黄芪药材化学成分差异的研究进展

薛倩倩,刘晓节,李 科,李爱平,秦雪梅,刘月涛

(山西大学中医药现代研究中心,太原 030006;*通讯作者,E-mail:qinxm@sxu.edu.cn;#共同通讯作者,E-mail:yuetaoliu@sxu.edu.cn)

黄芪(Astragali Radix)为豆科植物蒙古黄芪Astragalusmembranaceus(Fisch.)Bge.var.mongholicus(Bge.)Hsiao或膜荚黄芪Astragalusmembranaceus(Fisch.)Bge.的干燥根。具有补气升阳、固表止汗、利水消肿、生津养血等功效,可用于气虚乏力、食少便溏、中气下陷、久泻脱肛、便血崩漏、表虚自汗、内热消渴等症[1]。现代药理学研究表明,黄芪含有皂苷类、黄酮类、多糖、氨基酸及微量元素等多种有效成分,其临床作用广泛,具有强心、抗心肌缺血、抗衰老、保护脏器、增强免疫力等多种药理作用[2]。

质量的稳定性和均一性是确保中药材质量及中医临床用药安全有效的关键和基础,其中,化学成分评价是中药最常用的一种质量评价方法。药材中的化学成分是其发挥药效的物质基础,对中药化学成分的研究可以确保其发挥药效的准确性。但是中药的化学成分易受到其物种、产地、生态环境、种植方式等多种因素的影响而发生变异,本文就从化学成分差异评价角度出发,对不同基源、产地、种植方式、药用部位及生长年限的黄芪药材化学成分的差异进行综述,为黄芪药材的合理应用提供科学依据。

1 皂苷类

皂苷是黄芪中一类重要的有效成分,到目前为止,4种可药用的黄芪属植物中已经发现了47种皂苷类成分。其中,膜荚黄芪中有37种,蒙古黄芪中有10种,梭果黄芪中有6种,多花黄芪中有4种[4]。现代药理学研究发现,黄芪皂苷类成分具有抗衰老、抗病毒、抗风湿等功效,对心血管系统作用也颇佳,是黄芪中最主要的活性成分[5]。

1.1 不同基源黄芪的差异性研究

覃红萍等[6]采用高效液相-蒸发光散射检测(HPLC-ELSD)法测定了不同基源黄芪药材中黄芪皂苷Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的含量,结果显示,蒙古黄芪和膜荚黄芪中含有的黄芪皂苷的含量都表现为:黄芪皂苷Ⅰ>黄芪皂苷Ⅱ>黄芪皂苷Ⅳ>黄芪皂苷Ⅲ,且两者之间这些指标均无显著差异。王宗权等[7]则发现蒙古黄芪和膜荚黄芪中黄芪皂苷Ⅰ和黄芪皂苷Ⅳ含量差别不大,而膜荚黄芪中的黄芪皂苷Ⅱ的含量比蒙古黄芪大约高0.2%。可见,两种基源黄芪所含的皂苷总含量差异不大,不同的皂苷含量存在一定的差异。

1.2 不同产地黄芪的差异性研究

郑美蓉等[8]测定了不同产地黄芪总皂苷的含量,发现产地对黄芪中总皂苷含量影响较大,表现为:山西>内蒙古>吉林>河北>青海>陕西>甘肃,可以作为黄芪产地差异的评价指标。除此之外,对于不同产地黄芪中各类皂苷的组成差异也有研究。张立为[9]发现山西和内蒙古的黄芪药材中黄芪甲苷含量较高,河北的含量最低。史静超等[10]分别测定了不同产地的蒙古黄芪中黄芪甲苷、黄芪皂苷Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ的含量,并对其进行聚类分析,发现山西和甘肃黄芪这四种特征皂苷含量接近,同时山西、甘肃、内蒙古、吉林四个产区相似度较高,可聚为一类,宁夏样品黄芪皂苷Ⅰ和Ⅱ的含量较高,单独可归为一类。可以看出,产地对黄芪药材中皂苷类成分的含量有一定影响。此外,芮雯等[11]基于超高效液相色谱-四级杆飞行时间质谱(UPLC/Q-TOF-MS)指纹图谱技术对不同产地黄芪药材进行了研究,找出了包括黄芪皂苷Ⅰ、Ⅱ等8个差异最大的化合物,进一步支持了黄芪皂苷Ⅰ、Ⅱ可以作为区分不同产地黄芪质量的指标。

1.3 不同种植方式黄芪的差异性研究

刘凤波等[12]采用紫外分光光度法比较了不同种植方式黄芪药材中黄芪总皂苷的含量,发现野生黄芪较栽培黄芪高。另外,熊一峰等[13]比较了山西两种种植方式黄芪的次级代谢产物的差异,发现传统芪中黄芪皂苷Ⅲ的含量显著高于移栽芪,移栽芪中的黄芪皂苷Ⅰ则显著高于传统芪,而4种皂苷含量的总和无显著差异。

1.4 黄芪不同药用部位的差异性研究

梁伟[14]以浸膏率和黄芪甲苷的含量作为监控指标,对不同药用部位的黄芪质量进行了考察。结果显示,黄芪侧根的浸膏率和黄芪甲苷的含量都大于主根。杨庆珍等[15]分别比较了同一产地黄芪药材的主根、须根、根头和全根部位皂苷的含量,发现药材中黄芪甲苷的含量表现为:须根>全根>主根>根头。除了对于根部不同部位的研究之外,程合理[16]还采用HPLC-ELSD法测定了黄芪地上茎叶和根部的黄芪甲苷的含量,发现黄芪茎叶所含黄芪甲苷的含量高于根部。

1.5 不同生长年限黄芪的差异性研究

张善玉等[17]研究了不同生长年限的黄芪药材中总皂苷和黄芪甲苷的含量差异,发现随着生长年限的增加,总皂苷和黄芪甲苷的含量也不断增长。王宗权等[18]采用HPLC-ELSD法测定了3-7年生黄芪药材中黄芪皂苷Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ的含量,发现4年生黄芪药材中黄芪皂苷Ⅰ和Ⅱ的含量要高于其他生长年限,而黄芪皂苷Ⅳ的含量则是7年生的黄芪药材较高。Peng等[19]研究了生长年限与黄芪活性成分相关性,发现黄芪皂苷A和黄芪皂苷Ⅱ与黄芪药材的生长年限呈显著正相关性。总结上述研究可见,黄芪皂苷Ⅰ、Ⅱ比较容易受周围环境的影响,而皂苷Ⅳ的含量主要与黄芪药材的生长年限有关。

2 黄酮类

迄今为止,从黄芪中分离得到的黄酮类化合物有黄酮、异黄酮、异黄烷和紫檀烷4大类[20],其中毛蕊异黄酮苷、5-羟基毛蕊异黄酮苷和芒柄花苷及其苷元在免疫系统调控、抗氧化、抗凋亡等方面效果显著[21]。

2.1 不同基源黄芪的差异性研究

周鹏等[22]研究了蒙古黄芪与膜荚黄芪中总黄酮和毛蕊异黄酮苷及其苷元、芒柄花苷及其苷元的含量,发现蒙古黄芪中总黄酮、毛蕊异黄酮苷和芒柄花苷的含量高于膜荚黄芪,但毛蕊异黄酮、芒柄花素的含量较低。

2.2 不同产地黄芪的差异性研究

陈鑫等[23]采用紫外分光光度法测定了不同产地黄芪药材的总黄酮含量。结果显示,不同产地黄芪药材的黄酮中,总黄酮含量有显著差异,表现为:河北>山西>吉林>甘肃>内蒙>陕西>青海。姚雪莲等[24]用高效液相色谱(HPLC)法比较了不同产地黄芪药材中毛蕊异黄酮苷和芒柄花素的含量差异。结果得出,山西黄芪中毛蕊异黄酮苷含量高于其他产地,而芒柄花素含量较低。任伟超等[25]采用高效液相-紫外检测(HPLC-UV)法对黑龙江和山西黄芪中毛蕊异黄酮苷的含量进行了比较,发现山西黄芪中毛蕊异黄酮苷的含量明显高于黑龙江黄芪。禹亚杰等[26]采用HPLC法评价了不同产地黄芪药材中芒柄花苷的含量。结果为,内蒙古和山西产的黄芪中芒柄花苷含量较高。

2.3 不同种植方式黄芪的差异性研究

石子仪等[27]采用高效液相-二极管阵列检测(HPLC-DAD)法对栽培、半野生和野生黄芪中毛蕊异黄酮苷和芒柄花素的含量进行了比较,发现半野生品中毛蕊异黄酮苷的含量优于栽培品及野生品;栽培品中芒柄花素的含量优于野生品及半野生品。杜国军等[28]通过HPLC-ELSD法采集了传统黄芪和栽培黄芪的指纹图谱信息,进行相似度分析和代谢组学多元统计分析。发现传统黄芪中毛蕊异黄酮苷的含量明显高于2年生栽培黄芪,毛蕊异黄酮苷、芒柄花苷等7种主要差异性化学成分是两种黄芪的主要差异成分。

2.4 不同生长年限黄芪的差异性研究

张军武等[29]收集了同一产地6、12、18、24和36个月生的黄芪药材,分析发现36个月的黄芪总黄酮含量最高,24个月的次之,但两个差异不大,提示在采收黄芪药材时应以2年以上为基本标准。辛博等[30]研究生长年限对黄芪中黄酮类成分含量的影响时,发现7年生的黄芪中毛蕊异黄酮苷、毛蕊异黄酮、芒柄花苷及芒柄花素含量最高。从以上两个研究中,可以基本判断黄酮类成分的含量随着黄芪生长年限的增长逐渐增加。

黄酮类成分的化学差异研究主要集中在总黄酮、毛蕊异黄酮葡萄糖苷、芒柄花苷及其苷元上,基源、产地、种植方式和生长年限都会影响黄酮类成分的组成。

3 糖类

黄芪多糖是黄芪中含量最多的活性成分之一,包括杂多糖、葡聚糖、中性多糖和酸性多糖[31]。黄芪多糖主要的生物活性是调节机体免疫力,能发挥抗肿瘤、抗衰老、抑菌及抑制病毒等作用[32]。目前对黄芪多糖成分的研究技术由简单的显色反应测总含量过渡到单糖指纹图谱技术,对黄芪的质量评价有很大意义。

3.1 不同基源黄芪的差异性研究

杜旻等[33]利用硫酸-苯酚法比较了蒙古黄芪和膜荚黄芪中多糖类物质的含量,发现蒙古黄芪的总多糖含量高于膜荚黄芪。Duan等[34]应用代谢组学方法比较膜荚黄芪和蒙古黄芪的质量,在测得的代谢差异物中,膜荚黄芪所含的甘露糖、木糖等可溶性糖含量显著高于蒙古黄芪。

3.2 不同产地黄芪的差异性研究

孔瑞岗等[35]利用紫外分光光度法对不同产地黄芪的黄芪总糖含量进行了比较。结果显示,不同产地黄芪总糖的含量表现为甘肃黄芪优于山西、内蒙、河北等地,差异较大。张艳贺等[36]发现山西黄芪药材中黄芪多糖的含量高于黑龙江产黄芪。朱尚文等[37]的研究也证实了黑龙江、内蒙古、陕西、甘肃4个产地中,甘肃地区的黄芪多糖含量最高,而其余3个产地较少。

3.3 不同种植方式黄芪的差异性研究

李科等[38]收集24批不同生长方式的黄芪药材,以黄芪细胞质中游离糖、多糖和糖缀合物为研究对象,建立了速生黄芪与野生黄芪的单糖指纹图谱,并对其含量进行分析。结果表明,野生黄芪中多糖和糖缀合物等糖类组分的含量普遍高于速生黄芪,且两种黄芪可按指标成分的比例进行鉴别:细胞质中速生黄芪的甘露糖-阿拉伯糖>3.5 ∶1,而野生黄芪中两者的比值小于3.5 ∶1;细胞壁所分离的两个多糖组分速生黄芪中阿拉伯糖含量比值大于0.5 ∶1,而野生黄芪的这个比值却小于0.5 ∶1。

3.4 黄芪不同药用部位的差异性研究

毕小凤等[39]采用苯酚-硫酸法测定黄芪根及其茎叶中多糖的含量,发现黄芪茎叶中多糖含量远低于根部。

3.5 不同生长年限黄芪的差异性研究

辛博等[40]分析了山西和陕西两个产地1-7年间不同生长年限黄芪药材的多糖含量,结果发现,两个产地黄芪药材中黄芪多糖的含量,均随着生长年限的增加呈现逐渐减少的趋势,初步判断黄芪多糖与药材的生长年限呈负相关。张秋海等[41]研究了1-5年生黄芪药材中多糖的含量,发现其含量在1-5年内呈增长趋势,但第3年后增长变缓。张善玉等[42]研究了1-3年生黄芪药材中黄芪多糖的含量,发现1年生黄芪中多糖含量最高,随着生长年限增加多糖含量逐渐减少。研究结果揭示,以黄芪多糖为主要作用成分时,应优先选择生长年限较低的药材。

4 微量元素

微量元素指占生物体总质量0.01%以下,且为生物体所必需的一些元素。

4.1 不同产地黄芪的差异性研究

彭茵等[43]以Zn的含量作为指标性成分,采用火焰原子吸收光谱法比较了吉林、山东、山西的黄芪药材中的含量。发现吉林和山西产药材中含量差别不大,且两者均比山东黄芪的含量高。昝亚玲等[44]收集了山西、安徽、四川、内蒙、甘肃等8个产地的黄芪,通过测定其中10种矿质元素含量进一步分析不同产地药材的品质。结果表明,不同产地黄芪饮片中氮、磷、钾元素含量差异不大,而其他微量元素的差异较显著。倪永年等[45]采用电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)法测定了山西、甘肃、内蒙和四川4个产地黄芪样品中Ca、Mg、Fe、Cu、Mn、Cr和Zn 7种微量元素的含量,发现不同产地的黄芪样品中微量元素含量没有明显差异。Li等[46]比较了来自山西、内蒙古、甘肃3个不同产地黄芪药材中21种微量元素的含量,发现Fe、Al、B、Na、Cr、Ni六种元素可以作为评价黄芪药材的指标,同时对比活性成分与微量元素的相关性,发现P、K、Zn这三种与黄芪药材中活性成分呈负相关的微量元素在山西产药材中含量最低,而人体必需元素Fe、Cr、Ni等却在山西产黄芪中含量较高,进一步体现了山西道地药材的优质性。

4.2 黄芪不同药用部位的差异性研究

毕小凤等[39]采用等离子发射光谱仪半定量测定黄芪根及其茎叶中微量元素,从半定量结果可见,黄芪茎叶与根部中微量元素种类和总量差异不明显。

5 氨基酸

目前已发现黄芪药材中含有γ-氨基丁酸、天冬酰胺和天门冬氨酸等25种氨基酸[47]。

5.1 不同基源黄芪的差异性研究

洪筱坤等[48]比较了两种黄芪药材中总氨基酸的含量,发现膜荚黄芪的含量远大于蒙古黄芪,且γ-氨基丁酸可以作为一个单独指标用于鉴别膜荚黄芪和蒙古黄芪。

5.2 不同种植方式黄芪的差异性研究

田栋等[49]基于NMR技术对山西野生黄芪和甘肃栽培黄芪药材氨基酸的组成成分进行了比较,结果显示:甘肃栽培黄芪浸出物中精氨酸和富马酸含量较高,而山西野生黄芪浸出物中胆碱、琥珀酸、柠檬酸、谷氨酸、牛磺酸和天冬氨酸含量较高,两者之间有一定差异。

5.3 黄芪不同药用部位的差异性研究

毕小凤等[39]测定了黄芪根及其茎叶中水解氨基酸的含量,发现黄芪茎叶与根中氨基酸总量的差异不明显。

6 小结

黄芪具有一药多效的特点,在很多中药复方中都存在,素有“十方八芪”的称号。但其来源不一,品种和产地又比较广泛,导致不同的黄芪在化学成分甚至药效上存在一定的差异。现有研究从黄芪药材各类化学成分的角度上发现了一些特征性的差异,此外还有从黄芪多个成分同时评价的角度研究黄芪质量,并且有研究表明3年生黄芪中含有的异黄酮、黄芪皂苷Ⅰ、总多糖和γ-氨基丁酸的含量最高,是黄芪最佳收获期[50]。但这些在化学成分的差异性评价还不够成熟,且这些差异出现的偶然性和连续性有待进一步深入探究。因此,黄芪药材的化学差异不仅要寻找药材本身存在哪些差异,还需判断这些差异是否具有遗传性,从而找出能够确定黄芪药材分型的特征化学成分,指导临床分类用药。另外,中药药材化学成分复杂,配伍方式也比较多样,且与不同药材的配伍有可能会引起自身化学成分及所发挥药效的差异。所以,也应该加强黄芪在不同复方中的药效研究,建立黄芪化学成分与药效的相关性,从而为黄芪在不同复方中的分类使用提供依据,为更好地体现黄芪质量标准的建立奠定基础。