黄柏与关黄柏化学成分及药理作用研究进展

路 舜，崔红倩，申 远

(新乡医学院药学院中药学教研室,河南 新乡 453003)

黄柏为芸香科植物黄皮树(PhellodendronchinenseSchneid.)的干燥树皮,主要产自四川、陕西、广西、云南、湖北、贵州等地。关黄柏为芸香科植物黄檗(PhellodendronamurenseRupr.)的干燥树皮,主要产自辽宁、河北、黑龙江、内蒙古、吉林等地。黄柏和关黄柏这2种药材在1963年至2000年版《中华人民共和国药典》中合并为黄柏收载;但随着研究进展发现,黄柏与关黄柏在有效成分方面有一定的区别[1-4],因此2005年至2020年版《中华人民共和国药典》将两者单列[5]。黄柏和关黄柏药性苦、寒,归肾、膀胱经,具有清热燥湿、泻火除蒸、解毒疗疮的功效,主要用于湿热泻痢、黄疸尿赤、热淋涩痛、骨蒸劳热、湿疹湿疮等[5]。黄柏和关黄柏主要含有小檗碱、木兰花碱、掌叶防己碱等生物碱类和丁香苷、松柏苷等酚酸类;除此之外,还有黄柏酮、黄柏内酯等柠檬苦素类,无羁萜、鬃毛酮等萜类,美洲花椒素等苯丙素类,以及挥发油和微量元素等多种化学成分,具有抗炎、抗菌、抗癌、降血糖、降尿酸等多种药理活性[6]。本文总结了近年来有关黄柏和关黄柏化学成分及药理作用的研究成果,为进一步研究黄柏和关黄柏的药效物质基础提供理论依据。

1 黄柏和关黄柏的化学成分

1.1 生物碱类生物碱是黄柏和关黄柏的主要化学成分,也是其主要活性成分之一,含量高达3%以上。生物碱在结构分类上包括原小檗碱型、阿朴菲型、单萜吲哚型、喹啉型等。这2种药材的主要生物碱有小檗碱、巴马汀、木兰花碱、药根碱、异莲心碱、蝙蝠葛任碱、吴茱萸次碱、N-甲基紫堇定碱、γ-崖椒碱、异阔果芸香碱、铁屎米-6-酮等[7-9]。ZHU等[10]通过高效液相色谱法、质谱法等多种分析方法鉴定出盐酸小檗碱在黄柏中的含量为3%～6%,而在关黄柏中的含量较少,为0.4%～1.2%。药根碱在黄柏和关黄柏中含量相近,但是含量很少,几乎检测不到。巴马汀在关黄柏中的含量高于黄柏,约为0.4%～1.2%。吴茱萸次碱是关黄柏中仅有的生物碱成分[11-12]。

1.2 酚酸类酚酸类是黄柏和关黄柏中另一种主要的化学成分,主要有丁香苷、松柏苷、咖啡酸甲酯、阿魏酸甲酯、绿原酸、(-)-绿原酸甲酯、对羟基苯甲酸、3-羟基-4-甲氧基肉桂酸酯、对甲氧基苯甲醛、3-O-阿魏酰奎尼酸[13]等。丁香苷、松柏苷只存在于关黄柏中,咖啡酸甲酯、3-羟基-4-甲氧基肉桂酸酯只存在于黄柏中;3-O-阿魏酰奎尼酸在黄柏和关黄柏中含量接近,为0.3%～0.6%[14-15]。

1.3 柠檬苦素类柠檬苦素类化合物是一种具有呋喃环的三萜类化合物,主要包括黄柏内酯、黄柏酮、黄柏酮酸、诺米林、黄檗宁A、黄檗宁B、黄檗萜内酯A、黄檗萜内酯B等[16]。其中,黄柏酮、黄柏内酯在关黄柏中的含量较黄柏高7倍左右。其他的柠檬苦素类化合物只在关黄柏中有被报道[17-19]。

1.4 苯丙素类苯丙素类化合物包括香豆素类、木脂素类和黄酮类。黄柏和关黄柏中的苯丙素类化合物主要有(±)-南烛木树脂酚、茵芋苷、6,7-二甲氧基香豆素、秦皮乙素、黄檗醇E、美洲花椒素、6,7-二甲氧基香豆素、葡萄内酯、槲皮素-3-O-β-D-半乳糖苷[20-21]。其中茵芋苷、6,7-二甲氧基香豆素、秦皮乙素存在于关黄柏中,黄檗醇E、美洲花椒素、葡萄内酯存在于黄柏中。目前,黄柏和关黄柏中苯丙素类化合物的含量还有待进一步研究[22]。

1.5 萜类黄柏和关黄柏中的萜类化合物主要为四环三萜类、五环三萜等。无羁萜、尼奥木素-NP36、鬃毛酮、苦楝酮只存在于川黄柏中[22]。尼罗替星、尼罗替星乙酰酯、二氢尼罗替星、刚毛鹧鸪花醇B在黄柏和关黄柏中均可被检测到。

1.6 其他化学成分黄柏和关黄柏中还有许多其他化学成分,例如挥发油类(柠檬烯、β-橄香烯、月桂烯、β-香茅醇等)[23]、甾醇类(豆甾醇、菜油甾醇、β-谷甾醇等)[7]以及微量元素(镁、锰、钙、锌、铜等)[24]。

2 黄柏和关黄柏的药理作用

2.1 抗炎作用炎症是免疫防御系统的一种生理反应,可以保护身体免受感染、过敏原和创伤等有害刺激。但过度的炎症反应不仅导致炎症相关介质的释放,还会引起核因子-κB和丝裂原活化蛋白激酶信号通路的激活,进而引起心血管疾病、类风湿关节炎等疾病的发生。李文裕等[25]采用黄柏煎剂对炎症小鼠进行灌胃治疗,结果发现,黄柏煎剂组小鼠炎症部位的肿胀度显著低于对照组(灌注蒸馏水),表明黄柏煎剂具有较强的抗炎作用。TAN等[26]首次在黄柏中通过高效液相色谱-电喷雾-多级质谱法鉴定出二氢小檗碱,二氢小檗碱是一种天然的小檗碱还原衍生物和肠道细菌代谢物,可有效减轻乙酸诱导的血管通透性、二甲苯引起的耳廓水肿和角叉菜胶引起的足爪水肿,显著减轻耳和爪组织中炎症细胞的浸润;其机制可能为:二氢小檗碱可显著降低白细胞介素6、白细胞介素1β、肿瘤坏死因子、一氧化氮、前列腺素E2的产生和mRNA表达水平,增加白细胞介素10的释放,并抑制核因子-κB和丝裂原活化蛋白激酶信号通路的激活[26]。另一项实验证明了盐酸小檗碱的显著抗炎作用,ZHU等[27]通过右旋糖苷硫酸钠诱导建立溃疡性结肠炎大鼠模型,再给予盐酸小檗碱治疗,结果表明,盐酸黄连素治疗溃疡性结肠炎疗效确切,其抗炎反应的机制可能涉及阻断白细胞介素-6/信号转导及转录激活因子3/核因子-κB信号通路。

2.2 抗菌作用众所周知,铜绿假单胞菌一方面可以通过染色体突变或横向基因转移获得个体耐药,另一方面可通过多药外排泵的方式表现出耐药性[28]。铜绿假单胞菌对氨基糖苷类的耐药作用主要取决于MexXY外排系统,MORITA等[29]研究发现,黄柏和关黄柏中的小檗碱以MexXY依赖性方式协同抑制铜绿假单胞菌的氨基糖苷类耐药,并且小檗碱还可降低木糖氧化酶无色杆菌和洋葱伯克霍尔德菌的氨基糖苷类最低抑菌浓度。耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(methicillin-resistantStapphyococcusaureus,MRSA)在糖尿病足并发的早期感染和急性感染中较为常见,这是因为糖尿病患者存在微血管病变,导致创面上的药物浓度不足以杀死细菌,从而诱导耐药菌株产生。有研究表明,复方黄柏液涂剂对MRSA无直接杀灭的能力,是通过削弱毒力因子的表达和影响细菌生物膜的形成来发挥抗菌作用的[30]。除此之外,黄柏叶中的黄酮苷对金黄色葡萄球菌、柠檬色葡萄球菌及枯草杆菌也有抑制作用[31]。还有研究表明,黄柏的水煎液或醇浸剂对脑膜炎球菌、炭疽杆菌、痢疾杆菌、白喉杆菌、破伤风杆菌、溶血性链球菌等具有抑制作用[31]。黄柏不仅对细菌有抑制作用,而且对真菌也有一定抑制作用[32]。马欣等[33]用不同的萃取相提取的黄柏中的活性成分来处理番茄枯萎病菌,结果显示,正丁醇萃取相提取的成分抑菌作用最强,主要以生物碱、有机酸、苷类、酰胺类等为主,推测生物碱类为黄柏抑制植物真菌病害的主要抑菌活性成分。

2.3 抗癌作用LIU等[34]研究发现,黄柏和关黄柏中的去甲基小檗碱对非小细胞肺癌细胞的增殖和肿瘤异种移植物的生长具有抑制作用,其作用机制可能为:去甲基小檗碱通过抑制上皮-间充质转化来抑制细胞迁移,并通过下调非小细胞肺癌中细胞周期相关基因的表达来触发细胞周期阻滞;此外,去甲基小檗碱可降低缺氧诱导因子1α上游蛋白的表达,有效诱导非小细胞肺癌细胞的衰老。廉振颖等[35]研究发现,黄柏酮可抑制肺癌细胞核糖体合成及增殖,其作用机制可能与抑制哺乳动物雷帕霉素靶蛋白/核糖体蛋白S6信号通路激活有关。除此之外,关黄柏中的木兰花碱、蝙蝠葛任碱、巴马汀及小檗碱具有抑制前列腺癌细胞增殖的作用[36]。LI等[36]研究发现,将人前列腺癌细胞22RV1皮下接种于裸鼠后, 关黄柏可显著抑制人前列腺癌细胞异种移植瘤的生长。黄柏中的黄酮苷还可以通过抑制磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白通路来抑制骨肉瘤细胞活力并诱导其凋亡[37]。

2.4 抗糖尿病近几年,黄柏和关黄柏在治疗糖尿病中的应用越来越受到关注,一些含有黄柏的中成药例如通冠丸和知柏地黄丸已经被用于治疗糖尿病或其并发症[38]。有研究发现,口服黄柏可显著降低糖尿病大鼠的血糖并有效治疗糖尿病肾病,充分证明了黄柏的抗糖尿病功效[39]。TIAN等[40]研究发现,小檗碱在口服黄柏的糖尿病大鼠肝脏中的浓度最高,并且其代谢产物在肝脏中大量积累;体外实验显示,小檗碱及其代谢产物以剂量依赖的方式抑制肝脏葡萄糖产生,说明小檗碱是黄柏抗糖尿病作用中的主要活性成分。金惠杰等[41]研究发现,知母和黄柏按照质量比11混合能够明显提升2型糖尿病大鼠的胰岛素敏感性,促进糖脂代谢,改善胰岛素抵抗。郑丽婷等[42]研究发现,黄柏碱对α葡萄糖苷酶活性具有一定的抑制作用,这种抑制作用属于可逆性的反竞争性抑制类型,且随着黄柏碱质量浓度的升高,其抑制作用逐渐增强。

2.5 治疗高尿酸和保护肾脏许多中药处方例如二妙丸、四妙丸的主要成分是黄柏,可用于治疗痛风。XU等[43]研究发现,二氢小檗碱具有显著的降尿酸和肾脏保护作用。在体外,二氢小檗碱可抑制黄嘌呤氧化酶活性;在体内,二氢小檗碱不仅可以降低血清中尿酸和黄嘌呤氧化酶的水平,还可以抑制肝脏中黄嘌呤氧化酶和腺苷脱氨酶的活性,并且能显著下调肾脏中黄嘌呤氧化酶mRNA和蛋白的表达[43]。除此之外,二氢小檗碱可呈剂量依赖性降低血清肌酐和血尿素氮水平、炎症细胞因子水平以及改善肾脏恶性病变,改善高尿酸导致的肾损伤[44]。RONG等[44]研究发现,小檗碱在氧化钾/次黄嘌呤诱导的高尿酸小鼠中具有明确的抗高尿酸血症和肾脏保护作用,这可能是通过调节尿酸盐转运蛋白的重吸收和分泌平衡以及抑制非受体型蛋白酪氨酸激酶2/信号转导及转录激活蛋白3信号通路实现的。刘睿等[45]研究发现,黄柏对尿酸性肾病大鼠有明显的治疗作用,机制可能与其降低血尿酸、减少肾小管尿酸盐沉积及抑制相关炎症反应有关,表明黄柏能减轻高尿酸血症对肾脏的伤害。以上研究为黄柏在痛风和高尿酸血症治疗中的应用提供了实验依据。

2.6 其他黄柏和关黄柏除了上述药理作用外还有其他生物活性。LIANG等[46]研究发现,小檗碱对Aβ25-35诱导的原代海马神经元损伤具有保护作用。XU等[47]研究发现,黄柏水提取物可减轻小鼠腹泻,其机制为黄柏水提物对肠道微生物群具有调节作用,且呈剂量依赖性,可增加肠道微生物群α多样性,减少机会性致病细菌的相对丰度。KIM等[48]研究表明,黄柏水提取物在体外对水疱性口炎病毒、流感病毒、单纯疱疹病毒和肠道病毒71型具有广泛的抗病毒作用,在体内小鼠模型中对不同甲型流感病毒亚型(H1N1、H5N2、H7N3和H9N2)具有广泛的抗病毒作用。

3 小结与展望

综上所述,黄柏和关黄柏的活性成分有生物碱类、酚酸类、柠檬苦素类、苯丙素类、萜类、挥发油等,其中生物碱类是其主要活性成分。黄柏由于产地、历史沿革等原因被分为黄柏和关黄柏,它们在性状、显微鉴别、化学成分以及色谱特征上都存在差异,例如,2020年版《中国药典》规定黄柏中小檗碱含量不得低于3.0%,关黄柏中小檗碱不得低于 0.60%,其在2种药材中的含量差别较大,在临床应用中应加以区分。黄柏和关黄柏的药理作用广泛,具有抗炎、抗菌、抗癌、降血糖、降尿酸、保护肝肾等多种药理作用。

黄柏和关黄柏的主要差异在化学成分方面,而目前有关黄柏和关黄柏药效成分及机制的研究仍相对薄弱,缺乏细胞、分子等方面的深入研究。未来应从以下几个方面继续深入研究:(1)进一步分离、纯化有效成分,并且在药效相关的作用机制方面深入研究。(2)进一步明确对某种疾病的确切量效关系,除此之外,还要进行毒理学方面的研究。(3)在作用机制方面,需要对某种疾病进行多系统、多靶点、多通路的深入研究。随着研究的深入,可为未来新药的研发和开发药物新用途提供理论依据。