、四聚体。中药花椒中木脂素大多为左旋异构体，主要有桉脂素、芝麻素、细辛脂素、辛夷脂素等[28]。

表6 中药花椒中的木脂素类成分Table 6 Lignans in traditional Chinese medicine Zanthoxyli Pericarpium

图2 中药花椒中的酰胺类成分结构式Fig.2 Structural formula of amides in traditional Chinese medicine Zanthoxyli Pericarpium

1.7 其他类

中药花椒中还有芳香酸衍生物、三萜、甾醇、烃类等其他组分，如对羟基苯丙烯酸甲酯、β-谷甾醇、二十九烷等[29]。此外，花椒中还含有丰富多种微量元素和脂肪酸，其中不饱和脂肪酸占脂肪酸总量的83.53%，其含量由高至低依次为油酸、亚油酸、亚麻酸[30]。

表7 中药花椒中的其他物质Table 7 Other substances in traditional Chinese medicine Zanthoxyli Pericarpium

续表7(Continued Tab.7)

2 花椒对中枢神经系统的药理作用

2.1 改善认知功能

β-淀粉样蛋白(amyloid beta-protein，Aβ)沉积所形成的老年斑是阿尔茨海默症(Alzheimer’s disease，AD)发病的重要原因[31]。N-[2-(3，4二甲氧基苯基)乙基]-3-苯基丙烯酰胺，又称gx-50，是Wei等[32]从花椒中提取分离出的一种具有神经保护作用的酰胺类成分。Tang等[33]研究发现gx-50可穿透血脑屏障并分解Aβ低聚物，抑制大脑皮层中Aβ低聚物的累积，从而抑制Aβ诱导的神经元凋亡，降低神经元钙的毒性，提高AD小鼠的认知能力。

脑源性神经营养因子(BDNF)是突触形成和可塑性的重要调节剂。环磷腺苷效应元件结合蛋白(CREB)是一种神经元中的核蛋白，磷酸化cAMP反应元件结合(p-CREB)在学习和记忆功能的形成、突触可塑性中发挥关键作用[34]。Zhang等[35]发现提取自中药花椒的羟基-α-山椒素(HSA)能够显著改善东莨菪碱所致的小鼠认知障碍。HAS可减缓东莨菪碱诱导的海马神经元形态变化和凋亡，抑制乙酰胆碱酯酶(AChE)活性，增加乙酰胆碱(ACh)含量，提高BDNF和p-CREB的表达；HAS减轻东莨菪碱所致的认知障碍与增强胆碱能系统的活性和增加CREB/BDNF信号通路的表达有关。

核因子E2相关因子2(Nrf2)是调控细胞氧化应激反应的重要转录因子，磷酸肌醇3激酶/蛋白激酶B(PI3K/AKT)信号通路作为Nrf2的上游信号通路之一，参与促进细胞氧化应激反应中的重要调控因子Nrf2-Keap1二聚体解离，改善细胞氧化应激[36,37]。花椒二氯甲烷提取物和挥发油均可激活PI3K/AKT通路，促进Nrf2和Keap1进入细胞核内，从而减弱D-半乳糖(D-gal)诱导的氧化应激，改善小鼠的学习记忆障碍[38]。

中药花椒含有大量不饱和脂肪酸α-亚麻酸[30]。Tian等[39]发现α-亚麻酸在脑内可进一步延伸碳链，增加双键个数，生成二十二碳六烯酸(docosahexaenoic acid，DHA)和二十碳五烯酸(eicosapentaenoic acid，EPA)，使具有促进神经传导、突触生长作用的DHA在脑神经细胞中大量富集，从而提高学习记忆能力。

认知功能障碍，记忆力减退是衰老的主要特征之一。自由基理论是衰老发生的生物学机制被认广泛可的理论之一[40]。Zhang等[41]以D-gal致衰老小鼠为模型，观察花椒总多酚类(ZPPC)化合物对D-gal致衰老小鼠的学习记忆力的作用，Morris 水迷宫实验结果表明 ZPPC显著缩短了逃避潜伏期，ZPPC给药组超氧化物歧化酶(SOD)活性升高，丙二醛(MDA)含量减少，提示ZPPC可通过减轻脂质过氧化反应、降低脂质过氧化物的含量、提高机体抗氧化能力和清除自由基能力。

2.2 抗抑郁、焦虑

在花椒中提取的多酚类成分抗抑郁作用已被大量实验所证实，ZPPC能显著提高双侧颈总动脉结扎致脑卒中后抑郁大鼠脑组织5-羟色胺(5-HT)水平；对卵巢摘除导致的抑郁小鼠也有显著的改善作用；ZPPC急性给药对行为绝望模型小鼠也表现出明显的抗抑郁作用其机制与抑制脑组织单胺氧化酶-A(MAO-A)活性有关[42-44]。Zhou等[45]发现ZPPC能明显增加慢性应激所致抑郁大鼠在旷场箱体中的活动度和对中心区的探索次数，剂量依赖性地减少其在强迫游泳中的行为绝望时间，还能降低血清中皮质酮和IL-1β水平，同时降低肾上腺皮质厚度，其作用机制可能与其增强免疫功能、保护肾上腺结构和功能有关。Chen等[46]从花椒95%乙醇提取物中分离到21种异丁基羟酰胺类化合物，其中9种能在体外改善皮质酮诱导的大鼠嗜铬细胞瘤(PC12)细胞活力降低，异丁基酰胺类成分在体外对皮质酮诱导的PC12细胞的抗抑郁作用与其较短的不饱和脂族链尤其是羰基官能团有关。

焦虑症(ADs)是全世界最普遍的精神疾病，应激诱导的下丘脑-垂体-肾上腺(HPA)轴激活和肠道菌群失调可能引起ADs的发作[47]。Wei等[48]发现花椒挥发油可通过抑制下丘脑-垂体-肾上腺轴的激活和恢复肠道菌群的失调来改善了应激诱导的菌群-肠脑轴的异常，减轻慢性不可预测压力引起的焦虑行为。

2.3 镇痛作用

镇痛作用是花椒的主要功效之一，临床上多用于头痛、牙痛和腹脘冷痛的治疗。青花椒与花椒的水提取液均有镇痛作用，在相同剂量下青花椒的镇痛效果要优于花椒[49]。花椒水煮液对正常大鼠有镇痛作用，且具有时间规律性和剂量依赖性[50]。Bian等[51]发现花椒生品及花椒清炒品挥发油部位灌胃给药可对抗冰醋酸诱导的小鼠扭体次数增加。Wu等[52]发现花椒挥发油与维拉帕米合用后，表现出明显的镇痛作用，且能协同维拉帕米抑制蟾蜍坐骨神经神经动作电位的传导。花椒挥发油临床上常用于治疗溃疡性结肠炎、腰部扭伤或风湿性关节炎疼痛[53-55]。花椒总生物碱能剂量依赖性延长热痛反应中小鼠舐后足的时间，表现出显著的镇痛作用[56]。花椒中的茵芋碱也是其发挥镇痛作用的活性成分之一[57]。

炎症与神经根型颈椎病的疼痛密切相关，炎症的浸润过程中多种炎症因子如TNF-α、IL-1β、环氧化酶-2(COX-2)等大量释放。Zhang等[58]发现中药花椒的酰胺类成分能显著降低神经根型颈椎病大鼠血清中的TNF-α、IL-1β、COX-2 的水平，还能降低能显著降低大鼠疼痛行为和步态障碍的评分，提高痛阈，发挥镇痛作用。

2.4 麻醉作用

中药花椒水浸液能够降低对蟾蜍离体坐骨神经的兴奋性，还可逆性地阻断神经冲动的传导，这可能是花椒产生局麻作用的基础[59]。花椒挥发油被广泛用于拔牙中口腔黏膜麻醉[60]。Bryant等[61]从中药花椒中分离得到羟基-α-山椒素，将其涂抹于舌面30 s后即有麻刺感，可持续10～20 min，表明花椒酰胺类成分具有较强局部麻醉作用。羟基-β-山椒素、羟基-α-山椒素和羟基-γ-山椒素对表面麻醉和浸润麻醉也均有作用，其中羟基-α-山椒素的作用最强。在表面麻醉中，以上三种花椒酰胺类成分的ED50值较利多卡因低，较地布卡因和丁卡因高。在局部麻醉中，羟基-α-山椒素的ED50值高于丁卡因和利多卡因，与普鲁卡因接近[62]，这种强度可用于较小的外科手术麻醉[63]。早期临床上消化道纤维内窥镜检查前服用花椒浸液能抑制胃肠运动，具较强麻醉作用，对粘膜麻醉效力仅次于地卡因[64]。

2.5 神经保护及其他作用

神经生长因子(NGF)是具有神经元营养和神经系统损伤修复的神经细胞生长调节因子。Tian等[23]研究发现花椒中酰胺类物质能够增强NGF介导的大鼠嗜铬细胞瘤PC12细胞中的神经轴突生长，增强NGF的神经营养活性。铁死亡是一种独特的程序性细胞死亡方式，特点为细胞内过量的铁离子、脂质过氧化物及相关代谢产物的蓄积，并可出现质膜多元不饱和脂肪酸的过氧化反应。Zhang等[65]研究中药花椒中的7种异丁基酰胺化合物对细胞铁死亡的作用，其中四氢花椒素(tetrahydrobungeanool)可逆转HT22 海马神经元细胞数目减少，改善细胞皱缩和胞质凝聚，剂量依赖性逆转铁诱导细胞死亡激活剂(erastin)导致的细胞程序性死亡。

3 中药花椒抗神经精神疾病相关作用靶点

花椒麻素是在花椒中提取的长链不饱和酰胺类物质，作为最主要的呈麻味物质，羟基-α-山椒素、羟基-β-山椒素、羟基-γ-山椒素等与多种神经精神系统疾病的药物靶点(如：大麻素受体 CBR、香草酸受体 TRPV1)的亲和力极强，可激活或阻断多种离子通道，在改善学习记忆、镇痛、麻醉等多方面表现出显著的活性[66]。

3.1 大麻素受体

大麻素受体(canna-binoid receptor，CBR)主要包括CB1R和CB2R两个亚型。CB2激动剂对AD小鼠的病理学改变和行为缺陷表现出显著的改善作用[67]。CB2R分布于小胶质细胞膜表面，在AD、亨廷顿舞蹈病、猿猴免疫缺陷病毒诱发的脑炎等疾病中上调[68,69]。Aβ作用于体外培养的大鼠皮层后，CB2R选择性激动剂可阻断小胶质细胞介导的神经毒性。CB2受体的激活可减弱与AD相关的早期促炎性小胶质细胞M1型转化信号通路的激活，发挥着神经保护作用[70]。Dossou等[71]发现中药花椒分离得到的γ-山椒素对CB2R有64%的激动活性，对CB1R显示出显著的拮抗作用，提示γ-山椒素可能通过激动CB2R使神经小胶质细胞表型发生变化，从而减少小胶质细胞介导的神经炎症。

3.2 瞬时受体电位香草酸受体

瞬时受体电位香草酸受体1(transient receptor potentia1 vanilloid 1，TRPV1)，又称辣椒素受体，在小胶质细胞和星形胶质细胞中功能性表达。TRPV1介导星形胶质细胞上内源性睫状神经营养因子(CNTF)的产生阻止多巴胺神经元的活性变性，从而作用于帕金森病大鼠模型中的黑色多巴胺神经元上的CNTF受体α(CNTFRα)，导致其运动行为恢复[72]。TRPV1通过抑制氧化应激并减少大鼠大脑中ROS的激活，在血管性痴呆和亨廷顿舞蹈病中也表现出保护作用[73]。Koo等[74]研究花椒中酰胺类成分HAS对异源表达的17个瞬时受体电位(transient receptor potential，TRP)离子通道的活化作用，结果显示HAS仅对TRPV1和TRPA1转染的HEK293细胞具有受体激动活性，诱导产生内向电流及Ca2+内流，促进神经递质释放，但HAS的活化性能比辣椒素和异硫氰酸烯丙酯低。

3.3 α7烟碱型乙酰胆碱受体

α7烟碱型乙酰胆碱受体(α7 nicotinic acetylcholine receptor，α7 nAChR)广泛分布于中枢神经系统中，是大脑中表达最丰富的烟碱样受体亚型之一。α7 nAChR在神经元中表达，并参与神经保护和认知改善。此外，神经胶质细胞中也有表达，能够通过胆碱能抗炎途径减弱AD的炎症反应[75]。花椒中酰胺类物质gx-50是α7 nAChR的配体，并表现出高亲和力，通过上调α7 nAChR的表达，进而上调JAK2/STAT3和PI3K/AKT信号通路，从而抑制Aβ诱导的小胶质细胞中促炎性细胞因子(如IL-1β)的分泌[76]。

3.4 双孔K+通道

双孔K+通道是一大类编码细胞膜背景钾电流的新型钾通道亚型超家族，是调节神经元兴奋性的重要靶点。HAS通过抑制对pH和麻醉剂敏感的KCNK3、KCNK9和KCNK18(也分别称为TASK-1、TASK-3和TRESK)等一部分双孔K+通道发挥局麻作用[77]，其中对KCNK3和KCNK18观察到最大的麻醉效价，而对KCNK9效价较前两者低。HAS通过阻断外向K+电流使体感神经元去极化，从而引发刺激产生麻刺感[78]。

3.5 电压门控Na+通道

HAS被认为是中药花椒镇痛的主要活性成分，其靶向Aδ机械痛觉感受器上的电压门控钠通道(Nav)抑制其兴奋性，从而产生镇痛作用。HAS能够抑制Aδ机械痛觉感受器介导的急性疼痛和炎性反应疼痛；选择性的降低机械敏感性，但对热敏感性却没有影响[79,80]。HAS抑制Aδ机械感受器的机制可能是通过阻止体感神经元子集中的电压门控钠电流来阻止动作电位的发射，这些电流表达了电压门控Na+通道的独特组合。HAS降低了电压门控型钠离子通道Nav1.7和Nav1.8电流的幅度，但仅在Nav1.7的稳态灭活曲线中引起了超极化偏移，表明HAS对异源表达的Nav1.7抑制作用最强[81]。

4 结语

花椒作为一种较高价值的植物资源，在食品领域应用广泛，其药用价值还有待深入开发。中药花椒可增强胆碱能系统活性、减少Aβ淀粉样蛋白的沉积、提高机体抗氧化能力和清除自由基能力、抑制脑内的单胺氧化酶等，这些药理活性均预示花椒在治疗神经精神系统疾病如老年痴呆、抑郁症等方面有着光明的前景。对花椒神经保护作用机制的深入研究，可为相关药物的开发提供新的思路和靶点。中药花椒尤其是其酰胺类成分表现出的广泛神经系统药理活性得到关注，但是其与相关受体下游通路或者相关受体之间是否存在联系，以及其构效关系尚不清楚；还没有相关药物和功能性产品上市。因此，深入揭示中药花椒的药效物质基础及作用靶点，对于中药花椒的药物研发具有重要意义。