非洲马铃果化学成分及其活性最新研究进展

仝 艳，郑志忠，林 毅，明艳林

(1.华侨大学化工学院，福建 厦门 361021；2.厦门华侨亚热带植物引种园/厦门市植物引种检疫与植物源产物重点实验室，福建 厦门 361002；3.福建省亚热带植物研究所/福建省亚热带植物生理生化重点实验室，福建 厦门 361006)

非洲马铃果Voacanga africana又名非洲伏康树，为夹竹桃科马铃果属多年生乔木[1—2]，10～25 m高。主要分布于非洲塞内加尔到苏丹、安哥拉之间，西非、刚果及坦桑尼亚等地。非洲马铃果各个器官均可入药，多用于治疗儿童痉挛、疟疾、痢疾、疯病等疾病[1—3]。研究表明，非洲马铃果的生物碱提取物可用于治疗多种病症，如缺血性高血压病症、中风后遗症、脑血管病引起的抑郁、情绪不稳定、焦虑不安等症状。非洲马铃果中含有大量的具有抗菌、抗溃疡、抗氧化等各种生物活性的吲哚类生物碱[4—5]。目前非洲马铃果被厦门华侨亚热带植物引种园、中国科学院华南植物园、海南热带经济植物园等科研单位引种驯化。近年来，传统天然医药的现代化研发竞争激烈，使得非洲马铃果成为国内外医疗保健领域的研究焦点。作者课题组已证明非洲马铃果种子各分离部位中总生物碱的细胞毒活性最强，其对人的胃癌细胞株SGC7901、肝癌细胞株SMMC7721和正常肝细胞株Changliver均有细胞毒性；各分离部位中正丁醇相的抗氧化活性最强[6]。

1 主要化学成分

对非洲马铃果化学成分的研究最早见于20世纪50年代[7]。近年来明艳林课题组对非洲马铃果的种子化学成分进行了系列研究，并有新的发现。就目前文献报道情况，从非洲马铃果中分离得到的化学成分主要是生物碱类化合物和挥发油类化合物，此外还有黄酮、类固醇、萜类、强心苷、皂苷、蒽醌类、淀粉类、单宁类，以及少量赭朴鞣质、醋酸酯、神经酰胺类、苯甲酸类、香草醛类、硫醇类。目前非洲马铃果中多种化合物已被鉴定(表1)。由于报道有限且中英文存在差异，部分化合物的中文名仅供参考，有待进一步考证。

1.1 生物碱类

据报道，非洲马铃果中生物碱的分布最为广泛。最早从非洲马铃果中发现老刺木灵，且具有强心效果[8]。随后，大量生物碱类化合物被分离并鉴定[9](表1)。

老刺木胺(Voacamine)、伏康京碱(Voacangine)、柳叶水甘草碱(Tabersonine)和老刺木碱(Vobasine)是马铃果中主要存在的生物碱。其中柳叶水甘草碱受关注较多，已经具有一定程度的工艺化制备[32—34]。柳叶水甘草碱是从非洲马铃果中获取的天然活性物质，是用于癌症化疗的长春新碱的前体，在血液-大脑屏障中渗透的生物相容性和小尺寸使它成为治疗癌症的潜在治疗药物。长春新碱具有多种药理作用，如预防和治疗缺血性心脑血管疾病，改善视力等。由于柳叶水甘草碱具有丰富的药物作用，学者对其获得方法进行了探索。徐英[33]通过对柳叶水甘草碱的探索，研究其酯交换反应性质，发现用碳酸铯交换柳叶水甘草碱是一种简单、强效的获得方法，并合成了一系列C-16-柳叶水甘草碱结构类似物。此方法具有反应时间短、试剂易得及无毒性、操作简单等优点[33]。王荣等[34]通过正己烷热回流法提取的非洲马铃果中柳叶水甘草碱含量较高且杂质较少。近年来，厦门华侨亚热带植物引种园和天医堂(厦门)生物工程有限公司合作，对非洲马铃果主要活性成分的分离鉴定和工业化提取技术等进行一系列探索，目前，天医堂(厦门)生物工程有限公司已完成柳叶水甘草碱的制备工艺研究，产品纯度达98%。

表1 非洲马铃果中的化合物Table 1 The compounds in Voacanga africana

近年也有新分离生物碱类化合物，如Chen等[28]从非洲马铃果中分离出两种新的单萜类吲哚生物碱化合物，经光谱分析确定为 16-羧酸伊波加木胺(Ibogamine-16-carboxylic acid)，17,20-双脱氢-5,6-二氧代-10-甲氧基乙酸甲酯(17,20-didehydro-5,6-dioxo-10-methoxy-methyl este)，并通过X射线晶体分析证实了该化合物。Harada等[30]从非洲马铃果中得到一种新型的环己酮类吲哚生物碱-伏康京内酯(Voacangalactone)。Kitajima等[10]从非洲马铃果中得到老刺木胺、3,6-氧代伏康京碱(3,6-oxidovoacangine)和 5-氢基-3,6-氧代伏康京碱(5-hydroxy-3,6-oxidovoacangine)，并验证出这三种物质均具有大麻素 CB1受体拮抗作用，此为首次在天然产物中发现大麻素CB1受体拮抗活性。

1.2 挥发油类

非洲马铃果种子挥发油类丰富，有制造和修复细胞膜的作用，可以加强细胞抵御能力，避免皮肤炎症，可应用于化妆品及医疗保健用品。非洲马铃果种子挥发油的提取采用水蒸气蒸馏法，并有不同提取阶段的分析[21,35]。GC-MS分析鉴定得出，非洲马铃果树籽挥发油中含有80.93%脂肪酸类、15.51%酯类、1.13%烃类以及少量酚类。由此可知，非洲马铃果树籽挥发油中多为脂肪酸类，其中油酸相对含量最高(30.46%)，其次为棕榈酸(28.65%)和亚油酸(12.31%)。目前的化学成分分析中，确定并量化了其中27种化合物，占总挥发油的86.69%～95.03%。精油主要成分为萜类、醇类和脂肪酸，分别占总挥发油的 15.03%～24.36%、21.57%～34.43%和 33.06%～57.37%。此外，不同提取阶段的精油具有不同的抗菌抗氧化能力[36]。油酸、亚油酸等脂肪酸有促进膜再生和修复细胞膜的作用，可以控制炎症和加强细胞抵御能力，用于增强皮肤免疫。综上，非洲马铃果种子挥发油类可以开发应用于化妆品及医疗保健用品，但相关研究鲜有报道。

1.3 其他成分

近年来，非洲马铃果成分分离方面有较多新的进展，但是仅停留在化合物的分离鉴定层面，对于分离得到的新化合物是否有生物活性，又是否有药用价值仍需进一步探索。Tona等[36]用TLC检测法发现非洲马铃果根皮中存在黄酮、类固醇、单宁、萜类等化合物；强心苷、皂苷、蒽类、蒽醌、单宁类物质也用显色法相继发现；非洲马铃果种子所含成分与果皮大致相同，不同的是种子含有赭朴鞣质不含皂苷。岳加蕊[37]从非洲马铃果乙醇提取物中的非生物碱部分分离得到17个化合物，经鉴定分别为香树脂醇乙酸酯(β-amyrin acetate)、3-hydroxy-12-taraxasten-28-oic-acid、12-烯-27-油酸-3β-香叶木素(3β,28-dihydrox-yurs-12-en-27-oicacid )、石竹素(Oleanolic acid)、异丁烯醋酸(Isolupenyl acetate)、胡萝卜苷 (Daucosterol)、Stigmasterol、β-谷甾醇(β-sitosterol)、5,22-二 烯 -3,7-二 醇豆甾烷醇(stigmasta-5,22-diene-3,7β-diol)、熊果酸(Ursolic acid)、三羟基十八烷羟丁卡因[N-(2-hydroxytetracosyl)-2-amino-1,3,4-trihydroxyoctadecane]、二羟基二十六烷醇 -1,3,4-三 醇 [N-(2′,3′-dihydroxy-hexacosanoyl)-hexadecane-1,3,4-triol]、邻苯二甲酸二异丁酯(Dissobatyle phthalate)、3-m-乙氧基 4-羟基苯甲醛(3-m-ethoxy- 4-hydroxybenzaldehyde)、1-硫代癸烷(1-Decanethiol)。其中化合物香树脂醇乙酸酯为醋酸酯类，3-hydroxy-12-taraxasten-28-oic-acid、12-烯-27-油酸-3β-香叶木素、石竹素、异丁烯醋酸、胡萝卜苷、β-谷甾醇、5,22-二烯-3,7-二醇豆甾烷醇、熊果酸为甾(苷)类，化合物三羟基十八烷羟丁卡因、二羟基二十六烷醇-1,3,4-三醇为神经酰胺类，邻苯二甲酸二异丁酯为苯甲酸类，3-m-乙氧基4-羟基苯甲醛为香草醛类，1-硫代癸烷为硫醇类。除 β-谷甾醇外，其他化合物均为首次从该植物中分离得到。目前，该部分化合物具体功能仍不清楚。

2 生物活性研究

在非洲民间使用中，非洲马铃果的果、树皮、叶可治疗淋病、睾丸炎、麻风病、腹泻、全身水肿、儿童痉挛，根用于治疗早产、疝气。鉴于其诸多民间效用，近年来各界学者对非洲马铃果的药理药效等生物学活性开展了广泛的工作。

2.1 细胞毒性

非洲马铃果提取物对肝癌细胞、乳腺癌细胞、结肠癌细胞、神经细胞瘤细胞均有抑制作用，且对肝毒性可以忽略，或可成为新型小分子抗癌药物之一[38]。在提取方法上，其果籽丙酮提取物、正己烷提取物对癌细胞具有增殖抑制作用，二氯甲烷、乙酸乙酯、乙醇有机相提取物则不存在抑制肿瘤细胞增殖的活性[39]。非洲马铃果丙酮提取物、正己烷提取物都对癌细胞存在抑制作用，其中正己烷提取物对HeLa人宫颈癌细胞具有相对较明显的抑制活性，对SMMC7721癌细胞药理活性不显著；丙酮提取物对SMMC7721癌细胞、HeLa癌细胞具有明显的抑制增殖作用[39]。已证明化合物老刺木胺和长春新碱对人肝癌细胞HepG2、人恶性黑色素瘤细胞A375、人乳腺癌细胞MDA-MB-231、神经母细胞瘤细胞SH-SY5Y、小鼠结肠癌细胞CT26五种癌细胞均表现出明显的抑制作用，老刺木碱、伏康京碱对上述五种癌细胞有中度抑制作用，而16-羧酸伊波加木胺、17,20-双脱氢-5,6-二氧代-10-甲氧基乙酸甲酯和海内宁则无显著抑制作用[27]。本课题组同样证明了老刺木胺对肿瘤细胞具有显著的抑制效果，细胞核出现浓聚和偏移现象，但老刺木胺对正常肝细胞 Changliver 同样具有较强的抑制作用，使得老刺木胺在抗肿瘤药物制备应用中受到较大局限，因此可以考虑对其化学结构进行修饰，从而降低对正常细胞的毒副作用，类似于紫杉醇和多烯紫杉醇[39]。伏康京碱是一种强有力的与人相关的基因通道阻断剂，在此基础上成功地开发了一种种群药物动力学模型，模型分析表明，伏康京碱有低生物可利用性，故其心脏毒性风险在健康的消费者中可能是可忽视的，但也可能会产生药物与药物间的相互作用从而对健康状况产生严重的损害[40]。硫黄酮荧光分析、原子力显微镜、圆二色性、尺寸排除色谱、表面等离子体共振和细胞毒性试验证实从非洲马铃果中提取的柳叶水甘草碱扰乱了淀粉样蛋白的聚合，改善了淀粉样蛋白聚合诱导的细胞毒性。少量的柳叶水甘草碱可以有效地抑制淀粉样蛋白形成的纤维，或者将成熟的纤维转化成基本上无害的无定形的聚集物[41]。

2.2 抗氧化、抗菌作用

非洲马铃果提取物抗菌效果显著，或可成为新型的抗菌剂[33,36]。从非洲马铃果果实提取的老刺木辛(Voacafricines) A和B两种化合物对金黄色葡萄球菌和伤寒沙门氏菌都有较强的抑菌活性，且其活性优于著名的抗菌剂黄连素(Berberine)和黄藤素(Fibrauretine)[33]。2015年Liu等[35]研究了不同提取阶段的非洲马铃果挥发油。在抗氧化评估中，所有被分析的成分都显示出相似的抗氧化行为，而提供 50%抑制自由基清除活性(IC50)的挥发油的浓度约为 25 g·L-1；在抗菌实验中，不同提取阶段的精油表现出不同的抗菌活性，挥发油的抗菌活性受提取阶段的影响。

2.3 神经保护作用

伏康京碱可以促进一种新型的刺激选择性TRPM8阻断剂的发展。Currais等[42]研究药用植物的神经系统(治疗精神障碍、止痛剂)抗炎作用时，经过表型筛选试验，制备并测试了植物水乙醇提取物，反映海马神经细胞出现的多种神经毒性途径、体外缺血、细胞内淀粉样蛋白毒性、微胶质炎症的抑制和神经细胞分化，发现一种来自非洲马铃果树皮的提取物比其他任何植物提取物都更具有保护作用(EC50≤2.4×10-3g·L-1)，并经过HPLC发现其中主要成分为老刺木碱，并证实老刺木碱具有神经保护作用。Terada等[43]针对热敏性TRP通道抗药活性进行研究，主要利用TRP通道表达HEK细胞和钙成像技术对通道活动进行评价，伏康京碱可竞争性抑制薄荷醇对TRPM8的结合，但它显示对TRPM8的离子通道激动剂1-(2-羟基苯基)-4-(3-硝基苯基)-1,2,3,6-四氢嘧啶-2-酮非竞争性抑制。此外，该化合物有选择性地废除化学激动剂诱导的TRPM8激活，并且不影响冷诱导激活。在这些影响中，伏康京碱对TRPM8抑制特性是独特而值得注意的，因为迄今为止还没有发现其他天然来源的TRPM8薄荷醇竞争抑制剂。伏康京碱可以促进一种新型的刺激选择性TRPM8阻断剂的发展。

2.4 抗血管生成

非洲马铃果所含的伏康京碱是一种新型抗血管生成化合物。Kim等[44]研究发现，伏康京碱在体外血管生成方面有明显的抑制作用，如血管内皮生长因子(VEGF)诱导的管状形成和化学侵入，且在无毒性剂量的绒膜尿囊膜中抑制体内血管生成，并且以一种剂量依赖性的方式，降低缺氧诱导因子1 alpha及其目标基因VEGF的表达水平。综合来看，自然产生的化合物伏康京碱是一种新型的抗血管生成化合物。Lo等[45]认为，从非洲马铃果中分离出来的伊博加类生物碱可以抑制辣椒素诱导的老鼠直肠收缩，可能是通过抑制瞬时受体电位香草酸亚型1(Transient Receptor Potential Vanilloid 1, TRPV1)介导的途径。这种抑制可能与非洲马铃果的抗痢疾作用有关。

3 国内引种研究

1963年西双版纳植物园从非洲引入非洲马铃果，1974年将非洲马铃果苗种植于树木园，目前仅存4株[46]。近年来，厦门华侨亚热带植物引种园明艳林等[47]从非洲加纳引种非洲马铃果，并在我国福建等地试种植成功，已作为药用植物规模化种植和开发利用。初步研究发现，西双版纳引种的马铃果和厦门华侨引种的马铃果，属于不同品种，二者从植物形态到化学成分差异较大，前者果型大活性成分较低，适合作为观赏植物，而后者果型小活性成分高，适合作药用植物。此外，肖春芬等[46]通过测定非洲马铃果种子的植物功能属性，探讨温度、光照、含水量及贮存条件对种子萌发的影响，认为非洲马铃果种子发芽的适宜温度为20～25 ℃，最适发芽温度为25 ℃；光照对种子发芽没有影响；非洲马铃果种子发芽率随种子含水量下降而下降，随贮存时间延长而降低，并综合非洲马铃果种子脱水和低温贮藏分别与萌发的相关性，认为其种子为顽拗性种子，在种植上应尽可能缩短种子保存时间，或现采现播，以提高种子萌发率。

4 展望

作者前期研究已证实非洲马铃果种子各分离部位中总生物碱的细胞毒活性最强，其对正常肝细胞株Changliver、胃癌细胞株SGC7901 和肝癌细胞株SMMC7721均具有体外细胞毒性[6]。此外，对非洲马铃果种子所含柳叶水甘草碱作了进一步研究，将在后续研究中深入探讨柳叶水甘草碱对癌细胞的细胞毒性作用机制。

通过对非洲马铃果药理作用研究，发现其对肝癌细胞、乳腺癌细胞、结肠癌细胞、神经细胞瘤细胞均有抑制作用，且对肝毒性可忽略，或可成为新型小分子抗癌药物之一。非洲马铃果提取物抗菌效果显著，或可成为新型的抗菌剂，在抗氧化、抗血管生成等方面也均有独特疗效。非洲马铃果具有庞大的市场开发价值。

当前，国内已有制药公司对非洲马铃果的它波宁和总生物碱进行提取和开发，但交通运输成本巨大，并且原材料大量依赖于非洲进口，若能建设国内非洲马铃果原材料生产基地，将有利于其科研与医药市场的发展。目前的研究仍存在以下主要问题：(1)针对非洲马铃果植物系统分类及植物功能属性的研究较少。当前不同科研机构研究的非洲马铃果品系差异较大，需对其进行系统比较研究，尤其比较基因组学研究。(2)现有研究未能深入探明非洲马铃果主要化学成分的药理活性及作用机理，此外非洲马铃果主要成分的合成生物学需要进一步研究。(3)开发利用研究少，对已知活性成分未能进行结构改造及工艺制备优化。今后仍需进一步探明非洲马铃果的药理活性、作用机制，促进非洲马铃果发挥更大的价值。