天麻有效成分分析及其抗心血管疾病药理作用研究进展

卢 丹,王媛媛,张宏方

(陕西中医药大学医学技术学院,陕西 咸阳 712046)

天麻是一种兰科多年生草本植物,又名赤箭、神草、离母、定风草等,在我国属于一种较名贵的中药材。2020版《中国药典:一部》[1]对天麻的描述为:性味甘、平,归肝经,具有息风止痉、平抑肝阳、祛风通络的功效,用于小儿惊风、癫痫抽搐、破伤风、头痛眩晕、手足不遂、肢体麻木、风湿痹痛等症。随着对天麻药理作用和应用价值的深入研究发现,天麻不仅对帕金森病、抑郁症等神经系统疾病具有很好的治疗作用,其主要活性成分对心血管也具有一定的保护作用,这为天麻的临床应用提供了新的方向。天麻中含有多种活性成分,目前已被分离鉴定的包括酚类及其苷类、有机酸及其脂类、多糖类和甾醇类等[2]。酚类物质在天麻中种类、含量最多,主要包括天麻素、香兰荚醇、香兰荚醛、天麻苷元、对羟基苯甲醛等,通常被认为是天麻发挥药理作用的主要成分,其强抗氧化性在治疗血管疾病方面备受关注[3]。其中天麻素也称为天麻苷,是天麻中含量最高的有效单体成分,其化学名为4-羟基苯基-β-D-吡喃葡萄糖苷,是天麻质量控制评价的主要指标。巴利森苷类化合物是天麻素及其衍生物在不同羧基位点与柠檬酸缩合形成的脂类,目前从天麻中分离鉴定的巴利森苷类化合物有36种[4-5],药理学研究则主要针对巴利森苷A、巴利森苷B、巴利森苷C和巴利森苷E等化合物进行观察。随着中药分离鉴定技术的快速发展,研究者在天麻中分离出多种新的活性成分,均具有良好的药理学价值。本文综述了近十年来天麻中有效成分的含量分析及其抗心血管疾病的研究进展,以期为天麻有效成分的质量控制以及天麻制剂的临床应用提供参考。

1 有效成分含量分析

1.1常用分析方法 传统的天麻质量控制主要采用高效液相色谱(HPLC)法测定其活性成分含量。随着中药指纹图谱、超高效液相色谱(UPLC)、核磁、质谱等新仪器、新方法的应用,天麻中更多的有效成分被分离纯化出来。研究发现,天麻中巴利森苷类化合物的含量远高于天麻素[6-7]。药理学实验表明,巴利森苷类成分具有较强的生理活性和多种药理作用[8],由于其在体内可通过代谢成天麻素发挥药理效应,以巴利森苷形式给药可明显延缓天麻素吸收半衰期、消除半衰期和达峰时间,改善天麻素生物利用度低等问题[9]。2020版 《中国药典》[11]首次将巴利森苷A、巴利森苷B、巴利森苷C、巴利森苷E和原有的天麻素、天麻苷元共同作为评价天麻质量的指标,以期为更全面地反映天麻质量提供依据。

2015年Li等[10]应用超高效液相色谱-电喷雾质谱联用技术(UPLC/QTOF-MS/MS)从天麻中分离鉴定出64种新的化合物,其中包括巴利森苷H～W等16种潜在酚类物质,并应用NMR法确定了巴利森苷J和巴利森苷K的结构。王信等[11]首次应用一测多评法分析天麻中巴利森苷A、巴利森苷B、巴利森苷C、巴利森苷E以及对羟基苯甲醇的含量,避免了巴利森苷类成分对照品不稳定、价格高等因素的影响。其建立的方法与外标法相比,并没有显著性差异。李云等[12]应用HPLC-ESI-TOF/MS联用技术分析了15种乌天麻和红天麻中的化学成分,并首次测定了天麻中4,4-二羟基二苄基醚的含量。结果发现,同一品种天麻中,巴利森苷类成分含量较高,而天麻腺苷和4,4’-二羟基二苄基醚含量均较低。天麻中含有多种核苷和碱基类成分,亦具有一定的生理活性和药理作用。肖远灿等[13]应用反相液相色谱法(RP-HPLC)同时测定了西藏栽培天麻中8种核苷和碱基类成分。结果表明,7个天麻样品中腺苷、鸟苷、尿苷和胞嘧啶的含量均较高,而胞苷、尿嘧啶、腺嘌呤和胸腺嘧啶含量较低。

近红外漫反射光谱技术(NIR)具有快速、高效、绿色环保等优点,目前广泛应用于中药产地溯源及生产质量控制等方面。彭璐等[14]采集了不同产地不同等级天麻的NIR光谱,同时采用HPLC法测定其中6种有效成分的含量,结合NIR光谱和有效成分含量对天麻中6种有效成分建立定量校正模型。与HPLC法相比,该法能快速准确的预测不同产地不同等级天麻中有效成分的含量,有效提高了检测效率。

天麻中有效成分的分析首先需要选择恰当的样品前处理方法对其有效成分进行提取。目前,主要的提取方法有热浸提取、超声波提取和固相萃取(SPE)等。葛进等[15]探究了热浸提取与超声波提取对昭通天麻中天麻素和对羟基苯甲醇提取效率的影响,发现两种方法测定天麻中的天麻素和对羟基苯甲醇含量均具有较好的重复性,但热浸提取下天麻素和对羟基苯甲醇的提取率显著高于超声波提取。为提高目标化合物的提取效率,张明明等[16]以天麻素为模板,设计合成了一种亲水性天麻素分子印迹聚合物(MIPs),将其作为固相萃取填料,制备MIP-SPE柱,建立了天麻素的MIP-SPE-HPLC联用技术分析方法。该前处理方法具有良好的选择性和吸附性,可以快速富集天麻中的痕量组分,实现高灵敏度检测。

1.2不同产地天麻中有效成分分析 天麻遍布全国13个省,主产于四川、贵州、云南、陕西等地,其品质明显受产地影响。不同产地的天麻随栽培土壤、气候环境的变化,其有效成分含量均有较大差异。

有研究者应用UPLC-MS/MS分析了37份来自8个产地的3种变型的天麻的有效成分,其中来自安徽、四川和贵州产区的天麻中天麻素、对羟基苯甲醇、对羟基苯甲醛、巴利森苷A-C、巴利森苷E和腺苷总含量较高,而四川产区天麻中的巴利森苷类总含量最高[17]。田孟华等[18]采集了多个全国主产地天麻,利用差异性、相关性、主成分、因子载荷分析,对不同产地天麻中有效成分的差异特征及影响因素进行探析,并筛选相关标志物。结果显示,不同产地样品中有效成分及总天麻素的含量存在显著性差异,提取的特征成分可有效识别产地和变型差异。尤其是巴利森苷E和巴利森苷A,可作为区分乌天麻与其他天麻变型的差异标志物;而天麻腺苷、对羟基苯甲醇可作为绿天麻的分类模式物质。王庆等[19]考察了西南地区不同产区的天麻中多糖、游离氨基酸、总多酚、天麻素以及对羟基苯甲醇的含量。其分别采用Folin-Ciocaileu比色法测定总多酚含量,HPLC法测定天麻中天麻素、对羟基苯甲醇含量,苯酚-浓硫酸法测定天麻多糖含量,茚三酮显色法测定游离氨基酸含量,并利用主成分分析法对天麻药材质量进行评价。结果显示,不同产区天麻中有效成分的含量差异较大,变异系数以天麻多糖含量最小,而对羟基苯甲醇含量最高。罗紫屹等[20]釆用X Select®HSS C18色谱柱定量分析了不同产地及变型的24批天麻样品中6种多酚类成分。同样发现,不同产区的天麻样品中,多酚类成分的含量差异较大。陈琛等[3]进一步考察了不同产地红天麻中多酚含量、组成及其抗氧化活性,研究发现,天麻中的主要多酚组分为药草素、表儿茶素、咖啡酸、肉桂酸、对羟基苯甲酸。体外抗氧化结果显示,4个产地红天麻均有一定的抗氧化活性,相同质量浓度结合酚的抗氧化活性高于游离酚。李平等[21]通过建立不同产区天麻的UPLC指纹图谱,确定了巴利森苷A、巴利森苷B和巴利森苷C为不同地区的28个天麻样品中的共有成分。天麻多糖具有清除自由基、降血压、增强免疫力等药理作用。吴国真等[22]以氨基色谱柱为分离柱,采用HPLC-蒸发光散射检测器(ELSD)对天麻中天麻素及三种天麻多糖(果糖、葡萄糖和蔗糖)含量进行分析。结果表明,贵州产地的天麻样品中目标成分含量最高,质量分布均匀。

由于天麻成分复杂且大多未知,功效成分也非单一组分,整体表征的分析方法对天麻的质量控制发挥了重要的作用。方宣启等[23]将非线性化学指纹图谱技术与HPLC分析方法相结合,对不同产地天麻中天麻素及其整体活性成分进行定性定量分析。一方面,利用非线性化学指纹图谱显著的直观差异及系统相似度模式识别,实现对不同产地天麻的鉴别评价;另一方面,测定了不同产地天麻中活性物质相对整体含量。非线性指纹图谱法与HPLC指纹图谱分类结果一致,均能实现天麻产地的溯源以及活性成分含量的比较,从而反映天麻品质差异。

1.3不同炮制方法对天麻中有效成分的影响 天麻炮制历史悠久,不同炮制方法对天麻中功效成分含量影响较大。现代天麻炮制主要选择蒸煮法,通过杀灭活性酶,有效保留天麻中天麻素及天麻苷的含量。

周碧乾等[24]应用4种传统加工方法(发汗、酒制、煮制和蒸制)处理天麻,经HPLC分析发现,巴利森苷类成分含量只在蒸制处理时最高。可能由于发汗处理加快了巴利森苷类化合物转化为天麻素;酒制法中的乙醇会灭活巴利森苷类化合物相应的水解酶,降低其含量;煮制法使得少量的巴利森苷类成分溶解于水,导致其含量下降。王信等[25]选择清蒸处理天麻,考察巴利森苷总含量及巴利森苷B、巴利森苷C和巴利森苷E含量变化情况。研究发现,经蒸制后,巴利森苷总含量保持稳定,而天麻素和巴利森苷B含量显著增加,可能由于巴利森苷A和巴利森苷E在水解酶的作用下,发生了不完全水解,转化为天麻素、柠檬酸和巴利森苷B,增加了天麻素和巴利森苷B含量。宁子琬等[26]采用HPLC法分析了经蒸煮处理的天麻中5种有效成分的含量。结果发现,天麻中天麻素、巴利森苷、腺苷、对羟基苯甲醛等成分的含量经蒸制后均高于煮制加工。这可能与煮制过程中,天麻素易被水解酶分解有关。以上研究均提示天麻使用蒸制工艺显著优于煮制工艺。郜玉钢等[27]考察了天麻产地加工过程中,煮制熟化时间与干燥温度加工对6种药效成分含量的影响,结果显示,煮制熟化时间与干燥温度对天麻6种药效成分影响显著。煮制熟化时间越长,天麻中天麻素、巴利森苷E、巴利森苷B、巴利森苷A及其总含量越高,可能与煮制过程破坏了天麻中这些药效成分降解酶的活性,起到了“杀酶保苷”的作用有关。而干燥温度越高,对基苯甲醇、巴利森苷E、巴利森苷B、巴利森苷A及其总含量越低,可能由于随着干燥温度的升高,药效成分发生了分解,导致含量降低。另外,煮制熟化时间越长、干燥温度越高,天麻中天麻素含量越高,推测可能由于天麻中淀粉等多糖降解成还原糖,与对基苯甲醇作用生成天麻素,导致天麻素含量增加。

天麻炮制采用传统加辅料的研究较少,祝洪艳等[28]比较了古代炮制法(蒺藜法、姜制法、酒制法)和现代蒸制法处理天麻后,其中有效成分的含量变化情况。发现经蒺藜制天麻炮制法处理的天麻中天麻素和天麻多糖含量明显升高,推断可能与其具有协同增效作用有关。蒸汽闪爆技术加工中药材,可使物料保持形状基本不变的同时,质地变得酥松多孔,可显著提高中药材中活性物质的提取率。其特别适用于天麻等具有紧实质硬结构,而不便于提取处理的药材。储瑞等[29]建立了天麻生品、饮片以及闪爆加工处理后的天麻指纹图谱,并考察了7种活性成分的含量变化,评估了不同加工方式对其活性成分含量变化的影响。结果显示,经传统炮制或者蒸汽闪爆加工后,天麻中天麻素及巴利森苷类活性成分含量明显增加,药用价值更高。该研究将蒸汽闪爆技术首次应用于天麻的加工处理,其操作简单,耗时少,是一种新型的中药材加工方式。

2 对心血管疾病的药理作用

过去对天麻的研究主要集中在天麻素对神经系统的作用,随着对其研究越来越深入,发现天麻素及其他活性成分对心血管疾病亦具有一定的药理作用。为了拓展天麻的临床价值,将从抗心肌缺血再灌注损伤、降血压、抗血栓及血小板聚集、降低血脂等方面综述天麻有效成分对心血管疾病的药理作用机制。

2.1抗心肌缺血再灌注损伤 天麻可通过清除氧自由基、抑制细胞内钙离子超载以及减少炎症反应等途径保护心肌缺血再灌注损伤(IRI)。天麻素可降低大鼠在IRI过程中心律失常的发生率,减小心肌梗死的面积[30]。同时,还可降低大鼠血清中丙二醛(MDA)、天冬氨酸氨基转移酶(AST)、乳酸脱氢酶(LDH)水平,提高超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)的活性。天麻素抗IRI的机制可能是通过减少心肌细胞中活性氧(ROS)的产生、降低Caspase-3的表达、上调14-3-3η蛋白水平,从而减轻心肌细胞的凋亡有关[31]。研究表明,天麻素可激活多个信号通路发挥抗心肌缺血再灌注损伤作用。张玲等[32]模拟IRI模型,将天麻素干预H9C2心肌细胞后,发现天麻素能激活Akt/P38MAPK信号通路,抑制血清剥夺/再灌注诱导的细胞凋亡。天麻素还可作用于磷酸腺苷蛋白激酶(AMPK)-mTOR信号通路,清除功能紊乱的线粒体,减少心肌细胞的凋亡,发挥抗心肌细胞缺血再灌注损伤作用[31]。此外,天麻素通过作用于磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)-蛋白激酶B(Akt)信号通路,促进其中mTOR信号的表达,降低细胞自噬水平,从而发挥心肌保护作用[33]。天麻素还能抑制核苷酸结合寡聚化结构域样受体家族pyrin结构域蛋白3(NLRP3)与Caspase-1通路,阻断心肌内皮细胞的凋亡,减少体内外白细胞介素-1β(IL-1β)的产生,进而减小心肌梗死面积,对心肌缺血损伤产生保护作用[34]。在大鼠缺血再灌注过程中,经天麻素预处理大鼠的抗炎性因子IL-10的水平升高,而促炎性因子IL-6、IL-1β和肿瘤坏死因子(TNF)-α的水平均降低,表明天麻素可通过减轻炎症反应发挥心肌保护作用[30]。Li等[35]证实天麻素还可调控肌内质网Ca2+-ATP酶的表达,调节磷酸钙的含量,从而抑制钙离子内流,减少细胞内钙超载,抵抗心肌缺血再灌注引起的损伤和炎症。

由于巴利森苷类化合物在来源上与天麻素有着密切的关系,Wang等[36]研究巴利森苷A、B、J、K、X对缺氧/复氧环境更替建立的心肌细胞H9C2的潜在保护作用。结果显示,与天麻素相比,巴利森苷J和巴利森苷B具有显著的抗H9C2细胞凋亡作用,其通过下调胞浆中裂解的Caspase-3、细胞色素C和凋亡基因的水平实现心肌保护作用。进一步机制研究发现,巴利森苷J能通过抑制JNK-1磷酸化、增加14-3-3蛋白与Bcl-2相关X蛋白结合等途径,对心肌细胞发挥保护作用,预测巴利森苷J在开发心肌保护新药方面具有良好的应用前景。

2.2降血压 临床实践证实天麻素可以有效降低高血压患者血压[37]。张勤等[38]将天麻注射液应用于63例老年难治性高血压患者,研究证明天麻素注射液可以通过调节血管活性物质的浓度,降低血浆内皮素(ET)水平,升高一氧化氮(NO)在患者血浆中的浓度,从而降低老年难治性高血圧患者的血压。

现代药理研究表明,天麻中的酚类物质可通过改善ET与血管紧张素,降低血管阻力,扩张微血管和小动脉,达到降低和持续性平稳血压的目的。Chen等[39]研究表明,大鼠血管平滑肌细胞经天麻素处理后,蛋白激酶A(PKA)被激活,ATP敏感性钾通道(KATP)开放,进而引起血管舒张,达到降压效果。Xie等[40]发现,天麻素可作为动脉平滑肌肌质网上肌醇1,4,5-三磷酸受体的抑制剂,引起血管舒张,发挥降压疗效。Liu等[41]发现天麻素腹腔注射大鼠,能显著降低SHR的收缩压,下调血清中的血管紧张素Ⅱ(Ang Ⅱ)和醛固酮(ALD)水平,上调心肌组织中过氧化物酶体增殖物激活受体γ(PPARγ)的合成。说明天麻素可以作用于肾素-血管紧张素-醛固酮系统(RAAS),干预调节PPARγ。Dai等[42]研究发现,天麻乙酸乙酯提取物可抑制血管内皮细胞Ca2+内流和细胞内Ca2+释放,引起血管舒张。此外,还能显著增加血管内皮细胞中NO的产生以及一氧化氮合酶的活性,这可能与天麻酚类物质调节血管张力改善高血压的过程有关。此外,Zhu等[43]探讨天麻粗多糖和纯多糖对血管紧张素转化酶(ACE)水平的影响,结果显示天麻多糖对ACE抑制率较高,可能与其促进NO生成,抑制ACE活性、ET和AngⅡ释放有关,表明天麻多糖可能也具有潜在的降血压作用。随着代谢组学技术的发展,王焕军等[44]应用代谢组学技术分析自发性高血压大鼠经天麻干预前后血清内源性代谢物的变化。其通过机体代谢通路和代谢网络分析,建立了天麻干预的整体代谢网络,发现天麻可下调亚油酸代谢、花生四烯酸代谢、甘油磷脂代谢,抑制血管内皮细胞(EC)内炎症因子的产生,从而发挥降血压作用。

2.3抗血栓与抗血小板聚集 天麻中的有效成分天麻素、对羟基苯甲醛、对羟基苯甲醇可以干扰纤维蛋白分子之间的点状相互作用,降低血液黏稠度,具有一定的抗血小板聚集作用。对羟基苯甲醛还可提高大鼠血浆cAMP的水平,抑制ADP诱导的血小板P2Y12受体的表达,发挥对抗磷酸腺苷引起的血小板聚集作用[45]。天麻乙酸乙酯提取物则能显著刺激纤溶酶活性,降低血液黏稠度,达到抗血栓的目的[46]。郭营营等[47]研究发现对羟基苯甲醇可通过抑制细胞内外Ca2+的释放和内流,发挥抗血小板聚集作用。

2.4降血脂 在改善脂质代谢方面研究表明,天麻中的酸性多糖提取物对高血脂症大鼠血清中的总胆固醇、三酰甘油和低密度脂蛋白(LDL)水平具有显著的降低作用,而对高密度脂蛋白(HDL)则无明显影响。而天麻中的粗多糖和酸性多糖提取物均能显著降低高脂饮食SD大鼠血清中的总胆固醇和LDL水平,进而抑制动脉粥样硬化[48]。于滨等[49]研究了天麻细粉和天麻素对高脂金黄地鼠的降血脂作用。结果表明,天麻细粉、天麻素均能降低总胆固醇、三酰甘油和LDL含量,并使LDL与HDL比值及动脉硬化指数明显下降。此外,天麻素还可以降低冠状动脉粥样硬化模型大鼠血清中炎症因子IL-6和TNF-α的水平,减少血管内壁斑块形成,从而延缓动脉粥样硬化的功效。通过观察天麻对雄性大鼠高脂模型三酰甘油的作用,发现天麻对三酰甘油的作用较胆固醇更强,提示其分子机制可能与三酰甘油代谢有关[49]。

3 小 结

伴随着我国人口老龄化日趋加剧,人民生活和饮食习惯发生了明显改变,心血管疾病的发生率和病死率显著增加,提高心血管疾病防治水平是我国迫切需要解决的重大医疗和社会问题。天麻在心血管系统中具有广泛的体内及体外生物学活性,然而天麻中有效成分对心血管疾病的药理作用机制仍需进一步的探索阐明。本文综述了天麻中活性成分的含量分析及其抗心血管疾病的药理作用研究进展,旨在拓展天麻及其制剂的临床应用价值,为天麻的质量控制及心血管疾病的临床治疗提供新思路。

利益冲突:所有作者均声明不存在利益冲突。