四大怀药化学成分及抗肿瘤作用研究进展

毕佳佳， 周 强， 张 培

(新乡医学院生命科学技术学院，河南新乡 453003)

产于河南古怀庆即现今焦作一带的四大怀药是我国传统的道地药材，在最早的药物学经典《神农本草经》中便被列为上品，而今更是享誉中外。四大怀药分别为怀山药、怀地黄、怀牛膝、怀菊花。怀山药为薯蓣科植物薯蓣(DioscoreaoppositaThunb.)的块茎，具有健脾益胃、滋肾益精等功效。怀山药位居四大怀药之首，其最好的品系属铁棍山药，与长白山人参齐名。怀地黄为玄参科植物怀地黄(Rehmanniaglutinosaf.hueichingensis)的新鲜或干燥根茎，具有滋阴清热，补血止血的作用。怀牛膝为苋科草本植物牛膝属牛膝(AchyranthesbidentataBlume.)的干燥根，有强筋骨、补肝肾、活血化瘀、祛湿利尿等攻补兼具的功效。怀菊花为菊科植物菊(ChrysanthemummorifoliumRamat.)的干燥头状花序，具有清热解毒、清肝明目等功效。现代药理学研究表明，除具有上述功效外，四大怀药中的部分化学成分还具有抗肿瘤生物活性。本文对有关四大怀药的文献资料进行系统整理，简要概述其主要化学成分，并总结归纳其抗肿瘤作用及机制，以挖掘四大怀药预防和治疗肿瘤的巨大潜能，为四大怀药在抗肿瘤方面的进一步开发研究和临床应用提供参考。

1 四大怀药的化学成分

1.1 怀山药的化学成分

怀山药素有怀参之称，具有极高的药食同用价值。目前已报道的怀山药的主要化学成分包括多糖、多酚类化合物、甾醇类化合物等。

1.1.1 多糖 怀山药多糖是公认的怀山药中最重要的天然有效成分之一。然而，由于提取方法不同，目前报道的怀山药多糖的组成结构各异。如Fan等通过酸提取和乙醇沉淀得到的怀山药多糖DOTP-80主要由甘露糖和葡萄糖组成[1]。Yang等通过热水提取法得到了分子量为1.66×104的怀山药多糖，其单糖由β-1，3-葡萄糖、α-1-半乳糖、α-1，6-半乳糖组成，葡萄糖和半乳糖的摩尔比为1.52 ∶1[2]。Zhao等用水提取怀山药根部多糖，得到了分子量为4.20×104的多糖YP-1，该多糖由葡萄糖、甘露糖、半乳糖以摩尔比为 1 ∶0.37 ∶0.11 组成，其中主链是(1→3)连接的α-D-吡喃葡萄糖残基，在O-6位有(1→2)连接的α-D-吡喃甘露糖残基和β-D-吡喃半乳糖残基组成的支链[3]。

1.1.2 多酚类化合物 多酚类化合物是分子结构中具有多个酚性羟基成分的总称，包括黄酮类、单宁类、酚酸类以及花色苷类等，具有抗氧化、抗癌等作用。Yang等从怀山药中分离出19种酚类化合物，包括8种二氢类化合物[3，5-二羟基-4-甲氧基联苄(1)、3，3′，5-三羟基-2′-甲氧基联苄(2)、山药素Ⅲ(3)、山药素Ⅳ(4)、3，4′，5-三羟基-3′-甲氧基联苄(5)、2′，3，5-三羟基联苄(6)、2′，4-二羟基-3，5-二甲氧基联苄(7)、3，4-二甲氧基-2′-羟基联苄(8)]、5种二芳基庚烷[(1E，4E，6E)-1，7-双(4-羟苯基)-1，4，6-庚三烯-3-酮(9)、(4E，6E)-7-(4-羟基-3-甲氧基苯基)-1-(4-羟苯基)-4，6-庚二烯-3-酮(10)、(4E，6E)-1，7-双(4-羟苯基)-4，6-庚二烯-3-酮(11)、(3R，5R)-3，5-二羟基-1，7-双(4-羟苯基)-3，5-庚二醇(12)、(3R，5R)-1，7-双(4-羟基-3-甲氧基苯基)-3，5-庚二醇(13)]、3种菲类[3，5-二甲氧基-2，7-菲二醇(14)、赫尔西酚(15)、9，10-二氢-7-甲氧基-2，5-菲二醇(16)]、2种二恶庚英{10，11-二氢二苯并[b，f]恶庚英-2，4-二醇(17)、10，11-二氢-4-甲氧基-二苯并[b，f]恶庚英-2-醇(18)以及芹菜素(19) }[4]。从怀山药中分离得到的多酚类化合物结构见图1。

1.1.3 甾醇类化合物 植物甾醇具有很强的生理活性，被科学家们誉为“生命的钥匙”。牛建平等从怀山药中提取分离出41种有机成分，其中甾醇类化合物含量最高，包括β-谷甾醇、麦角甾醇、豆甾二烯-3β-醇、麦角甾三烯-3β-醇、3α-甲氧基-5α-胆甾-6-酮、谷甾醇乙酸酯、(3β，5α)-14-甲基-麦角甾-8-烯-3-醇、3β-24-亚丙基胆甾-5-烯-3-醇、4-豆甾烯-3-酮[5]。白冰等从怀山药中分离到7-羰基-β-谷甾醇和β-谷甾醇醋酸酯[6-7]。

1.1.4 其他化学成分 怀山药中还含有腺苷、尿囊素、黄酮、四氢异喹啉、盐酸多巴胺、多种维生素、微量元素和氨基酸等化学成分。

1.2 怀地黄的化学成分

全国各省均有地黄种植，但以怀地黄药效最佳。在同等剂量下，怀地黄的药效是他地产地黄的3倍甚至10倍以上。怀地黄药效发挥的主要物质基础是糖类和苷类等化学成分。

1.2.1 糖类 目前已报道的从怀地黄中提取的糖类包括单糖(葡萄糖、半乳糖、果糖)、低聚糖(蔗糖、棉子糖、甘露三糖、水苏糖、毛蕊糖)、多糖(地黄多糖a、地黄多糖b)[8-10]。鲜地黄根中水苏糖含量最高，达总糖的64.9%，而在干地黄中达地黄干质量的30%左右[11]。

1.2.2 苷类 苷类是怀地黄的主要成分，包括环烯醚萜苷、腺苷、胡萝卜甾醇、1-乙基-β-D-半乳糖苷等，其中以环烯醚萜苷为主。目前，在怀地黄中分离得到的环烯醚萜类化合物有梓醇(1)、桃叶珊瑚苷(2)、益母草苷(3)、密力特苷(4)、地黄苷A、B、C、D (5～8)、胡萝卜苷(9)、毛蕊花糖苷(10)、氯化臭蚁醛苷、2′-乙酰基毛蕊花糖苷等30多种[12-14]，其中梓醇含量最高，已作为地黄的质量评价标准。从怀地黄中分离得到的部分环烯醚萜苷结构见图2。

1.2.3 其他化学成分 除上述成分外，怀地黄中还含有20多种氨基酸、微量元素及苯甲酸、辛酸、苯乙酸、壬酸等多种有机酸。

1.3 怀牛膝的化学成分

作为抗肿瘤药方中的1味常用中药，怀牛膝发挥作用的物质基础主要是多糖、皂苷类、甾酮类化合物。

1.3.1 多糖 李根林等曾测量了不同产地牛膝中多糖的含量，其中产于河南焦作的怀牛膝多糖含量最高[15]。怀牛膝多糖为均一多糖，相对分子质量为1 300～1 400，由果糖和葡萄糖以8：1组成[16]。

1.3.2 皂苷类化合物 从怀牛膝中分离得到的皂苷种类繁多，其中以齐墩果酸为苷元的五环三萜皂苷类化合物为主，是怀牛膝的主要活性成分。Mitaine-Offer等从牛膝中分离得到二尺皂苷Ⅰ(BidentatosideⅠ)(1)、二尺皂苷Ⅱ(BidentatosideⅡ)(2)[17]。Wei等从牛膝中分离到牛膝皂苷C (3)、竹节参苷Ⅳ(4)[18]。王广树等在2004年、2005年先后从怀牛膝中分离得到牛膝皂苷Ⅰ(5)、牛膝皂苷Ⅱ(6)、牛膝皂苷Ⅲ(7)、牛膝皂苷Ⅳ(8)[19-20]。2005年祈乃喜等从怀牛膝根中分离得到齐墩果酸-3-O-β-D-葡萄糖醛酸苷(9)、竹节参苷Ⅳa (10)、竹节参苷Ⅳa甲酯(11)、竹节参苷Ⅳa丁酯(12)、28-去葡萄糖牛膝皂苷D甲酯(13)[21]。Li等分离得到牛膝皂苷C二甲酯(14)、牛膝皂苷C丁基二甲酯(15)、牛膝皂苷D三甲酯(16)、牛膝皂苷E二甲酯(17)、牛膝皂苷E丁基甲酯 (18)、牛膝皂苷E三甲酯(19)、3-O-β-D-吡喃葡萄糖基-β-D-吡喃(1→3)葡萄糖基-齐墩果酸-28-O-β-D-吡喃葡萄糖酯(20)、地肤子皂苷(21)、牛膝皂苷A三甲酯(22)[22]。贾淑萍等分离得到牛膝皂苷E (23)、牛膝皂苷A (24)[23]。2007年李娟等分离得到齐墩果酸(25)、3-O-(β-D吡喃葡萄糖醛酸)-齐墩果酸28-O-(β-D吡喃葡萄糖) (26)、竹节参皂苷-1(27)、齐墩果酸-3-O-β-D-(6′-甲酯)-吡喃葡萄糖醛酸苷(28)、齐墩果酸-3-O-β-D-(6′-丁酯)-吡喃葡萄糖醛酸苷(29)、竹节参苷Ⅳa乙酯(30)[24]；鲁磊等分离得到竹节参苷Ⅴ (31)、竹节参苷Ⅴ甲酯(32)、竹节参苷Ⅴ丁酯(33)、姜状三七皂苷R1(Zingibroside R1) (34)[25]。从怀牛膝中分离得到的五环三萜类化合物的结构见图3。

1.3.3 甾酮类化合物 汪涛等从怀牛膝根中分离得到β-蜕皮甾酮(1)[26]。祁乃喜等分离到牛膝甾酮(2)[21]。Meng等在2005、2006年先后从怀牛膝饮片中获得牛膝甾酮A (3)、旌节花甾酮D (4)、红苋甾酮(5)、水龙骨甾酮B (6)、漏芦甾酮B (7)[27-28]。2006年，林大专等分离到1种新的蜕皮甾酮类成分2β，3β，20β，22α，25-五羟基-8，14-二烯-胆甾-6-酮(8)[29]。2007年，赵婉婷等从怀牛膝饮片中进一步分离到旌节花甾酮A (9)、罗汉松甾酮C (10)[30]；Li等分离到(20R，22R)-2β，3β，20，22，26-五羟基-胆甾-7，12-二烯-6-酮 (11)[31]。2012年，王秋红等在怀牛膝干燥根中分离到旌节花甾酮C (12)[32]；同年，杨柳等分离到25，26-二去氢坡那甾酮A (13)[33]。从怀牛膝中分离得到的甾酮类化合物的结构见图4。

1.3.4 其他化学成分 怀牛膝中还含有挥发油类[34]、甾醇类、酯类[35]、尿囊素、氨基酸类[26]、小蘖碱[33]等化合物。

1.4 怀菊花的化学成分

按照产地不同，菊花分为多个品系，如杭菊、亳菊、贡菊、滁菊、怀菊、祁菊、济菊等。其中，怀菊花是药用菊花的始祖[36]。怀菊花的药用成分主要有多糖、挥发油和黄酮类化合物。

1.4.1 多糖 2013年，范灵婧等通过水提法从怀菊花中分离到2种怀菊花多糖CMJA0S1和CMJA0S2，其中CMJA0S1分子量为7.80×104，由半乳糖、阿拉伯糖和葡萄糖以摩尔比为2.18 ∶1.00 ∶0.53组成；CMJA0S2分子量为1.04×104，由半乳糖、阿拉伯糖、葡萄糖和甘露糖以摩尔比为 1.39 ∶1.00 ∶0.84 ∶0.55组成[37]。2015年，Zheng等通过水提法从怀菊花中获得8种多糖，分别为CMJA0S1、CMJA0S2、CMJA1aS2、CMJA1aS3、CMJA1bS2、CMJA1bS3、CMJA2S2、CMJA2S3、CMJA0S2[38-39]。其中，CMJA0S1是一种分子量为4.7×104的中性阿拉伯半乳聚糖；CMJA0S2 的分子量为 6.5×103，是由半乳糖、葡萄糖、甘露糖和阿拉伯糖以摩尔比为4.1 ∶3.3 ∶1.0 ∶2.3组成的半乳甘露葡聚糖；CMJA1aS2、CMJA1aS3、CMJA1bS2、CMJA1bS3、CMJA2S2 均属于鼠李半乳糖醛酸聚糖I(rhamngalacturonan,简称RG-I)型果胶多糖，但分子量、半乳糖醛酸含量和支链糖基组成各不相同；CMJA2S3分子量为1.1×104，属于同型半乳糖醛酸聚糖(homogalacturonan，简称HG)型果胶多糖。Zheng等又通过碱提法从怀菊花中分离到多糖JHB0S2，其分子量为1.6×104，是由葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、半乳糖以摩尔比为 2.9 ∶2.3 ∶1.0 ∶1.2 组成的木葡聚糖[40]。

1.4.2 挥发油 怀菊花挥发油的主要成分为倍半萜、单萜类及其含氧衍生物，有较强的生物活性。黄保民等先后分析了怀菊花、怀小白菊的挥发油成分，分别鉴定出45、75种化合物，其含量均占挥发油总量的80%以上；其中，怀菊花中含量较多的成分为β-水芹烯、对聚伞花烯、菊烯酮、1，8-桉油精、冰片、桧烯及菊蓝烃等，而怀小白菊中含量较多的成分为石竹烯、氧化石竹烯、α-杜松醇、杜松脑等[41-42]。

1.4.3 黄酮类化合物 2009年，谢婷婷等首次从怀菊花中分离得到10种黄酮类化合物，分别为木犀草素(1)、芹菜素(2)、金合欢素(3)、香叶木素(4)、木犀草素7-O-β-D-葡萄糖苷(5)、芹菜素7-O-β-D-葡萄糖苷(6)、金合欢素7-O-β-D-葡萄糖苷(7)、金合欢素7-O-(6″-O-乙酰基)-β-D-葡萄糖苷(8)、香叶木素7-O-β-D-葡萄糖苷(9)、蒙花苷(10)[43]。2015年，李婷婷等比较了不同来源菊花总黄酮含量及其抗氧化活性，结果发现，怀菊花总黄酮含量达到75 mg/g，仅次于滁菊和湖北麻城菊花，并且怀菊花具有较强的清除1，1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)自由基和羟自由基的能力，而该能力与总黄酮含量相关[44]。从怀菊花中分离得到的黄酮类化合物的结构见图5。

1.4.4 其他化合物 怀菊花中还含有绿原酸、氨基酸、胆碱、维生素、微量元素等物质。

2 四大怀药的抗肿瘤作用

近年来，对四大怀药的抗肿瘤作用研究较多，大量药理学试验证实，四大怀药中的主要活性成分多糖对多种癌细胞具有杀伤作用，黄酮和皂苷也有一定的抗肿瘤活性。四大怀药发挥抗肿瘤作用的机制主要是提高机体免疫力、抑制肿瘤细胞生长和促进肿瘤细胞凋亡，这与中医扶正祛邪的抗癌方针相一致。

2.1 提高机体免疫力

机体的免疫监视体系在防止肿瘤发生中起重要作用，当免疫力低下时免疫监视功能减弱，利于肿瘤的发生和转移。研究表明，怀山药多糖和怀地黄多糖均能增强环磷酰胺所致免疫抑制小鼠的腹腔巨噬细胞吞噬百分率和吞噬指数，并促进其溶血素和溶血空斑的形成，明显提高外周血T淋巴细胞比率[45-46]。怀山药多糖和怀地黄多糖还能拮抗D-半乳糖所致衰老小鼠免疫器官组织胸腺和脾脏的萎缩，增强免疫细胞功能[47-48]。马霞等发现，怀地黄多糖具有促进小鼠脾脏淋巴细胞增殖的作用，而怀山药-怀地黄对药多糖促淋巴细胞增殖的作用更是优于其单一中药[49]。另外，怀山药多糖对鸡的免疫功能同样有增强作用[50]。怀牛膝多糖也能促进雏鸡免疫器官发育，提高雏鸡体液免疫和细胞免疫水平[51]。另有文献报道，200、300 mg/L牛膝多糖能提高小鼠骨髓来源树突细胞的抗原呈递能力，增强树突细胞诱导的T淋巴细胞对食管癌细胞EC9706的杀伤活性[52]。对金菊花的研究发现，菊花多糖可调节肠道淋巴细胞分泌肿瘤坏死因子-α和γ-干扰素，具有免疫调节作用[53]。而怀菊花还能显著增加黄河鲤血清中补体C含量和白蛋白水平，通过改善肝脏功能促进机体核酸和蛋白质的合成，增强机体的物质代谢功能，提高机体免疫力[54]。由此可见，四大怀药在提高机体免疫功能，增强抗肿瘤基本防线中起重要作用。

2.2 抑制肿瘤细胞生长

多项研究证实，四大怀药的有效化学成分对肿瘤细胞有细胞毒作用，能够抑制多种肿瘤细胞在体内外的生长。高启禹等研究发现，铁棍山药多糖在500 μg/mL浓度下显著抑制人肝癌细胞Hepa1-6和大鼠肾上腺髓质嗜铬瘤分化细胞PC12的体外增殖[55]。Liu等研究发现，怀山药皮的水提物和怀山药肉相比有更强的体内抗肿瘤生长作用，这与其高含量的活性成分尿囊素、酚类、黄酮类化合物密切相关[56]。贾绍华等通过体外试验证明，怀地黄中水苏糖能明显抑制人肝癌细胞HepG-2和人胃癌细胞SGC-7901的生长；体内试验证明，水苏糖可增强环磷酰胺的抑瘤作用[57]。Gao等分别报道怀地黄中的梓醇对人卵巢癌细胞OVCAR-3、膀胱癌细胞T24、乳腺癌细胞MCF-7的生长均有抑制作用[58-60]。余上才等研究表明，牛膝多糖在高浓度即2 μg/mL时对小鼠肉瘤细胞S180和人白血病细胞K562的增殖均有直接细胞毒作用，可与化疗药物环磷酞胺协同抗瘤[61]。王一飞等研究表明，怀牛膝总皂甙同样具有体外抑制小鼠艾氏腹水癌细胞((ehrlich ascites carcinoma，简称EAC)增殖，体内抑制小鼠肉瘤180 腹水型(S180A)及肝癌实体瘤生长的作用[62]。范灵婧等的研究显示，怀菊花多糖对人正常肝细胞株LO2不但没有细胞毒性，反而表现出促进LO2细胞生长的作用，但对胰腺癌细胞PANC-1具有明显抑制作用，抑制率接近70%且呈现浓度依赖性[37]。

2.3 促进肿瘤细胞凋亡

目前，诱导肿瘤细胞凋亡是治疗癌症的主要策略。四大怀药诱导肿瘤细胞凋亡的机制主要集中在以下2个方面。

2.3.1 抑制肿瘤细胞增殖周期 细胞周期紊乱、增殖体系不受调控是肿瘤无限增殖的原因。杨林松等通过流式细胞仪分析发现，怀牛膝多糖处理能引起肺腺癌细胞LTEP-α-2的G2/M期阻滞，抑制肺腺癌细胞周期，诱导其凋亡[63]。另有研究表明，连续15 d低剂量怀牛膝多糖腹腔注射C57BL/6小鼠后，多数肺癌细胞Lewis停留在G2/M期[64]。而对牛膝多糖影响食管癌细胞EC9706细胞周期的研究显示，随着牛膝多糖浓度的升高阻滞在G0/G1期的EC9706细胞显著增多，机制研究发现，牛膝多糖处理能提高细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子p21、p27的基因表达，从而使细胞周期停滞[65]。中药菊花挥发油中的萜烯类化合物被报道可以诱导癌细胞的凋亡，绿原酸同样具有显著的抗癌作用[66]。

2.3.2 调控凋亡相关基因的表达或活化细胞因子p53是继Rb基因后的又一重要抑癌基因，在维持细胞正常生长、抑制恶性增殖中起关键作用。魏小龙等研究发现，0.1、0.5 g/L地黄多糖在体外作用12、24 h能明显增加肺癌细胞Lewis中p53基因表达，诱导肿瘤细胞凋亡[67]。p53促进细胞凋亡的机制之一是通过与Bak结合阻断Bak和Bcl-2的相互作用，Bcl-2的调控与表达是细胞凋亡中的关键因素[68]。董静等采用免疫组化法证实熟地黄多糖可抑制H22荷瘤小鼠肿瘤组织中Bcl-2蛋白的表达，进而诱导肿瘤细胞凋亡[69]。冯婷等发现，牛膝多糖联合食管癌化疗药物5-氟尿嘧啶能增强食管癌细胞EC9706中Bax的表达，降低Bcl-2基因表达，诱导食管癌细胞凋亡[65]。肿瘤坏死因子-β由T淋巴细胞产生，能在体内外杀死某些肿瘤细胞，或抑制肿瘤细胞增殖。有研究报道，50 、100 mg/kg牛膝多糖腹腔注射能明显提高S180荷瘤小鼠脾细胞生成肿瘤坏死因子-β[61]，诱导肿瘤细胞凋亡。

3 结束语

四大怀药作为我国著名的传统常用大宗中药材，毒副作用小、安全性高，在扶正固本、提高机体免疫力中起重要作用。尽管目前四大怀药的抗肿瘤作用及其相关机制已被报道，但在临床上仍常作为放化疗的辅助药物，其单独用于治疗癌症的临床试验鲜有报道，这可能与癌细胞种类及人体抵抗力不同等各方面因素有关，因此无法确定确切的用药剂量。另外，虽然四大怀药抗肿瘤的作用机制已日趋明朗，但仍不够全面深入。相信随着进一步的深入研究，四大怀药在预防和治疗肿瘤中的巨大潜在价值将被不断挖掘，应用前景广阔。