红景天提高缺氧耐受力研究及应用进展

袁 林,吴军林,2,吴清平,2,*

(1.广东环凯微生物科技有限公司,广东广州 510663;2.广东省微生物研究所,省部共建华南应用微生物国家重点实验室,广东省菌种保藏与应用重点实验室,广东省微生物应用新技术公共实验室,广东广州 510070)

红景天提高缺氧耐受力研究及应用进展

袁 林1,吴军林1,2,吴清平1,2,*

(1.广东环凯微生物科技有限公司,广东广州 510663;2.广东省微生物研究所,省部共建华南应用微生物国家重点实验室,广东省菌种保藏与应用重点实验室,广东省微生物应用新技术公共实验室,广东广州 510070)

红景天(Rhodiola)是一种天然的药用植物,其主要的药理活性成分红景天苷能显著提高人体的缺氧耐受力,并且具有安全性。本文阐述了红景天提高缺氧耐受力的功能学和安全毒理学评价,总结了提高缺氧耐受力作用机理的研究进展,介绍了以红景天为原料的保健食品开发应用现状,并且对红景天资源的应用前景进行了展望。

红景天,耐缺氧,保健食品,研究进展

红景天(Rhodiola)是名贵珍稀的药用植物,大多数生长在海拔3500～5000 m的高地,其作为传统藏药已有千年历史,被誉为“高原人参”[1]。在二十世纪中期,前苏联科学家布列赫曼研究发现,红景天具有“适应原样作用”,为红景天的药用价值提供了强有力的科学依据。现代药理学研究证明红景天能显著提高人体的缺氧耐受力,且副作用很小[2]。近年来,俄罗斯已经将红景天片剂、提取物以及各种饮料等应用于潜水员、运动员、飞行员、宇航员等在特殊环境中工作人员的保健[3]。一些脑力劳动者以及用氧效率下降的老年人也易发生缺氧状况[4]。因此,红景天提高缺氧耐受力功能的开发应用已成为研究热点。本文就红景天提高缺氧耐受力功能的研究进展进行综述,以期为其进一步的开发利用提供参考。

1 红景天资源概况

红景天为景天科(Crassulaceae)红景天属(Rhodiola)多年生草本或亚灌木野生植物,其花、茎、根的浸出液均为红色,故得名[5]。《中国药典2010版一部》中收载正品为景天科红景天属植物大花红景天,药用部位为干燥根和根茎,气芳香,味微苦涩、后甜,性平[6]。红景天属植物全球已知共有96个种,主要分布在喜马拉雅地区、亚洲西部和北部,以中国为中心,在朝鲜、日本和北美洲都有分布。我国发现73个种,主要生长在西北、西南、华中、华北及东北地区,尤其是云南、四川及西藏高寒地区种类最丰富[7]。国内学者对西藏、河北、长白山高山冻原带等地的红景天属植物资源进行了实地考察,发现大多数红景天生长在海拔3500～5000 m左右的高山上,部分生长在海拔800～2500 m高寒无污染的灌木丛林中。由于其生长环境极为恶劣,所以红景天的遗传基因已经适应缺氧、低温、干燥、强紫外线,具有较强的生命力[8]。国内对以下种类研究较多,有大花红景天(R.crenulata),高山红景天(R.cretinii),库页红景天(R.sachalinensis),圣地红景天(R.sacra),四裂红景天(R.quadrifida),云南红景天(R.yunnanensis),长鞭红景天(R.fastiata),小丛红景天(R.dumulosa)等。

2 功能性成分

2.1 化学成分

红景天属植物有明显的化学一致性。国内外学者对圣地红景天、高山红景天等20余种红景天属植物进行化学成分分析,发现其主要成分均为黄酮类、苷类、香豆素类、多糖类,并且也含有水溶性挥发油、生物碱、酚类化合物、鞣质等,其中黄酮类最多;另外也含有多种氨基酸和微量元素[9]。

2.2 药理活性成分

红景天的药理活性成分主要为红景天苷(Salidroside)及其苷元酪醇(P-Tyrosol),还有酪萨维(Rosavin或Rosavidine)、超氧化物歧化酶(SOD)、二苯甲基六氢吡啶(Pyridrde)、红景天素即草质素-7-氧-(3-氧-β-D吡喃葡萄糖基)-α-L-吡喃鼠李糖苷(Rhodiosin)和草质素-7-氧-α-L-吡喃鼠李糖苷(Rhodionin)[7-8]。这些活性成分使红景天具有耐缺氧、抗疲劳、抗氧化等功能,从而实现改善心血管系统功能、增强脑机能、增强免疫力、保护器官免受自由基损伤等的药理作用[4]。

2.3 提高缺氧耐受力功能成分

红景天苷及其苷元酪醇为红景天的主要功能成分,具有明显的耐缺氧作用。其中,红景天苷被认为是红景天保健功效的核心成分,其含量的高低是评价红景天药用价值的重要指标之一[8]。红景天苷分子式C14H20O7,化学结构是醇苷,其相对分子质量为300.30,为无色透明针状结晶,熔点为158～160 ℃,溶于水、乙醇和正丁醇,微溶于丙酮和乙醚。红景天苷在酸性条件下水浴加热2 h后完全水解,水解产物为一分子的苷元酪醇和一分子的葡萄糖[10-11]。不同红景天属植物红景天苷含量有差异,在植物生长的不同时期其地上部分和地下部分红景天苷含量也不尽相同。陈志英[12]等采用高效液相色谱(HPLC)法对大花红景天、库叶红景天、蔷薇红景天、狭叶红景天及其他9种野生红景天属植物根茎进行红景天苷含量测定,结果发现青海产大花红景天含量最高,库页红景天次之,云南红景天和长鞭红景天最低;各个时期的库页红景天,地上部分红景天苷含量均低于地下部分,其中全熟期最高,花期最低。高山在各个时期的红景天苷含量与其类似[13]。《中国药典2010版》中对于红景天的质量要求为:按干燥品计算含红景天苷不得少于0.50%[6]。

3 红景天提高缺氧耐受力的功能学与毒理学研究

3.1 提高缺氧耐受力功能学评价

提高缺氧耐受力的功能学评价方法包括不同压强下耐缺氧实验、亚硝酸钠中毒实验、特异性心肌缺氧实验和急性脑缺血性缺氧实验等。金雪莲[14]发现在常压缺氧情况下,不同剂量水平下的红景天苷均可明显延长小鼠存活时间,在高压缺氧情况下作用也较为显著;在特异性心肌缺氧和亚硝酸钠中毒情况下,红景天苷可使小鼠的存活时间明显延长,并与浓度成量效关系。吴万征等[15]在研究西藏产红景天的耐缺氧功能时发现,3个不同剂量组均对常压缺氧、减压缺氧和组织缺氧小鼠产生保护作用,并且能够显著延长特异性增加心脏耗氧小鼠存活时间。陈玉满等[16]研究显示,与对照组相比,3个不同剂量水平下的大花红景天均可使亚硝酸钠中毒小鼠存活时间显著延长;在急性脑缺血性缺氧实验中,高剂量组可使小鼠断头后喘气停止时间延长,且高剂量组能使运动后乳酸曲线下面积明显降低,表明大花红景天具有耐缺氧作用。刘琳等[17]使用红景天胶囊对雌性小鼠连续30 d经口灌胃后,观察到中、高剂量组能明显延长小鼠常压耐缺氧和急性脑缺血性缺氧时间,实验结果为阳性。从以上研究评价中可以看出,红景天具有明显的提高缺氧耐受力功能。

3.2 安全毒理学评价

常见的安全毒理学评价方法有急性毒性实验,遗传毒性实验和大鼠30 d喂养实验。其中急性毒性实验常用最大耐受量法(maximum tolerated dose,MTD)和急性毒性半数致死量法(lethal dose 50,LD50);遗传毒性实验包括Ames实验、小鼠骨髓嗜多染红细胞微核实验和小鼠精子畸形实验。周元山等[18]在Ames实验中采用鼠伤寒沙门氏菌营养缺陷型回复突变实验,发现长鞭红景天无诱变性;在LD50实验中采用昆明种小白鼠,经口灌胃,结论是长鞭红景天以LD50毒性分级属实际无毒级;在其水煎剂对小鼠骨髓多染性红细胞微核率影响的实验中,均未诱发小鼠骨髓多染性红细胞微核率增高,表明无潜在的诱变性;其水煎剂在睾丸生殖细胞减数分裂染色体畸变分析实验中发现,对照组与各实验组无明显差异,表明在实验的剂量范围内使用是安全的。李瑾翡[19]经Wistar大鼠6周口服给药长毒实验结果显示,该药减缓了大鼠体重的增长,除此之外其余指标未见明显毒性反应。曹第勇[20]用不同剂量的红景天对80只大鼠进行灌胃实验观察,结果表明大鼠的各项指标均无明显变化。刘琳[17]对红景天胶囊进行安全性毒理学评价发现,昆明种小鼠和SD大鼠的急性经口MTD值均大于159 kg.bw,按急性毒性分级属无毒级;三项遗传毒性实验结果显示无致突变作用;大鼠30 d喂养实验表明,服用最高剂量为人体推荐量的100倍。从以上毒理学研究的评价可见,红景天具有安全无毒的特点,可作为保健食品原料研究开发功能性产品。

4 红景天提高缺氧耐受力作用机理的研究

早期对红景天耐缺氧作用机理的研究大多数是通过动物实验来进行器官水平上的研究。近几年,国内外学者通过建立细胞模型等方式对作用机理进行更深入的探讨,主要集中在分子和细胞水平的研究。

4.1 在器官水平上的研究

前苏联科学家认为红景天是一种“适应原样”物质,具显著的耐缺氧、抗疲劳、耐低温等药理作用,并证实其能活化无氧糖酵解,使大脑和肌肉中糖元消耗下降,促使负荷肌肉氮代谢指数正常化[21];也有学者[22]认为,“适应原样”作用可能是一种低毒兴奋效应,能通过本身微量毒性,刺激机体产生应激反应。陈玉满等[16]研究认为,大花红景天能明显延长亚硝酸钠中毒存活时间,表明大花红景天可能缓解细胞外液缺氧,提高细胞利用氧的效率,使红细胞血红蛋白含量增加,因此延长了中毒存活时间;在急性脑缺血性缺氧状态下,大花红景天可能通过增强有氧氧化酶的活性、提高机体组织氧的利用率来提高机体的携氧和供氧能力;也可能通过降低耗氧量、耗氧速度,清除自由基或减少自由基对血管内皮的损伤来实现耐缺氧作用,从而延长实验小鼠断头后喘气停止时间。Ip S等[23]研究发现红景天可以降低缺氧诱导的胰腺伤害,这是因为红景天苷影响了心血管组织肾素-血管紧张素系统。

4.2 在分子及细胞水平上的研究

近几年国内外学者对红景天耐缺氧作用机理进行研究发现,红景天苷通过降低乳酸脱氢酶同工酶(isozymes of lactate dehydrogenase,LDH)的活性和丙二醛(malordiaolehyde,MDA)的含量、上调低氧诱导因子(hypoxia-inducible factor,HIF)-1αmRNA或使其稳定表达、促进血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)表达、调控线粒体膜通透性转换孔(mitochondrial permeablity transition pore,mPTP)和内皮素-1(endothelin-1,ET-1)水平等方式来提高机体耐缺氧能力。

周海涛等[24]在红景天对大鼠力竭游泳能力和心肌线粒体抗氧化能力影响的研究中发现,红景天可以通过提高线粒体SOD和GSH-Px活性,显著降低MDA含量,从而使线粒体过氧化脂质形成被抑制,降低体内自由基对线粒体膜和肌浆网膜的损伤,从而提高机体的缺氧耐受力。龙怡等[25-26]建立体外缺氧缺糖心肌细胞损伤模型发现,红景天苷等可以降低LDH的活性和MDA的含量,通过减轻心肌细胞损伤程度、提高心肌细胞活力,有效地保护心肌细胞;同时运用反转录聚合酶链式反应(RT-PCR)法检测其对心肌细胞HIF-1αmRNA表达的影响,HIF是广泛存在于哺乳动物与人体内的转录因子,在低氧诱导血管新生中起主要作用的是HIF-1α,结果表明红景天苷通过上调HIF-1αmRNA的表达,发挥耐缺氧作用。同时也有研究认为红景天对缺氧诱导的心肌细胞凋亡的抑制作用机制,可能是通过PI(3)K/Akt信号通路诱导了HIF-1α的稳定表达途径而实现的,且这种抑制作用具有剂量依赖性[27-28]。Zheng K[29]等研究也认为红景天苷可以诱导HIF-1αmRNA的表达,促进HIF-1α的积累。高秀芳等[30-31]采用SYBR Green I荧光染料实时定量PCR法检测mRNA表达水平、Western Blot 法检测蛋白表达水平,发现红景天能显著促进低氧状态下内皮细胞HIF-1α、VEGF基因转录和蛋白表达,VEGF是最重要的促血管生成因子,从而诱导了低氧环境下的血管新生、促进血管生成。李婷等[32]在红景天苷抑制低氧诱导的心肌细胞凋亡机理的研究中发现,红景天苷能够通过调控mPTP开放来拮抗低氧诱导的心肌细胞凋亡。Lee S[33]等研究发现红景天提取物可以有效调控低氧环境下大鼠体内ET-1和VEGF水平,具有减轻大鼠缺氧性肺水肿症状的生理功能。

5 红景天保健食品的开发应用

5.1 原料组方

在提高缺氧耐受力功能保健食品中,较常用的中药有:红景天、西洋参、枸杞子、银杏叶、人参、三七、五味子、黄芪、丹参等。常见的功效成分为:红景天苷、皂苷、黄酮、多糖等[34]。通过查询国家食品药品监督管理局官方网站,查阅到原料中含有红景天提取物且保健功能为提高缺氧耐受力的国食健字保健食品61种。其中以红景天单方为原料的13种,占21.3%;复方分为两类:红景天与其他中药配伍类36种,占59%;中药(含红景天)与西药成分或营养素复方类有12种,占19.7%(见表1)。

表1 61种红景天提高缺氧耐受力功能保健食品的原料组分统计

从查询到的原料包括红景天且保健功能为提高缺氧耐受力的61种国食健字保健食品,可以看出复方制剂明显多于单方制剂,其中纯中药复方制剂占一半以上。

5.2 产品剂型

目前已注册成功的红景天保健食品剂型有片剂、颗粒剂、胶囊剂、粉剂、口服液、饮料以及酒剂,极大丰富了以往藏药散、丸等传统剂型[34-35]。查询国家食品药品监督管理局官方网站注册的红景天提高缺氧耐受力61种产品中,片剂10种,硬胶囊29种,软胶囊8种,粉剂2种,口服液5种,饮料2种,酒剂1种、颗粒剂4种。

由表2可知,61种国食健字保健食品中,剂型主要以胶囊剂为主,其中硬胶囊最为常见,接近一半的产品为硬胶囊;软胶囊属于新剂型,也是近年来非常受欢迎的保健食品剂型。胶囊剂保质期多定为24个月,可能与液体制剂和片剂相比,胶囊剂在加工、贮运和使用等方面具有一定的比较优势有关。但毒胶囊事件对胶囊剂的安全性提出了新要求[25]。片剂作为传统剂型相较于饮品类、颗粒剂和粉剂占有更大的比例。

表2 61种红景天提高缺氧耐受力功能保健食品的剂型统计

6 展望

随着中医药现代化的进行,尤其是在当代人们追求“治未病”,注重调理“亚健康”的背景下,努力开发功能确切、工艺稳定的保健食品,对保护人类健康将大有益处[36]。红景天曾作为药中上品收载于《本草纲目》、《神农本草经》,加上我国红景天属药用植物种类多、分布广,毒性小副作用少,又可以人工栽培,具有广阔的开发利用前景[37-38]。

目前对红景天的功效及药理作用研究逐步深入,为日后进一步实验研究提供了基础,为红景天保健品的开发和应用提供了依据。不仅如此,红景天作为原料进行产品研发,将为保健品、药品和化妆品等开创新的领域。另一方面,我国红景天资源虽然相对丰富,但不断开采导致野生红景天资源紧缺,面临竭枯。所以,加强红景天人工栽培研究,并使其规模化、产业化将为红景天可持续发展提供保障。

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Research and application progress in anti-hypoxia activity ofRhodiola

YUAN Lin1,WU Jun-lin1,2,WU Qing-ping1,2,*

(1.Guangdong Huankai Microbial Sci&Tech Co.,Ltd,Guangzhou 510663,China;2.Guangdong Institute of Microbiology,State Key Laboratory of Applied Microbiology(Ministry-Guangdong Province Jointly Breeding Base)South China,Guangdong Provincial Key Laboratory of Microbial Culture Collection and Application,Guangdong Open Laboratory of Applied Microbidogy,Guangzhou 510070,China)

Rhodiolais a kind of natural medicinal plant. Salidroside is the main pharmacological active ingredients that could improve the hypoxia tolerance of the body safely and significantly. Research of function and toxicological evaluation on improving hypoxia tolerance are reviewed in this paper. Research progress in the mechanism of action onRhodiolaimproving hypoxia tolerance was described. Development and application status ofRhodiolaimproving hypoxia tolerance function in health foods and prospects the application ofRhodiolaresources were summarized.

Rhodiola;salidroside;anti-hypoxia;research progress

2015-01-28

袁林(1989-)，女，硕士，研究方向：食品生物防腐剂，E-mail：yuanlincq@126.com。

*通讯作者:吴清平(1962-)，男，博士，研究员，研究方向：食品微生物安全监测与控制技术，E-mail：wuqp203@163.com。

国家自然科学基金项目(31271940；31000762)；广东省中国科学院全面战略合作专项(2013B91500024)；广州市珠江科技新星专项(2013J2200079)。

TS201.1

A

1002-0306(2015)23-0376-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.23.070