防风的化学成分及药理作用研究进展

曹思思 ，史 磊 ，孙佳琳 ，孟祥才

(1. 黑龙江中医药大学 药学院，黑龙江 哈尔滨 150040 ；2.黑龙江中医药大学 图书馆，黑龙江 哈尔滨 150040；3. 哈尔滨职业技术学院 医学院，黑龙江 哈尔滨 150081；4. 黑龙江民族职业学院 生物产业学院，黑龙江 哈尔滨 150066)

防风为伞形科植物防风Saposhnikovia divaricata （Turcz.） Schischk.未抽花茎植株的干燥根，味辛、微甘，性温，归肝、膀胱、脾经，具有祛风、解表、胜湿、止痉之功效[1]。防风药用历史悠久，始载于《神农本草经》列为上品，主治外感风寒、头痛目眩、周身疼痛、骨节疼痛、风寒湿痹等证[2]。研究发现防风有色原酮、多糖、挥发油、香豆素等化学成分，并通过研究证实具有解热、抗炎、镇痛、抗肿瘤等药理活性[3-7]。近年来，随着代谢组学、肠道菌群、网络药理学等研究方法的应用，防风化学成分的分离鉴定和药理活性机制等研究均取得了一定进展。因此，本研究在大量文献调研基础上对防风化学成分和药理作用研究进展进行综述，以期为防风的合理利用和深度研究提供参考。

1 化学成分

1.1 色原酮类

色原酮类化合物是防风主要化学成分之一，是其发挥解热、镇痛和抗炎作用的主要活性成分，防风中常见色原酮类化合物结构见图1。2020 年版《中国药典》将防风中色原酮化合物升麻素苷（Prim-O-glucosyl-cimifugin）和5-O- 甲基维斯阿米 醇 苷（4’-O-β-glucosyl-5-O-methylvisamminol）的含量规定为防风药材质量的衡量标准[1]。1965年，日本学者新田木也[8]首次从防风根茎中分离出香柑内酯 （bergapten）、亥茅酚（hamaudol）和5-O-甲基维斯阿米醇苷（4’-O-β-glucosyl-5-Omethylvisamminol）。CHEN L X 等[9]应 用HPLC-ESIQ-TOF-MS/MS 技术建立防风化学成分的定性分析方法，共鉴定出45 个化合物，其中13 个为色原酮类化合物。BATSUKH Z 等[10]采用LC-IT-TOF-MS 技术对蒙古不同地区的43 个植物样品、8 个防风样品和2 个来自中国的植物样品进行了代谢组学分析，共鉴定出13 个色原酮化合物，采用正交偏最小二乘判别分析法（OPLS-DA）对上述样本的LC-MS 数据进行了分析，结果表明，这两个类群具有明显的可区分性。FAN X Y 等[11]以雄性SD 大鼠体内代谢产物为研究对象，通过大鼠肠道细菌培养模型进行体外研究，采用UPLC-TOF-MS 鉴定出26 种代谢物和7 种体外代谢产物，并根据各代谢产物的相对含量探讨防风中主要色原酮5-O-methylvisammioside 体内外代谢途径。李阳等[12]从防风乙醇回流提取物的乙酸乙酯部位分离得到3'（R）-（+）-亥茅酚、升麻素（cimifugin），并首次发现5,7-二羟基-2-甲基色原酮（noreugenin）。刘亚娟等[13]基于UPLC-Q-TOF/MS 技术对防风醇提物进行分析，鉴定出色原酮化合物divaricatacid、3’-O-2-丁酰亥茅酚、undulatoside A、3’-O-propionylhamaudol、3S-2,2-dimethyl-3,5-dihydroxy-8hydroxymethyl-3,4-dihydro-2H,6Hbenoz[1, 2-b: 5, 4-b’]dipyran-6-one、2-（4-Methoxy-7-methyl-5-oxo-2,3-dihydro-5H-furo[3,2-g]chromen-2-yl）-2-propanyl bet-D-allopyranoside、11-hydroxy-sec-O-β-D-glucosyl-hammaudol，首次发现（2Z）-4-[5,7-Dihydroxy-2-（hydroxymethyl）-4-oxo-4H-chromen-6-yl]-2-methyl-2-buten-1-ylbeta-D-glucopyranoside。

1.2 香豆素类

香豆素类化合物大量存在于伞形科植物中，防风中香豆素以呋喃香豆素类（furanocoumarins）、二氢呋喃香豆素类（Dihydrofuranocoumarin）和简单香豆素类（simple coumarins）为主，其基本骨架结构见图2。CHEN L X 等[9]采用HPLC-ESI-Q-TOF-MS/MS 技术从防风中分离并鉴定出28 个香豆素类化合物。王思淼等[14]采用UPLC-Q-TOF/MS 技术对1、2、3 年生防风中补骨脂素等含量差异较大的13 种香豆素类成分进行分析，观察其含量变化，为不同年限生长防风中香豆素类成分测定提供新方法。BATSUKH Z等[10]从防风中分离得到香豆素类化合物5-羟基-8-甲氧基补骨脂素（5-hydroxy-8-methoxypsoralen）。URBAGAROVA B M 等[15]从布里亚特和蒙古采集的防风中分离和鉴定出7 个香豆素类化合物，东莨菪素（scopoletin）、白芍总苷（bergapten）、异欧前胡素（isoimperatorin）、马梅素（marmesin）、（+）-德 古 实 醇[（+）-decursinol]、（－）- 前 胡 芦 素B[（－）-praeruptorin B]、氧化前胡素（oxypeucedanin hydrate）。李阳等[12]从防风提取物的乙酸乙酯部位分离得到伞形花内酯（andumbelliferone）。任晓蕾等[16]应用UPLC-Q-TOF/MS技术检测到王草酚（osthenol）、秦皮啶（fraxidin）、异秦皮啶（isofraxidin）。此外，异欧前胡素（isoimperation）、（3’S）-羟基-石防风素[（3’S）-hydroxydeltoin]在防风香豆素类化学成分研究中也已被报道[3]。防风中香柑内酯（bergapten）、补骨脂素（psoralen）等17 种香豆素类化合物结构及骨架类型见表1。

图2 防风中香豆素类化合物基本骨架结构Fig. 2 Basic skeleton structure of coumarins from Saposhnikovia divaricata

表1 防风中香豆素类化合物化学结构及分类Tab. 1 Chemical structure and classification of coumarins from Saposhnikovia divaricata

续表1

1.3 多糖类

80 年代末，日本学者就从防风中分离得到三种均一多糖Saponikovan A、B、C，并研究了多糖的单糖摩尔比。DONG C X 等[17]采用离子交换和凝胶渗透色谱相结合的方法，从防风水提物中分离出两种纯化的天然多糖SDNP-1 和SDNP-2，表观分子量分别 为67.9×103和5.2×103，SDNP-1 和SDNP-2 由阿拉伯糖和半乳糖组成，摩尔比约为1 ∶1。巩丽虹等[18]通过水提醇超声提取法得到防风多糖（USPS），采用乙酸酐法制备乙酰化防风多糖（ASPS），并通过ASPS 对·OH、DPPH·进行抗氧化活性研究。GAO Y Y 等[19]采用水提醇沉法提取防风多糖化合物，利用UPLC-MS/MS 进行定性分析，结果表明防风多糖由半乳糖醛酸、甘露糖、葡萄糖、半乳糖、鼠李糖、岩藻糖、核糖、阿拉伯糖等8 种单糖组成，相对摩尔比分别为4.42%、7.86%、23.69%、12.06%、3.10%、0.45%、0.71%和47.70%。MENG Y 等[20]从防风中提取分离得到4 种多糖，通过高效阴离子交换色谱串联脉冲安培（HPAEC-PAD）、核磁共振（NMR）、排阻色谱与多角度激光散射联用（SEC-MALLS）等分析手段鉴定4 种多糖，分别为带有少量O-3/6 位支链的α-1,4-葡聚糖、阿拉伯半乳聚糖、果胶阿拉伯半乳聚糖。

1.4 挥发油类

防风根和果实中富含丰富的挥发油[21]，其挥发油成分以脂肪族类和萜类化合物为主。黄雪莹等[22]利用气相色谱-质谱联用（GC-MS）和顶空固相微萃取（HS-SPME）技术，分析防风、羌活及防风、羌活药对中挥发性成分，并以面积归一法测定各成分含量，测出71 个防风挥发油，占挥发性成分总面积的88.52%。张丹等[23]采用GC 色谱技术分析不同产地和品种的33 批防风药材中挥发油成分，依据《中药色谱指纹图谱相似度评价系统2004A 版》对色谱分析结果进行分析，建立防风药材及其伪品中挥发油成分的气相指纹图谱。杨丽芳等[24]通过GC-MS 联合交互移动窗口因子法（AMWFA）分析防风、白术单味药及药对挥发油成分，以总体积积分法对分析结果进行定量分析，从防风中分析出镰叶芹醇（C17H24O）、辛醛（C8H16O）、D-柠檬烯（C10H16）等12 种挥发油成分。李阳等[12]在防风甲醇提取物的乙酸乙酯部位分离得到十七烷（6Z,9Z）-heptadecadiene，在二氯甲烷部位分离得到2-丁氧基乙基亚油酸（2-butoxyethyllinoleate）。

1.5 其它成分

除色原酮、香豆素等常见化学成分外，防风中还含有单亚油酸甘油酯（glycerol monolinoleate）、单油酸甘油酯（glycerol monooleate）等甘油酯类化合物。国内有报道研究将防风乙醇提取物分离纯化，得到新化合物防风嘧啶（fangfengalpyrimidine），并在伞形科植物中首次分离出克利米可辛A（clemiscosin A）以及β-谷甾醇（β-sitosterol）、胡萝卜苷（daucosterol）。防风中还含有大量微量元素，杨文宁等[25]应用超高效液相色谱-四级杆/静电场轨道阱高分辨质谱（UPLC-Q-Orbitrap HRMS）技术从防风经典方剂防风通圣丸中共鉴定出酚酸类3 个、苯肽类4 个、蒽醌类2 个、木脂素类3 个、环稀醚萜类5 个、生物碱类1 个。李文慧等[26]对防风叶中微量元素进行检测，发现防风叶中含有大量钾、钙、镁、磷和维生素A等，具有一定的药用价值。陈彩华[27]从广防风的地上部分中分离得到含氮有机物、降倍半萜、降倍半萜苷、二萜、三萜、多酚类、简单苯衍生物苷类、酚酸和核苷酸等33 个化合物，其中包含1 个三萜类新化合物2α,3α,19α-trihydroxyurs-12,20（30）-dien-28-oic acid。

2 药理作用

2.1 解热作用

防风是传统的辛温解表药，在防风不同部位入药研究时发现，防风根茎和根的药理作用相似，且根茎的疗效略次于根[28]。刘羽等[29]通过大鼠和家兔发热试验观察防风合剂的解热作用，结果显示防风合剂高、中剂量组对大鼠和家兔的解热作用显著，且差异有统计学意义。国内有报道，经40 ℃高温处理3 d后的防风与普通防风相比，有效成分的AUC0-24h增加了50.6%，升麻素、升麻苷、5-O-甲基维斯阿米醇苷三种色原酮成分解热作用显著增强[30]。YANG J M 等[31]建立发热动物模型进行热板实验，比较防风中色原酮衍生物西米呋金、邻葡萄糖基西米铜绿素（PGCN）和4'-O-β-D-葡萄糖基-5-O-甲基维塞米醇（GML）解热作用，研究发现西米铜绿素具有明显的解热作用，而PGCN 的作用相对较低，GML 较弱。姜华等[32]比较防风中升麻素、升麻苷和5-O-甲基维斯阿米醇苷三种色原酮单体化合物的活性，研究发现三个成分的药理活性存在较大差异，升麻素为发挥防风解热作用的主要成分。

2.2 镇静、镇痛作用

防风在传统中药临床治疗中即有镇痛功效的记载。现代研究发现，防风的镇痛作用与其有效成分中色原酮、香豆素、聚乙炔和1-酰基甘油等有关[30]。刘羽等[29]通过小鼠醋酸扭体试验和热板试验研究发现，防风解热合剂在中、高给药剂量均可显著提高小鼠痛阈值。姜华等[32]在研究防风色原酮药理作用时发现，升麻素在静脉注射15 min 后表现出明显镇痛作用，升麻苷在静脉注射60 min 后表现出一定镇痛作用但强度不及升麻素。郑春松等从《中药原植物化学成分手册》和有关文献中筛选防风化学成分构建防风化学成分数据集，以诱导型一氧化氮合酶（i NOS）、肿瘤坏死因子α（TNF-α）、磷酸二酯酶4A（PDE-4A）等为止痛靶点，应用分子对接技术识别防风止痛功效物质基础，筛选出防风止痛药效物质49 个，主要为香豆素类、黄酮类、有机酸、苷类等[33-34]。胡旭光等[35]通过痛泻药方原方与痛泻药方倍防风方干预幼年母子分离复合急性水应激腹泻型肠易激综合征（D-IBS）大鼠模型，观察痛泻要方的止痛止泻作用，研究结果显示防风在方中发挥了重要作用。防风的镇痛、镇静作用是香豆素、色原酮、挥发油、聚乙炔等多成分协同作用的结果，其中以色原酮药理作用最强，作用机制主要为肝代谢酶、中枢神经系统等[28]。

2.3 抗菌、抗炎作用

防风具有明显的抗炎和抗菌作用[36-37]。ZHOU J等[38]研究防风化学成分升麻苷 （Prim-O-glucosylcimifugin，POG）药理活性时发现，POG 通过抑制JAK2/STAT3信号转导抑制iNOS 和COX-2 的表达，对RAW 264.7巨噬细胞具有抗炎作用。KAMINO T 等[39]通过监测大鼠肝细胞内产生的炎症介质一氧化氮（NO）水平来研究防风和北沙参提取物的抗炎作用，防风和北沙参提取物的乙酸乙酯部位均抑制大鼠肝细胞NO 的生成，结果表明二氢吡喃色酮和香豆素是防风和北沙参抗炎作用的主要成分。防风内生真菌具有抗菌作用，杨秀芳等[40]采用最小抑菌浓度法测定防风内生真菌DL02 次生代谢产物抗真菌、抗细菌活性，结果显示化合物4 对绿脓杆菌有较强的抑制作用，最小抑菌浓度MIC 为31.3μg/mL。屈映等[41]采用网络药理学研究荆芥、防风治疗溃疡性结肠炎的作用靶点,探讨其抗炎机制时发现，荆芥、防风治疗溃疡性结肠炎机制可能与TLRs 信号通路中细胞因子受体结合、有效成分干预TNF 信号通路、抑制肠道炎症因子IL-1 及IL-6 的分泌、降低NF-κB 转录等因素相关。屈子睿等[42]从防风中分离得到32 株活性内生真菌，选取抑菌活性较强的DL02 菌株为研究对象，研究发现菌株DL02 也可作为一种生物抑菌工具，保护宿主不受细菌和病原真菌侵染。

2.4 抗肿瘤作用

防风中多糖类成分具有抗肿瘤作用。DING J X等[43]在小鼠MDA-mb231 异种移植模型中，研究了 防 风 多 糖 对U937、MCF-7 和MDA-MB-231 细胞生长和肿瘤生长的影响，结果显示防风多糖能促进U937 生长，并能间接抑制荷MDA-MB-231 来源SCID 小鼠的肿瘤生长，体外对MCF-7 和MDAMB-231 无明显抑制作用，由此推测防风多糖可能是一种潜在的乳腺癌抗癌药物。MATUSIEWICZ M 等[44]采用UHPLC-MS 防风根汁和提取物进行分析，发现防风根汁中西米呋星β-D-吡喃葡萄糖苷、西米呋喃苷、4'-O-吡喃葡萄糖基-5-O-甲基维沙米诺、欧前胡素等成分对Caco-2 细胞活力、膜完整性和细胞死亡类型的影响，对结肠癌细胞生长发育有一定抑制作用。URBAGAROVA B M 等[15]从布里亚特和蒙古采集的防风中分离鉴定出14 个色酮类和香豆素类化合物，并研究其对MEL-8、U-937、DU-145、MDAMB-231 和BT-474 细胞株的体外抗癌活性，为防风香豆素和色酮化合物开发成为抗癌药物提供思路。

2.5 对免疫系统的作用

防风能够增强免疫系统功能。SUN H 等[45]通过玉屏风多糖对断奶獭兔的药理作用研究防风经典方剂的免疫调节作用，结果表明，玉屏风多糖具有显著的免疫增强作用，改善肠道菌群稳态，维持肠道屏障的完整性和功能性。耿玉梅等[46]观察免疫因子的水平变化探讨防风多糖对卵蛋白致大鼠过敏性鼻炎（AR）的治疗作用和机制，研究发现防风多糖通过下调AR 大鼠血清中IL-4、IL-5 水平，升高IL-12、IFN-γ 水平来调节Th1/Th2 淋巴细胞亚群平衡和机体免疫应答。YOKOSUKA A 等[47]从防风根和根茎的甲醇提取物中分离得到6 个色素衍生物，通过活性研究发现色素衍生物对HL-60 细胞具有杀伤作用，其中3'-O-angeloylhamaudol 具有最强的细胞毒性，可诱导HL-60 细胞凋亡。DONG C X 等[17]通过生物活性试验发现，防风多糖中阿拉伯糖和半乳糖对RAW264.7 巨噬细胞的黑色素瘤细胞培养上清液具有明显的抗免疫抑制作用，分子量和主链可能是其抗免疫抑制作用的关键因素。

2.6 抗凝血作用

防风具有抗凝血作用，其正丁醇萃取物能显著抑制家兔血小板的粘附功能，抑制颈动-静脉旁路中形成的血栓，亦可抑制体外血栓，使湿血栓长度缩短，湿重、干重减轻。防风还具有活血化瘀作用，韩晶晶[48]研究发现防风正丁醇萃取物能显著降低全血高切黏度，低切黏度，血浆黏度，纤维蛋白原含量，血球压积以及全血还原黏度，主要通过影响红细胞和纤维蛋白原含量及功能来发挥活血化瘀作用。初丽娟[49]利用醋酸炎症小鼠模型研究防风有效部位对小鼠纤维蛋白原含量和血液动力学的影响，实验结果显示中剂量防风可提升纤维蛋白原含量，显著降低红细胞压积率，大剂量防风可延长凝血酶原时间，有效降低血浆黏度。

2.7 抗过敏作用

防风具有抗过敏作用。吴贤波等[50]用胰蛋白酶刺激P815 细胞的方法建立肥大细胞脱颗粒模型，研究结果表明防风醇提物可阻断肥大细胞脱颗粒、抑制PAR-2 表达，使相关细胞因子分泌选择性减少，从而抑制肥大细胞的“瀑布效应”，发挥抗过敏作用。JIA Q Q 等[51]建 立MRGPRX2-CMC-HPLC-IT/TOF/MS 联用系统对防风中抗过敏成分进行筛选和鉴定，探讨防风抗过敏成分的作用机制。防风对致敏豚鼠离体气管、回肠平滑肌过敏性收缩以及2，4-二硝基氯苯所致的迟发型超敏反应均具有明显抑制作用。阙昌田等[52]研究发现荆芥-防风药对的正丁醇萃取物和乙酸乙酯萃取物均具有一定抗过敏作用，通过两组萃取物化学成分对比分析发现，其抗过敏作用的药效物质为香豆素类和黄酮类，其中升麻苷为两种萃取物中的主要成分。姜华等[32]通过升麻苷、升麻素对小鼠二甲苯致敏模型的抗过敏研究发现，升麻素作用强度为升麻苷的2 倍，在机体内升麻苷可能是主要通过升麻素而发挥作用的。防风对卵白蛋白所致的过敏性休克也有一定保护作用。

2.8 其它作用

防风还可提高切除卵巢后骨质疏松大鼠的骨密度，李高峰等[53]通过防风多糖干预切除大鼠双侧卵巢构建骨质疏松模型，检测大鼠肿瘤坏死因子-α、骨钙素、骨密度及白细胞介素-6 水平，研究发现防风多糖可使切除卵巢后骨质疏松大鼠骨密度提高，其作用机制可能与调节白细胞介素-6 水平、肿瘤坏死因子-α 有关。齐绍云等[54]研究发现防风可使感染后肠易激综合征（PI-IBS）大鼠排稀便次数减少，内脏痛觉高敏感性压力阈值升高，同时使粪便丝氨酸蛋白酶活性显著降低，增加大鼠结肠粘膜紧密连接ZO-1 蛋白的表达，并抑制PAR-2mRNA 基因的表达，从而调节PI-IBS 大鼠肠道菌群。YANG J M 等[55]通过药理研究发现防风多糖能显著提高升麻素（cimifugin）含量，这可能与防风多糖通过将cimifugin 转化为相对稳定的prime-O-glucosylcimifugin和保护其空间结构而对cimifugin 的抗降解作用有关，由此推测防风多糖通过抑制肠道色素分解提高疗效。防风水提物和醇提物均能显著降低小鼠血清ALT、AST 活性，降低肝匀浆MDA 含量，提高SOD活性，表现出良好的保肝作用，其作用机制可能与抗脂质过氧化有关[56]。JIA P 等[57]利用UPLC-Q-TOFMS 快速分析人肝微粒体中升麻苷（PGCN）和升麻素（CN）代谢谱。在人肝微粒体培养过程中，共鉴定出5 种PGCN Ⅰ期代谢产物、7 种Ⅰ期代谢产物和2种Ⅱ期代谢产物，有助于探讨PGCN 和CN 的代谢机制，为进一步的药效学实验提供参考和依据。有临床文献报道，防风-荆芥药对在治疗银屑病、急性荨麻疹、老年皮肤瘙痒症、湿疹等皮肤病时疗效上佳，这与现代药理研究荆芥、防风有抗炎、抗病原微生物作用相一致[58]。

3 结论

防风药用历史悠久，临床应用广泛，疗效确切，是我国常用中药材之一。目前对防风的研究无论从化学成分，还是药理作用等方面均取得了一定进展。研究表明防风不同极性部位均具有抗流感病毒活性，已成为开发抗流感病毒作用创新药物的研究热点，但对其不同极性部位与药理活性间的谱效关系研究较少，未来应将HPLC-ESI-Q-TOF-MS/MS、QTOFMS、细胞膜色谱、受体动力学等技术大量应用于防风活性成分的分析、筛选和鉴定方面，提高不同产地防风中活性成分的识别，进一步探讨有效成分体内行为的追踪、评价和作用机制；同时，研究防风经典方剂中的药效物质进行拆分分析，并在此基础上扩展防风化学成分、药理活性，从而研制出质量可控、作用显著、机制明确、临床用药安全的创新药物，以期加快中药现代化进程。