连翘木脂素研究进展
2019-12-27宋建平张立伟
宋建平,张立伟
(1.文山学院 化学与工程学院,云南 文山 663099;2.山西大学 分子科学研究所,山西 太原 030006)
连 翘 [Forsythia suspensa(Thunb.)Vahl]为 木犀科连翘属植物连翘的干燥果实,为我国 40 种常用大宗中药材之一[1]。山西是连翘的主产区,也是天然连翘资源分布的中心,自古被认为是连翘的道地产地[2]。现代药理研究表明,连翘具有降血糖、降血脂、保肝、抗肥胖、抗氧化、抗衰老、抗疲劳、抗过敏、抗增殖和心脏保护等作用[3-6]。连翘化学成分复杂,主要含有木脂素类、苯乙醇苷类、挥发油类、黄酮类、有机酸类、萜类化合物等[7]。
木脂素类是一类由苯丙素氧化聚合而成的天然产物,具有多样的结构和广泛的生物活性。它们存在于许多种的植物中,富含木脂素类化合物的植物在民间有着相当长的医用历史。木脂素作为连翘中的主要药效成分,越来越受到研究者的关注,本文总结了近年来对连翘木脂素类的化学成分、测定方法、提取纯化工艺、生物活性、稳定性等一些新研究,为连翘木脂素类化合物的研究提供参考。
1 连翘木脂素及其化学结构
木脂素作为连翘的主要活性成分,目前已从连翘的不同部位(果实、花、叶、根)中分离到50余个单体,这些木脂素成分主要为骈双四氢呋喃类(18种)、二苄基丁内酯(10种)、四氢呋喃(4种)、芳基萘类(4种)、尤普麦特苯骈呋喃型(6种)、二苄基丁烷(1种)等。
1.1 连翘果实
连翘果实是药典中规定的连翘用药部位,根据采收期不同有青翘和老翘的差异。因采收时间和后期加工方式的不同,青翘和老翘的化学成分有一定的差异,李书渊等[8]比较了青翘与青翘种子及老翘中连翘苷的含量,发现青翘中连翘苷含量高于老翘,且青翘中连翘苷主要来源于果壳。作为连翘的传统用药部位,连翘果实的化学成分研究比较透彻,至今已从中分离到51种不同类型的木脂素类化合物。
1977年,西部三省等[9]从连翘果实中得到3种木脂素类化合物:连翘脂素、松脂素、连翘苷。1997年,刘东雷等[10]从13 kg连翘果实中分离到(+)松脂素-β-D-葡萄糖苷、(+)松脂素单甲基醚-β-D-葡萄糖苷等3种木脂素类化合物。1998年,明东升[11]从连翘果实中分离得到松脂素-4-O-β-D-葡萄糖苷等4种木脂素类化合物。2003年,刘悦[12]从连翘果实中分到表松脂素-4-O-β-D-葡萄糖苷、异落叶松脂醇等5种木脂素类化合物。2008年,Min-Jung Chang等[13]从10kg连翘果实中分离到8种木脂素类化合物:8-羟基松脂素(8-Hydroxypinoresinol)、7´-epi-8-Hydroxypinoresinol、落叶松脂素、异落叶松脂素、橄榄树脂素、cedrusin等。2008年,朴香兰等[14]从连翘果实中分离到forsythialan A 、forsythialan B等3种木脂素类化合物。2009年,冯卫生等[15]从连翘果实中分离到4种木脂素类化合物:异橄榄脂素、异落叶松脂素-4-O-β-D-葡萄糖苷、异落叶松脂素-9´-O-β-D-葡萄糖苷。2009年,王福男[16]从注射用双黄连(冻干)的连翘中分离得到(+)-1-羟基-松脂素-4´´-O-β-D-吡喃葡萄糖苷、(+)-异落叶松脂素-6-α-O-β-D-吡喃葡萄糖苷、(-)-橄榄脂素-4´-β-D-吡喃葡萄糖苷等7种木脂素类化合物。2011年,石涛[17]从连翘果实中分到(-)-罗汉松脂素、表松脂素、8-羟基松脂素、5´-甲氧基落叶松脂素、Medioresinol、7´-epi-8-Hydroxypinoresinol、Forsythialan C、Forsythialan D等14种木脂素类化合物。2014年,LI Chang等[18]从连翘果实从分离到5种木脂素类化合物:forsythialanside E、8´-hydroxypinoresinol-4´-O-β-D-glucoside、8´-hydroxypinoresinol、lariciresinol-4´-O-β-D-glucoside、lariciresinol-4-O-β-D-glucoside。2014年,闫新佳等[19]从连翘果实中分离到forsythiayanoside A、forsythiayanoside B、8-羟基松脂素-4-O-β-D-葡萄糖苷、表松脂素-4´-O-β-D-葡萄糖苷、glochidioboside、罗汉松苷、异落叶松脂醇-9-O-β-D-葡萄糖苷等10种木脂素类化合物。2014年,Chang Li等[20]从连翘果实中分离到forsythialanside C、forsythialanside D、icariside E4、dihydrodehydrodiconiferyl alcohol-4-O-β-D-glucoside等10种木脂素类化合物。2017年,Ping-Chung Kuo等[21]从连翘果实中分离到 rel-(7R,8´R,8S)-Forsythialan C、rel-(7R,8´R,8R)-Forsythialan C、4-O-Demethylforsythenin、forsythenin、松脂素单甲基醚等8种木脂素类化合物。
1.2 连翘叶
有研究表明,连翘叶中连翘苷含量远高于果实,李丹凤等[22]比较了连翘花、叶、果实中连翘苷的含量,发现连翘叶中连翘苷含量为果实(老翘)的5倍,而松脂素-β-D-葡萄糖苷在花中含量是叶子的3倍。
1984年,Shizuka Kitagawa等[23]从连翘叶中分离到4种木脂素类化合物:连翘脂素、松脂素、连翘苷、松脂素-β-D-葡萄糖苷;2013年,葛莹[24]从4.4 kg连翘叶中分离到6´´-Acetyl forsythin、表松脂素-4´-O-β-D-葡萄糖苷等4种木脂素类化合物,其中6´´-Acetyl forsythin为首次从连翘中得到。
1.3 连翘花
连翘每年3~4月开花,花期长,花色鲜黄可长时间保存,现代研究发现连翘花和连翘果实具有类似的化合物,包含挥发油、黄酮、苯乙醇苷类木脂素类和三萜类等化学成分。
2004年,方翠芬[25]从2 kg连翘花粗粉分离到4种木脂素类化合物:连翘脂素、表松脂素、松脂素、松脂素-β-D-葡萄糖苷。
1.4 连翘根
1996年,王中秋等[26]从连翘根分离得到2种连翘木脂素:连翘苷和连翘脂素。
1.5 连翘茎
连翘茎是连翘的枝条,马丽莎等[27]研究发现连翘根中含有的化学成分较多,连翘苷、连翘脂素、表松脂素、表松脂素-4´-O-β-D-葡萄糖苷等木脂素成分远高于其他部位的含量。
2 连翘木脂素含量的测定方法
木脂素类常见的含量分析方法有紫外-可见分光光度法和高效液相色谱法。木脂素类化合物的分子中存在苯环,在紫外区间有吸收带,因此可以采用分光光度法测定其含量。涂秋云[28]以连翘苷为标准,用10%变色酸显色后在570 nm处测定吸光度。该方法分析速度快,设备要求低,适于总木脂素的含量测定。
冷光等[29]采用双波长薄层扫描仪,λs=280 nm,λR=400 nm,反射法锯齿扫描,背景补偿,扫描速度20 mm/min,纸速20 mm/min,线形校正CH1,线形参数SX=3,光路狭缝=1.25 mm×1.25 mm,灵敏度× 2,松脂素标品做标准曲线,测定连翘中的松脂素含量。高首勤等[30]用紫外可见分光光度计290 nm测定波长,以连翘苷对照品做标准曲线,测定连翘花中连翘苷的含量。耿莲等[31]用高效液相色谱在277 nm,以连翘苷对照品做标准曲线,测定连翘苷的含量。
3 连翘木脂素的提取方法
连翘中的木脂素成分种类较多,目前研究较多的为其中含量较大的连翘苷和连翘脂素两种成分。主要的提取方法包括:煎煮法、渗漉法、回流法、浸提法、超声辅助提取法、微波辅助提取法等。
3.1 连翘苷的提取方法
钟小群等[32]比较了煎煮法、回流法、渗漉法和半仿生法四种提取工艺对连翘果实中连翘苷的影响,实验发现采用煎煮法效果最优。蔡庆顺等[33]研究了渗漉法对连翘果实中连翘苷的提取效果,发现30%乙醇对连翘苷得率最高,优于其他浓度乙醇的提取效果。赵咏梅等[34]以无水甲醇为溶剂,回流提取,提取物中连翘苷含量为1.21%。张晓虎等[35]以超声波辅助提取,以70%甲醇为溶剂时,超声提取70 min,连翘苷含量3.596%;以70%乙醇做溶剂,超声提取60 min,连翘苷含量3.328%。胡英婕[36]以连翘叶为原料,用75%乙醇微波提取2 min,得到连翘苷含量为0.52%。徐小雯[37]以连翘果实为原料,利用遗传算法优化条件,得出以59%乙醇回流提取3 h,连翘苷含量0.2%。武果桃等[38]比较了索氏提取法和超声提取法提取连翘苷的效率,发现索氏提取法提取连翘苷的得率明显低于超声提取法。黄良永等[39]以连翘果实为原料,采用均匀设计法优选连翘半仿生提取工艺,试验结果表明,连翘的SBE优选条件是可行的,连翘苷得率可达0.1%。
综合上述研究结果,实验室含量分析宜采用以甲醇做溶剂超声提取法提取连翘苷,工业化生产中宜采用以乙醇做溶剂回流提取法。
3.2 连翘苷的纯化方法
孙建瑞等[40]以连翘叶为原料,以53%乙醇为溶剂74℃水浴浸提连翘叶,利用AB-8树脂为吸附剂,50%乙醇洗脱段回收溶剂,得连翘苷粗品,甲醇重结晶三次,连翘苷的纯度达到95%以上,回收率大于85%。李飞鹤等[41]以连翘叶为原料,发现运用无水乙醇提取-石油醚萃取-无水乙醇重结晶方法,快速简便地获得了高纯度的连翘苷,纯度达到90%以上,提取率为1.21%。王金龙等[42]采用聚酰胺为吸附剂处理连翘提取物,收率为60.2%,所得分离物中连翘苷含量达到50%以上。于春波等[43]采用D2820大孔吸附树脂对连翘果实粗提取进行富集,20%乙醇洗脱得到产品连翘苷含量为27.2%。
3.3 连翘脂素的纯化方法
鲁明明等[44]以连翘叶和果实作原料,甲醇回流提取,提取液用1%盐酸乙醇溶液酸化,中和后分离沉淀物,沉淀物硅胶柱分离,得到连翘脂素粗品,粗品经无水甲醇重结晶得到连翘脂素,含量97%以上。
4 生物转化
从天然连翘中提取连翘苷有大量研究报道,但由于连翘脂素在连翘中含量较低,因此用提取分离的方法得率较低。现代药理研究发现连翘苷可能是连翘脂素的前体物质,所以研究如何将连翘苷转化为连翘脂素,对连翘资源深度开发具有重要意义[45]。
樊宏宇等[46]采用纤维素酶水解连翘苷制备连翘脂素,实验发现酶解反应的最适条件为温度 50 ℃、反应介质为pH值5.2的醋酸-醋酸钠缓冲液,酶与底物比为1∶1,反应时间为 48 h。梅建凤等[47]利用从土壤中分离到的LB 菌株,经产酶培养后,过滤收集菌体悬浮于 2 倍发酵液体积的磷酸盐缓冲液中,加入2 g/L 的底物连翘苷,于30 ℃、200 r/min转化20 h,连翘脂素的转化得率可达94.1%。
5 生物活性
连翘具有多种生物活性,研究较多的是抗炎、抗氧化、抗菌、抗癌、抗病毒、抗过敏、神经保护等作用,但连翘的药理活性多集中于总提取物的研究,对单体的研究相对较少,单体成分研究主要集中在连翘酯苷和连翘苷两类最主要的成分上。
5.1 抗氧化作用
涂秋云[48]考察了自制的连翘总木脂素提取物(木脂素含量93.5%)对超阴离子自由基、羟自由基、脂过氧化物自由基、过氧化氢、亚硝酸钠等各种致衰老自由基的抑制清除作用。实验显示,连翘木脂素提取物对清除羟基自由基有极强的作用,当浓度约为0.6 mg/mL时,对羟基自由基的清除效果达到90%以上;对超氧阴离子自由基有一定的清除能力,当浓度约为2.0 mg/mL时,对超氧阴离子自由基的清除效果达到90%以上,但清除率与木脂素提取物的浓度不呈线性关系;总木脂素提取物还能够有效清除脂过氧化物自由基,抑制猪油酸败,在高温条件下放入0.05%就能将猪油中过氧化物的含量控制在很低的程度,而且持续抑制时间很长;当总木脂素提取物浓度达到150 μg/ml,对过氧化氢的清除率达87.3%;对亚硝酸钠的清除效果不佳。
2008年,Min-Jung Chang等[13]发现从连翘果实中分离到的8种木脂素类化合物:松脂素、连翘脂素、8-羟基松脂素、7´-epi-8-Hydroxypinoresinol、落叶松脂素、异落叶松脂素、橄榄树脂素、cedrusin,均具有抗脂质过氧化的作用,对铜离子和AAPH引发的HDL氧化有抑制作用。宋蔚[49]实验发现,连翘脂素可以迅速清除DPPH和ABTS+自由基,其ABTS+自由基清除活性高于抗坏血酸。朴香兰等[14]对从连翘果实中分离到的两个新的木脂素类单体forsythialanA和 forsythialanB进行了体外抗氧化研究,结果发现两者均能明显保护 SIN-1诱导的LLC-PK1氧化损伤(P<0.01)。邱智军等[51]制备得到纯度为93%连翘苷和92%连翘酯苷A,连翘苷和连翘酯苷A对猪油氧化作用均有一定的抑制作用,且随着剂量的增加,抑制效果越明显。其中,连翘酯苷A对油脂氧化的抑制作用远优于连翘苷,效果与阳性对照2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚接近,此外,VC和柠檬酸对连翘苷和连翘酯苷A的抗氧化作用均表现出协调增效作用。齐建红[52]实验发现连翘苷对4种植物油脂均有较强的抗氧化活性,其中对花生油具有较强的抗氧化活性,其次为葵花籽油、大豆油和菜籽油,而且,添加连翘苷抗氧化效果明显要优于BHT。曲欢欢等[50]和张颖娟等[53]实验发现连翘苷清除DPPH自由基的能力较弱。
5.2 抗菌作用
张颖娟等[53]实验发现连翘苷对大肠埃希菌、金黄色葡萄球菌及铜绿假单胞菌无抑菌效果。周海旭[54]实验发现松脂素可以通过抑制铜绿假单胞杆菌和枯草芽孢杆菌的生长,改变细胞形态,破坏细胞壁的通透性起到抑菌作用。
5.3 保肝作用
宋蔚[49]体外实验发现,连翘脂素可通过抗氧化、清除自由基以及抑制CCl4代谢关键酶CYP2E1的活性来减少体内对肝脏有损伤的有害自由基,达到护肝目的。动物药代动力学实验表明,连翘脂素在小鼠体内的血药浓度大于其对CYP2E1的最低抑制浓度,且具有较好的生物利用度,可开发为口服的护肝产品。Nikaido等[55]实验发现连翘中的木脂素类及其苷具有抑制cAMP磷酸二酯酶活性的作用,结构活性相关作用的研究表明活性主要来自于两个酚环的构型。
5.4 抗肿瘤
周海旭[56]采用MTS法检测了松脂素-4-O-β-D-吡喃葡萄糖苷、松脂素对HeLa细胞和HUVEC细胞生长抑制作用,实验表明,松脂素-4-O-β-D-吡喃葡萄糖苷对宫颈癌细胞没有作用,而松脂素可以抑制宫颈癌细胞的增殖并且存在浓度-效应关系,并且其对正常上皮细胞在浓度小于200 μg/ml时无毒效果。毛威等[57]从连翘中分离鉴定出三个木脂素单体化合物连翘苷、连翘脂素和表松脂素,通过比色法观察比较了这三种单体成分对于人的胃癌细胞株的抑制作用强度,最后发现连翘脂素和表松脂素对人的胃癌细胞株具有一定的抑制作用,但连翘苷不明显。赵晨阳等[58]实验发现连翘脂素对人肝癌细胞、人宫颈癌细胞、中国仓鼠肺成纤维细胞具有显著的体外抗肿瘤活性,相对于长春新碱连翘脂素对小鼠黑色素肉瘤细胞B16的抑制生长作用更强。
5.5 抗高血压、降血脂
赵咏梅等[59]发现,连翘苷可以降低营养性高脂血症小鼠的血浆总胆固醇、甘油三酯等指标,可以升高高密度脂蛋白水平,有效降低高脂血症动物的动脉粥样硬化指数,显示连翘苷具有较好的降血脂作用。Kitagawa S等[60]发现松脂素-4-O-β-D-吡喃葡萄糖苷具有降血压的作用。
5.6 抗炎活性
全云云等[61]发现,连翘脂素能有效抑制小鼠耳肿胀,进一步研究发现抗炎机制可能是通过抑制TNF-α和IL-6两种因子的途径实现,连翘脂素的抑制率与对照药物地塞米松基本一致,而连翘苷无明显作用。Bingyuan Du等[62]在研究连翘脂素对体外丝裂原活化刺激淋巴细胞的抗炎作用时发现,连翘脂素可以抑制Con A激活的淋巴细胞增殖,通过抑制细胞周期蛋白D1和细胞周期蛋白E诱导G0/G1期阻滞。同时,连翘脂素通过阻断细胞内Ca2+超载和抑制来拮抗Con A诱导的T细胞活化。刘文娟等[63]发现连翘脂素可通过抑制Akt磷酸化来减少炎症反应并影响葡萄糖代谢参数,这些发现表明连翘脂素在呼吸和代谢疾病治疗中的潜在应用。Barbara Michalak等[64]发现,连翘脂素能够通过诱导TGF-β释放和IL-10受体表面表达来刺激巨噬细胞的抗炎功能。Do-Gyeong Lee等[65]研究在脂多糖刺激的巨噬细胞RAW264.7中评价嗜酸性粒细胞对NO产生的抑制活性,发现连翘脂素对NO产生的抑制活性强,IC50值为25.5。
6 稳定性
赵咏梅等[66]对连翘苷稳定性试验表明,连翘苷不耐高温,50℃ 以上温度会破坏连翘苷的结构,使其变性; 溶液的酸碱度对连翘苷稳定性影响显著,强酸和强碱会破坏其稳定性; 连翘苷的光稳定性好。食品添加剂对连翘苷提取液的稳定性影响各不相同,糖类对连翘苷提取液的稳定性影响不明显,2%的柠檬酸对连翘苷的稳定性影响较大。柠檬酸钠和柠檬酸钙对样品提取液的稳定性影响较大。
元新霞[67]对连翘脂素的稳定性研究表明:阳光、温度、酸性环境对连翘脂素的稳定性影响较小;碱对类连翘脂素的稳定性影响较大;氧化剂、还原剂、酸味剂、防腐剂都对连翘脂素有一定的破坏作用。
7 展望
连翘木脂素作为连翘中主要药效成分之一,虽然已经从连翘果实(青翘、老翘)、叶、花、根、茎等各部位中分离到50余种单体化合物,但大多数的研究集中于连翘果实的研究。2017年12月连翘叶获批山西省地方特色食品,连翘叶的化学成分研究应加快步伐为连翘叶食品的开发提供理论保障。连翘作为一种常见的景观树种,每年春季连翘花的落花资源量较大,仅山西省就达200 t以上;每年秋冬季节有大量的连翘枝条修剪后被丢弃,既给环卫工人处理垃圾造成负担又浪费资源,野生连翘每年合理的修枝也会产生大量的连翘枝条。因此连翘茎的资源量也较大,应加大力度研究连翘茎的化学成分,合理利用废弃连翘茎条使其变废为宝;研究发现连翘根醇提物对食管癌细胞体外增殖有很强的抑制作用。虽然连翘根资源量不足,但药用价值显著,也有必要对其化学成分进行深入研究,以阐明其生物活性的物质基础。
单体化合物中连翘苷的活性研究较多,其他成分因含量相对较少,研究不充分,下一步应加强单体化合物的分离提取研究工作,获得稳定的生产工艺后,制备出的单体化合物再进一步研究其生物活性。
连翘木脂素类化合物目前大多数研究都集中在细胞水平上,因此需要更多的体内研究和临床应用的研究来进一步优化现代临床管理的标准。连翘脂素的抗炎作用研究较多,但多集中于表明的抗炎作用研究,确切的作用目标和分子机制尚不明确,下一步有必要做精准的目标和机制研究。