北沙参化学成分及药理作用的研究进展

任搏文，蔡幸婷，李达谅

（福建师范大学生命科学学院，福建 福州 350117）

1 北沙参简介

北沙参（Glehnia littoralis F.Schmidt ex Miq.）又被称作莱阳参、海沙参、银沙参、辽沙参、北条参等，为伞形科植物珊瑚菜的干燥根，主根圆柱形[1]，产于韩国、日本和美国西北部的沙滩上[2]以及我国的山东、河北、内蒙古等地[1]。

北沙参为多年生草本植物，全株有毛，主根和侧根有明显区分，主根呈圆柱形，细长，易折断，直径约0.2～1.5 cm，肉质致密，外皮黄白色较为粗糙，须根细小，鲜见侧生根。基生叶呈卵形或宽三角状卵形，3出式羽状分裂或2～3回羽状深裂，边缘具小牙齿或者分裂，质厚[1]；复伞形花序顶生，密被灰褐色绒毛，无总苞片，花瓣呈白色，小伞形花序有花15～20朵，花萼5齿裂，萼齿小，花柱长约1.5～2 mm，花期为6～7月。北沙参是深根作物，种植深度必须达到70 cm以上，播种方式分为冬播和春播两种。

北沙参也是我国传统中医的主要草药之一，在韩国、日本也都被广泛用于发汗，解热，消炎和镇痛[3]。北沙参根和根状茎干是中药中的补药，也用来消炎和治疗呼吸道、胃肠道疾病[4]，因其具有清热解毒、消炎止渴、祛痰止咳等功效一直被广泛使用，在民间膳食中也用于煲汤煮粥等。目前，对北沙参的生物活性、化学组成、药理作用已经进行了大量的研究，已从北沙参中提取出来上百种化合物，其中包括苯丙素、酚酸、聚乙炔、木脂素、黄酮类化合物、腺苷和单萜等多种化合物[5,6]，在北沙参的提取物中发现北沙参的药理作用主要有抗氧化作用[6,7,8]、抗肿瘤[9,10,24]、抑制脂肪[11]、抗炎[12]、抗菌[13]、神经保护[7,46]以及一些免疫调节作用。

2 北沙参的化学成分

北沙参属于伞形科植物，多年生草本，主要以根入药，具有抗炎[12]、抗菌[13]、抗肿瘤[9,10,19]等作用，已从北沙参中分离出上百种化合物，其中包括苯丙素类化合物、咔啉生物碱、酚酸、脂肪酸、单萜类、芳香族化合物苷、烷基苷和腺苷、葡萄糖、聚乙炔、木脂素、香豆素、黄酮类化合物等各类化合物[5,6,14]。

2.1 苯丙素类化合物

苯丙素类化合物（Phenylpropanoids）包括香豆素、木质素、简单苯丙素等，广泛存在于多种植物当中。香豆素被证实具有抗菌[13]、抗肿瘤[10]、抗氧化作用，是北沙参的主要次级代谢产物，具有免疫调节、抗菌、抗炎、抗氧化等多种药理作用[6,12,15]。

北沙参中苯丙素类化合物主要包括[5,6,16,19,24]：(1)Phenyllactic acid；(2)(S)-Phenyllactic acid methyl ester；(3)Scopoletin；(4)Glehlinosides A；(5)Glehlinosides B；(6)Glehlinosides E；(7)Glehlinosides F；(8)(-)-Secoisolariciresinol 4-O-β-D-glucopyranoside；(9)Glehlinosides C；(10)Glehlinosides D；(11)Citrusin A；(12)Glehlinoside G；(13)Glehlinoside H；(14)Glehlinoside I；(15)Glehlinoside J；(16)Chlrogenic Acid-绿原酸；(17)Caffeic Acid-咖啡酸；(18)Ferulic Acid-阿魏酸；(19)Xanthotoxol-花椒毒醇；(20)Psoralen-补骨脂素；(21)Isoimperatorin-异欧前胡素；(22)佛手柑内酯；(23)Isopimpinellin-异茴芹内酯；(24)Imperatorin-欧前胡素；(25)Xanthotoxin-花椒毒素；(26)(+)-Cis-(3’S,4’S)-diisobutyrylkhellactone；(27)Umbelliferone。结构式见图1。

2.2 酚酸

酚酸（Phenolic acids）是一类含有酚环的有机酸，为芳香类次生代谢产物，含有多个酚羟基。北沙参中酚酸类化合物主要包括[5,17]：(1)Catechol；(2)Salicylic acid；(3)4-Hydroxyphenethyl Alcohol；(4)Vanillic acid 1-O-[β-D-apiofuranosyl-(1’6)-β-D-glucopyranoside] ester；(5)Dibutyl Phthalate。结构式见图2。

图2 北沙参酚酸类化合物结构式

2.3 聚乙炔类化合物

聚乙炔类化合物（Polyacetylenes），是一种脂溶性化合物，北沙参中的聚乙炔成分已被证实具有抗肿瘤细胞增殖[18]、抗菌和抗真菌[13]、抗氧化[19]作用，北沙参中聚乙炔类化合物主要有[5,19]：(1)Falcarinol；(2)Falcarindiol；(3)1,8-heptadecadiene-4,6-diyne-3,10-diol；(4)Ginsenoyne K，(5)1,9-heptadecadiene-4,6-diyne-3,8,11-diol；(6)1,10-heptadecadiene-4,6-diyne-3,8,9-diol。结构式如图3所示。

图3 北沙参聚乙炔类化合物结构式

2.4 脂肪酸

脂肪酸（Fatty acid），北沙参中脂肪酸主要有[5]：(1)9-hydroxystearic acid--9。结构式如图4所示。

图4 北沙参脂肪酸结构式

2.5 黄酮类化合物

黄酮类化合物（Flavonoids），泛指通过三个碳原子连接两个苯环而成的一系列化合物，以C6-C3-C6为基本碳架的一系列化合物。北沙参中黄酮类化合物主要有[6]：(1)Quercetin-槲皮苷；(2)Isoquercitrin-异槲皮素；(3)Rutin-芦丁。结构式如图5所示。

图5 北沙参黄酮类化合物结构式

2.6 苷类化合物

北沙参中苷类化合物主要有[6,19]：(1)Uridine-尿苷；(2)Adenosine-腺苷；(3)Marmesinin-印度榅桲甙。结构式如图6所示。

图6 北沙参苷类化合物结构式

2.7 单萜类和单萜类苷

北沙参中主要的单萜类和单萜类苷有[16]：(1)3,7-Dimethyloct-3(10)-ene-1,2,6,7-tetrol；(2)(2S,6ξ)-3,7-dimethyloct-3(10)-ene-1,2,6,7-tetrol1-O-β-D-glucopyranoside；(3)Trans-p-Menth-2-ene-1α,7,8-triol；(4)Cis-p-Menth-2-ene-1α,7,8-triol；(5)Trans-p-Menth-2-ene-1α,2β,8-triol；(6)(4R)-pmenth-1-ene-7,8-diol 8-O-β-D-glucopyranoside；(7)Corchoionoside A（7）。结构式如图7所示。

图7 北沙参单萜类和单萜类苷化合物结构式

2.8 芳香族化合物

芳香族化合物一类具有芳环结构的化合物，北沙参中主要的芳香族化合物苷有[16]：(1)6-Carboxyethyl-7-methoxy-5-hydroxybenzofuran 5-O-β-DGlucopyranoside；(2)Umbelliferone 7-O-β-Dglucopyranoside；(3)Osthenol 7-O-β-Dgentiobioside；(4)Marmesinin；(5)(3’R)-hydroxymarmesin 4’-O-β-D-glucopyranoside；(6)Oxymarmesin 5’-O-β-D-glucopyranoside；(7)Xanthotoxol 8-O-β-D-glucopyranoside；(8)Benzyl β-D-glu-copyranoside；(9)Icariside F2；(10)Phenethyl β-D-glucopyranoside；(11)Junipediol A 2’-O-β-D-glucopyranoside。结构式如图8所示。

图8 北沙参芳香族类化合物结构式

2.9 烷基苷

烷基苷类化合物常被用作天然表面活性剂，北沙参中主要的烷基苷有[16]：(1)Ethyl β-Dglucopyranoside；(2)Isopropyl β-D-glucopyranoside；(3)Isopropyl β-D-apiofranosyl-(1-6)-β-Dglucopyranoside；(4)Isobutyl β-D-Glucopyranoside；(5)Butane-2,3-diol 2-O-β-D-glucopyranoside；(6)2-methyl-3-buten-2-ol β-D-glucopyranoside。结构式如图9所示。

图9 北沙参烷基苷类化合物结构式

2.10 五碳糖

五碳糖是自然界分布广泛的一类含有五个碳原子的单糖，在生物体内具有重要作用，北沙参也富含五碳糖[16]：(1)D-threitol；(2)Erythritol；(3)1-Deoxy-D-lyxitol；(4)2-deoxy-D-ribitol；(5)(3R)-2-hydroxymethylbutane-1,2,3,4-tetrol。结构式如图10所示。

图10 北沙参五碳糖类化合物结构式

2.11 其他化合物

北沙参中其他化合物还有[6,19]：(1)4-hydroxy-3-methoxycinnamic acid 4-O-β-D-glucopyranoside；(2)Bergaptol-O-β-D-glucopyranoside；(3)3-methoxy-4-β-D-glucopyranosyloxypropiophenone；(4)Vanillic Acid-香草酸；(5)Sitosterol-β-谷甾醇；(6)sucrose；(7)1-O-vanilloylβ-D-glucose；(8)4-O-β-D-glucopyranosyl vanillic acid；(9)4-[β-D-apiofuranosyl-(1→6)-β-Dglucopyranosyloxy]-3-methoxypropiophenone；(10)3’-senecioyl-4’-acetylkhellactone (samidin)；(11)3’-isovaleryl-4’-acetylkhellactone (dihydrosamidin)；(12)3’,4’-disenecioylkhellactone；(13)3’-isovaleryl-4’-sene-cioylkhellactone；(14)3’,4’-diisovalerylkhellactone。结构式如图11所示。

图11 北沙参其他类化合物结构式

3 生物活性

北沙参属于伞形科植物，为多年生草本，味甘、微苦，微寒。养阴清肺，益胃生津[1]，一直被用作消炎、清热解毒、祛痰止咳的中草药。现大量研究表明其具有抗炎[12]，抗菌，抗肿瘤[9,19]，抗氧化等生物活性作用。

3.1 抗氧化作用

氧化作用在生物体内广泛存在，在炎症、信号转导、细胞代谢中发挥着重要的作用，而过度的氧化反应会导致各种严重疾病，北沙参提取物已经被证明具有明显的抗氧化作用。

T.B.Ng 等人[8]通过研究小鼠脑匀浆脂质的氧化作用，北沙参有机溶剂提取物处理结果显示提取物在浓度为100、500 μg/mL时对脑匀浆脂质过氧化的抑制率达到90%、93%。

Yuan 等人通过1,1 -二苯基-2-苦基肼基自由基清除试验，发现槲皮素、异槲皮素、芦丁、绿原酸和咖啡酸是北沙参的主要抗氧化成分[6]。检测方法参考Hatano等(1989)的方法[20]，结果发现槲皮素、异槲皮素、芦丁、绿原酸表现出与强抗氧化抗坏血酸相当的强活性(EC50,9.1 mmol/L)[6]。

3.2 抗肿瘤作用

天然植物是抗肿瘤、抗癌的物质来源[21]。天然多糖可以诱导细胞凋亡或触发免疫增强，因此可以用来抑制肿瘤细胞的增殖[9]。已有研究证明北沙参提取物对肺癌、结肠癌、HT1080人纤维肉瘤和U937人白血病细胞系具有一定治疗或预防作用。

3.2.1 抗肺癌作用

Wu 等人发现北沙参多糖（PGL）通过抑制A549细胞的迁移、增殖和诱导细胞凋亡来发挥抗癌作用。通过MTT、Transwell Boyden细胞迁移实验：用不同浓度PGL处理A549细胞，结果显示PGL在380 μg/mL时对细胞增殖抑制作用达到最高且强于DDP（顺氯氨铂-癌症治疗常用化合物）组，抑制率达49.8%。PGL可显著降低人肺癌细胞A549细胞的增殖，用浓度为40、160、380 μg/mL的北沙参水提物（GLE）处理细胞，结果显示A549细胞迁移数分别为137.8±8.2、109.4±3.1、76.2±4.2，低于DDP组157.0±2.8在380 μg/mL达到峰值。流式细胞术检测和Hoechst 3342染色等试验证明PGL能促进人肺癌细胞A549细胞的凋亡，并诱导A549细胞周期阻滞。他们通过DAPI染色并进行免疫荧光分析发现PGL调控细胞凋亡和细胞周期的机制是通过下调细胞增殖抗原（PCNA）的表达来影响A549细胞凋亡发生，且以上实验结果都呈浓度依赖[9]。

3.2.2 抗结肠癌

结肠癌常与高脂低纤维饮食有关。Young[22]等人用北沙参提取物和HT-29人结肠癌细胞作为研究对象，在RNA、DNA水平进行了验证，发现北沙参提取物能抑制HT-29细胞的增殖并呈浓度依赖。用北沙参不同溶剂提取物处理HT-29细胞然后用MTT法进行分析发现各溶剂提取物都能不同程度的抑制HT-29细胞的增殖且呈浓度依赖，甲醇提取物和CH2Cl2提取物在50 μg/mL时达到峰值，抑制率分别为63%和86%。进一步确定其影响增殖的机制，用DNA结合荧光染料DAPI荧光分析，发现北沙参处理过后ht-29细胞出现细胞凋亡的形态学特征，证明北沙参对细胞凋亡小体的缩合和形成有较好的诱导作用。在RNA水平进行验证，RNA提取和逆转录聚合酶链反应（RT-PCR）验证ht-29细胞Bcl-2基因和iNOS、COX-2的mRNA表达水平，发现北沙参能抑制ht-29细胞抗凋亡Bcl-2 mRNA、iNOS mRNA、COX-2 mRNA的表达。

3.2.3 抗乳腺癌De la 等人通过用北沙参水提物处理人乳腺癌细胞MCF-7研究其细胞周期比例变化及控制细胞周期相关蛋白和基因表达来说明北沙参抗肿瘤作用的机制。结果显示，处理后的MCF-7细胞的细胞周期中的G0/G1期的占比由63.89%（0 μg/mL）增加到72.24%（400 μg/mL），同时降低了S期和G2/M期的占比。为进一步说明抑制增殖的机制，研究者对细胞周期调控蛋白（p21、p27）和基因表达（CDK4、Cyclin D1）进行研究发现，肿瘤促进基因CDK4、Cyclin D1呈浓度依赖性减少，而肿瘤抑制因子p21、p27呈浓度依赖的增加。p21、p27属于Cip/Kip家族（是CDK的抑制剂）能与CDK或CDK/Cyclin复合物结合，最终阻滞细胞周期。De la等人证明了北沙参水提物通过阻滞细胞周期，抑制肿瘤增殖而具有抗癌活性。

以上的研究者Kong等人[10]、Wu等人[9]、Young等人[24]、De la等人[23]都在不同实验中证明北沙参提取物能抑制各种癌细胞的增殖，且都证明北沙参的抑制增殖作用都是通过促进癌细胞凋亡达到。Kong、Young等人通过检测细胞抗凋亡基因Bcl-2的表达以及iNOS mRNA、COX-2 mRNA的表达证明北沙参提取物的生物活性，De la等人通过细胞周期调节因子的表达证明抑制肿瘤细胞增殖的原因。Bcl-2家族是细胞内凋亡抑制因子，是细胞凋亡调控因子中最具代表性的因子[24,25]，iNOS和COX-2是一种促炎酶，与多种慢性疾病和癌症的病理生理学密切相关[26,27]。这些可能是北沙参具有抗肿瘤作用的主要原因之一。

Kong 等人还发现北沙参提取物能抑制HT1080细胞中MMP蛋白的表达，MMPs（基质金属蛋白酶-需要金属离子作为辅助因子）能降解细胞外基质的大部分蛋白，破坏肿瘤细胞侵袭的组织学屏障，在肿瘤转移中有重要作用，而其中MMP-2和MMP-9尤为重要[28]。这也可能是北沙参抗肿瘤的重要原因，通过抑制癌细胞的迁移来抑制癌细胞的发展，可为肿瘤治疗提供新的靶点。

3.3 抑制脂肪生成

Hong 等人通过研究北沙参水提物（GLE）对3T3-L1细胞内脂质含量的影响和高脂饮食(High-fad diet)诱导的肥胖小鼠脂肪细胞分化的机制来研究GLE对脂肪的抑制作用[11]。用GLE处理3T3-L1细胞，然后通过油红O染色实验发现GLE能有效降低3T3-L1细胞内脂质含量且与GLE浓度成正相关。用GLE喂养小鼠通过mRNA、蛋白质提取、WB等实验发现GLE处理可显著降低小鼠成脂标记物P e r o x i s o m e proliferator-activated receptorγ（PPARγ）、CCAAT/enhancer-binding protein（C/EBPα）、Sterol regulatory elemental binding protein-1c（SREBP-1c）和脂质代谢基因Adipose fatty acid binding protein（aP2）、leptin and FAS的表达。GLE通过在mRNA和蛋白水平上抑制关键转录因子和基因的表达降低3T3-L1脂肪细胞和诱导型肥胖小鼠的脂肪积累。

3.4 抗炎作用

炎症是一直以来影响人身体健康的一种常见的疾病，炎症的产生与各种炎症细胞和促炎因子白细胞介素(IL)-1β、肿瘤坏死因子(TNF)-α、白三烯、前列腺素等以及炎症介质的释放有关[29,30]。欧前胡素是北沙参中主要的香豆素，也已被证明具有减轻炎症的作用[31]，且与NO有关。NO可以作为炎症产生的敏感标记物[32]，促炎因子能增加诱一氧化氮合酶(nitric oxide synthase,iNOS) mRNA的表达，诱导iNOS蛋白合成NO[33]。

Taesook 等人[34]证明北沙参二氯甲烷组分可以抑制NF-κB和丝裂原活化蛋白激酶依赖途径，抑制iNOS和COX-2的mRNA和蛋白表达，从而抑制NO、白三烯、白细胞介素的生成。

Takuya 等人[35]发现北沙参中的有效成分能抑制NO的产生，Taesook等人证明了北沙参能抑制促炎因子的释放[12,13]。Taesook等人[12]在小鼠体内进行了3次体内实验来研究北沙参70%乙醇提取物的抗炎作用[36]，三次结果分别显示：⑴70%乙醇提取物可显著降低IL-1β和TNF-α细胞因子水平，且能改善TPA引起的一些组织病理学指标；⑵70%乙醇提取物能显著抑制MPO的活性，证明70%乙醇提取物可抑制因TPA而导致的持续性炎症。⑶70%乙醇提取物能抑制因醋酸诱导而产生的血管通透性的增加。

Huang 等人[33]通过细菌脂多糖刺激RAW264.7细胞产生炎症，用北沙参中的主要香豆素-欧前胡素处理细胞并监测促炎因子TNF-α、PGE2的含量变化，结果显示欧前胡素能浓度依赖地抑制刺激后的RAW264.7细胞产生TNF-α（IC50值约为5.32±0.12 μg/mL）、PGE2（IC50值为9.46±0.37 μg/mL）。同时在10 μg/mL的浓度下，欧前胡素能显著抑制iNOS和COX-2蛋白的产生（抑制率分别为69.2%和66.7%）从而抑制了NO的生成。为进一步阐述欧前胡素的抗炎作用，研究者用carr诱导的水肿小鼠模型再次用欧前胡素处理，从而检测TNF-α、PGE2、iNOS和COX-2的含量变化，结果显示欧前胡素能很好地抑制细胞炎症因子的产生。

Lee 等人[37]从北沙参中分离出6种呋喃香豆素，同样用脂多糖刺激RAW264.7细胞，监测NO的抑制作用来证明北沙参的抗炎作用，结果显示6种呋喃香豆素对NO的产生都具有一定的抑制作用，因此推测在C-3’和C-4’位置具有酯基的角型二氢吡喃香豆素可能都具有抗炎作用。

3.5 神经保护作用

短暂性全脑缺血(Transient global cerebral ischemia，TGCI)是由暂时性脑血供不足引发，可使特定脑区特别是海马体神经元死亡[38]。海马体中的角铵1区(CA1)是TGCI最脆弱的区域之一，TGCI能使缺血的角铵1区中的小胶质细胞、星形胶质细胞等胶质细胞活化[39]，而这些胶质细胞的活化会加重缺血性神经元损伤或死亡的发展。所以对胶质细胞的抑制能对缺血导致的神经元损伤起保护作用。

Joon 等人[7]发现200 mg/kg GLE预处理能有效地保护CA1锥体神经元的缺血损伤，可显著抑制缺血导致的CA1胶质细胞的激活。同时能显著提高缺血损伤的CA1锥体神经元BDNF（中枢神经系统中具有代表性的神经营养因子，在脑缺血损伤后的神经元存活中起着重要作用[40]）的免疫反应性。

脑缺血损伤还会导致ROS过度生成最终引起氧化应激[41]，内源性抗氧化酶可以抑制ROS的过度形成[42]。Joon等人[7]发现 GLE处理能使SOD1（内源性抗氧化酶中最重要的酶之一）的表达达到134%，证明GLE处理可促进SOD1和BDNF的表达以及抑制胶质细胞激活。这可能就是其保护神经元免受缺血损伤的原因。

在不同的实验中研究GLE处理对小鼠神经细胞的增殖、神经元的分化以及神经元向神经祖细胞成熟的影响[43]，结果显示200 mg/kg GLE处理能显著提高海马体内神经细胞的增殖、神经母细胞的分化、以及NeuN+神经元的成熟。研究者们还发现：GLE处理能显著提高神经营养因子BDNF和TrkB的蛋白表达，表达量能达到未处理实验组的2.3～2.4倍。这可能是GLE有神经保护作用的原因。

3.6 抗菌、抗真菌作用

Mastuura.H 等人[13]从北沙参中分离出6种化合物，并研究其抑菌活性，结果显示Falcarindiol对大肠杆菌DC2、对甲氧西林敏感的金黄色葡萄球菌K147、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌都有抑制作用，最低抑菌浓度（MIC）分别为2.5、12.5、25、12.5 μg/mL。

4 总结

北沙参作为我国著名中草药，长久以来被用作消炎、清热解毒等中药药方。北沙参中富含多种化学成分，具有多种生物活性，大量研究显示其具有显著的抗肿瘤、抗氧化、抗炎、免疫调节等生物活性，其显著的抗炎、抗肿瘤作用也为肿瘤治疗提供新的理论方法和治疗思路。但是，北沙参化学成分中单一组分物质的分离、活性研究以及各组分之间的关系，药理活性的作用机制、作用靶点等都还需做进一步研究，同时，北沙参作为濒危中草药其种植技术和真伪辨别等方面还很薄弱，亟待加强。希望能为北沙参的进一步挖掘使用和中医发展提供更多的理论依据，使中草药治理更好地为人类健康事业服务。