黄芪的化学成分及药理作用研究进展

吴 娇，王 聪

(新乡医学院药学院，河南 新乡 453003)

中药黄芪为豆科植物蒙古黄芪或膜荚黄芪的干燥根，性微温，味甘，归脾、肺、肝、肾经，具有补气升阳，益卫固表等功效，是我国最古老的补气中药材之一。黄芪的主要化学成分有黄酮类化合物、皂苷类化合物、黄芪多糖(astragalus membranaceuspolysaccharide,AMWP)、生物碱、葡萄糖醛酸及多种微量元素等，主治气虚乏力、表虚自汗、感冒、病毒性心肌炎、冠状动脉粥样硬化性心脏病、糖尿病等病症。随着黄芪临床应用的日益广泛，人们对黄芪化学成分及药理作用的研究趋多。为促进黄芪资源的深入开发和应用，更加全面地了解黄芪的最新药理作用，更好地指导临床用药，本研究对黄芪的化学成分及药理作用进行总结。

1 黄芪的化学成分

目前，已经从蒙古黄芪和膜荚黄芪中分离得到的主要化学成分包括：(1)黄酮类：约有40种黄酮类化合物，其中包括黄酮、异黄酮、异黄烷、紫檀烷4大类[1-2]。(2)皂苷类：已发现40多种三萜皂苷类化合物，主要有黄芪皂苷Ⅰ～Ⅷ、乙酰基黄芪皂苷Ⅰ、异黄芪皂苷、大豆皂苷、黄芪皂苷甲、黄芪皂苷乙等[3]。(3)多糖类：黄芪的多糖成分主要有葡聚糖和杂多糖，葡聚糖包括水溶性葡聚糖和水不溶性葡聚糖，杂多糖大多是水溶性酸性杂多糖[4]。(4)生物碱类：目前从蒙古黄芪中分离鉴定出6种生物碱类化合物，分别为黄芪碱A、B、C、D、E、F[5]。(5)氨基酸类：从黄芪中可以分离得到25种氨基酸，如γ-氨基丁酸、苏氨酸、天冬酰胺、天门冬氨酸、丝氨酸、谷氨酸、丙氨酸、脯氨酸、丙氨酸甘氨酸、胱氨酸、蛋氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、赖氨酸、精氨酸等。(6)微量元素：黄芪中含有多种微量元素，如Sc、Se、Cr、Cu、Zn、Mn、Co、Si、Mo、Ca、P、Cs、La、Ce、Fe、K、Rb、Sm等。(7)其他化学成分：黄芪中还含有多种其他物质成分，如蔗糖、黏液质、苦味素、淀粉酶、香豆精、维生素D、核黄素、香草酸、异阿魏酸、阿魏酸、绿原酸、亚麻酸、咖啡酸、烟酸、香豆素、尼克酸、淀粉E、胡萝卜素、甜菜碱、烟酰胺、亚油酸、叶酸、羽扇豆醇、β-谷甾醇、棕榈酸等。

2 黄芪的药理作用

2.1与功效主治相关的药理作用黄芪具有利尿脱毒、补气固表、敛疮生肌和排脓的功效，主治气虚乏力、表虚自汗、久溃不敛、血虚萎黄、内热消渴等。

2.1.1增强机体免疫功能黄芪可提高T淋巴细胞亚群水平，防止化学治疗药物对人体免疫功能的损害，从而增强机体的免疫功能，提高治疗效果[6]。黄芪能调节哮喘小鼠辅助性T细胞1和辅助性T细胞2之间的免疫平衡，激活过氧化物酶体增殖物，抑制哮喘小鼠气道炎症反应[7]。黄芪中一种新的冷水可溶性AMWP-1A能够有效保护荷瘤小鼠免疫器官，促进巨噬细胞的胞饮作用，提高外周血中淋巴细胞亚群的比例，可作为潜在的天然抗肿瘤药物[8]。黄芪对正常机体的抗体生成功能有明显的促进作用，能促进健康人和肿瘤患者的淋巴细胞转化率，提高机体细胞免疫功能[9-10]；另外，AMWP能够改善单核巨噬细胞的功能，增强单核巨噬细胞的吞噬作用，提高自然杀伤细胞的活性[11]。

2.1.2增强骨髓造血功能环磷酰胺的烃化作用可破坏造血细胞的DNA结构，损伤造血干细胞和祖细胞，引起造血细胞凋亡和体液因子改变，使骨髓有核细胞及外周血血小板水平明显降低，导致包括巨核细胞系在内的骨髓造血抑制。研究表明，在造血功能损伤情况下，黄芪注射液能够提高贫血小鼠血清中巨核细胞集落刺激因子活性，促进巨核系祖细胞增殖，增加贫血小鼠骨髓有核细胞数和血小板数，加速贫血小鼠骨髓造血功能恢复[12]。黄芪可以激活单核巨噬细胞和淋巴细胞，促进其分泌细胞因子，还能刺激骨髓基质细胞，如巨噬细胞、成纤维细胞、内皮细胞等，使之分泌的刺激因子增加，抑制因子减少，从而促进巨核系祖细胞增殖，改善骨髓巨核系造血功能[12]。

2.1.3对物质代谢的影响黄芪能促进机体代谢，降低醛糖还原酶的活性，减少山梨醇蓄积；对糖代谢呈双向调节作用，可以对抗肾上腺素导致的小鼠血糖升高，同时也能对抗苯乙双胍导致的血糖降低，并能显著降低小鼠葡萄糖负荷后的血糖水平，而对正常血糖无明显作用[13]。AMWP可以改善代谢应激性小鼠的肥胖、脂肪肝、神经炎症和认知障碍，但不影响斑块沉积[14]。在体外，黄芪具有促进脂肪细胞产热的作用，黄芪中的芒柄花素(formononetin,FMN)可与过氧化物酶体增殖物激活受体γ直接结合而增强脂肪细胞产热，可能具有减少肥胖和相关代谢性疾病的潜能[15]。

2.1.4增强性腺功能由于化学治疗药物对靶细胞选择性较差，在杀灭病变细胞的同时，对正常组织细胞也有不同程度的损害。女性卵巢是化学治疗敏感器官，化学治疗药物导致女性性腺功能破坏的常见结局是卵巢功能早衰(premature ovarian failure，POF)，表现为月经紊乱、闭经、不孕、骨质疏松、更年期综合征和性功能障碍等，性激素水平异常表现为促卵泡激素、黄体生成素水平显著升高，雌二醇水平降低[16]。化学治疗对卵巢功能的影响主要体现为卵泡数目减少和黄体功能丧失，卵泡细胞凋亡是化学治疗药物引起卵巢结构及功能破坏的重要机制。Bcl-2家族是目前公认的凋亡调控因子之一，抑制凋亡蛋白Bcl-2和促凋亡蛋白Bax是重要的细胞凋亡调节蛋白。研究表明，Bcl-2和Bax参与多种动物出生前生殖细胞凋亡和出生后卵泡闭锁过程中颗粒细胞及卵细胞凋亡的调节，且Bcl-2/Bax的比值决定卵泡是否接受诱导凋亡的信号[17-18]。左归丸加黄芪可能是通过提高抑制凋亡蛋白Bcl-2表达、降低促凋亡蛋白Bax表达、改变Bcl-2/Bax的比值，从而抑制卵泡闭锁，减少化学治疗对卵巢功能的损害，并改善卵巢内分泌功能，促进卵巢损伤的修复，对雌性阴虚小鼠外周血中雌二醇水平、卵巢质量均有一定的增加作用，并减缓促卵泡激素水平升高，对POF具有一定的预防和治疗作用[19]。

2.1.5延缓衰老自由基具有细胞毒性作用，此效应会导致细胞凋亡，机体内过多的自由基会攻击生命大分子物质及细胞器，在分子水平、细胞水平及组织器官水平对机体造成损伤，加速机体的衰老进程，且会诱发各种疾病。自由基损伤可造成脂质过氧化损伤，生物膜中不饱和脂肪酸含量丰富，最易受到自由基攻击，不饱和脂肪酸过氧化的终产物为丙二醛(malondialdehyde，MDA)，MDA水平可直接反映机体的抗氧化能力及脂质过氧化程度。机体抗氧化防御体系中的超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)可以阻断自由基引起的连锁反应，从而产生抗氧化、抗衰老作用，在维持氧化与抗氧化的平衡中起重要作用，SOD活性可以间接反映机体清除自由基的能力。黄芪提取物可以使小鼠血液中SOD活性升高，并使小鼠组织中MDA水平显著降低，说明黄芪提取物一定程度上可以增强机体清除自由基的能力，具有抗氧化作用[20]。

2.1.6对心血管系统的影响(1)对脑血管的作用：黄芪可以显著抑制脑缺血再灌注大鼠脑组织中MDA水平的升高，提高SOD活性，清除氧自由基，从而对膜性结构起到一定的保护作用[21]。循环系统内皮细胞(circulating endothelial cell，CEC)可作为血管内皮损伤的标志物，黄芪注射液能明显减少大鼠CEC数量，提示黄芪可能有保护内皮细胞的作用[22]。(2)对血压的双向调节作用：黄芪对血压具有正负双向调节作用，可以扩张周围血管，降低动脉压及右心前负荷，从而改善心功能，其机制可能是通过一氧化氮-可溶性鸟苷酸环化酶-环磷酸鸟苷介导的信号转换通道，调节血管平滑肌细胞的功能，从而调整血压，同时，对冠状动脉也有直接扩张作用[23]。(3)对心肌的作用：黄芪可改善具有代谢综合征的绝经后高血压妇女无症状性左心室舒张功能不全[24]，可通过加强心肌收缩、舒张功能起到强心作用，其发挥作用的主要活性成分为黄芪皂苷，黄芪皂苷Ⅳ是正性肌力作用的有效成分[13]。(4)抗血栓作用：黄芪皂苷可显著延缓电刺激大鼠颈总动脉血栓形成，抑制血小板聚集，升高前列环素和一氧化氮水平，降低血栓素A2与前列环素的比例，从而表现出显著抗血栓形成的作用[25]。(5)降血脂作用：AMWP可通过增加高脂血症大鼠循环和肝脏的抗氧化能力，显著降低高脂血症大鼠血清总胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇及MDA水平，发挥降血脂作用[13]。(6)促血管生成作用：血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)及其酪氨酸激酶受体是血管生成的关键调控因子，对内皮细胞具有高度特异性[26]，且内皮细胞增殖是血管生成的首要和主要的活动。研究表明，黄芪水提取物中含有糖蛋白组成的活性组分，其通过上调VEGF及其酪氨酸激酶受体来刺激斑马鱼胚胎中的血管生成，并通过增加细胞活力、DNA合成和细胞群体向细胞周期S期转移，激活DNA复制来刺激人微血管内皮细胞-1的增殖[27]。(7)对血管平滑肌的影响：血管平滑肌的收缩主要依赖细胞外Ca2+内流和细胞内Ca2+释放而使细胞内Ca2+浓度增加。氯化钾使平滑肌细胞除极化，开放细胞膜上电压依赖性钙通道，细胞外Ca2+内流增多，引起平滑肌细胞收缩。去氧肾上腺素可以使α1肾上腺素受体激活，诱导血管收缩，其机制主要是通过激活磷脂酶C，产生肌醇三磷酸(triphosphateinositol，IP3)和二酰甘油(diacylglycerol，DG)；IP3可诱导肌浆网内Ca2+释放，DG可通过蛋白激酶C激活肌凝蛋白轻链。在研究黄芪注射液对高脂血症大鼠冠状小动脉平滑肌的作用及机制实验中发现，黄芪对去氧肾上腺素和氯化钾预收缩的高脂血症大鼠的冠状小动脉有舒张作用，且呈浓度依赖性，黄芪舒张高脂血症大鼠冠状小动脉的机制可能是其影响细胞内Ca2+浓度的结果；黄芪通过阻断血管平滑肌细胞内质网上IP3敏感的Ca2+通道开放，抑制细胞内Ca2+的释放，进而舒张高脂血症大鼠的冠状动脉平滑肌；黄芪对特异性电压依赖性钾通道阻断剂4-氨基吡啶预收缩的高脂血症大鼠的冠状小动脉平滑肌具有舒张作用，并呈浓度依赖性，而与三磷腺苷敏感性钾通道无关[28]。

2.2抗肿瘤作用黄芪提取物可通过磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B信号通路抑制乳腺癌细胞增殖，该提取物主要含有4种异黄酮，分别为毛蕊异黄酮苷、芒柄花苷、毛蕊异黄酮和芒柄花素[29]。黄芪提取物及制剂具有抑制肿瘤细胞增殖、促进肿瘤细胞凋亡的作用。黄芪对子宫颈癌-14、鼠肉瘤S180实体瘤有较好的抑制作用，其中对S180实体瘤有免疫抑制作用[6]。S180细胞可分泌多种免疫抑制物，黄芪可能是通过对抗或下调某种免疫抑制物而发挥抗肿瘤作用[30]。此外，体外抑瘤实验结果表明，黄芪总提取物对人宫颈肿瘤细胞和人肝癌细胞有一定的抑制作用[31]。

2.3抗菌作用AMWP与银纳米颗粒(sliver nanoparticle，AgNP)合成AMWP介导的AgNP(AMWP-AgNP)对临床分离的多重耐药细菌具有显著抑制作用。高水平的还原糖可以为AMWP提供将Ag+还原成AgNP并通过分子间相互作用将其稳定在水溶液中的能力。与革兰阳性菌相比，革兰阴性菌对AMWP-AgNP更敏感。AgNP的抗菌作用主要取决于其与细菌细胞膜构建元素的相互作用，AMWP-AgNP对革兰阳性菌和革兰阴性菌的不同抗菌效率可能与这些细菌的细胞壁组织和组成有关。一方面，革兰阴性菌的细胞壁由2～3 nm肽聚糖层和含有磷脂和脂多糖的外膜组成，比革兰阳性菌的细胞壁薄，更容易被Ag+穿透。另一方面，从AMWP-AgNP释放出来的Ag+往往会附着在革兰阴性菌带负电荷的细胞壁上，从而导致随后的膜变形、膜损伤、细胞膜不受控制的运输及细菌死亡。另外，AMWP-AgNP对临床分离的多药耐药菌和相对参考菌株表现出显著的抗菌活性，在消除多重耐药菌方面具有巨大潜力[32]。此外，黄芪对肺炎双球菌、痢疾杆菌、金黄色葡萄球菌、白色葡萄球菌、柠檬色葡萄球菌及溶血性链球菌A、B、C等均有抑制作用[13]。

2.4保肝作用研究显示，AMWP可增强高脂血症大鼠血液和肝脏的抗氧化能力，降低肝脏总胆固醇、MDA水平，升高肝脏SOD及谷胱甘肽过氧化物酶的活性，具有一定的保护肝脏作用[13]。糖尿病的主要特征为代谢紊乱和高血糖，长期的血糖代谢障碍会导致机体多个器官受累；肝脏是糖代谢的功能器官，肝脏代谢长期异常会对肝脏造成损伤，但由于肝脏具有较强的代偿能力，肝损伤早期并不明显，后期随着病情加重，肝损伤将会无法逆转[33]；反之，肝损伤亦会引起糖代谢与脂代谢紊乱，从而形成恶性循环[34]。糖尿病肝损伤与金属蛋白酶组织抑制剂(tissue inhibitor of metalloproteinase，TIMP)和基质金属蛋白酶(matrix metallo proteina，MMP)的平衡改变关系密切，TIMP-1升高会抑制MMP-9活性，二者的平衡被打破，此现象提示机体脏器受到损伤[35]。实验研究显示，糖尿病肾病小鼠后期会出现肝脏损伤现象，黄芪水煎液可以调控细胞外基质降解酶系 MMP-9/TIMP-1蛋白及mRNA的表达，从而减少肝组织与肾组织中细胞外基质沉积，保护肝肾功能[36]。

2.5抗溃疡作用下肢慢性溃疡多见于长期负重者和久站者，大多由静脉系统疾病引起。下肢慢性溃疡患者的溃疡创面不易愈合，且易复发。下肢慢性溃疡属于中医学“臁疮”范畴，基本病机多为“虚、湿、瘀、毒、腐”，治疗原则以益气补虚、活血化瘀、利湿解毒、祛腐生肌为主[37]。黄芪益气补虚，排脓内托，养血生肌。黄芪生肌膏的主要成分有黄芪、乳香、没药、血竭、龙骨、儿茶、赤石脂和冰片。乳香、没药可生肌止疼，解毒消肿；血竭可止血生肌，散瘀定痛；儿茶、龙骨、赤石脂可收湿生肌敛疮；冰片可清热散毒，消肿止痛，以上各药合用，可以达到收湿解毒、益气活血、祛腐生肌的功效。黄芪生肌膏可以促进肉芽组织生长，加快创面愈合，降低医疗费用，减轻患者的痛苦，提高患者的依从性[38]。

2.6抗辐射作用黄芪水煎液对辐射引起的免疫系统、造血系统和淋巴系统等损伤具有一定的防护作用，射线照射可引起小鼠外周血、脾脏、胸腺和淋巴组织中的淋巴细胞大量凋亡[39]。实验研究显示，与接受60Co γ射线照射7 d后的模型组小鼠相比，黄芪水煎液给药组小鼠外周血白细胞和血小板计数显著升高，表明黄芪对辐射引起的外周血白细胞、血小板损伤有较好的防治作用；另外，黄芪使受辐射小鼠的脾脏和胸腺指数显著升高，表明黄芪对脾脏、胸腺的辐射损伤有一定的保护作用；60Co γ射线照射可明显降低小鼠的CD4+T细胞、CD8+T细胞数量，表明60Co γ射线照射会损伤机体细胞免疫功能；黄芪水煎液可以使受照射小鼠外周血CD4+/CD8+比值和CD4+T细胞显著增加，而CD8+T细胞水平无显著变化，说明黄芪给药组小鼠的CD4+T细胞、CD8+T细胞维持在一个低水平的平衡状态，此结果表明，黄芪水煎液对辐射引起的淋巴系统损伤有较好的防护作用[40]。此外，黄芪可以提高淋巴细胞转化率和SOD活性，清除辐射产生的自由基，从而降低MDA水平，提高机体的防御能力，因此，黄芪具有良好的抗辐射作用[41]。

2.7对中枢神经系统的作用研究表明，老年性痴呆及其他一些神经系统退行性疾病是由于中枢神经发生了病理性细胞凋亡所致[42]。Bcl-2家族是凋亡调控因子，其家族成员包括抑制凋亡基因与促凋亡基因，其中抑制凋亡基因主要有Bcl-xl、Bcl-2等。Bcl-xl主要位于内质网、线粒体和核膜内，在神经系统中表达丰富，主要作用为抑制细胞凋亡；Bcl-2过度表达可使神经元凋亡减少，增加特定脑区内的神经元数目。研究显示，黄芪提取物可以改善β-淀粉样肽所致阿尔茨海默病大鼠的学习记忆能力，对海马组织有一定的保护作用，其作用机制可能是通过增加Bcl-xl和Bcl-2的表达来抑制海马神经元凋亡[43]。

2.8对肾的作用黄芪能上调IgA肾病患者的特异性分子伴侣Cosmc表达，并逆转IgA的异常糖基化[44]。通过对Ⅲ期和Ⅳ期糖尿病肾病的随机对照试验结果进行Meta分析发现，黄芪对糖尿病肾病患者的巨噬细胞具有刺激作用，可诱导静息状态下正常巨噬细胞产生一氧化氮和肿瘤坏死因子，并激活诱导型一氧化氮合酶；抑制正常脂多糖激活的巨噬细胞产生一氧化氮，增强脂多糖诱导的肾衰竭患者巨噬细胞产生一氧化氮。因此，黄芪能调控不同阶段巨噬细胞中诱导型一氧化氮合酶活性，适用于治疗不同阶段的糖尿病肾病[45]。黄芪甲苷可通过Toll样受体4和核因子-κB来抑制炎症反应，改善肾间质纤维化[46]。黄芪注射液可有效缓解原发性肾病综合征，减轻激素不良反应，改善肾组织病理变化，减轻炎性细胞对肾脏的损害，从而发挥对肾脏的保护作用[47]。

2.9对肺的作用肺组织对缺血再灌注较为敏感，易出现肺缺血再灌注损伤，导致肺功能损害，主要表现为肺组织结构和超微结构损伤、毛细血管通透性增加、肺组织液渗出增多、肺呼吸膜水肿、气体交换障碍，进而导致呼吸功能衰竭。在肺缺血再灌注损伤中除了直接的细胞坏死外，细胞凋亡也是细胞死亡的基本形式。在缺血缺氧阶段，坏死的细胞占据多数；而细胞凋亡则多发生于再灌注阶段。研究表明，明显的凋亡出现在再灌注早期，并随着再灌注时间的延长而增加，这与此期间肺组织形态学改变、血氧分压、肺组织湿/干质量比的改变趋势一致，说明肺泡细胞凋亡是肺缺血再灌注早期肺损伤的一个重要指标[48]。黄芪是防己黄芪汤的主要成分，对兔肺缺血再灌注损伤的研究表明，防己黄芪汤能明显减少缺血再灌注所致的细胞凋亡，清除体内活性自由基，减轻缺血再灌注损伤，有效保护肺组织结构和细胞超微结构，明显减轻肺组织形态学改变，降低毛细血管通透性，减少细胞凋亡，改善肺功能[49]。黄芪可有效减轻氧自由基对肺造成的损伤，可抑制肺组织巨噬细胞和中性粒细胞中白细胞介素-1β mRNA表达，减轻内毒素性急性肺损伤，从而起到保护肺脏的作用[50]。

2.10利尿作用尿液作为最直观的指标，可以直接反映药物是否具有利尿作用。实验表明，黄芪水提取液依次用3倍量石油醚、乙酸乙酯、正丁醇萃取3次，分别合并各萃取液，减压浓缩得乙酸乙酯组分和正丁醇组分。乙酸乙酯组分主要为黄酮类化合物，正丁醇组分主要为皂苷类化合物。服用乙酸乙酯组分的小鼠在前2 h有显著的利尿作用，服用正丁醇组分的小鼠利尿作用比较持久。由此可以得出，黄芪中黄酮类化合物与皂苷类化合物可能为利尿的优势组分。尿液离子可以反应机体电解质的状态，也可以在一定程度上说明药物利尿的作用机制。服用乙酸乙酯组分及正丁醇组分的小鼠尿液中Na+、Cl-排出量显著增加。研究表明，Na+-K+-ATP酶与利尿密切相关，当以黄芪水提取液抑制Na+-K+-ATP酶活性为16.0 mg·L-1时，可促进水、氯化钠、尿素与尿酸的排泄，由此推测，乙酸乙酯组分和正丁醇组分均对Na+-K+-ATP酶活性表现出一定的竞争性抑制作用，从而达到利尿作用[51]。综上所述，黄芪提取液的利尿机制可能与增加Na+、Cl-排出量和竞争性抑制 Na+-K+-ATP 酶活性有关，主要物质基础为黄芪中黄酮类化合物和皂苷类化合物。

2.11防治糖尿病视网膜病研究显示，黄芪中的FMN在低氧条件下可以抑制视网膜色素上皮细胞-19中VEGF分泌，下调VEGF抗体和脯氨酸羟化酶(prolyl hydroxylase-2，PHD-2)的mRNA表达，并降低VEGF、缺氧诱导因子-1(hypoxia-inducible factor-1，HIF-1)和PHD-2的蛋白表达；总之，黄芪中FMN可通过HIF-1α/VEGF信号途径抑制缺氧诱导的视网膜新生血管形成，有望成为防治糖尿病视网膜病的药物[52]。

3 结语

黄芪是补气固表的良药，可与多种药物配伍发挥不同的作用，广泛应用于临床。目前，已从黄芪中分离得到多种化学活性成分，对机体心血管系统、免疫系统等的作用效果显著，具有良好的抗肿瘤、抗疲劳、抗衰老作用，其药用价值逐渐得到学术界的广泛认可。由于长期大量采挖，我国野生黄芪数量急剧下降，应加强保护与人工繁殖，保护我国黄芪资源，使其得到充分良好的开发与利用。

(本文编辑：徐自超)