防风的化学成分、提取工艺及药理作用研究进展

2021-07-01陈雨秋张涛陈长宝王雪霓姜奇宏

江苏农业科学 2021年9期

陈雨秋张涛陈长宝王雪霓姜奇宏

摘要：防风是伞形科植物防风的未抽薹植株的干燥根，含有色原酮类、香豆素类、多糖类、挥发油类等化学成分，有解热、抗炎、镇静、镇痛等药理作用，是我国传统的大宗药材且应用广泛。通过查阅和梳理近几年关于防风的相关文献，对防风的化学成分、提取工艺及其药理作用的最新研究进展进行综述，旨在为防风资源的开发利用和深入研究提供理论参考。

关键词：防风;化学成分;提取工艺;药理作用;毒性;临床应用

中图分类号： R284;R285 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2021）09-0043-06

防风是伞形科植物防风[Saposhnikovia divaricata （Turcz.） Schischk.]的干燥根，主要分布在中国、日本和韩国[1]。防风药用历史悠久，作用广泛，在中医临床实践中已有2 000多年的历史，是我国传统中药材的重要组成部分。《神农本草经》中将其列为上品，可见其极高的药用价值。其味辛、甘、微温，归肝、脾、膀胱经，功效有祛风解表、胜湿止痛、止痉等[2]。防风被称为 “治风通用药”，也是许多中药复方的重要组成药味，且被广泛应用于中医临床。防风具有很高的药用和食用价值，但近些年由于野生防风资源匮乏，主产于内蒙、外蒙、东北等地的野生防风在市面上已经供不应求，家种防风逐渐成为市场主流。近年来，国内外学者对防风的化学成分、药理作用及其提取工艺进行不断的深入研究，并取得相应研究结果，本文对其进行综述，旨在为今后防风的开发利用和深入研究提供理论参考。

1 防风的主要化学成分

至今，国内外研究人员从防风中分离出的结构不同的化合物有100余种，主要包括色原酮类成分（防风色酮醇、升麻素苷等）、香豆素类成分（香柑内酯）、挥发油类和酸性多糖等成分[1，3-4]。2020年版《中华人民共和国药典》中规定药用防风中含升麻素苷（C22H28O11）和5-O-甲基维斯阿米醇苷（C22H28O10）的总量不得少于0.24%[2]。

1.1 色原酮类

对于防风等伞形科植物来说，色原酮类化合物被认为是最重要的有效活性成分，它们不仅具有镇痛和解热作用，也能介导免疫调节或是抗凝血等活动。最早是从防风根的甲醇提取物中发现了防风的色原酮化合物（5-O-甲基维斯阿米醇苷和亥茅酚）[5]，随后又有学者从防风中分离得出9种色原酮成分，分别是当归酰亥茅酚、乙酰亥茅酚等成分[6]。到目前为止，已知的从防风中分离鉴定出的色原酮类化合物共有17种[7]，具体如表1所示，尽管它们的结构简单，但却具有良好的抗炎、清除自由基和免疫调节作用。

1.2 香豆素类

香豆素类成分是防风的重要化学成分之一，金光洙等学者早在1992年就从防风中分离鉴定出9种香豆素类成分，分别为欧前胡素、补骨脂内酯、香柑内酯、花椒毒素、东莨菪素、珊瑚菜素、川白酯内酯、异紫花前胡内酯等[6]。随后又有研究人员从防风中提取出紫花前胡苷元和防风灵[8]。到目前为止，各国学者们在防风中分离鉴定出的香豆素类化合物共有35种，主要是呋喃香豆素类和吡喃香豆素类。其中分离出的17种呋喃香豆素类分别为bergapten（香柑内酯）、byakangelicin（白当归素）、deltoin（石防风素）、imperation（欧前胡素）、isoimperation（异欧前胡素）、isobergapten（异香柑内酯）、marmesin（异紫花前胡苷）、nodakenin（紫花前胡苷元）、methoxy-8-（3-hydroxymethyl-but-2-enyloxy）-psoralen[甲氧基-8-（3-羟甲基-2-烯氧基）-补骨脂素]、oxypeucedanin hydrate（水合氧化前胡素）、phellopterin（珊瑚菜内酯）、psoralen（补骨酯素）、sapodivarin（防风灵）、xanthotoxin（花椒毒素）、5-hydroxy-8-methoxypsoralen（5-羟基-8-甲氧补骨脂素）、nodakenin（紫花前胡苷元）和xanthoarnol;还有5种简单香豆素类成分，分別为fraxidin（秦皮啶）、isofraxidin（异秦皮啶）、scopoletin（东莨菪素）、umbelliferone（伞形酮）和5-methoxy-7-（3，3-dimethylallyloxy）-coumarin[5-甲氧基-7-（3，3-二甲基烯丙氧基）-香豆素]等，虽然它们结构简单，但具有抗肿瘤等多种生物活性;最后，还鉴定出13种吡喃香豆素类化合物，分别为anomalin（白芷内酯）、decursinol（紫花前胡醇）、decursinol angelate（紫花前胡醇当归酯）、divaricoumarin A（香豆素A）、divaricoumarin B（香豆素B）、divaricoumarin C（香豆素C）、praeruptorin（白花前胡素）、praeruptorin F（白花前胡素F）、cis-3′，4′-disenecioylkhellactone（顺-3′，4′-二烯甲基苄内酯）、cis-3′-isovaleryl-4′-acetylkhellactone（顺-3′-异戊酰基-4′-乙酰海拉内酯）、cis-3′-isovaleryl-4′-senecioylkhellactone（顺-3′-异戊酰基-4′-千里光内酯）、（—）-cis-khellactone[（—）-顺-克拉内酯]和（3′S）-hydroxydeltoin[（3′S）-羟基-石防风素]等[9]。

1.3 多糖类

多糖类是防风中的另一类化合物，早在1989年，国外学者Shimizu等就从防风中分离鉴定出了3种多糖，分别为saponikovan A：由半乳糖、阿拉伯糖、半乳糖醛酸组成，saponikovan B：由半乳糖、半乳糖醛酸、阿拉伯糖、乙酞基以及甲氧基组成，saponikovan C：由半乳糖、阿拉伯糖、鼠李糖、半乳糖醛酸组成[10]。李江等从防风水提液中分离得到2 种平均分子量分别为13 100、73 500的新型酸性杂多糖结构：XC-1、XC-2[11]。

1.4 挥发油类

防风中分离出的挥发油类成分相对来说较为复杂，到目前为止，已经利用气相-质谱联用技术从防风根和果实中共鉴定出近70种挥发油成分，包括人参醇、α-蒎烯、β-月桂醇、己醛、戊醇、己醇、辛醛、辛醇、壬醛等成分[9]。1987年，王建华等从防风挥发油中鉴定分离出20种化学成分[12]。随后他们又对防风果实中的挥发油进行研究，一共鉴定得出66种化学成分，其中37种为菇类化合物，并含酮、醇、醛、酸等含氧成分，还存在少量烃类[13]。严云丽等采用水蒸汽蒸馏法从防风中提取挥发油，从中鉴定分离出 69种化合物，主要为萜类和链状脂肪族化合物[14]。

2 防风有效成分的提取方法

防风有效成分的提取方法有很多种，虽然提取工艺丰富多变，但真正应用于工业化生产的大多还是传统的提取方法，比如回流法和水蒸气法等，它们工艺简单、投资少、技术含量低、操作简单方便、上手快，但同时也存在着提取工序复杂多样、时间长、效率较低等缺点。而一些新兴的提取工艺虽然科技含量高，更加现代化、智能化，提取时间较短，效率较高，但就目前来说还没有被广泛应用，没有真正投入到大规模生产中[15]。

2.1 回流提取法

回流提取法是采用容易挥发的有机溶剂来提取中药有效成分的方法。有学者将防风的根及根茎用甲醇回流提取，从中分离得到11个结晶，根据理化常数及光谱分析分别鉴定为β-谷甾醇、香柑内酯、亥茅酚等[6]。张特立等以5-O-甲基维斯阿米醇苷和升麻素苷的含量为标准，得出回流法为防风有效成分的最佳提取工艺，当料液比为1 g ∶ 40 mL（甲醇），提取时间为1.5 h，次数为1次时，有效成分的总提取率为0.46%[16]。虽然回流法提取效率较高，但是提取时需要大量溶剂，操作也比较繁琐，一般不应用于大量生产[17]。

2.2 水蒸气蒸馏法

水蒸气蒸馏法是通过水蒸气穿过植物材料，蒸汽中的挥发性化合物经过挥发、凝结，最后收集在接收容器中的方法。该法对于提取热不稳定性成分来说是不适用的，如果提取物溶于水，就会明显降低其蒸气压力，进而不能有效提取一些易溶于水的中药材，而且，如果反应混合物中的杂质是挥发性的，那么所提取挥发油的纯度也会相应变低，质量变差，丢失挥发油原有的新鲜香味，大大降低了所提取出的挥发油价值，更为严重的是会影响某些药物制剂的实际疗效[18]。由于水蒸气法操作简便易上手、安全系数高、绿色环保且成本低廉，它已经成为我国目前为止提取中药挥发油的重要方法之一。但此法一般只适用于提取难溶于水或不溶于水的植物成分，对于提取具有不稳定化学性质的成分，不适合用水蒸气法提取。

2.3 超声提取法

超声提取法是一种新兴的现代化提取工艺，此法高效、绿色环保且适用性广[15]。用此法提取多糖与水蒸气蒸馏法提取和微波萃取法相比，更易于纯化，并且由于其提取温度低，所得的多糖抗氧化活性也较高[19]。有研究人员通过正交试验法确定了超声时间30 min、乙醇浓度90%、液料比40 mL ∶ 1 g、温度50 ℃、频率90 Hz为超声法提取防风中总色原酮的最佳工艺，平均提取率是4.05%[20]。姚仲青等用6倍量75%乙醇進行2次超声提取，每次30 min，目标有效成分的总提取率均在95%以上[21]。尽管超声提取有上述很多优点，但同时也存在一些不足，比如它的工艺更复杂、变量较多等。

2.4 微波辅助萃取法

微波辅助萃取法是一种新型提取方法，具有高选择性、高速、高提取率、高质量、节省时间和能源等优点，最难得的是，它基本上不会破坏所提取成分的生物活性与化学结构。当然此法也有一些缺陷，不均匀的微波辐射会导致局部温度过高，有效成分会发生变性，而且在提取富含树胶或淀粉的物料时，易产生提取物的变形和糊化，不利于胞内物质的释放[15]。同时微波辅助萃取也容易受到外界因素的影响，溶剂的用量、浓度、种类、微波辐射方式以及药材的浸泡时间等因素都会影响到微波萃取的速度和质量[22]。以升麻素、升麻素苷、5-O-甲基维斯阿米醇苷和亥茅酚苷的含量为指标，韩忠明等通过试验优选出防风色原酮微波提取的最佳工艺：料液比为1 g ∶ 30 mL，提取时间为3 min，温度为90 ℃，乙醇体积分数为70%，3 min的微波处理在提取效果上较1 h超声提取法和2 h回流提取法好，同时提取时间大大缩短[23]。因此，微波提取法可作为提取防风有效成分的优选工艺，具有足够明显的优势。

2.5 超临界CO2流体萃取法

超临界流体萃取技术是一种颇为绿色环保的提取工艺。二氧化碳（CO2）是最为常见的一种超临界液体，不仅有着与液体相似的密度和溶解能力，而且它的价格低廉且对环境绿色友好，所以被人们广泛使用[7]。超临界CO2流体萃取提取迅速、效率高且没有有机溶剂残留，在日常提取中，采用此法提取挥发油，所得产品的质量要比使用传统提取方法高的多[24]。有研究人员用水蒸气蒸馏法、溶剂提取法和超临界CO2流体萃取法来提取防风挥发油，并采用气相-质谱（GC-MS）法鉴定其成分，其中水蒸气蒸馏法确定出13 种化学成分，溶剂提取法鉴定出18种化学成分，而超临界CO2流体萃取法鉴定得出21种化学成分[25]。由上述试验可知，超临界流体萃取法可以更好地反映出药物中的化学成分，这种方法萃取温度低、时间短、出油率高，是一种更为环保高效的提取方法。

3 防风的药理作用

很多研究表明，防风具有极其广泛的药理活性，如解热镇痛、抗炎抗菌、镇静、抗惊厥、抗氧化以及抗白血病和抗动脉粥样硬化等作用。

3.1 解热镇痛作用

防风中的有效成分升麻素苷和5-O-甲基维斯阿米醇苷可以显著降低酵母致热大鼠的体温，此外，它们还可以有效抑制多种刺激引起的小鼠疼痛[26]。以阿司匹林为阳性对照药，杨波等应用扭体法和2，4-二硝基苯酚致热法分别观察小鼠的扭体反应和体温变化，最终结果显示，防风CO2超临界萃取物各剂量组均出现或强或弱的镇痛作用，在给药后50～180 min体温升高的大鼠均有明显的解热作用，这与阿司匹林在镇痛抗炎方面的功效相类似，其解热作用与阿司匹林相比起效较慢，并且呈量效关系[27]。可以看出，防风具有不错的解热镇痛作用。

3.2 抗炎抗菌作用

Khan等通过研究证实防风中的吡喃香豆素具有强大的抗炎作用[28]。葛卫红等通过试验发现，防风挥发油能够有效缓解由二甲苯所致的小鼠耳廓肿胀等急性炎症症状，并能抑制慢性炎症，如小鼠棉球肉芽肿以及小鼠耳异种被动皮肤过敏等类似的过敏性炎症[29]。也有类似试验证明，防风中的升麻素苷和5-O-甲基维斯阿米醇苷可以有效减轻由二甲苯引起的小鼠耳肿胀[26]。黎建斌等研究证明，防风挥发油也可以减轻由二甲苯引起的小鼠耳肿胀[30]。有研究人员通过体外抑菌试验证明，防风能够抑制很多细菌的生长，比如肺炎双球菌、乙型溶血性链球菌等[31]，因此，防风中的升麻素苷、5-O-甲基维斯阿米醇苷、挥发油等成分具有较好的抗炎抗菌作用，可以有效缓解一些由于炎症引起的临床急症，从而进行针对性用药。

3.3 抗血小板凝固作用

研究表明，防风中的升麻素苷和5-O-甲基维斯阿米醇苷能够有效抑制由二磷酸腺苷（ADP）诱导的血小板聚集[26]。还有学者通过断尾取血和毛细玻管法试验得出，防风挥发油可以大大缩短小鼠的出血时间和凝血时间，并且证明了防风挥发油具有不错的止血作用[30]。李文等通过试验表明，大剂量的防风有效成分可以减少醋酸致炎渗出液，同时降低血浆黏度，而中剂量和大剂量均可以延长凝血酶原时间并且抑制由ADP诱导所致的血小板聚集[32]。从以上试验可以得知，防风有效成分不仅可以降低血浆黏度，还能有效抗炎以及抗血小板聚集，在临床上具有较好的应用前景。

3.4 镇静、抗惊厥作用

唐荣江等通过戊巴比妥钠阈下睡眠剂量对小鼠的影响试验，发现了防风组入睡小鼠数量比对照组有明显增加，且防风组小鼠自发活动明显减少，说明防风具有显著的镇静作用[31]。有学者研究表明，防风水提物可以减轻由皮下注射戊四唑和士的宁所致惊厥的影响，可知防风中的有效成分具有明显的抗惊厥作用[33]。张静敏等通过观察防风散对小儿高热惊厥发作的预防效果，发现防风散观察组能有效降低患儿呼吸道感染和高热惊厥的发生率，由此可以推测，防风散不仅能够直接预防惊厥，还能够调节机体的状态，提高免疫功能，减少呼吸道感染和发热次数从而最终达到减少惊厥发作的目的[34]。由以上不难得知，防风中的有效成分存在着良好的镇静以及抗惊厥的作用。

3.5 免疫调节、抗肿瘤作用

刘华等研究人员使用流式细胞术监测不同剂量防风多糖对小鼠免疫功能的影响，结果表明，不同浓度的防风多糖均可以不同程度地增强小鼠的细胞免疫、非特异性免疫和体液免疫功能[35]。防风多糖对机体免疫调节的同时也对抑制肿瘤生长起到了辅助作用，有学者从防风多糖中筛选出有效多糖部位JBO-6，并在体内进行了JBO-6对小鼠免疫功能和抗肿瘤作用的试验研究，结果表明，JBO-6在体内有明显免疫增强作用，主要是通过促进宿主免疫系统功能来实现对肿瘤细胞的抑制[36]。林华等通过试验得出，硫酸酯化防风多糖不仅能直接调控肿瘤细胞的恶性生物学行为，还可以通过改变肿瘤微环境局部浸润巨噬细胞的数量和功能发挥免疫监视作用[37]。Kuo等通过试验得出，从防风中纯化的人参炔醇对各种肿瘤细胞的增殖具有最高的抑制活性，研究结果表明，人参炔醇能降低不同肿瘤细胞周期蛋白E（cyclin E）mRNA 的表达[38]。因此，人参炔醇对多种肿瘤细胞增殖的抑制作用似乎至少部分是通过对细胞周期蛋白E mRNA水平的損伤和细胞周期的阻滞来实现的。所以，我们可以了解到防风中有效成分防风多糖能够有效抑制肿瘤细胞的生长，对人体进行免疫调节，增强自身免疫作用。

3.6 抗氧化活性作用

在体外化学模拟条件下，有研究表明，防风多糖可以有效清除自由基，除此之外，还能有效抑制脂质过氧化，其清除作用对1，1-二苯基-2苦苯肼（DPPH）自由基和羟基自由基都比较明显[39]。有学者通过超声法提取不同时间和温度的溶剂，来制备不同的提取物，并采用自由基清除法测定不同提取物中的抗氧化活性，最终结果表明，80%乙醇提取物（提取120 min后制备）在DPPH试验中会表现出比较强烈的抗氧化活性[40]。由此可知，防风中的防风多糖还有较强的抗氧化活性作用，可以较为明显地清除一些自由基。

4 防风的毒性研究

近年来，有很多学者在对防风的药理学、化学成分、提取工艺、质量标准等方面进行研究，但笔者查阅近些年文献发现，在防风的毒性方面相关研究较为稀少。尚勇等在2018年研究了防风水提物和水提醇沉取物对小鼠的急性反应，得出了防风水提物和水提醇沉取物有一定的毒性，且水提物的毒性要小于水提醇沉取物的结论，填补了近些年关于防风毒性方面研究的空白，也为临床上安全使用防风提供了试验依据[41]。但对于防风毒性方面的研究相较于其他方面还是太少，今后还要在防风毒性及毒理学方面多多关注，做出一些大的突破，为临床用药安全提供保障。

5 防风的临床应用

防风这味药材，从它的名字就可以知道它与风密切相关，药性温润，既是风中之润剂，也是临床上常用的治风通用药，可以防治内风和外风等与风相关的病症，比如由外感风寒邪气所引起的感冒头痛，风湿痹症、风疹瘙痒等皮肤科病症，惊吓抽搐以及破伤风等疾病。防风作用非常广泛，不论是阴阳寒热虚实，还是内风外风均可以治疗，而且风可以胜湿，脾胃性疾病容易出现水液代谢障碍，所以临床上常常用风性药来治湿，表明防风也可用于治疗脾胃相关性疾病。

6 结语

根据以上综述，对防风的化学成分、提取工艺、药理作用、毒性以及临床应用的研究进展有了一个较为全面的认识，但仍然存在着很多问题，值得我们进一步研究。防风是我国传统大宗药材，药用历史悠久。在古代，防风的根、叶、花、果都被用于临床入药，而现在更多是对防风的根进行研究，所以日后对防风地上部分的研究很有必要，应该重点关注。此外，防风的毒副作用尚未被彻底分析描述，还未进行系统的毒理学评估，所以防风的毒性研究也应成为今后研究的重要方向。防风在临床疾病治疗中，具有解热镇痛、抗炎抗菌、镇静、抗惊厥、抗氧化等药理作用。然而，在防风药效物质基础、提取工艺及药理作用研究中缺乏系统性。不同栽培手段对防风有效成分产生较大影响，防风药效得以发挥的成分可能并不是其中的某一种固定成分，也可能是某一种或几种成分协作得出的共同结果[42]，而提取工艺对药材药效成分作用的发挥具有重要作用，优化的提取工艺是保证药材质量的前提。因此，须要建立规范化的防风栽培技术体系，从根源上解决防风有效成分含量差异的问题;优化防风有效成分的提取工艺，形成提取工艺的操作规程;采用现代分子生物学和化学手段，揭示防风的药效物质基础，系统全面地阐释防风的药理药效机制，为保证防风药材质量控制和临床应用安全奠定基础。

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