铁皮石斛化学成分、药理作用及毒理学评价研究进展*

倪 凯,何鹏飞,梁志庆,王胤骁,沈宇明,金 锦

(云南省中医中药研究院,云南 昆明 650223)

石斛,“石”者,因其不藉水土、缘石而生,“斛”者,古之量器也,十斗为一斛,有珍惜、贵重之意,故得名曰“石斛”。铁皮石斛DendrobiumofficinaleKimura et Migo.,又名黑节草,为兰科石斛属植物,是药用石斛中的极品,为我国传统名贵中药材,以新鲜或干燥的茎入药。在《神农本草经》和《本草纲目》中均被列为上品,具有滋阴清热、益胃生津、润喉护嗓、补益五脏、延年益寿之功效,作为驰名中外的珍惜佳品被冠以“救命仙草”、“千年润”、“药中黄金”等美誉。

石斛始载于《神农本草经》,清末民初医学家张山雷在《本草正义·石草类》中首次提出“铁皮石斛”之名,言:“若肺胃火炽,津液已耗,舌质深赤干燥,或焦黑嗜饮者,必须鲜斛清热生津,力量尤伟。必以皮色深绿,质地坚实,生嚼之脂膏黏舌、味厚微甘者为上品,名铁皮鲜斛”[1]。据中国石斛专委会2021年中国石斛产业统计报告显示,云南地区铁皮石斛人工种植面积已达到6万亩[2],成为云南石斛产区着力打造,重点发展的药用石斛资源。

本文通过对近年来铁皮石斛化学成分、药理作用、毒理学研究等方面的相关研究工作进行综述,以期为其多领域的深入研究、资源科学合理开发利用以及产业链的持续发展提供有益参考。

1 铁皮石斛的化学成分

石斛属植物化学成分类型多样,目前对于铁皮石斛已有相关研究报道的化学成分包括:多糖、茋类、黄酮类、生物碱、酚类、苯丙素类、挥发性成分、氨基酸和微量元素以及其他类成分。

1.1 多糖 多糖是铁皮石斛的主要有效成分,也是评价铁皮石斛品质的重要指标之一,《中国药典》规定,铁皮石斛中含铁皮石斛多糖以无水葡萄糖(C6H12O6)计,不得少于25%[3]。

1.1.1 结构 研究发现铁皮石斛多糖是一种以1,4-链接为主,分支结构较少的长链乙酰化葡甘露聚糖,乙酰化主要发生在2号和3号位[4]。王红静[5]分离得到两种铁皮石斛多糖DOP-1和DOP-2,DOP-1主要连接类型为1,4-连接的葡萄糖和1,4-连接的甘露糖,DOP-2主要由1,4-连接的葡萄糖、1,4-连接的甘露糖和1,6-连接的葡萄糖组成。

罗秋莲等[6]分离得到的铁皮石斛多糖,主要为β-构型的酸性吡喃糖。王宁宁[7]研究发现铁皮石斛多糖为β-糖苷键吡喃环多糖化合物。

1.1.2 组成 黄俊彬等研究表明铁皮石斛多糖的单糖组成主要为甘露糖和葡萄糖,且所含糖为β型[8]。钟伟萍等[9]分离得到的铁皮石斛多糖(DDOP)主要由甘露糖、鼠李糖、葡萄糖、木糖和果糖组成,具有乙酰基、MeO和糖醛酸基团,属于β-构型呋喃糖环多糖片段。

张雨婷[10]通过对鲜、干铁皮石斛进行分析,发现二者多糖的单糖组成成分相同,均含有葡萄糖、甘露糖、鼠李糖,但单糖相对含量的比重存在明显的差异。

张勇[11]研究发现铁皮石斛多糖主要由中性糖、糖醛酸、可溶性蛋白和总酚组成。铁皮石斛茎、叶、花多糖的单糖组成比例不同,但都以甘露糖、葡萄糖、半乳糖为主。邵尉[12]采取PMP柱前衍生化法检测铁皮石斛多糖的单糖组成,发现叶中单糖组成主要为甘露糖、葡萄糖、半乳糖及阿拉伯糖。张四杰等[13]发现铁皮石斛花多糖主要由葡萄糖、甘露糖、半乳糖、半乳糖醛酸和阿拉伯糖5种单糖组成,其中甘露糖组成比例最高。

1.1.3 含量分布 研究发现铁皮石斛茎的多糖含量较高,茎部上、中、下部分总多糖和水溶性多糖的含量差异不大。但是根部的多糖含量很低,水溶性多糖含量对比茎部,大幅减少。铁皮石斛茎部分的多糖含量高于叶部分[14-15]。

1.2 芪类 芪类化合物是由两个联苄母核构成的一类芳香族化合物,包括菲类、联苄类及其衍生物。

1.2.1 菲类 菲类化合物属于兰科植物的特征性成分,具有抗炎、抗菌、抗肿瘤、抗氧化、抗过敏等活性[16]。

鼓槌菲是较早从铁皮石斛中得到的菲类化合物。近年来,学者们从铁皮石斛中分离得到多种菲类成分。李榕生等从铁皮石斛根茎中分离得到1,5-二羧基-1,2,3,4-四甲氧基菲等6种菲类化学成分[17]。曹阳等[18]从铁皮石斛乙醇提取物中得到4-methoxy-2,5-dihydroxy-phenathrene等菲类成分。

1.2.2 联苄类及其衍生物 铁皮石斛中最早分离得到的联苄类化合物是毛兰素。随之有多种该类成分被报道。包晓青等[19]分离出包括3,4-二羟基-5,4’-二甲氧基联苄在内的4种联苄类成分。吕英俊等[20]分离得到5个联苄类化合物,鉴定为dendrobibenzyl、chrysotobibenzyl、chrysotoxine、dendrocanol、erianin。周宇娟等[21]从铁皮石斛中分离得到15个联苄类化合物,其中6″-de-O-methyldendrofindlaphenol A等5个化合物为首次分离得到。

张幼羲[22]在铁皮石斛乙酸乙酯萃取物中分离得到(±)-officinalol A、(±)-officinalol B等5个联苄类化合物及其衍生物。孟威同等[23]报道发现4,4’-二羟基联苄等4个联苄类化合物及1个联苄衍生物dendrocandin Y。

1.3 黄酮类 铁皮石斛黄酮类物质是近年来研究较多的一类成分。铁皮石斛中的黄酮苷元主要包括黄酮类、黄酮醇类和二氢黄酮类等。目前从铁皮石斛中分离得到了芹菜素、圣草酚、柚皮素、金圣草黄素、橙皮苷、甘草素、异甘草素等十余种黄酮类化合物[24-25]。

同时,还分离得到了黄酮苷成分。其中黄酮氧苷有4-烯丙基-2,6-二甲氧基苯基葡萄糖苷、(+)-丁香脂素-O-β-D-吡喃葡萄糖苷、山柰酚-3-O-葡萄糖苷、异槲皮苷等[26-27]。黄酮碳苷有新西兰牡荆苷Ⅱ、新西兰牡荆苷Ⅰ、佛莱心苷、异佛莱心苷、芹菜素-6,8-二-C-β-D-吡喃葡萄糖苷、异夏佛托苷、夏佛托苷等[28-29]。

1.4 生物碱 生物碱是石斛中最重要的活性物质之一,也是最早从石斛属植物中分离得到的化学成分。现代研究表明,从石斛属植物中已发现52个生物碱类化合物,分别为倍半萜类生物碱、八氢中氮茚类生物碱、四氢吡咯类生物碱、酰胺类生物碱和咪唑类生物碱这5种类型[30]。

目前从铁皮石斛中分离得到的主要有N-p-香豆酰酪胺、二氢阿魏酸酰酪胺等酰胺类生物碱[31],以及芝麻菜叶千里光碱、欧天芥菜碱、毛果天芥菜碱等吡咯里西啶生物碱[32]。

1.5 酚类化合物 酚类化合物在石斛属植物中广泛存在,且结构多样,但不是主要活性成分。目前从石斛属18种植物中分离得到酚类化合物53个[33]。

学者们从铁皮石斛中分离得到了包括咖啡酸、丁香酸、对羟基桂皮酸、阿魏酸等多种酚类化合物[34-35]。

1.6 苯丙素类 和酚类化合物一样,苯丙素类化合物在石斛属植物中也广泛存在,但不是主要活性成分。

目前研究发现的苯丙素类有钩状石斛素、5,5’-二甲氧基-落叶松脂素、广玉兰赖宁苷、反式-3,4,5-三甲氧基肉桂醇、丁香脂素等[35-38]。

1.7 挥发性成分 刘卉丹[39]利用蒸馏萃取法从铁皮石斛中提取分离了51个挥发性化合物,主要包括植物甾醇、2,6-二叔丁基对甲酚、豆甾醇等。

曹桦等[40]发现铁皮石斛花的主要挥发性成分为α-蒎烯、柠檬烯和桉叶油醇。邹晖等[41]从铁皮石斛原球茎和花共同含二十余种挥发性成分,其中以有机酸类为主,主要为正十六酸、十五烷酸、己醛等。

1.8 氨基酸及微量元素 刘峻麟等[42]分析发现铁皮石斛中含21种氨基酸,以精氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、天冬酰胺为主。铁皮石斛花中含17种氨基酸,其中包括人体必需氨基酸7种[43]。

范家坤等[44]从铁皮石斛花中得到13种矿质元素、10种B族维生素以及维生素E、维生素C和维生素K1。

1.9 其他成分 近年来,研究者们还从铁皮石斛中分离出对羟基苯甲醛、对羟基苯酚、β-谷甾醇、22,23-二氢豆甾醇、豆甾-5-烯-3β-醇-7-酮等成分[25、27、36]。

2 铁皮石斛的药理作用

铁皮石斛现代药理作用研究主要包括:抗氧化及衰老、调节胃肠道、调节免疫、抗肿瘤、干预代谢综合征、保肝作用、抗疲劳作用及其他药理作用。

2.1 抗氧化及衰老 现代研究发现铁皮石斛多糖可显著延长秀丽隐杆线虫的寿命,提高线虫运动、咽泵、抗氧化应激能力,提高过氧化氢酶、超氧化物歧化酶活性和谷胱甘肽含量,并降低活性氧水平和丙二醛含量,延缓线虫衰老[45]。

赵苑伶等[46]研究铁皮石斛多糖(DOP-1)对秀丽隐杆线虫寿命、生殖能力、抗高温损伤、氧化应激损能力及脂褐素的影响,发现DOP-1可延长线虫寿命,对高温损伤和氧化应激损伤有抵御作用,能降低线虫体内脂褐素的积累,表明其具有较显著的抗衰老作用。

汪群红等[47]研究发现铁皮石斛提取液能通过提高D-半乳糖致衰老小鼠的学习记忆能力/空间搜索能力、空间辨别能力,改善小鼠血清及肝脏抗氧化酶活性,从而达到延缓衰老的作用。

2.2 调节胃肠道 铁皮石斛调节胃肠道的作用,主要包括改善肠胃功能、保护胃肠道、调节肠道菌群三个方面。

2.2.1 改善肠胃功能 张冠亚[48]通过给小鼠灌胃铁皮石斛多糖,发现小鼠肠道的生理、生化指标,小肠蠕动能力和排便时间均表现出积极的改善效果,表明铁皮石斛多糖具有促进结肠发育、改善肠道功能和加速肠道蠕动的作用。

Yan等[49]学者发现铁皮石斛多糖能上调高脂高糖饮食诱导的大鼠回肠claudin-1、occludin的表达,提高血清IL-6和TNF-α水平,并通过调节肠道屏障功能,改善模型大鼠的胰岛素抵抗。

孙晨晨等[50]报道铁皮石斛能增强阴虚便秘模型小鼠肠推进能力,降低结肠中一氧化氮合酶(iNOS)蛋白及mRNA表达,降低血清中环磷酸鸟苷(cGMP)含量,改善病理症状。

2.2.2 保护胃肠道 现代研究发现铁皮石斛水溶性总蛋白能够有效降低阿司匹林造成的胃黏膜出血及糜烂,增加胃黏膜损伤大鼠血清中PGE2、SOD含量,降低IL-6、IL-1β、TNF-α、MDA含量,从而保护胃黏膜损伤[51]。欧阳一鸣等[52]的研究发现铁皮石斛多糖对亚硝基胍诱发的慢性萎缩性胃炎大鼠有较好的保护作用,能升高大鼠血清GAS含量,降低增殖细胞核抗原PCNA、TNF-αmRNA水平,降低Janus激酶2和激活因子-3/酪氨酸磷酸化3的蛋白表达,缓解胃黏膜萎缩,改善胃黏膜病理状态。

杨志远等[53]学者的研究显示,铁皮石斛超微粉能明显减轻脂多糖诱导的肠黏膜损伤小鼠肠黏膜的病理损伤和超微结构改变,显著降低模型小鼠血浆中TNF-α 、IL-6、二胺氧化酶和D-乳酸水平,增加回肠组织中紧密连接蛋白claudin-1和occludin的表达。研究表明铁皮石斛能明显减轻肠黏膜损伤,降低肠道渗透性。Wang等[54]报道铁皮石斛多糖可通过改善肠道屏障功能、调节肠道菌群、减轻氧化应激和炎症反应,从而有效改善葡聚糖-硫酸钠诱导的小鼠结肠炎。

2.2.3 调节肠道菌群 谢果珍等[55]通过研究铁皮石斛多糖对正常小鼠肠道微生态的影响,发现铁皮石斛多糖能抑制肠道中大肠杆菌和乳酸菌的增殖,促进双歧杆菌和真菌的增殖,提高纤维素酶、木聚糖酶、淀粉酶和蛋白酶等肠道消化酶的活性。另外,研究发现铁皮石斛多糖能调控高脂饮食饲养的小鼠的肠腔菌群结构及代谢功能,降低有害菌属的丰度,促进拟杆菌属、双歧杆菌属的增殖[56]。

祖国历代本草典籍对于石斛都有“久服厚肠胃”的论述,《中国药典》记载铁皮石斛能“益胃生津”,铁皮石斛调节胃肠道的现代药理作用,正是对祖国医学中石斛“厚肠胃”功效的科学体现。

2.3 调节免疫 黄杰等[57]发现铁皮石斛多糖通过增强细胞的吞噬活性、降低炎症因子(TNF-α、IL-6、NO)释放水平和改变细胞极化分型,从而促进巨噬细胞RAW264.7细胞增殖,起到免疫调节作用。

谢唐贵等[58]研究报道铁皮石斛水提物能显著提高环磷酰胺免疫低下小鼠炭末廓清指数和溶血素抗体含量,具有增强机体免疫调节作用。雷思敏等[59]发现铁皮石斛中性多糖可缓解环磷酰胺所致免疫功能低下小鼠的免疫抑制,增加小鼠胸腺指数,下调血清中IL-6和IL-10水平,增强血清溶血素水平。

赵媛媛[60]研究发现铁皮石斛能调节慢性肾小球肾炎(GNN)大鼠免疫功能,升高CGN大鼠的免疫器官脏器指数,改善淋巴细胞增殖情况,同时升高CGN大鼠IL-4和IFN-γ含量,提升CD3、CD4、CD4/CD8水平,降低降低CD8水平。

2.4 抗肿瘤 石斛属植物抗肿瘤主要活性成分有多糖、生物碱、菲类、联苄类等,抗肿瘤作用机制主要有增强机体免疫力、抑制癌细胞增殖、促进癌细胞凋亡、调控或阻滞癌细胞周期、抗氧化和清除自由基、改变信号通路传导等[61]。

Sun等[62]学者报道铁皮石斛多糖可通过促进S180荷瘤小鼠脾细胞增殖,增强NK细胞和CTL活性,增加非特异性和肿瘤抗原特异性抗体水平,从而抑制S180肿瘤的生长。

庞晨[63]研究发现铁皮石斛具有抑制肺腺癌A549细胞裸鼠移植瘤组织生长的作用,其作用机制可能与上调自噬相关因子Beclin 1和抑癌基因p16和p53的表达、下调EGFR的表达相关。

2.5 干预代谢综合征 代谢综合征是一组以肥胖、高血糖、高血压以及血脂异常集结发病的临床综合征。近年来国内外学者开展了多项铁皮石斛提取物及其主要功能成分干预代谢综合征的相关研究。

2.5.1 抗糖尿病作用 石斛属植物具有良好的降血糖活性,其物质基础主要为多糖、生物碱和酚类成分,并通过调节糖代谢、改善胰岛β细胞功能、增强抗氧化应激和抑制炎症反应等多种途径实现抗糖尿病作用[64]。

王云威等[65]研究发现铁皮石斛多糖能够显著提高四氧嘧啶诱导的2型糖尿病小鼠肝脏和胰腺的抗氧化能力,降低胰岛素抵抗性,改善胰岛素水平。Peng等[66]报道铁皮石斛水提物可显著缓解2型糖尿病小鼠的葡萄糖不耐受、胰岛素抵抗、氧化应激损伤、血清脂质代谢紊乱和组织病理学损伤。

2.5.2 调节脂质代谢 Qu等[67]研究发现铁皮石斛多糖可降低饮食诱导的肥胖小鼠和基因诱导的肥胖ob/ob小鼠内脏脂肪组织的炎症反应,同时降低肝脏TG、血浆FFA、血清TC、LDL-C水平,从而抑制脂代谢异常。李亚梅[68]研究报道称铁皮石斛能降低ApoE-/-小鼠血清TG、TCHOL、LDL-C含量,减少肝脏脂肪堆积和主动脉内脂质斑块的沉积,降低血清和主动脉内TNF-α、IL-6的表达,缓解动脉粥样硬化损伤。

2.5.3 降血压作用 研究发现鲜铁皮石斛和铁皮石斛水提物能降低自发性高血压大鼠的血压,降压作用与苯磺酸氨氯地平片接近[69-70]。

Li等[71]发现铁皮石斛多糖可以通过激活肠道SCFAs-GPCR43/41途径来改善大鼠代谢性高血压。苏洁等[72]研究显示铁皮石斛超微粉通过抑制血管中LPS/TLR4通路活化,改善血管功能和内皮超微结构异常,对高脂高糖高嘌呤饮食诱导的代谢性高血压病大鼠起到拮抗作用。

2.6 保肝作用 Wang等[73]学者研究发现铁皮石斛多糖通过增强肠细胞间的连接,减少细胞凋亡,抑制LPS-TLR4-NF-κB信号通路的激活,对CCl4诱导的肝纤维化大鼠有治疗作用。于亚男[74]开展了铁皮石斛抗肝纤维化作用的研究,体外细胞试验表明铁皮石斛多糖能抑制活化肝星状细胞系LX2(HSC-LX2)增殖并促进其凋亡;体内动物试验发现铁皮石斛多糖可改善CCl4诱导的肝纤维化大鼠的肝功能、肝纤维化生化指标以及肝组织的病理结构,并降低大鼠肝组织中TGF-β1的表达。

2.7 抗疲劳作用 谢唐贵等报道铁皮石斛水提物、醇提物具有抗疲劳作用,能延长小鼠力竭游泳时间,降低疲劳小鼠血清乳酸含量,提高疲劳小鼠肝糖原含量[75-76]。

张寅等[77]研究发现铁皮石斛膨化提取物能缓解小鼠疲劳,延长游泳时间,降低疲劳相关标记物血清尿素氨、血清乳酸含量,提高血糖、谷胱甘肽含量,降低丙二醛含量,增强谷胱甘肽过氧化物酶、超氧化物歧化酶活性。

2.8 其他药理作用 铁皮石斛水提物能改善糖尿病性心肌病,保护心血管系统,其作用机制与抑制氧化应激反应、下调炎症细胞因子减轻炎症反应、抑制心肌细胞凋亡以及减少心肌细胞纤维化有关[78]。铁皮石斛多糖对矽肺纤维化小鼠具有抗肺纤维化的作用,作用机制可能与抑制抗凋亡蛋白及Notch1/Hes1信号通路,以及Col-Ⅲ靶基因的表达有关[79-80]。铁皮石斛粗多糖和非多糖部位有抗慢性咽炎作用[81]。

3 铁皮石斛毒理学评价

开展毒理学相关研究,能为铁皮石斛在食疗、保健应用及安全性评价等方面提供参考和科学依据。目前针对铁皮石斛所开展的毒理学研究主要包括急性毒性、亚慢性毒性、遗传毒性和生殖发育毒性。

3.1 急性毒性 周雯等[82]用铁皮石斛干粉进行急性经口毒性试验,采用限量法灌胃给予受试物后,连续观察14 d,未见受试ICR小鼠出现明显的中毒症状,也无死亡。结果显示,铁皮石斛对雌雄小鼠的LD50均大于12.5 g/(kg·bw),该研究条件下,未发现铁皮石斛有急性毒性反应。

3.2 亚慢性毒性 王雨等[83]采用鲜铁皮石斛冻干粉开展90d经口毒性实验,各项实验结果显示未观察到铁皮石斛毒性的可逆性、持续性和迟发效应,未观察到有害作用剂量。李姿等[84]通过90 d喂养试验,检测铁皮石斛对SD大鼠血液生化指标的影响,结果显示各剂量组大鼠体重、增重、进食量及食物利用率均正常,铁皮石斛具有降低受试动物大鼠谷丙转氨酶和胆固醇的作用。

3.3 遗传毒性 铁皮石斛干粉进行的细菌回复突变试验、哺乳动物红细胞微核试验和小鼠精原细胞染色体畸变试验,试验结果均为阴性。提示该研究条件下,未发现铁皮石斛有遗传毒性[82]。

谷芳芳等[85]采用Ames实验、小鼠骨髓嗜多染红细胞微核实验、中国仓鼠肺成纤维细胞染色体畸变实验,检测鲜铁皮石斛的遗传毒性。结果显示,鲜铁皮石斛在所测剂量范围内,未显示遗传毒性。

3.4 生殖发育毒性 刘泳廷等[86]开展铁皮石斛粉对SD大鼠致畸试验,结果显示,在本实验条件下,铁皮石斛粉对SD大鼠无母体毒性、胚胎毒性和致畸毒性。秦光和等[87]通过致畸试验观察铁皮石斛对妊娠大鼠及仔鼠胚胎发育的影响,结果显示,铁皮石斛对妊娠母鼠无明显影响,未见致胎鼠畸形作用。

傅剑云等[88-89]进行铁皮石斛花对亲代及子代雄性大鼠睾丸、附睾和精子数量、质量的影响以及对孕鼠母体和仔鼠出生前毒性的相关试验,试验结果均未见明显不良影响。

4 小结

铁皮石斛化学成分多样,药理作用涉及范围广,在现代生活和临床中的使用频率越来越高。2019年11月,国家卫生健康委对铁皮石斛开展“按照传统既是食品又是中药材的物质(食药物质)”生产经营试点工作。云南、浙江、广东、贵州等省份相继出台了铁皮石斛食品安全省级地方标准,突破了铁皮石斛作为食品加工利用的政策瓶颈,有力推动了石斛产业的发展。

以铁皮石斛作为药材和食材主要原料的产业链具有巨大的开发潜力和广阔的应用前景,因此,应保持铁皮石斛持续性研究,探索铁皮石斛新的药理作用,不断研发更多新型产品,使铁皮石斛资源得到更科学、有效、合理的开发利用,充分发挥铁皮石斛潜在的价值。