鼠曲草属植物的活性成分及其功效研究进展

王利民,何春梅,刘彩玲,王 飞,李清华,张 辉,黄毅斌*,林国泰

(1.福建省农业科学院 土壤肥料研究所,福建 福州 350013;2.福建农林大学 土壤生态系统健康与调控福建省高校重点实验室,福建 福州 350002;3.福建省永春县煌泰林果专业合作社,福建 永春 362600)

鼠曲草(GnaphaliumL.)别名佛耳草、追骨风、清明菜等,隶属菊科,全世界约有200种。该属植物多为一年生草本植物。它生于田间、草地、河岸等湿润环境,对土壤要求不严格[1]。鼠曲草在国外主要分布于墨西哥、阿根廷、危地马拉、玻利维亚、朝鲜、菲律宾、印度尼西亚、印度和澳大利亚;在中国,多数分布于长江流域、珠江流域以及台湾等地。中国鼠曲草属(GnaphaliumL.)植物共有19种,以鼠曲草(G.afllneD. Don)分布最广,它抗病虫害能力强、营养丰富、利用价值高。鼠曲草全草富含黄酮苷,高达5.0 g/kg[2];同时含有17种氨基酸,茎叶中的必需氨基酸含量为7.1 g/kg,超出一般谷类作物的2倍。此外,鼠曲草茎叶中的含K量高达28.91 g/kg,与商陆、籽粒苋等富钾绿肥作物中的K含量较为接近,是普通蔬菜K含量的10倍以上[3];其Ca、Mg元素含量也较高,分别为4.1、1.6 g/kg[4]。因此,鼠曲草不仅营养价值高,而且药用效果好,是各民族民间喜爱的时令野菜。在每年清明节前后,人们采其嫩茎叶,用开水烫后炒食,或采集长有花序的茎叶拌入米面或玉米面后食用,味道清香扑鼻,沁人心脾,属于药食同源性食物,能治疗支气管炎、糖尿病以及肝病等疾病。而且,鼠曲草对环境的适应性很强,具有不受农药、化肥污染和病虫害侵袭的特性,是一种极具开发利用潜力的绿色保健食品原料。为了更好地开发利用这种多功能的野菜鼠曲草,本文针对它的化学成分及其功效进行了综述。

1 化学成分

鼠曲草不仅资源丰富,而且富含黄酮苷、挥发油、氨基酸,以及Ca、Cu、K等矿物质营养元素。

1.1 黄酮类化合物

黄酮类成分是广泛分布于植物中的化学物质,在植物生长、发育、开花、结果及抵御病虫害等方面起着非常重要的作用[2]。鼠曲草中富含黄酮类成分,全草黄酮苷含量约为50.0 g/kg,叶及花中的黄酮含量分别为7.37、38.14 mg/g[5]。Aquino等[6]采用Sephadex LH-20分离法,经反相高效液相色谱法纯化,从单花鼠曲草(CulcitiumreflexumH. B. K.)中的乙醇提取物分离到6种黄酮类化合物,分别为芦丁、槲皮素-3-O-β-D-吡喃半乳糖苷-4′-O-β-D-吡喃葡糖苷、槲皮素-3-O-β-D-吡喃葡糖苷、异鼠李黄素-3-O-β-D-吡喃半乳糖苷、槲皮素和山奈酚。Morimoto等[7]从鼠曲草(G.affineD. Don)中分离到5-羟基-3,6,7,8,4′-五甲氧基黄酮、5-羟基-3,6,7,8-四甲氧基黄酮、5,6-羟基-3,7-二甲氧基黄酮和4,4′,6′-三羟基-2′-甲氧基查耳酮[8]。Lin等[9]从鼠曲草(G.affineD. Don)中提取到黄酮类物质木犀草素-4′-O-葡萄糖苷及其糖苷配基。李融等[10]从秋鼠曲草(G.hypoleucumD. C.)醇提取物中分离到的化合物多为黄酮及其苷类成分,分别为木犀草素-4′-O-β-D-葡萄糖苷、芹菜素、5,7-二羟基-3,8,4′-三甲氧基黄酮。由此可见,鼠曲草的品种不同,其主要活性成分也存在一定的差异。谢建祥等[11]对鼠曲草依次进行乙醇、石油醚和乙酸乙酯萃取,再采用硅胶柱色谱法、Sephadex LH-20柱色谱法等进行分离纯化,并通过波谱技术及理化性质鉴定,结果首次从鼠曲草中分离到5-羟基-6,7,3′,4′-四甲氧基黄酮。Xi等[12]从鼠曲草中分离获得了具有抗补体活性的酰化黄酮醇苷,其主要成分是2-苯基-3-羟基(或含氧取代)苯骈γ-吡喃酮(2-苯基-3-羟基-色原酮)类化合物。高俊斌等[13]采用HPLC-UV法测定了17批鼠曲草(G.affineD. Don)中的原儿茶酸、绿原酸、咖啡酸、1,5-二咖啡先奎宁、木犀草素、芹菜素、山奈酚等7个成分的含量,发现不同产地的鼠曲草在这些成分含量上存在差异,其中上海及福建地区的含量较高,这为其资源开发利用及新药研发提供了依据。卢晓艺等[14]采用同样的HPLC方法分别测定了鼠曲草茎、叶和花中的木犀草素、槲皮素、芹菜素等黄酮类化合物,结果表明鼠曲草花中的这3种黄酮类成分的含量均最高,且其含量大小表现为木犀草素>槲皮素>芹菜素,但在其茎和叶中未检测出这些成分。由此推断,在同一品种鼠曲草的不同部位,其黄酮类化合物的含量也存在明显的差异。

1.2 氨基酸成分

王世宽[15]等用氨基酸分析仪测定了鼠曲草中的氨基酸组分,发现鼠曲草茎和花中的氨基酸含量高,种类多,并富含苏氨酸、缬氨酸、苯丙氨酸、异亮氨酸、亮氨酸和赖氨酸等17种氨基酸,其中包含人体必需的8种氨基酸,且其E/(E+N)、E/N 比值分别为0.38、0.62,这与联合国粮农组织(FAO)和世界卫生组织(WHO)提出的对应标准值0.4和0.6较为接近。鼠曲草茎中的总氨基酸含量为18.3 g/kg,花中为14.4 g/kg,其中嫩茎叶中必需氨基酸含量为7.1 g/kg,是一般谷类作物必需氨基酸含量的2倍以上[15]。综上所述,鼠曲草中含有的氨基酸成分配比合理,营养价值高,是有利于人体氨基酸营养均衡的天然绿色食品。

1.3 矿物质成分

鼠曲草全草及花中的Ca、Mg元素含量最高,Zn、Cu含量较低(表1)。此外,鼠曲草全草中的Fe、Cu、Mg、Ca、Mn、Zn等微量元素含量均高于花,特别是Ca、Mg元素,其次是Fe、Mn,而Zn、Cu含量在植物各组织间差异较小。同时,鼠曲草茎叶中富含K元素,是一般蔬菜K含量的10倍以上,具有明显的高钾低钠特征[4]。

1.4 挥发油成分

鼠曲草全草挥发油含量为0.5 g/kg;通过水蒸气蒸馏法提取鼠曲草中的挥发油,并利用气相色谱-质谱联用技术对挥发油成分进行分析,共分离鉴定出25个组分,占总峰面积的98.69%,分离物主要是长链脂肪酸及其衍生物[16]。吕晴等[17]采用相同的方法对黔产鼠曲草挥发油成分进行了分析,共鉴定出41种化学成分,占挥发油总量的66.55%,主要成分为丁香油酚、反式石竹烯、棕榈酸、(-)-β-榄香烯、α-松油醇。然而,黄爱芳等[18]采用同种方法对鼠曲草挥发油的化学成分进行分析,只分离出15种成分,鉴定出11种成分,占挥发油色谱总峰面积的73.33%,主要成分为石竹烯。由此可知,不同产地的不同种类鼠曲草中含有的挥发油成分存在一定的差异。

表1 鼠曲草中的矿质元素含量 mg/kg

注:“—”表示未测值;茎叶中的矿质元素含量除了Na之外,其他元素的含量均为细叶鼠曲草(G.japonicumThunb.)中测得的数据,尚未发表。

1.5 其他成分

鼠曲草中含有延胡索酸、原儿茶酸、绿原酸、咖啡酸、维生素B、苯甲酸、植物甾醇、多糖等其他成分[11,13]。Villagómez-Ibarra等[19]研究发现,从鼠曲草中分离得到的萜类化合物主要是右松脂烷型、半日花烷型和贝壳杉烷型等3种二萜类化合物。Zhang等[20]从鼠曲草(G.affineD. Don)的地上部分分离得到两种新的脂类化合物,分别为1,4-O-二咖啡酰奎宁酸乙酯和1,4-O-二咖啡酰奎宁酸甲酯。

2 功能特性

由于鼠曲草富含多种活性化学成分,因此相应具备了多种功能。

2.1 药用价值

2.1.1 抗菌抗病毒活性 黄酮类成分为鼠曲草中抗炎、抗氧化作用的重要活性成分。其中,木犀草素具有抗菌特性,会抑制大肠杆菌、葡萄球菌、枯草芽孢杆菌、卡他菌、白色念珠菌、变形杆菌的繁殖生长,可用作食品防腐剂,防止含油脂食品的劣变[21]。潘明[22]研究表明,鼠曲草中的黄酮类物质对常见致病细菌的抑菌效果大小顺序为金黄色葡萄球菌>沙门菌>枯草芽孢杆菌>大肠埃希菌,其相应的抑菌圈直径分别为1.40、1.20、1.00和0.95 cm,最小抑菌浓度分别是1.25%、2.50%、10.00%和10.00%。Zeng等[23]进行了鼠曲草中的挥发油体外抗菌试验,结果表明挥发油对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、枯草杆菌、蜡状芽孢杆菌、侧孢芽孢杆菌、酿酒酵母、黑曲霉菌、桔青菌和米根菌均有较强的抑制效果,其抑菌带直径为15.43～24.73 mm;其中,真菌对挥发油更为敏感,尤其是酵母菌,它们的最小抑菌浓度小于细菌。Rojas等[24]对墨西哥当地的鼠曲草进行了抗微生物活性筛选,也发现了该植物对金黄色葡萄球菌、肺炎链球菌、化脓性链球菌、大肠埃希菌、白念珠菌、粪肠球菌等都有抑制作用,其中鼠曲草中的二萜类化合物ent-Kaur-16-en-19-oic acid属于广谱抗菌药,对伤寒杆菌等也有抑制效应。此外,高俊斌等[13]研究表明,绿原酸也是鼠曲草属植物中的主要抗菌、抗病毒有效药理成分之一。

2.1.2 抗氧化自由基活性 鼠曲草中富含黄酮类化合物,如槲皮素、芦丁等,它们具有清除超氧阴离子和羟自由基的作用,因此具有很强的抗氧化活性,均强于标准自由基清除剂Vitamin E[23]。而且,传统的食品化学抗氧化剂如丁基经基茵香醚、二丁基轻基甲苯及没食子酸甲酯等毒副作用大。因此,利用鼠曲草中提取到的具有良好抗氧化作用的黄酮和绿原酸代替传统的食品化学抗氧化剂,有利于消费者的健康。张德胜等[5]通过醋酸铅沉淀、柱层析纯化法,分离得到的醋酸铅沉淀黄酮(A)数量较多,其还原能力和清除1,1-二苯基-2-三硝基笨肼自由基的能力优于食用抗氧化剂芦丁,具有明显的抗猪油氧化能力,但其抗氧化持续性不及食用抗氧化剂2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚,而碱性醋酸铅沉淀黄酮(B)的抗氧化活性与食用抗氧化剂芦丁相当。Aquino等[6]采用二苯基苦肼基自由基法实验、紫外-免疫共沉淀实验和LP-LUV实验对单花鼠曲草(G.unifloruumLam.)中的乙醇粗提取物及主要黄酮类成分进行体外强抗氧化和自由基清除活性作用研究,发现从该植物提取到的酚类物质具有很强的抗氧化和自由基清除活性。在另一种鼠曲草植物丝棉草(G.luteoalbumL.)的甲醇粗提取物(CME)中也发现,其酚含量高达115.96 mg/g,同时其CME具有很强的抗氧化活性,可用作抗氧化剂的天然药材[25]。另外,进行鼠曲草中的多糖抗氧化性试验,结果表明多糖具有很好的清除羟自由基以及超氧阴离子的能力[26]。Im等[27]研究表明,从鼠曲草(G.affineD. Don)中分离到的咖啡酰奎宁酸系列化合物如3,5-二咖啡酰奎宁酸、4,5-二咖啡酰奎宁酸和1,5-二咖啡酰奎宁酸等具有抑制1,1-二苯-2-苦基肼大分子自由基活性的作用。此外，鼠曲草(G.affineD. Don)提取物和功能性酸奶共同发酵后,其抗氧化能力可以得到进一步的提升,因此鼠曲草可以作为食品产业中的创新性功能食品[28]。另外,从鼠曲草中提取到的挥发油也具有显著的抗氧化效果[29]。当挥发油浓度为0.16～2.5 μg/mL时,其清除2,2-联氮-二(3-乙基苯并噻唑-6-磺酸)二铵盐自由基的能力达到21.01%～100.00%;当挥发油浓度为2.5 μg/mL时,其清除能力接近100%[30]。

2.1.3 抑制酶活性 鼠曲草(G.affineD. Don)中的提取物能起到下调肾脏尿酸mGLUT9及mURAT1 mRNA表达的作用,抑制黄嘌呤氧化酶(XO)在活体内的活性,减少血清尿酸的活性,从而改善尿素代谢[31]。与此类似,匙叶鼠麴草(G.pensylvanicumWilld.)中的提取物也能通过影响小鼠肾葡萄糖转运蛋白9(GLUT9)、有机阴离子转运蛋白1(OAT1)和尿酸盐转运蛋白1(URAT1),降低血清尿酸活性,抑制由氧嗪酸钾诱导的高尿酸血症小鼠体内XO的活性,因此该提取物具有治疗高尿酸血症、急性痛风性关节炎的潜力[32]。Zhang等[20]从鼠曲草(G.affineD. Don)的地上部分分离得到两种新的脂类化合物:1,4-O-二咖啡酰奎宁酸乙酯和1,4-O-二咖啡酰奎宁酸甲酯,当它们的半抑制浓度IC50分别达到11.94、15.04 μmol/L时就表现出对XO活性的抑制作用。Zhang等[33]从秋鼠曲草(G.hypoleucumD. C.)中提取到的黄酮类化合物木犀草素4′-O-葡萄糖苷和木犀草素均能抑制XO的活性,进而具有治疗痛风的功效。另外,黄真池等[34]研究也表明,鼠曲草提取液抑制XO活性的效果良好,抑制率达18.8%。综上可知,鼠曲草提取物能够降低XO的活性,抑制嘌呤氧化生成尿酸,并减少超氧阴离子自由基的产生,从而减轻自由基造成的组织伤害。当鼠曲草中的乙醇提取物抑制XO的效果达到50%时,其浓度Ki值为11.38 μg/mL;尤其是其中的异泽兰黄素的抑制效果更好,其Ki为0.37 μmol/L[35]。Lin等[9]从鼠曲草(G.affineD. Don)中也分离提取到木犀草素-4′-O-葡萄糖苷及其糖苷配基等黄酮类物质,可以用于治疗高尿酸血症和痛风。而且还发现,从秋鼠曲草(G.hypoleucumD. C.)中提取的总黄酮可抑制α-葡萄糖苷酶的活性,从而延缓碳水化合物的吸收,同时还能改善葡萄糖耐量,降低血糖,增加肌糖原含量,降低三酰甘油和总胆固醇含量,因此从秋鼠曲草提取的黄酮类化合物具有降血糖的功能[36]。与中等活性的槲皮素阳性对照相比,鼠曲草中的乙酸乙酯提取液对糖尿病患者体内的葡萄糖经醛糖还原酶(Aldose reductase, AR) 的抑制活性明显增强,这有利于降低山梨醇累积,避免患者体内的细胞损伤,从而可以降低DCC所致的心脏病、中风、失明、截肢和肾衰竭的风险[37]。此外,从鼠曲草(G.affineD. Don)中提取到的二咖啡酰奎宁酸系列化合物3,5-二咖啡酰奎宁酸、4,5-二咖啡酰奎宁酸和1,5-二咖啡酰奎宁酸均能降低酪氨酸酶的活性,会抑制黑色素的形成[26];从其分离到的咖啡酰基葡萄糖还能抑制中性粒细胞弹性蛋白酶的活性,具有预防和治疗呼吸道疾病的作用[38]。陆英等[39]研究表明,鼠曲草提取物中的3,5-O-咖啡酰基奎宁酸、3,4-O-咖啡酰基奎宁酸、2′,4,4′-三羟基-6′-甲氧基-查尔酮-4′-O-β-D-葡萄糖在α-淀粉酶浓度为1.67 mg/mL时,对淀粉酶活性的抑制率分别为84.53%、63.07%、71.22%,半抑制浓度IC50分别为0.90、1.28、1.16 mg/mL。

2.1.4 镇咳祛痰作用 高剂量的鼠曲草水浸提液以及提取物中的总黄酮均能延长小鼠、豚鼠的咳嗽潜伏期,减少咳嗽次数,并促进小鼠气管纤毛对酚红的分泌排出,因此具有良好的祛痰作用。此外,从鼠曲草中提取到的鼠麹黄素B和鼠麹黄素A均能阻止Ca2+内流引起的气管与动脉张力增加,对豚鼠支气管具有良好的疗效;当鼠麹黄素A、B的浓度在100 μmol/L时,其对豚鼠支气管Ca2+内流的抑制率分别为47%和21%[40]。另外，当鼠麹黄素B、A与硝普钠或毛喉素联用时,它们对肌肉松弛的作用均有增强。由此可见,鼠麹黄素A、B均能起到松弛豚鼠支气管的作用,并扩张血管和支气管,从而发挥抗平喘的功效。

2.1.5 抗补体活性 鼠曲草中的咖啡酸补体活性较强,其抗补体活性的半抑制浓度IC50值较低,仅为0.221 mg/mL[41]。Xi等[12]通过抗补体活性试验发现,含有酰基的黄酮苷活性更强,其中的3种酰化黄酮醇苷,即芹菜素-4′-O-β-D-(6′-E-咖啡酸)-吡喃葡萄糖苷、木犀草素-4′-O-β-D-(6′-E-咖啡酸)-吡喃葡萄糖苷和槲皮素-4′-O-β-D-(6′-E-咖啡酸)-吡喃葡萄糖苷均有很强的抗补体活性,特别是木犀草素-4′-O-β-D-(6′-E-咖啡酸)-吡喃葡萄糖苷表现出更高的抗补体活性,其IC50值仅为(0.045±0.005)mg/mL,可有效减轻脑出血后引起的脑水肿。总之,鼠曲草含有较多的补体抑制剂,对炎症性疾病的治疗具有潜在价值。

2.1.6 其他药用价值 姜丽君等通过CCl4制作小鼠急性肝损伤模型研究表明,鼠曲草提取物能显著抑制CCl4所致小鼠血清天冬氨酸氨基转移酶和丙氨酸氨基转移酶活性的增加,从而促进肝组织中的谷胱甘肽过氧化物酶活性,并降低肝组织中的丙二醛含量,这有利于清除氧自由基,抑制脂质过氧化,进而起到护肝的作用[42]。通过体内药理实验发现,鼠曲草叶片中的乙醇提取物(ECR)对UV-B辐射诱导所致皮肤红斑的抑制率为43.5%,说明ECR具有良好的抗UV-B的活性[43]。尤为重要的是,鼠曲草(G.affineD. Don)提取物还能通过抑制p38MAPK介导的RAW264.7巨噬细胞的转录激活机制,起到抗癌作用[44]。

2.2 食用功能

鼠曲草是具有浓郁民族特色的食用植物。在浙江丽水、台州等地,鼠曲草是清明节用来制作清明团子的一种辅料,在春季刚长出来且尚未开花的时候采摘,洗净,放在锅中用水煮开后,捞出,沥干,放于盘中待其发霉至散发特殊香味。晒干储存,待使用时取出,剁碎,并在锅中用水煮开,与糯米粉混合,制作清明团子。重庆地区的做法一般是将新鲜采摘的鼠曲草花用刀切碎,放进沸水中烫一遍,捞起,再将糯米粉放进烫过鼠曲草花的水中,不断搅拌,待其七八分熟时,再放入鼠曲草花一起搅匀,捞起,并将糊状的鼠曲草花和糯米粉混合,制作成大小适宜的圆团,放入准备好的馅,然后置于蒸笼中蒸煮即可。湖北省大别山罗田及英山一带在花朝节时会将鼠曲草扎碎，与糯米粉、粘米粉混合成面团,再将黑芝麻、白糖拌匀做馅,做成圆饼，再用微火烙制成一种节日美食——软萩粑。此外,鼠曲草还可以被用来加工成食菜泥、冻干鼠曲草粉、保健饮品、鼠曲草罐头和鼠曲草添加剂[45-46]。

2.3 改土和杀虫作用

石军等[47]研究表明：随着镉(Cd)浓度的增加,多茎鼠曲草(G.polycaulonPers.)的生物量、叶绿素含量及抗性系数均有下降,但根系和地上部分的Cd含量呈增加趋势；当土壤Cd浓度为75 mg/kg时,多茎鼠曲草地上部分的Cd含量达到121.86 mg/kg,超过了Cd超富集植物的临界值(100 mg/kg)。因此,多茎鼠曲草是一种Cd超富集植物。另一种鼠曲草(G.affineD. Don)也是Cd超富集植物,当土壤Cd浓度为50 mg/kg时,其茎秆中Cd含量高达143.91 mg/kg,也超过了Cd超富集植物的标准值[48],因此,上述两种鼠曲草均能被用于修复Cd污染的农田土壤。此外,鼠曲草富含黄酮类和二萜类成分,它们具有杀虫功效,且毒副作用小。同时,这种杀虫作用与黄酮化学结构中的醚键和吡喃环有关[7]。

3 展望

综上所述,鼠曲草在中国资源丰富,蕴藏量大,并富含氨基酸、矿物质以及多种功能因子,因此对人体具有多种保健及疾病治疗作用,并兼有不受农药、化肥污染和病虫害侵袭的特性,是集营养、保健、药用功能于一体的绿色保健食品原料。随着生活水平的提高,人们的保健意识不断增强,对绿色、环保、药食同源性产品的需求越来越多。目前针对鼠曲草的抗氧化、抗炎、抑菌等药理活性进行了深入研究,并取得了一定的进展,但由于鼠曲草长期生长在野生环境条件下,很多宝贵价值尚未被充分发掘,市场上有关鼠曲草的加工保健产品甚少。因此,如何高效提取和利用鼠曲草中的营养与保健成分,改进鼠曲草深加工工艺以及开发生产出适应市场需求的功能性保健食品是当务之急。此外,鼠曲草中的钾含量非常高,非食用和药用部分均可作为一种富钾绿肥使用,这对缓解中国钾肥资源不足将发挥重要的作用。然而,鼠曲草品种的筛选与评价工作目前尚处于起步阶段,这将会极大制约其作为绿肥、食用和药用资源的综合开发利用。为此,应进一步加强鼠曲草品种的主要农艺性状、适应性及利用价值等方面的比较研究,以期筛选出综合性状优异的品种资源。