青海省天然草地害草铁棒锤的开发前景

马 敏 何旭光 王 敏 刘 鑫 叶 菊*

1.青海民族大学药学院，青海 西宁 810008；2.青藏高原植物资源化学研究重点实验室，青海 西宁 810008

青海省天然的草地害草主要来源于11科15属34种的有毒植物，其中，以龙胆科龙胆属(35种)、豆科棘豆属(17种)、杜鹃花科杜鹃属(12种)、罂粟科紫堇属(11种)、毛茛科毛茛属(10种)和荨麻科荨麻属(10种)植物数量大、分布广[1]。然而，害草作为人工草地退化的重要指标，在三江源区改建“黑土型”退化草地的人工植被已表现存在草地退化的问题，研究[2]表明该区域生长的铁棒锤、马先蒿和黄帚橐吾是引发三江源区人工草地退化的3种主要危害性植物。因此，铁棒锤作为家畜不食或不愿采食以及采食以后对家畜造成损害的植物被草地经营者视为毒杂草加以去除，使得野生铁棒锤资源减少。另一方面，民族医药典籍均记载铁棒锤的根可用于风湿性关节炎、关节痛、跌打损伤的治疗，民间习用野生草药外敷治疗腰腿痛、关节痛、头痛和牙痛，进而延伸出市售的藏药铁棒锤止疼膏。在我国，铁棒锤亦是一种具有明确药用价值的常用药材，在宁夏伏毛铁棒锤(AconitumflavumHand.-Mazz)已成为当地重要的大宗药材，由于其被列为国家管控药材和国家对中藏药材资源的保护促使其价格逐年走高，导致野生铁棒锤资源枯竭。然而，作为藏医、蒙医、回医和羌医等少数民族地区就地取材、自采自用的有毒药材，加之乌头属植物形态变异极为复杂是分类较为困难的植物类群，目前铁棒锤的基源植物已多达11种，市场存在同名异物、同物异名和混伪品充斥的现象，对铁棒锤的用药安全性和有效性均产生极大隐患。

《中国人民共和国卫生部药品标准·藏药》(第一册)规定藏药榜那，汉语药物名称为铁棒锤，基原药材为毛茛科植物铁棒锤(AconitumpendulumBusch)和伏毛铁棒锤(AconitumflavumHand.-Mazz)的干燥块根。在文献调研中，自1980年起就已发表了78篇关于宁夏的伏毛铁棒锤化学成分、药理活性、杀虫活性方面均有相关的科学研究和专利文献报道，而截止2020年仅有1篇关于青海的铁棒锤化学成分的研究报道。因此，本文旨在对铁棒锤基源鉴定、化学成分、药理活性和杀虫活性以及存在问题等方面进行文献调研，以期挖掘青海铁棒锤(AconitumpendulumBusch)的药用价值和生态价值，为平衡青海省害草资源的经济效益与生态效益提供一条科学途径。

1 植物背景

毛茛科(Ranunculaceae)乌头属(AconitumGenus)植物在全世界约350种，主要分布于亚洲，其次为欧洲和北美洲。在我国该属约167种，以云南北部、四川西部和西藏东部的高山地带为其主要的分布区域[3]。乌头属植物的药用历史始载于《神农本草经》，列为治疗疾病并且有毒的下品[4]，现有约40余种该属植物列入常用药材，现来源于该属植物分离得到的化合物高乌甲素、草乌甲素等已作为药品应用于临床，但其对神经系统和循环系统会产生毒性[5]。

青海省内分布的铁棒锤(AconitumpendulumBusch)，民族药名为榜那、曼钦、榜阿那保(藏族)；哈日泵阿(蒙古族)[6-7],其植物标本如图1所示。《中国藏药》记录其块根可用于防疫、虫病、黄水病、麻风和癫狂等症。《藏本草》记录其根和幼苗可用于风湿性关节炎、关节痛、跌打损伤、流行性感冒、瘟病时疫和毒热肿毒[8]。药理研究表明，该植物在抗癌[9]、镇痛[8]、抗炎[8]和局部麻醉[8]具有显著活性。《中华本草》记载铁棒锤的药用部位包括幼苗和块根，其幼苗具有解毒、消肿止痛的功效；块根具有祛风止痛、散瘀止血和消肿拔毒的功效。《回药本草》记载回医以当地的道地药材伏毛铁棒锤的块根为惯用药材使用[10]。蒙医药用乌头属植物约13种，将它们的干燥块根统称为泵阿(草乌)，除北乌头外，开紫蓝色花，具有块根者均视为草乌入药[6]。羌医常用铁棒锤根用于跌打损伤和风湿疼痛等疾病的治疗[11]。《中华人民共和国卫生部药品标准·藏药》(第1册)中收载的成药方剂中，有31个处方中都使用铁棒锤[9]，该植物是藏医药记载的15种乌头属植物中使用最广泛的药材[12]，藏医使用前采用水浸泡3～4 d 后，煎煮4～6 h 后切片、烘干，用于治疗踝关节疼痛、关节炎、跌打损伤、流行性感冒、疖痈和肿瘤的治疗[12]。

图1 青海省铁棒锤植物标本(图片来源：中国植物志)

2 化学成分的研究

2.1 生物碱类成分 二萜生物碱(diterpenoid alkaloids, DAs)成分是乌头属植物的主要活性成分并且大部分具有毒性。至今，从该属得到的二萜生物碱数量已超过1500个化合物，根据母核其类型分为C18、C19、C20-二萜生物碱和双二萜生物碱(如图2所示)。由于二萜类生物碱骨架结构类型复杂多样，取代基团和手性中心较多，其合成路线错综复杂具有较大挑战性，从天然来源挖掘潜在具有活性的二萜生物碱成分成为乌头属植物的研究热点。

图2 铁棒锤(Aconitum pendulum)中分离得到的二萜生物碱类化学成分图

Wang Y J等[13-14]从铁棒锤的根部95%乙醇提取物中分离得到N-去乙基-3-乙酰乌头碱N-deethyl-3-acetylaconitine(1), N-去乙基-去氧乌头碱N-deethyldeoxyaconitine(2)和secoaconitine(3) 3个C19降二萜生物碱类化合物以及乌头碱aconitine(4)、去氧乌头碱deoxyaconitine(5)、3-乙酰乌头碱3-acetylaconitine(6)、尼奥灵neoline(7)、15α-OH-neoline(8)、苯甲酰乌头原碱benzoylconitine(9)、polyschistine A(10)、多裂乌头碱polyschistine D(11)、苯甲酰去氧乌头碱benzoyldeoxyaconitine(12)和乌头原碱aconine(13)。Zhang S M等[15]从铁棒锤根中分离得到2-hydroxydeoxyaconitine(14)、 12-epiacetyldehydrolucidusculline(15)、12-epiacetyldehydronapelline(16)、12-epidehydronapelline(17)。Wang J L等[16]从铁棒锤(A.pendulum)根中分离得到12-epi-aconicarmichinium A(18)、songorine(19)、napelline(20)、ducloudine C(21)、napelline(22)、magnoflorine(23)、8-acetyl-15-hydroxyneoline(24)、14-benzoyl-8-O-methylaconine(25)、次乌头碱hypaconitine(26)和雪乌碱penduline(27)。刘永玲等[17]采用高速逆流色谱技术首次从铁棒锤根的提取物中分离得到一种咪唑类生物碱1H-imidazole-2-carboxylic acid butyl ester(30)。

Chen L L等[18]采用UHPLC-Q-TOF/MS技术对乌头属铁棒锤(AconitumpendulumBusch)、乌头(AconitumcarmichaeliDebeaux)、显柱乌头(AconitumstylosumStapf)、高乌头(AconitumsinomontanumNakai)、黄草乌(Aconitumvilmorinianum)、甘青乌头(AconitumtanguticumKom.)和露蕊乌头(AconitumgymnandrumMaxim.) 7种植物的各部位进行了化学成分的研究，结果共识别出126种生物碱成分。其中，铁棒锤总二萜生物碱中约84.6%的化合物类型为C-19DAs，如condelphine，14-acetyltalatisamine，talatisamine，talatizidine，isotalatizidine，14-acety-8-methyltalatisamine，chasmanine和nevadenine。以下11种生物碱成分karakolidine, isotalatizidine, karakomine, karakoline, talatizidine, 12-Epi-napelline, talatisamine, condolphine，atisine, 14-O-acetylsachaconitine和 14-acetyletalatisamine在研究的7种植物中普遍存在。在铁棒锤的根、茎、叶和花均检测到C-18DAs化合物sinomontanine D和化合物lannaconitine，并且该类代谢产物在铁棒锤的花中的含量较丰富，这一点值得研究人员关注。2-hydroxyaconitine、aconitine、aconitine和lucidusculine在铁棒锤中的含量比其他6种植物中的含量相对较高，以上化合物对植物生长扮演着重要作用，也为研究代谢途径的研究提供了重要参考。

2.2 挥发油成分 杨长花等[19]采用微波法与超声波法对铁棒锤中的挥发油成分进行提取时发现，以上2种方法提取和GC-MS计算检索所得的铁棒锤挥发油成分均有30余种，但化学成分组成上有差异，部分挥发油成分具有毒性。王凯等[20]采用水蒸气蒸馏和超声萃取—水蒸气蒸馏法从铁棒锤(中药名：铁牛七)中提取挥发油，采用GC-MS联用技术比较分析和鉴定其挥发油成分以有机酸和烷烃类化合物为主。铁棒锤中挥发油化学成分见表1。

表1 铁棒锤中挥发油化学成分[19-20]

表1(续)

3 药理研究

3.1 镇痛活性 关于乌头属二萜类生物碱化学成分与镇痛活性构效关系的研究表明，N原子C8位上的乙酰氧基或O-烷基化，C14上的苯酯基是镇痛活性的必需基团[20]。由于乌头二萜类成分既是Na+离子通道的激活剂也是Na+离子通道的抑制剂。当C-18DAs和C-19DAs存在1个酯基时可通过抑制Na+离子通道产生镇痛作用[21]。当C-18DAs和C-19DAs存在2个酯基时，由于Na+离子通道结合位点的亲和力将提高，则可通过激活电压依赖性Na+通道导致去极化从而抑制疼痛传导[22]。Angelica M[23-24]等通过OSAR分析方法针对基本骨架相似的12种乌头类生物碱进行了结构与镇痛活性之间的构效关系研究，结果表明芳酰基的取代位置在R14位时，该分子的镇痛活性是在R4位时的30倍。黄先菊等[25]在对铁棒锤(AconitumpendulumBusch)氯仿部位进行毒-效关系研究时，结果表明铁棒锤氯仿部位具有显著的镇痛活性，效果优于阿司匹林，对炎性疼痛的疗效强于中枢性疼痛。黄青等[10]以吲哚美辛为阳性对照对铁棒锤提取物各极性部位进行抗炎镇痛活性评价，结果表明其50%乙醇洗脱部位对小鼠痛阈值明显延长，醋酸扭体反应次数减少，并且该部位对角叉菜胶致小鼠足趾肿胀有抑制，提示其具有显著的镇痛抗炎活性。

3.2 抗肿瘤活性 生物碱可以直接通过调控细胞周期来控制癌细胞的增殖扩散即当细胞被阻滞在某阶段，细胞会对DNA损伤进行修复，如果是失败，则会发生细胞凋亡。目前，多数抗癌药物对肿瘤细胞的生长抑制主要作用于细胞周期的S期的DNA合成和G2/M期的细胞有丝分裂两个时相的调控，这两个时期对对于维护肿瘤细胞的恶性增殖尤为重要[26-27]。Fan Y等[26]研究同名异物植物铁棒锤(AconitumszechenyianumGay)中的生物碱类成分时，结果发现该类成分是一种强效的抗癌物质，其抗癌机理是铁棒锤生物碱可以上调p38的表达水平，激活p38MAPK信号通路，并因此上调TNF-R1和DR5的表达，激活caspase8，由死亡受体途径进入细胞凋亡，对Hela细胞和A549细胞具强效抑制增殖作用，另外，其还通过线粒体途径进入细胞凋亡来发挥抗肿瘤作用。

3.3 局部麻醉 刘力敏等[28]开展中国乌头之研究XIX-四川金沙江畔雪上一枝蒿生物碱类成分，结果表明该植物中主要生物碱为乌头碱且含量约为0.14%，其中，雪乌碱成分对动物具有镇痛局麻作用。唐希灿等[29-30]研究乌头碱分别用家兔角膜、小鼠坐骨神经、豚鼠皮内丘样进行活性测试时，结果表明铁棒锤中的乌头碱类成分镇痛局麻作用明显，虽然镇痛作用起效时间较长，但持续时间相对延长，且未见成瘾性。

3.4 抑菌活性 董开忠等[31]将铁棒锤水提物和醇提物对常见肠道致病菌体外抑制作用进行研究时，发现铁棒锤的超声水提物对金黄色葡萄球菌、大肠埃希菌和枯草芽孢杆菌的抑菌圈直径分别为(15±0.57)mm、(22±1.34)mm和(18±1.19)mm,阳性对照组的抑菌圈直径分别为(18±0.23)mm、(26±0.42)mm和(22±0.31)mm，其水提物的抑菌效果明显好于醇提物，再进一步对不同质量浓度铁棒锤水提物的7种肠道病原菌进行抑制作用测试，结果表明其水提物对宋内氏痢疾杆菌、伤寒沙门氏菌、产气杆菌、大肠埃希菌、粪肠球菌、变形杆菌和金黄色葡萄球菌均具有抑制作用。比较铁棒锤不同浓度的醇提物对金黄色葡萄球菌、大肠埃希菌和枯草芽孢杆菌的抑菌效果时，发现随乙醇浓度的升高其抑菌效果呈下降趋势，其中50%醇提物对以上3种受试菌的抑菌圈直径(mm)分别为(10±0.63)mm、(14±0.48)mm和(11±0.59)mm，其抑菌效果较好。

3.5 其他 刘永玲等[17]从铁棒锤根的95%酸性乙醇提取物中分离得到的咪唑类生物碱1H-imidazole-2-carboxylic acid butyl ester。咪唑类生物碱主要来源于海洋产物，研究发现该类成分在抗菌、抗病毒、释放Ca2+、镇痛、抗炎症、细胞毒活性和细胞周期蛋白依赖性激酶4和c-erbB-2蛋白酶活性[32]方面表现出较好的生物活性。由于其在海洋产物中含量低微，是该类生物活性多样的成分产业化受到限制的主要原因。此次，首次从植物中发现该类成分将为咪唑类生物碱的发现提供新的资源途径。

4 毒性研究

乌头属植物生物碱类成分如乌头碱含量在0.12 mg即可使人中毒，3～5 mg将致人死亡[33]。《晶珠本草》记载榜阿那保为不流动毒之首，若不炮制去毒，入药甚险。藏医在使用该药材前需要通过煎煮或蒸汽加热的方法降低毒性从而保证其临床应用的安全性，该处理过程中强毒性双酯型乌头类生物碱成分的C8位上的乙酰基水解或分解，失去一分子醋酸转化为毒性小的苯甲酰单酯型生物原碱如苯甲酰乌头原碱(benzoylaconines)、苯甲酰新乌头原碱(benzoylmesaconine)、苯甲酰次乌头原碱(benzoylhypaconine)，进一步C14位苯甲酰基水解惑分解，失去一份子苯甲酸，得到乌头原碱(aconines)、新乌头原碱(mesaconine)、次乌头原碱(hypaconine)[34]。关于铁棒锤的研究多集中于具有高毒性和多样的生物活性特点的化学成分如C19DAs骨架的双酯型二萜生物碱成分，C8位的乙酰基，C13位羟基，C1、C6、C16和C18位的甲氧基，C14位苯甲酰酯是其产生高毒性的必须基团。

5 存在问题

5.1 物种鉴定困难 二萜生物碱是乌头属植物的重要的活性成分，也是主要的毒性成分。但是，该属植物种类繁多，该成分的含量和分布在不同种间不同，因此毒性也存在差异。化学鉴定是中药材鉴定的一种重要方法，直接与中药材的药效相关。目前，通过性状、显微以及薄层色谱均不能对乌头属植物的种类进行精确的区分，如露蕊乌头植物形态与铁棒锤地上部位极为相似，极易混淆[35]。

5.2 药材的基源混乱 《回药本草》记载铁棒锤的基源植物为伏毛铁棒锤的块根，宁夏回族自治区广泛使用铁棒锤，已成为该地大宗商业药材之一。藏医药以铁棒锤为主药的经典验方达65种，但各地藏医就地取材，收录的基源较为繁杂，例如《中华人民共和国卫生部颁药品标准·藏药》(第一册)以铁棒锤和伏毛铁棒锤的块根收录；《西藏自治区藏药材标准》(第二册)以工布乌头(AconitumkongboenseLauener)收录；《晶珠本草》以细叶草乌(AconitumrichardsonianumLauener var)收录；《中华藏本草》以曼钦项下以铁棒锤和伏毛铁棒锤、短柄乌头(AconitumbrachypodumDiels)收录，榜那项下以展毛尖萼乌头(AconitumacutiusculumFletcher et Lauener var. aureopilosum W.T.Wang)、显包乌头(AconitumbracteolosumW T Wang)、长柱乌头(AconitumdolichorhynchumW. T. Wang)、丽江乌头(AconitumforrestiiStapf)和工布乌头(AconitumkongboenseLauener)7种植物收录。藏医所用的榜那阿保，蒙药名哈日泵阿，《蒙药学》以伏毛铁棒锤、铁棒锤和黄花乌头(Aconitumcoreanum(Lévl.) Rapaics)收录。川、青、甘多用铁棒锤或伏毛铁棒锤；云南多用展毛工布乌头(Aconitumkongboensevar. villosum W.T.Wang)和显柱乌头(AconitumstylosumStapf)；西藏多用工布乌头(AconitumkongboenseLauener)[36]。铁棒锤在不同地域的使用较为广泛，但是异名同物或同名异物混乱的现象极为突出，铁棒锤用药的有效性和安全性存在隐患。

5.3 藏药铁棒锤的质量标准亟待完善 铁棒锤的药材基源复杂，不同种的该属植物活性成分类型、含量和分布不同，较难建立共有指标性成分的含量测定方法[37]。因此，通过薄层色谱或高效液相色谱法建立单一或者多个评定指标评价药材铁棒锤中生物碱含量的测定方法值得研究。同时，不同种的该属植物其毒性，由于所含生物碱类型不同，其毒性存在显著差异，临床用药的规范性和安全性缺乏合理用药指导依据。因此，开展铁棒锤化学成分的系统研究，将从化学分类学的角度对乌头属植物种的区分方法加以补充和完善，通过明确其活性成分、毒性成分为建立符合要求的现代药品质量标准奠定科学依据。

5.4 铁棒锤在民族医药领域的现状 我国分布的167种毛茛科植物中约70%的植物资源来源于青藏高原[7]。根据铁棒锤的研究报道，发现该区域关于植物铁棒锤的资源调查、化学成分、药理学和毒理学研究基础不深入。铁棒锤作为回、藏、蒙医的习用药材，其野生资源价格和市场前景较好。由于缺乏铁棒锤资源储量的调查，加之药用部位、有效成分研究不深入，难以对该植物的年采收量做出合理限制，造成过量采收。同时，铁棒锤作为毒杂草被草地经营者视为导致人工草地极度退化的入侵者，加剧了野生资源趋于枯竭的现状[38]。因此，加强铁棒锤资源的合理利用和资源保护，具有促进经济效益和生态效益同步发展的重要意义。