沙蓬的研究进展

许海燕，冯鑫红，张金玉，马超美,*

（1.草原家畜生殖调控与繁育国家重点实验室，牧草与特色作物生物技术教育部重点实验室，内蒙古大学生命科学学院，内蒙古 呼和浩特 010070；2.内蒙古阿拉善苁蓉集团有限公司，内蒙古 阿拉善左旗 750306）

沙蓬（Agriophyllum squarrosum(L.) Moq.）为藜科沙蓬属一年生草本植物，是干旱、半干旱荒漠地区特有的沙生植物，常见于丘间低地、流动沙丘以及半固定沙地[1-4]，尤其是水分条件较为充足的疏松沙地，在我国主要分布于内蒙古以及西北、东北等地[5]。沙蓬具有极强的抗旱、抗寒、抗盐碱能力，生命力顽强、繁育周期短、光合效率高、繁殖速度快，对风沙等恶劣环境适应性较强，因此被誉为“固沙先锋”[6]。

沙蓬地上部分为一种蒙药，性平、味苦，具有祛疫、消渴、清热、解毒、利尿的功效[5]，现代药理学研究发现，沙蓬含有黄酮、三萜、生物碱等成分，具有保肝、护肾、降血脂的作用[7]。野生沙蓬的种子——沙米被中医当作一种天然的减肥食品，是心脑血管和糖尿病患者的理想选择，不仅可以促消化、降血脂，还可改善微循环、增强免疫力[8]。本文主要对沙蓬的化学成分、药理活性及其营养成分进行综述。

1 沙蓬的形态特征

沙蓬植株又称作“登相子”，苗高10～150 cm不等，茎直立，多分支，幼苗时为浅绿色且全株均被分枝毛覆盖，后随着植株的生长分支毛逐渐脱落。叶互生，无叶柄，叶披呈针形，长约1～8 cm，宽0.1～1 cm，叶端渐尖，叶脉具有3～9 mm凸出。穗状花序、腋生、无柄、苞片呈长卵形，端部为刺状，花被片1～3 个，雄蕊2～3 个，花丝为锥形，花药呈卵圆状，子房扁平圆形，种子为褐色扁圆形，直径约1～2 mm。沙蓬根系结构独特，由一根长主根和多根侧根组成，主根长度近似植株地上部分的高度，当主根长度长到70 cm左右时，一些侧根已达到5 m，这样的特征使其具有极强的吸水能力且能够稳定矗立于沙漠之上。沙蓬常于4月下旬到5月上旬雨水充足时萌发，8～10月为花期，种子也在这段时期成熟，成熟后，易被风吹散。沙蓬的这种形态特征能够适应较为恶劣的环境，降低由于极端气候而导致灭绝的风险，是荒漠地区的先锋植物，具有良好的防风固沙作用[3,9-12]。

2 化学成分

国内外学者对沙蓬的化学成分研究较少，仅有部分国内学者对沙蓬的二次代谢产物进行研究，结果发现沙蓬中含有黄酮、三萜、甾醇、生物碱、香豆素类等成分。

2.1 黄酮类化合物

黄酮类化合物具有广泛的生物及药理活性，对人体健康具有重要作用，每日摄取富含黄酮的食物可以减少一些疾病的发生。基于流行病学和营养学数据分析发现，天然产物黄酮类化合物在预防现代疾病方面具有重要作用，如抑癌[13]、抑制糖尿病[14]、抑制人类免疫缺陷病毒[15]、抗炎[16]、抑流感[17]、抑制肥胖[18]等。目前从沙蓬植株中分离鉴定出的黄酮类化合物有槲皮素、木犀草素、银锻苷、牡荆素-2’’-O-鼠李糖苷、芒果酚、异鼠李素-3-O-β-D-芸香糖苷、芦丁[19]、柽柳素-3-O-芸香糖苷、槲皮素-3-O-β-D-吡喃葡萄糖苷、异鼠李素-3-O-β-D-吡喃葡萄糖苷、二氢木蝴蝶素A、5,2’-二羟基-6,7-亚甲二氧基二氢黄酮[20]，异黄酮类化合物有1,3-二羟基-2-甲氧基-[1]苯并呋喃并[2,3-b]苯并吡喃-11-酮、紫罗兰酮B[21]。Xu Haiyan等[22]发现种子沙米中含有大量黄酮类成分，沙米壳中总黄酮含量仅次于黄豆，并且从沙米壳中分离得到黄酮类化合物3-O-[α-L-鼠李糖基-(1→6)-β-D-葡萄糖基]-7-O-(β-D-葡萄糖基)-槲皮素、槲皮素-3-O-β-D-芹菜糖基(1→2)-[α-L-鼠李糖基(l→6)]-β-D-葡萄糖苷、异荭草素、柚皮素以及金圣草黄素，结构式见图1。

图1 沙蓬黄酮类化合物结构[19-22]Fig. 1 Structures of flavonoids in A. squarrosum[19-22]

2.2 三萜类化合物

萜类化合物具有较强且广泛的生物活性，如抗炎、抗肿瘤、抗菌、抗病毒、降血脂等，根据其不同的生物活性可分为不同的类型，从结构上，主要分为单萜（C10）、倍半萜（C15）、二萜（C20）、三萜（C30）、四萜（C40）等[23]。沙蓬植株中也发现含有萜类成分，刘紫淳[24]、龚邦[25]等先后从沙蓬中分离鉴定出6 个三萜类成分，分别是木鳖子苷IIc、伪人参皂苷RT1、齐墩果酸-3-O-[α-L-吡喃阿拉伯糖基-(1→3)-β-D-吡喃葡萄糖醛酸基]-28-O-β-D-吡喃葡萄糖基酯苷、齐墩果酸-3-O-[β-D-吡喃葡萄糖基-(1→3)-α-L-吡喃阿拉伯糖基]-28-O-β-D-吡喃葡萄糖基酯苷、羽扇豆醇、β-香树素，之后，孔令群等[26]从沙蓬地上部分分离得到4 个齐墩果烷型三萜皂苷类化合物，分别为齐墩果酸-3-O-[β-D-吡喃木糖基-(1→3)-O-β-D-吡喃半乳糖醛酸基]-28-O-β-D-吡喃葡萄糖基酯苷、木鳖子苷Ic 6’-甲酯、3-O-{[β-D-吡喃木糖基-(1→3)-O-β-D-吡喃葡萄糖醛酸基]-O}-齐墩果-12-烯-28-酸甲酯、木鳖子苷IIc 6’-甲酯，结构式见图2。

图2 沙蓬三萜类化合物结构[24-26]Fig. 2 Structures of triterpenoids in A. squarrosum[24-26]

2.3 香豆素类化合物

香豆素类化合物种类繁多，用途广泛，通常在药理和医学方面发挥着重要作用，由于这类化合物具有多种生物活性，因此在药物开发过程中占有重要地位[27]。目前为止，从沙蓬内分离鉴定出3 种香豆素，分别为异莨菪亭、东莨菪亭[20]、6,7-二甲氧基香豆素[25]，结构式见图3。

图3 沙蓬香豆素类化合物结构[20,25]Fig. 3 Structures of coumarins in A. squarrosum[20,25]

2.4 甾醇类化合物

研究发现甾醇类化合物可以降低胆固醇水平，且无任何副作用，已被作为一种保健食品销售于北美、欧洲等地，其适用于大量人群，特别是血脂异常者，甾醇类化合物存在于植物的各个部分，如种子、果实、植物油等[28]。龚邦等[25]研究发现，沙蓬植株中含有甾醇类成分，并从其中分离鉴定出5 个化合物：波甾醇、Δ7-豆甾烯醇、麦角甾-7,24(28)-二烯-3-醇、星鱼甾醇、胆甾-7-烯-3β-醇，结构式见图4。

图4 沙蓬甾醇类化合物结构[25]Fig. 4 Structures of sterols in A. squarrosum[25]

2.5 生物碱类化合物

生物碱是一类含有氮原子的天然产物，种类繁多，活性广泛，常被用于化学与生物的基础研究[29]。化合物N-(4-(1H-吡唑-1-基)苯基)乙酰胺和N-(4-(1H-吡唑-1-基)苯基)甲酰胺是从沙蓬中分离得到的生物碱类成分[21]，结构式见图5。

图5 沙蓬中生物碱类化合物结构[21]Fig. 5 Structures of alkaloids from A. squarrosum[21]

2.6 其他类化合物

周雨华等[21]用体积分数70%的乙醇溶液对沙蓬全草回流提取，减压浓缩后，制成水悬液，并用石油醚、乙酸乙酯、正丁醇依次进行萃取，结果在水相中得到对乙酰氨基酚及其3 个光解产物N-(3-氯-4-羟基苯基)乙酰胺、N-(2,5-二氯-4-羟基苯基)乙酰胺、N-(2,3,5-三氯-4-羟基苯基)乙酰胺和1 个酚苷类成分水杨苷。另外，从沙蓬中也分离鉴定出了2 个脂肪酸，棕榈酸和顺-15-十八烯酸[25]。王雅等[30]发现沙蓬中含有绿原酸，并对其提取工艺进行优化，结果表明料液比为1∶8，提取液用体积分数60%乙醇溶液，回流提取2 h，冷藏12 h，绿原酸的提取率可达到3.137%。研究发现沙米中含有化合物原儿茶酸、对香豆酸及尿囊素（图6）[22]。嘎鲁等[31]用苯酚-硫酸显色法分析定量出沙蓬全草中多糖质量分数约为0.041%。水分质量分数约为77%，蛋白质量分数为4.4%，粗纤维质量分数为3.7%，脂肪质量分数约为0.4%，灰分质量分数约为5.1%，无氮浸出物质量分数为8.7%[32]。

图6 沙蓬其他类化合物结构[21-22,25,30]Fig. 6 Structures of other compounds identified in A. squarrosum[21-22,25,30]

3 药理作用

3.1 抗氧化

王雅等[30]测定沙蓬中绿原酸的还原及抗氧化能力，分析所得绿原酸对铁氰化钾的还原作用，结果发现浓度相同的情况下，沙蓬中的绿原酸还原能力较VC强，随后测定了其对猪油抗氧化能力，结果发现在抗氧化作用最强的浓度（187.5 mg/L）下，其抗氧化能力优于同浓度下的VC、丁基羟基茴香醚，但较奎诺二甲基丙烯酸酯弱。采用不同溶剂（80%（体积分数，下同）乙醇、60%乙醇、60%丙酮、甲醇溶液）在不同温度下（30、60 ℃）对沙蓬中抗氧化成分进行提取，用Fenton反应分析测定不同提取液清除羟基自由基的能力，结果显示，在30 ℃下，用60%乙醇溶液提取所得提取液的抗氧化作用最强，半最大效应浓度（concentration for 50% of maximal effect，EC50）为17.47 mg/L[33]。

从沙米中分离所得的化合物3-O-[α-L-鼠李糖基-(1→6)-β-D-葡萄糖基]-7-O-(β-D-葡萄糖基)-槲皮素、槲皮素-3-O-β-D-芹菜糖基(1→2)-[α-L-鼠李糖基(l→6)]-β-D-葡萄糖苷、芦丁、原儿茶酸、异槲皮素、异荭草素具有较强的1,1-二苯基-2-三硝基苯肼自由基清除活性，其EC50分别为15.9、22.2、16.9、4.6、10.8、8.9 µg/mL，同时发现它们对过氧自由基诱导的超螺旋DNA氧化损伤有较强的保护作用，进一步在细胞水平验证这6 种化合物对叔丁基过氧化氢诱导的HepG2细胞氧化损伤的保护作用，结果发现各化合物在2.5、5、10、20 µg/mL时对细胞有不同程度的保护作用（P＜0.05或P＜0.01），在20 µg/mL时对细胞内活性氧的产生及积累具有有效的抑制作用，同时显著上调蛋白Nrf2、pp38、pJNK、Bcl-2的表达（P＜0.05或P＜0.01）[22]。

3.2 抗糖尿病

研究发现连续灌胃沙蓬粗寡糖8 周可以改善II型糖尿病GK大鼠的糖耐量，减少饮水和摄食量，显著降低血糖、糖化血红蛋白、糖化血清蛋白的水平（P＜0.05或P＜0.01），增加胰岛素敏感度（P＜0.05或P＜0.01）[34]，增加胰岛素的释放量以及胰岛细胞的数量，改善糖尿病大鼠胰岛组织的病理学变化，降低胰岛素抵抗，并且效果近似，甚至优于阳性药物格列苯脲[35]。也有相关研究报道沙蓬粗提物连续灌胃KKAy小鼠8 周，可显著降低自发性II型糖尿病KKAy小鼠的随机血糖水平，改善糖耐量，降低胰岛素抵抗，这些变化主要涉及到IRS2/PI3K/AKT/GSK3β/GLUT4信号通路[36]。由于肝损伤及肾损伤是II型糖尿病常见的并发症，因此，研究者连续8 周用沙蓬寡聚糖灌胃GK大鼠，每天1 次，研究药物对肝、肾组织的保护作用，结果发现，沙蓬寡聚糖可以显著降低糖尿病大鼠血清中丙氨酸氨基转移酶、天冬氨酸氨基转移酶、肌酐及尿酸的含量（P＜0.05或P＜0.01），且肝、肾组织中NF-κB的水平也得到明显抑制[37]。沙蓬粉末的不同提取物（水提物、乙酸乙酯提取物、乙醇提取物和正丁醇提取物）对四氧嘧啶诱导的糖尿病小鼠具有显著的降血糖作用，其中水提物与醇提物作用更为明显，可显著改善糖耐量，临床实验进一步证实其降血糖作用，17 名高血糖患者（其中5 位被诊断为糖尿病）在自愿的条件下服用沙蓬浸膏，连续一周后发现，13 名患者（2 名糖尿病患者）的血糖水平有所降低，继续服用到第3周发现，12 名患者的空腹全血血糖浓度不高于6.2 mmol/L，8 名患者的血浆血糖浓度不高于6.8 mmol/L，5 名糖尿病患者中的4 名空腹全血血糖浓度不高于7.0 mmol/L，且患者状态良好[38]。链脲佐菌素诱导的糖尿病大鼠灌胃沙蓬水提物后脂肪代谢紊乱得到明显改善，胰岛β细胞的修复能力有所增加，肝细胞的病理学变化有所减轻，脂肪细胞的堆积得到一定的抑制[39]。

3.3 降血脂

研究发现沙蓬生药以及沙蓬水提物、醇提物具有降血脂的作用，其均可显著降低由高脂饲料诱导的Wistar大鼠血清中总胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇和甘油三酯的水平（P＜0.05或P＜0.01），进一步研究发现主要降血脂作用的是沙蓬粗多糖，其毒性甚微，且可缓解高脂血症大鼠肝脏组织中脂肪的积累[7]。

4 营养成分

沙蓬种子——沙米粒小、扁圆形（图7），平均质量约1.5 mg[40]，每颗沙蓬植株约产2 000 粒沙米[41]。约1 300多年前便有食用沙米的记载，其是一种野生纯天然的绿色食品，也是一种药食同源的食品。在敦煌文献中提到的“草子”即为沙米，在唐代被当作一种军粮[42]。《本草纲目》中记载“沙米，味甘性温、清热清风、消宿食、治噎嗝反胃、服之不饥”[43]。《康熙几暇格物编》记载“沙蓬米、凡沙地皆有之，米似胡麻而小，性温益脾胃，易于消化，可充饼饵茶汤之需”[32]。

图7 小米、沙米、大米形态对比图Fig. 7 Images of millet, A. squarrosum seeds and rice

现代研究发现，沙米具有较高的营养价值，其包括人类身体所需的所有必需氨基酸，营养价值类似于豆类作物，并且热量较低，被中医认为是一种绿色天然的减肥食品[12]。沙米中蛋白质量分数约为23.2%，脂肪质量分数约为9.7%，碳水化合物质量分数约为45%，粗纤维质量分数约为8.6%，灰分质量分数约为5%，其蛋白质等含量较高，营养成分比例优于小麦与大米（表1）。

表1 沙米与大米、小麦的营养成分比较[44-46]Table 1 Nutritional composition analysis of A. squarrosum seeds, rice and wheat[44-46]

王雅等[45]研究发现沙米中氨基酸种类较多，至少包括18 种，且总量高达22.03%，另外，8 种必需氨基酸的含量达到8.5%，赖氨酸、缬氨酸、婴儿生长所必需的精氨酸以及亮氨酸含量均高于一般常见粮食作物。从氨基酸种类及含量分析，沙米足以满足人类对饮食中蛋白质氨基酸的需求，不需要其他食物进行补充。

沙米中也含有较为丰富的微量元素，包括人体必需的钙、铁、锌、碘等，且钙、铁含量较高，尤其是铁，含量高于小麦粉、苦荞麦、大米等粮食作物，长期食用沙米可预防缺乏钙、铁、锌等微量元素引起的疾病[44,47]，饮食中缺铁会导致贫血[48]、增加新生儿死亡率、丧失认知及行动能力[49]，富含丰富铁元素的沙米可作为一种功能性食品，预防这些疾病的发生。

研究发现新疆沙米中油脂的含量约为13.7%，主要成分为不饱和脂肪酸，约占85%，且亚油酸、油酸和亚麻酸所占比例较大，分别为67.42%、16.69%、4.21%。其中亚油酸含量高于小麦，亚麻酸含量与小麦相似，油酸较小麦含量低[50-53]。用超高效液相色谱-质谱联用仪分析内蒙古阿拉善沙米所含油脂，结果发现沙米壳是沙米油脂的主要集中部位，且1,2-二亚油酸3-油酸甘油三酯质量分数最高（30.3%），其次是三亚油酸甘油三酯（18.7%）和1,2-二油酸3-亚油酸甘油三酯（17.8%），沙米壳油脂总量达油料作物芝麻及葵花籽的四分之一以上[54]。亚油酸等不饱和脂肪酸能够有效地降低心脑血管疾病发生的风险[55]。

在当前全球气候变化的大背景下，联合国粮食、农业组织曾在2015年发文“为养活世界上的庞大人口，需寻找能够适应气候变化的粮食作物”。沙蓬在进化过程中，有研究表明Astcl1蛋白在修改杂草特征（浓密的毛状体）中会发挥作用，并对沙米的驯化产生重要影响，能够扩大产量[56]。沙蓬在生长过程中不占用耕地，土地选择性较低，常生长于荒漠地区，以其独特的特征适应恶劣的生长环境，对气候变化的敏感性较低，且其种子营养价值较高，可作为一种潜在的粮食作物[12,57-58]。

5 用途与价值

5.1 生态价值

沙蓬生长在干旱与半干旱的草原荒漠地区，是典型的一年生草本植物，由于其根系发达，植株生长速度快，有利于在沙流上存活，并且能够适应极端条件（匮乏的水分和养分）而密集生长，成为防风固沙的先锋植物。作为一种重要的自然生态资源，其生态价值还体现在沙蓬种群或群落可以有效地提高地表植被覆盖度、抵御风力侵蚀和土地沙化、促进植物群落的交互演替和加速植株发育生长进程等一系列生态过程[59]。

5.2 饲用价值

作为一种常见的动物饲料，其植株水分质量分数约为77%，蛋白质质量分数为4.4%，粗纤维质量分数为3.7%，脂肪质量分数约为0.4%，灰分质量分数约为5.1%，无氮浸出物质量分数为8.7%，草原家畜牛、羊、骆驼等喜食其茎叶[32]，骆驼终年喜采食，牛、羊喜食其幼嫩茎叶，当植株开花时，可能会产生一些适口性差的物质，导致家畜食之不多甚至不食，正好利于沙米成熟，植株干枯后，其又成为家畜喜食的饲料；因此，牧民把沙蓬当作是家畜的催肥饲料之一[60]。另外，可将沙米打磨成粉，倒水加热搅拌成糊状，成为深受幼畜喜爱的母乳替代品，且经济食用，安全可靠。所以沙米作为一种重要的饲用植物，对于荒漠地区畜牧产业的发展有积极的推动作用[59]。

5.3 经济、食用价值

据统计，自然生长的野生沙蓬每公顷沙米产量约为66 kg，预计被驯化后的沙米产量可达到每公顷1 281 kg[58]，经济价值可观。在我国，食用沙米的历史较为悠久，并且一直延续至今，在自然灾害时，沙米被当作一种主要的粮食，并且在食用期间，并未有中毒、过敏等事件发生[46]。目前在内蒙古、兰州等地，当地人将沙米做成炒面、沙米凉粉、刀转面、羊肉面、撒饭以及点心等美食[42,61]。王晓琴等[62]研制出了一种沙米人参果复合酸奶，扩大了沙米的应用范围。沙米也可以作为一种油原料，或直接当作一种绿色天然的蛋白功能食品。

5.4 医药价值

沙蓬作为一种重要的蒙药，对多种疾病有很好的治疗效果，主治感冒发烧、麻疹不透、水肿、肾炎水肿等[59]。《本草纲目》中记载“沙米，味甘性温、清热清风、消宿食、治噎嗝反胃、服之不饥”[43]。《内蒙古植物药志》报道沙蓬散剂或丸剂对瘟疫、头痛、目赤、肾热、黄疸、牙龈溃烂及口舌生疮等具有一定的疗效[5]。张德魁等[59]报道沙蓬也可治疗多种家畜相关疾病，如治疗猪消化不良、呕吐不止，还可治疗牛、马感冒发烧、肾炎水肿、肠炎腹泻、腹下水肿等。

沙蓬作为极端沙漠条件下常见的植物，具有良好的形态和生理适应性。沙蓬的经济重要性、营养价值和饲用价值、医药价值，以及在防风固沙中的应用，都强调其在人类的生产生活中扮演着重要角色[63]。

6 结 语

沙蓬用途广泛、资源丰富，无需大量人力、物力便可获得可观的产量，且对土地选择性低，在荒漠地区即可生长、繁殖，可有效地防风固沙，具有重要的生态意义，其种子——沙米营养价值堪比黎麦，可当作一种备用粮。作为一种蒙药，沙蓬所含化学成分种类繁多，如黄酮类、三萜类、香豆素类、甾醇类、生物碱类、对乙酰氨基酚及其光解产物等[64]，并且具有抗氧化、抗糖尿病、降血脂等作用，但是沙蓬具体化学成分与生物活性方面的关系尚不明确；因此，为了较为全面且准确地把控沙蓬的质量，更高效地对其进行开发利用，极有必要对沙蓬继续深入研究，将化学成分与生物活性研究相结合，探讨沙蓬的具体药效成分及相应的量效关系，使沙蓬的使用与开发得以进一步推广。