新疆苍耳属入侵种相关化学成分与生物活性研究

潘乐,何源,雷冬玉,金鹿

(1.新疆农业大学化学工程学院，新疆 乌鲁木齐 830052；2.新疆医科大学基础医学院，新疆 乌鲁木齐 830011)

苍耳属(XanthiumL.)植物为菊科一年生草本植物，其干燥成熟带总苞的果实——苍耳子，新疆维吾尔语称其为补都西哈克欧如合，是维医药的重要组成部分，主要用于白斑病、过敏性鼻炎、风湿病、癫痫等疾病的治疗[1-2]。全球苍耳属植物约25 种，我国主要分布 5 种和2个变种[3]。 新疆分布的主要有苍耳(XanthiumsibiricumPart)及3个入侵种：刺苍耳(XanthiumspinosumLinn)、意大利苍耳 (XanthiumitalicumMoretti) 和蒙古苍耳 (XanthiummongolicumKitag)。《中国药典》收录苍耳 (X.sibiricum)作为药用，在不同区域也有将苍耳与蒙古苍耳并用的情况，但未见有意大利苍耳、刺苍耳作为药用的报道。以上3个入侵种生态适应性强、生物量大，已经成为新疆主要的农田杂草，严重威胁到了作物产量[4]。但是，目前对其化学成分的挖掘和应用价值的研究还很欠缺。刺苍耳、意大利苍耳和蒙古苍耳是苍耳属重要的种类，不仅在新疆广泛分布，在我国乃至全球也分布广泛，针对其化学成分的研究也比较深入。因而，通过借鉴国内外其他地域同种苍耳的相关研究，对其化学成分与生物活性进行分析，可为新疆产3种苍耳属植物的深入研究与植物资源利用提供有益参考。

1 苍耳化学成分研究进展

近年来，关于刺苍耳、意大利苍耳和蒙古苍耳化学成分的研究相对深入，目前已从中分离得到挥发油类、倍半萜内酯类、甾体类、水溶性苷类、酚酸类以及其他类等六大类百余种化合物[5-6]。

1.1 挥发油类 苍耳属果实及全草中富含多种挥发油成分，是该属植物化感作用的主要物质类型。果实中挥发油主要化学成分为脂肪烃、脂肪醇、不饱和烃和醛酮类等。叶中挥发油成分主要有萜烯类、高级脂肪酸、脂肪醇类等[7]。邰凤姣等[8]分析了新疆意大利苍耳不同部位的挥发油成分，发现主要成分有α-侧柏烯、柠檬烯、月桂酸、γ-榄香烯、高级脂肪烃类等。张和平等[9]采用GC/MS对蒙古苍耳(X.mongolicum)挥发油成分进行分析，从中发现十一烷、β-瑟林烯、甲基苯酚甲酯、2-氯正己烷、萜烯醇及紫罗兰酮等主要成分。总体而言，苍耳属植物挥发油种类相近，但具体成分和含量存在种间及地域间的显著差异。研究发现，该属植物挥发油均具有显著的抑菌作用，这与其在自然界中的化感作用有关。

1.2 倍半萜内酯类 倍半萜类是菊科植物重要的次生代谢物类型，苍耳属是倍半萜内酯类重要的植物来源。苍耳亭、苍耳皂素等愈创木烷型和裂愈创木烷型结构是苍耳中倍半萜内酯的特征结构，与苍耳广泛的生物活性密切相关。该类化合物的主要特征结构为七元环并五元内酯环，并在C4和C5位有取代[10]。从生源途径上来讲，该类物质可由愈创木烷经C4/C5开环形成。自20世纪50年代分离首次分离得到苍耳亭以来，现已从全球20余种苍耳属植物中已经分离得到苍耳亭(xanthnon)、苍耳皂素(xanthinosin)、苍耳醇(xanthanol)及其二聚物等倍半萜内酯类化合物近百个[11]。目前，已从以上3个入侵种中分离得到苍耳亭等多种倍半萜内酯类化合物，主要有：苍耳亭(1)、苍耳皂素(2)、苍耳醇(3)、xanthnonl (4)、isoxanthnonl (5)、xanthanolacetate (6)、dihydroxanthumin (7)、dihydroxanthalongin (8)、ivambrin(9)、apachin (10)等(见图1)。此外，部分倍半萜二聚体pungiolide A(11)、pungiolide B(12)、pungiolide C(13)、pungiolide O(14)等也逐渐被发现 (见图1)[10]。

图1 苍耳中倍半萜内酯类化合物主要结构类型

1.3 水溶性苷类 苍耳属植物富含水溶性苷类物质，现已从中分离得到胡萝卜苷、黄酮苷、苍术苷等多种糖苷类化合物，其中羧基苍术苷和苍术苷在药用苍耳中且含量丰富，具有很强的肝肾和心脏毒性。近年来，因苍耳子引发中毒死亡的事件时有发生，与其使用不当或长期使用出现苍术苷引发的肾脏、心脏及肝脏损伤等有关。研究发现，苍术苷在苍耳属植物中分布广泛，田间地头牲畜误食导致的中毒事件也时有发生。Piacente等[2]从刺苍耳地上部分离得到5个羧基苍术苷类似物。王素贤等[13]对蒙古苍耳种仁脱脂后进行水提，得到苍术苷，但关于意大利苍耳的报道相对较少。目前已经报道的苍术苷类化合物主要有：羧基苍术苷(15)、羧基苍术苷钾盐(16)、羧基苍术苷水解物(17)、苍术苷(18)、苍术苷钾盐(19)(见图2)[12]。实验表明，苍耳子在炒制加工后羧基苍术苷、苍术苷含量会显著降低甚至消失，毒性消失。

图2 苍耳中苍术苷类化合物

1.4 酚酸类 酚酸类物质广泛存在于各种植物中，苍耳属中的酚酸类化合物种类复杂多样，除咖啡酸(20)、阿魏酸(21)、原儿茶酸(22)等酚酸类成分外，富含单咖啡酰奎尼酸和双咖啡酰奎尼酸类化合物，目前已经从中分离到3-O-咖啡酰奎尼(绿原酸，23)、5-O-咖啡酰奎尼酸(24)、1,5-二咖啡酰奎尼酸(25)、1,4-O-二咖啡酰奎尼酸(26)、4,5-O-二咖啡酰奎尼酸(27)、1,3,5-O-三咖啡酰奎尼酸(28)等多种羟基肉桂酸类成分(见图3)，且现已证明以上成分与苍耳属抗炎镇痛的活性密切相关[14]。苍耳属果实中绿原酸含量种间差异较大，贾鑫等[15]采用HPLC对苍耳子与刺苍耳子进行测定，发现苍耳子中绿原酸含量约为刺苍耳子的4.8倍。明乾良等[16]研究发现苍耳中绿原酸含量普遍高于蒙古苍耳。此外，产地、采收时间、炮制时间和温度等因素对苍耳子中酚酸含量有着明显的影响。

图3 咖啡酰奎尼酸类化合物主要结构

1.5 甾体类 苍耳属植物全草富含甾体及其苷类物质，该类物质参与植物的组织构成和生物功能调节。目前已经从该属多个种中分离得到羽扇豆醇十六酸酯(29)、豆甾醇(30)、β-谷甾醇(31)、白桦酯酸(32)、白桦酯醇(33)、麦角甾醇(34)等甾体及其苷类化合物，种间的化学成分差异相对较小(见图4)[11]。

图4 甾体类化合物主要结构

1.6 其他类 目前从苍耳属中还分离得到槲皮素(35)和水飞蓟素(36)等黄酮类、大黄素(37)和大黄酚(38)等蒽醌类、东莨菪内酯(39)等香豆素类以及木质素类等多种化学成分(见图5)。此外，赵岩等[17]运用RP-HPLC分析了意大利苍耳子和苍耳子中的20种氨基酸，分析发现前者的氨基酸质量分数要高于后者。

2 苍耳生物活性研究

2.1 抗肿瘤活性 关于苍耳属植物的抗肿瘤活性报道较多，初期主要集中于药用苍耳，但后期研究发现刺苍耳、意大利苍耳和蒙古苍耳等粗提物及其倍半萜内酯类成分对小鼠淋巴细胞P- 388、人肝癌细胞HepG2、白血病细胞L-1210及人支气管表皮样瘤NSCL-N6 细胞等有显著的抑制和诱导凋亡的作用，苍耳亭等化合物的IC50值可低至几个μmol·L-1。通过进一步的机制研究发现，苍耳亭等倍半萜内酯类可杀死肿瘤细胞周围血管从而降低微血管密度[18]。由此可见，新疆分布的苍耳属3个入侵种可以作为重要植物资源用于活性天然先导物的发现与药物开发。

图5 苍耳属种其他类化合物

2.2 抗微生物活性 研究发现，苍耳提取液及其活性成分对金黄色葡萄球菌、链球菌和白喉杆菌等多种致病细菌均有较强的抑制作用[19]。另外，张帆等[20]研究发现苍耳提取物对菌番茄灰霉、辣椒丝核、黄瓜黑星等植物病菌具有较强的抑制作用。邰凤姣等[21]研究了新疆意大利苍耳对根际微生物的化感作用，发现其提取物对真菌和放线菌的生长存在显著抑制作用，以上研究成果在新农药研发中具有重要应用前景。

2.3 抗炎镇痛的作用 抗炎镇痛作用是苍耳重要功效之一，现已证明该药理活性与其富含绿原酸等咖啡酰奎尼酸类化合物有关。Wang等[22]研究发现苍耳子中咖啡酰噻嗪双酮苷可以显著降低小鼠血清中炎症因子——肿瘤坏死因子α (TNF-α) 和白细胞介素6 (IL-6) 水平，从而发挥抗炎作用。韩婷等[23]采用小鼠耳肿胀模型实验和醋酸扭体实验发现咖啡酰苍耳子噻嗪双酮苷、1,5-二咖啡酰奎尼酸和绿原酸具有很强的抗炎镇痛活性。付小梅等[24]通过比较蒙古苍耳子和苍耳子的抗炎镇痛作用发现二者的抗炎镇痛作用无显著差异性。刺苍耳及意大利苍耳也富含绿原酸类化合物，因而可以判断新疆苍耳属3个入侵种可在抗炎镇痛方面发挥重要作用，当然，关于刺苍耳和意大利苍耳的抗炎镇痛活性仍需进一步验证。

2.4 苍耳在农业领域生物活性 邵华等[25]从新疆地区意大利苍耳叶和果实提取物中分离得到苍耳亭，发现在浓度为10 μg·mL-1时，该化合物可显著抑制单双子叶杂草毒莴苣、早熟禾、骆驼蓬和反枝苋常见杂草幼苗的生长。孟学英等[26]研究发现：苍耳亭对二斑叶螨、黏虫等具有显著的触杀活性。因而，借鉴入侵苍耳属的化感作用，以其次生代谢物为源头开展绿色农药的开发是一个可能的途径。

3 结论

刺苍耳、蒙古苍耳及意大利苍耳是新疆分布的苍耳属3个主要入侵种，由于其在新疆大肆蔓延，生物量大，尤其当与油葵等作物伴生时，难以有效去除，对农业生产造成危害。通过对以上3种苍耳的化学成分及其活性进行梳理发现，刺苍耳、蒙古苍耳及意大利苍耳等与药用苍耳在化学成分与药理活性方面均有很大的相似性。本研究为3个入侵种的植物资源的高值化利用提供了重要参考，同时为苍耳属植物的化学成分及其作用机理的深入研究和进一步开发具有重要意义。