黄芪和红芪比较研究进展

张淑娟,张育贵,辛二旦,牛江涛,司昕蕾,李东辉,吴红伟,李越峰(甘肃中医药大学药学院,兰州 730000;甘肃省中药质量与标准研究重点实验室;通讯作者,E-mail:83343696@qq.com)

黄芪为豆科植物膜荚黄芪Astragalusmembranaceus(Fisch.) Bge.或蒙古黄芪A.membranaceus(Fisch.) Bge. var.mongholicus(Bge.) Hsiao的干燥根;红芪为豆科植物多序岩黄芪HedysarumpolybotrysHand.-Mazz.的干燥根[1]。二者均为甘肃道地药材,在历代本草中,红芪作为黄芪使用,并认为红芪是黄芪的优良品种,但随着对二者研究的不断深入,逐渐发现红芪和黄芪并不属于同一中药,在1985年版《中国药典》中开始将二者分列单独使用。近年来,黄芪、红芪的比较研究成为国内外学者关注的热点,研究发现二者在主要成分及药理作用上均有一定差异,而对其系统的比较研究目前鲜有报道,本文对有关黄芪与红芪的文献资料进行归纳整理,全面综述其化学成分及药理作用比较研究进展,以期为二者的临床应用提供理论依据,更好地促进和推动中药黄芪和红芪资源的合理利用。

1 主要化学成分比较

黄芪中已发现的化学成分有皂苷类、黄酮类、黄芪多糖、氨基酸、生物碱、葡萄糖醛酸及多种微量元素等[2];目前,对于红芪的研究相对较少,已发现的化学成分主要包括红芪多糖类、黄酮类、苯丙素类,其次还有三萜、甾体及生物碱类等成分[3,4]。

1.1 多糖类

多糖为黄芪和红芪中的重要活性成分,黄芪和红芪中多糖的平均含量分别达到了7.73%和9.35%,具有较好的开发价值[5]。王瑞海等[5]通过对甘肃不同产地红芪和黄芪药材中总多糖的含量测定,发现总多糖的含量1年生红芪(9.35%)>2年生黄芪(7.73%)>2年生红芪(6.23%)>1年生黄芪(4.02%)。可见1年生红芪总多糖含量高于黄芪,2年生红芪总多糖含量低于黄芪。焦美丽等[6]采用1H NMR分析方法对黄芪和红芪进行比较研究,结果发现黄芪和红芪二者甲醇水相的糖区相似,又进一步采用多元统计分析方法对相似区进行深入分析,结果发现二者在PCA的分散点图中既有重叠部分,又有一定分离趋势,表明二者在该区域既有相似性,又有一定的差异性。不同比例的单糖构成了多糖,相关研究发现黄芪和红芪所含共有单糖成分有:鼠李糖、阿拉伯糖、木糖、葡萄糖、半乳糖[7,8]。

1.2 黄酮类

黄酮类化合物是黄芪和红芪的重要有效成分,目前从黄芪中分离得到40种黄酮类化合物,主要包括芒柄花素、毛蕊异黄酮、二甲氧基异黄酮、异黄烷苷、二甲氧基二氢异黄酮、红芪木脂素、异甘草素、二甲氧基异黄烷、二异戌烯基异黄酮等[9,10];从红芪中分离得到14种黄酮类化合物,主要有:7,4′-二羟基黄酮、4′-甲氧基7-羟基黄酮、甘草素、柚皮苷、5,7,4′-三羟基二氢黄酮-5-Oβ-D-吡喃葡萄糖基-7-O-β-D-吡喃葡萄糖苷、异甘草素、3-羟基-9-甲氧基紫檀烷、1,7-二羟基-3,8-二甲基酮等[11]。研究发现,其中异黄酮类成分芒柄花素、芒柄花苷、毛蕊异黄酮、毛蕊异黄酮苷及黄酮类槲皮素为黄芪与红芪共有成分[12]。叶迎等[13]通过建立黄芪和红芪中黄酮类成分的指纹图谱发现,黄芪和红芪的共有峰分别是14个和19个,进一步将二者黄酮类成分色谱峰共同匹配后发现,二者共有峰为9个,且其中有4种已知成分,分别为毛蕊异黄酮苷、毛蕊异黄酮、芒柄花苷、芒柄花素。叶迎等[14]对红芪和黄芪药材中4种异黄酮类成分进行含量测定表明,黄芪中芒柄花素含量低于红芪,但毛蕊异黄酮苷、毛蕊异黄酮、芒柄花苷含量均高于红芪,这说明二者各有优势,在开发和利用时可依据其含量进行选择。

1.3 皂苷类

近年来,随着对红芪的深入研究,发现黄芪和红芪在化学成分的含量及种类方面存在明显差异,其中皂苷类成分差异更大。叶迎等[15]对黄芪和红芪中总皂苷的含量进行测定,结果发现同一地区红芪总皂苷含量低于黄芪总皂苷。叶迎[12]通过建立黄芪和红芪以皂苷类成分为主的指纹图谱,结果表明黄芪和红芪共有的皂苷类成分仅有两种,分别为异黄芪皂苷Ⅱ、黄芪皂苷Ⅰ,且二者相似度极低。目前,从黄芪中已分离得到40多种皂苷类化合物,主要包括黄芪皂苷Ⅰ-Ⅷ、乙酰基黄芪皂苷Ⅰ、异黄芪皂苷、大豆皂苷、黄芪皂苷甲、黄芪皂苷乙等[4]。红芪中分离得到了大豆皂苷Ⅰ、大豆皂苷Ⅱ、大豆皂苷Ⅱ甲酯、脱氢大豆皂苷Ⅰ共4种皂苷成分[16]。

1.4 氨基酸

研究发现,黄芪和红芪中所含氨基酸种类基本相同,但含量有所差异。李敏等[17]通过分离纯化黄芪糖蛋白并进行组成成分的分析,结果发现其含有天冬氨酸、苏氨酸、脯氨酸、谷氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、异亮氨酸、组氨酸等18种氨基酸,其中天冬氨酸、谷氨酸、赖氨酸含量较高。赵长琦等[18]研究发现黄芪和红芪均含有门冬氨酸、谷氨酸、赖氨酸、组氨酸、苯丙氨酸、组氨酸等17种氨基酸。其中黄芪含量最高的为精氨酸,红芪含量最高的为门冬氨酸。总氨基酸的含量红芪比黄芪低,且人体必需氨基酸的含量黄芪高于红芪,两药氨基酸含量较为丰富,这说明二者均有重要的营养价值。

1.5 微量元素

现代研究表明,微量元素是人体中酶系统及蛋白系统的重要组成成分,是人体正常发育中不可缺少的物质。近年来,对中草药中无机成分尤其是微量元素的研究日益成为国内外学者关注的热点,大量研究发现,黄芪和红芪中均含有Fe、P、N、K、Ca、Zn、Cd、Cr、B、Al等20种微量元素。薛福玲等[19]测定红芪和黄芪中微量元素的含量发现,黄芪中Mg含量最高,K含量次之;红芪中Ca含量最高,Mg含量次之。王锐等[20]比较研究了红芪和黄芪中微量元素的含量,发现红芪中人体必需微量元素含量及元素总含量均比黄芪丰富。

1.6 其他成分

黄芪和红芪中除上述常见的成分外,随着科学技术的进步,还被检测出了其他化学成分,如生物碱、苯丙素、酚酸以及脂肪烃类化合物[1]。从黄芪中分离得到了黄芪碱A、B、C、D、E、F、香草酸、异阿魏酸、阿魏酸、绿原酸、亚麻酸、咖啡酸、烟酸、香豆素、尼克酸、淀粉E、胡萝卜素、甜菜碱、烟酰胺、亚油酸、叶酸、羽扇豆醇、β-谷甾醇、棕榈酸等;从红芪中分离得到了下箴桐碱、香草酸、硬脂酸、木蜡酸、蜡酸、三油酸甘油酯等[3]。

2 药理作用比较

2.1 抗肿瘤作用

近年来对黄芪和红芪的抗肿瘤作用研究较多,研究表明其主要活性成分为多糖类化合物,黄酮及皂苷也具有一定的作用[21,22]。二者的活性成分主要通过抑制肿瘤细胞的生长、诱导肿瘤细胞凋亡、上调机体免疫功能以及协同化疗药物等发挥抗肿瘤作用[23]。研究[24,25]表明,黄芪主要对人宫颈癌HeLa细胞、鼠肉瘤S180实体瘤有较好的抑制作用,对肝癌、肺癌、胃癌、白血病等也有一定的抑制作用;红芪对S180荷瘤小鼠癌细胞、肺腺癌A549细胞、胃腺癌MGC-803细胞、人宫颈癌HeLa细胞、人白血病K562细胞和人早幼粒白血病HL-60细胞均有抑制作用。阎力君等[26]研究了黄芪多糖对结肠癌细胞SW620增殖的影响,并探讨了其抗肿瘤机制,结果表明,黄芪多糖可能是通过线粒体途径促进肿瘤细胞发生凋亡,从而抑制细胞增殖,进而对结肠癌起到一定的疗效。杜虹韦等[27]研究发现不同浓度黄芪黄酮有效部位对S180肉瘤具有抑制作用,血液及肝脏内SOD的活性明显提高,血液及肝脏MDA的含量降低,促进肿瘤细胞的凋亡,起到治疗疾病的作用。王希玉等[28]研究发现不同的单体红芪多糖作用于S180荷瘤小鼠能够提高小鼠的生存质量,均具有一定抗肿瘤作用。陈同强[29]采用MTT法对红芪杂多糖进行抗肿瘤实验考察,结果发现其对胃癌MKN45细胞均具有显著的抑制作用,其中红芪多糖3抑制率达到了75%,有望开发成一种抗癌药。

2.2 抗衰老作用

大量研究表明,中药及其有效成分在抗衰老及抗氧化中有其独特的效果,随着中医药学的大力发展,中药的现代药理研究越来越普遍[30,31]。关于中药黄芪的抗衰老作用已有大量研究,且有确切的疗效,而对于红芪的相关研究相对较少,近年来黄芪和红芪的对比研究日益成为国内外学者关注的热点。史生辉等[32]比较研究了红芪多糖与黄芪多糖的抗衰老作用,结果发现,二者对大鼠抗衰老方面具有相似作用,其机制可能是通过增加机体的抗氧化能力,清除体内自由基,减缓机体的脂质过氧化进程,抑制脑细胞凋亡过程来维持细胞的生理功能,进而达到抗衰老的作用。耿广琴等[33]研究发现,黄芪和红芪提取物均具有显著的抗衰老作用,且在同剂量下,红芪提取物作用优于黄芪提取物,其作用机制可能与增强机体抗氧化能力、降低自由基对脑细胞的损伤程度、保护脑组织及海马区神经细胞的结构完整性、改善或延迟脑组织和神经元退行性变有关。

2.3 免疫调节作用

黄芪中的有效成分黄芪多糖为中国农业农村部批准使用的免疫增强剂,具有多重免疫调节功能,不仅能够调节固有免疫系统,而且够调节特异性免疫系统,通过影响免疫器官、T淋巴细胞、B淋巴细胞及多种细胞因子实现免疫调节作用[34,35]。20世纪90年代以来,关于红芪对诸多疾病影响机制的研究越来越普遍,学者研究发现,红芪水提物、酵提物均能对抗CTX的免疫抑制作用,进而提高机体非特异性免疫和特异性细胞免疫功能[36]。余黎等[37]通过对比研究黄芪和红芪不同提取液对细胞免疫调节作用的影响发现,二者水提液均能够增加巨噬细胞分泌NO的量,且黄芪作用强于红芪。崔芬芬等[38]研究发现黄芪和红芪水煎剂能够提高老龄小鼠的脾指数和胸腺指数(P<0.05),同时能够增强老龄小鼠腹腔巨噬细胞的吞噬作用(P<0.05),这说明二者对老龄小鼠的免疫功能均有提高作用。邵晶等[39]通过对比研究红芪和黄芪两种中药多糖对环磷酰胺所致免疫低下小鼠模型的免疫调节作用,结果发现红芪和黄芪两种中药多糖均能通过增强小鼠腹腔巨噬细胞吞噬功能(P<0.05或P<0.01)、提升胸腺指数(P<0.05)、增强小鼠网状内皮系统吞噬功能(P<0.01或P<0.05)来提高机体非特异性免疫功能、特异性体液免疫功能和细胞免疫功能。

2.4 对心血管的影响

现代药理研究表明,黄芪对缺血心肌细胞、心肌缺血-再灌注损伤及病毒感染致心肌损伤等能够起到保护作用,同时也可以加快受损心肌新生,且对血压和血液黏稠度等具有调节作用[40]。诱导心肌细胞凋亡的重要原因之一是氧化损伤,黄芪和红芪中活性成分均有清除氧自由基和抑制自由基生成的作用,因此二者对心肌细胞能够起到保护作用。黄康等[41]研究了红芪多糖对糖尿病心肌病db/db小鼠心肌纤维化的影响,结果发现红芪多糖通过调节Bcl-2,Caspase-3和Bax蛋白表达,进而抑制糖尿病心肌病db/db小鼠心肌纤维化。杨娟等[42]发现黄芪甲苷可以通过抑制ISO引起的IκBα的降解,从而起到对激活TLR4/NF-κB信号通路的抑制作用,进而减缓心肌细胞的炎症反应,对心肌细胞肥大起到保护作用。王志旺等[43]研究发现,黄芪与红芪超滤物可以通过增强超氧化物歧化酶与谷胱甘肽过氧化物酶的活性,减少丙二醛的含量,降低自由基对心血管的氧化损伤程度,减缓心血管的重新构造达到降血压的作用。

3 总结与展望

通过对黄芪和红芪化学成分及药理作用的研究,发现黄芪和红芪的化学成分相似,都含有多糖化合物、黄酮化合物、皂苷化合物、氨基酸、微量元素等成分,但在含量上有一定差异。现代药理研究表明,两药均具有抗肿瘤、抗衰老、增强免疫和维护心血管等作用,呈现出较大的药用价值,但在作用机制上有所不同。恶性肿瘤和心血管疾病已成为威胁人类健康的严重疾病,探讨药物作用机制,确切药物治疗效果已成为当下研究的重点。黄芪和红芪作为低毒而药效广泛的中药材引起了国内外学者的广泛关注。

结合中药药性理论和临床应用,发现两药在复方制剂中具有相似的作用,如含黄芪和红芪的补中益气汤在抗免疫衰老方面具有相似作用,红芪玉屏风散与黄芪玉屏风散在抗衰老方面也有相似作用[44,45]。由此可见,复方中红芪替代黄芪具有一定的科学依据。鉴于中药复方制剂的整体性及其复杂性,结合现代技术和分析方法研究复方中中药的定向药效成分,找出定向成分作用的特定疾病,进一步探讨其作用机制,促进和推动中药黄芪和红芪资源的合理利用,为中医药现代化和国际化发展奠定坚实的基础。