桔梗化学成分的提取方法和药理作用概述

孙 萍，徐 慧，黄艳红，李泽润，聂玉鹏，王珊珊，刘建军

（齐鲁工业大学（山东省科学院）山东省食品发酵工业研究设计院，山东 济南 250013）

桔梗（Platycodon grandiflorum）是桔梗科植物桔梗的干燥根，为药食同源品种，其性平，味苦，主要分布于我国的东北、华北、华东等地区，此外朝鲜、日本等国家也有。桔梗因具有很好的药用价值而被广泛关注，其化学成分主要包括齐墩果酸型五环三萜皂苷、多糖、黄酮、酚类、甾醇类、脂肪酸、氨基酸等，这些成分具有宣肺、祛痰止咳、抗菌消炎、抗氧化、抗肿瘤、降血糖、降血压等作用[1]。近年来国内外对于桔梗化学成分提取分离和药理作用研究的越来越多，发现其药理作用发挥在许多方面。目前关于化学成分提取方法主要分为传统提取法和辅助提取法，对其药理作用的研究主要是通过构建模型，解析其产生的生物活性效果。本文通过对桔梗化学成分的分离提取方法及其药理作用进行概述，为桔梗资源的开发与利用提供理论基础。

1 桔梗的化学成分

桔梗化学成分包括皂苷类、多糖类、黄酮类、酚类、甾醇类、脂肪酸及其他类等多种物质，这些化学成分发挥着不同的作用及影响，使得桔梗的药理作用应用更加广泛。

1.1 皂苷类

桔梗中含有大量的三萜皂苷，它们是药理活性中的主要成分。桔梗皂苷的种类繁多，包括桔梗皂苷A、桔梗皂苷B、桔梗皂苷D、远志苷D、远志苷D2等。桔梗皂苷中主要的苷元有3种，分别是桔梗酸、桔梗二酸和远志酸。桔梗皂苷中的糖基配体主要是由D-葡萄糖、L-鼠李糖、L-阿拉伯糖、D-木糖和D-芹糖以及其衍生物组成的[2]。桔梗皂苷的主要功效是抗氧化、祛痰止咳、抗炎、镇痛解热等[3]，此外，桔梗皂苷由于其强溶血作用而具有毒性，所以不可注射给药，口服时消化道的分解破坏使其失去溶血作用，因此可以口服的形式给药[4]。

皂苷是桔梗的主要化学成分，目前已知的从桔梗中提取的皂苷大约有89种，具体分为如下几种类型[5]：桔梗酸型、桔梗二酸型、远志酸型、桔梗皂苷内酯型和其他非典型三萜化合物，结构如下：

1.2 多糖类

多糖是一种由单糖连接而成的天然高分子化合物，又称多聚糖，大多由10个以上单糖通过糖苷键连接而成。桔梗多糖是由果糖连接而成的桔梗聚糖和菊糖，桔梗多糖在增强免疫功能、抗肿瘤、降血糖、抗衰老、抗病毒等方面具有显著的药理作用[6]。不同年限桔梗的多糖含量是不同的，去皮桔梗多糖含量比带皮桔梗多糖的含量要高，并且去皮桔梗多糖含量是随着生长年限的增长呈现先下降又上升的趋势，在种植第二年的时候桔梗多糖的含量最高，桔梗中的多糖大多集中在根部，刚发芽时桔梗多糖的含量是整个生长期最低的，盛花时期多糖含量最高[7]。

1.3 黄酮类

黄酮类物质主要存在于桔梗的地上部分，主要为二氢黄酮、黄酮及黄酮苷类化合物[8]，从日本产的桔梗花中得到一种花色素：飞燕草素-二咖啡酰芦丁醇糖苷，是最早从桔梗中分离得到的黄酮类化合物[9]。目前已经分离得到蜜桔素、槲皮素-7-O-葡萄糖苷、槲皮素-7-O-芸香苷、飞燕草苷-3-芸香苷-7-葡萄糖苷等十余种黄酮类成分[10]。通过研究表明，桔梗中黄酮类物质含量由高到低依次是叶片、茎、根，根中的黄酮含量特别少，所以研究桔梗黄酮类物质时，尽可能的使用叶的部分[11]。

1.4 酚类

酚类化合物是指芳香烃中苯环上的氢原子被羟基取代所生成的化合物，是芳烃的含羟基衍生物，根据其分子所含的羟基数目可分为一元酚和多元酚。桔梗的酚类在桔梗的根部及地上部分都含有，没食子酸类、鞣花酸、苯丙酸类等是主要的组成部分[12]。其中在桔梗的地上部分分离得到大约12种游离型或结合型酚酸类及其衍生物[13]，在根部石油醚提取物中分离得到了两种具有抗氧化的酚类化合物，分别为棕榈酸和油酸[14]。在根部甲醇提取物中分离鉴定21个酚类成分的结构，包括2个新的和4个已知的木质素、4个酚类、1个新木质素、9个包括2个烷基芳醚型、2个呋喃型、3个苯并呋喃型、1个四氢呋喃型和1个二苄基丁烷型的木质素[15]。多酚同样具有抗炎、抗肿瘤、防治糖尿病等生物活性作用，但酚类最显著的生物活性表现在其具有良好的清除超氧阴离子和羟基自由基的能力，所以具有很好的抗氧化能力[16]。

1.5 甾醇类

甾醇是广泛存在于生物体内的一种重要的天然活性物质，是一类含有羟基的类固醇，均以环戊烷多氢菲为基本结构。按其原料来源分为动物性甾醇、植物性甾醇和菌类甾醇等三大类。桔梗中含有菠菜甾醇，α-菠菜甾醇-β-D-葡萄糖苷，δ-7-豆甾烯醇，白桦脂醇以及β-谷甾醇等[17]。桔梗甾醇有预防心血管疾病、抑制肿瘤、促进新陈代谢、调节激素水平等生理功能。

1.6 脂肪酸

研究表明，桔梗脂肪油中含有多种脂肪酸，其中不饱和脂肪酸含量高，且相比于其他的脂肪酸，亚油酸、软脂酸的含量较高，亚油酸含量为63.24%，软脂酸含量为29.51%[18]。此外还含有其他油脂，如亚麻酸和硬脂酸、油酸、棕搁酸等，不饱和脂肪酸含量高的优点是它可以与肿瘤细胞膜结合，使肿瘤细胞膜上的脂肪酸发生改变，从而具有杀伤肿瘤细胞的作用[19]。

1.7 其他类

与其他草本植物一样，桔梗同样含有一些维生素和无机元素，其中胡萝卜素、维生素B1、尼克酸、维生素C含量最为丰富[20]，无机元素中含必需元素有22种以上，其中Cu、Zn、Mn在必需元素中含量较高，此外还含有必需元素Ni、Cr、Sr、Fe[21]。桔梗根中含有16 种以上的氨基酸，包括8种必需氨基酸，占氨基酸总量的6.42%，总氨基酸含量高达15%，其中包括一种γ-氨基丁酸，是一种神经传导的化学物质，在人脑能量代谢过程中起到了重要作用[22]。

2 桔梗化学成分的提取方法

2.1 桔梗皂苷的分离提取方法

目前对于桔梗皂苷的提取方法大多为浸渍法，此外再利用现代工艺辅助提取提高提取率，现代工艺包括超声波提取、微波辅助萃取、超高压提取、超临界二氧化碳萃取法等，我国对于桔梗的提取大多是利用现代技术的辅助提取方法，然后通过实验设计进行条件优化。

蒋征奎等[23]通过正交试验确定桔梗茎叶总皂苷的最佳提取工艺为在100 ℃条件下，加12倍量的水，提取2次，每次1.5 h。并采用大孔吸附树脂对桔梗茎叶总皂苷进行纯化，最终得到的桔梗总皂苷质量分数为48.18%，桔梗皂苷D含量为9.18 mg/g，二者含量比纯化前提高5倍以上。崔洪珊等[24]以桔梗为原料，采用微波提取方法提取桔梗皂苷，通过单因素及正交试验得到微波提取桔梗皂苷的最佳工艺条件为乙醇体积分数80%、微波功率420 W、微波时间260 s和固液比1∶14（g∶mL）。在最佳的提取条件下，桔梗皂苷的得率4.59%。WU K J等[25]利用机械化学辅助提取法从桔梗根中提取桔梗皂苷D，确定最佳提取方法固体碱为NaOH，加入5%NaOH，磨削时间5 min，提取时间20 min，材料与水料液比1∶30（g∶mL），酸化pH值3.5。此优化条件下，桔梗皂苷D的提取率为7.16 mg/g。

通过目前已知的对于桔梗皂苷的提取方法的研究，可以明显的看出现代技术的辅助提取效果明显高于传统提取方法，并且现代技术的加入可以在节约成本、缩短时间等方面有很高的提升，相比较于辅助提取法传统提取方法如水提法、醇提法的可行之处是操作简单，所需设备少。

2.2 桔梗多糖的提取方法

水浸法、微波辅助提取法和超声波提取法是目前提取桔梗多糖的常用方法，这几种方法都具有各自的特点。热水提取法具有方便易行，操作简单等优点，超声波辅助提取是在水浸提的同时加超声波辅助，此法不仅缩短提取时间，提高提取率，同时避免高温对有效成分的影响，而微波辅助法是把超声波转变为微波，此法具有高效、快速、节能的优点。利用不同的提取方法可以达到不同的提取效果。

于侃超等[26]利用热水浸提法、超声波提取法、微波提取法和复合酶提取法提取桔梗多糖时对其活性所产生的影响。结果表明，微波法提取的桔梗多糖体外抗氧化效果最好，此方法提取的桔梗多糖对羟自由基、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）自由基的清除和对脂质过氧化的抑制作用均具有较强效果。除现代技术的应用外，复合酶法提取桔梗多糖也应用广泛，向丽[27]通过研究复合酶法提取工艺研究，确定了复合酶辅助提取的最佳条件为酶解时间90 min、酶解温度50 ℃、酶解pH值5.30，此优化条件下的提取率为5.64%，相比于热水提取法（5.09%）有所提高。

2.3 桔梗黄酮的提取方法

对于桔梗黄酮的提取大多和皂苷、多糖类似，都有超声波和微波提取法，值得一提的是将两种现代技术的联合，桔梗黄酮的提取率明显提高。许一平等[28]将纤维素酶解和超声波两种方法进行联合研究桔梗茎叶黄酮的最佳提取工艺，利用纤维素酶破坏细胞壁，利于桔梗茎叶中的黄酮的溶出，提高其中黄酮提取率，并且采用最适的酶浓度及温度等条件以保证黄酮的活性，采用单因素试验和正交试验优化提取工艺，最终结果为在超声温度50 ℃、超声时间40 min、乙醇体积分数为60%，酶用量0.6%，酶解温度55 ℃，料液比l∶20（g∶mL），酶解时间1.5 h条件下桔梗茎叶中黄酮提取率最高，为6.35%。联合提取技术作为一种新型的提取方法，对桔梗黄酮的提取提供了更加方便快捷的技术。此外还有微波辅助双水相提取法和微波表面活性剂提取法，均有提高桔梗黄酮提取率的作用[29]。

2.4 桔梗多酚的提取方法

桔梗中的有效成分性质大多一致，提取方法也类似，包括传统方法或者是现代技术如超声波提取法和微波提取法，多酚的提取也不例外，采用这两种方法进行提取并对这两种方法的工艺条件进行优化从而进一步提高提取率[30]。许瑞如等[31]通过单因素与响应面试验，得出微波辅助提取桔梗多酚的最佳工艺为：微波功率210 W、料液比1∶30（g∶mL）、微波时间60 s、乙醇体积分数50%、提取次数2次。在此条件下，桔梗根多酚提取率达6.49 mg/g。得到的桔梗多酚有很好的抗氧化活性。

3 桔梗化学成分的药理作用

3.1 抗肿瘤作用

桔梗化学成分具有多种生物活性，其中桔梗皂苷药理作用的最初研究就是在抗肿瘤方面。而作为传统中药材，桔梗皂苷是其最主要的化学成分，许严伟等[32]研究桔梗皂苷D对阿霉素治疗小鼠肺癌的引导机制，通过单独体外加入小鼠Lewis肺癌（Lewis lung carcinoma，LLC）细胞或者是联合加入，检测细胞的增值情况以及对阿霉素的摄取情况，通过对实验结果的分析，表明桔梗皂苷对小鼠LLC肺部实体瘤生长无影响，但桔梗皂苷的加入能够增加肺组织摄取阿霉素，从而达到更好的治疗效果，说明桔梗皂苷D对其有很好的引导作用。此外，桔梗皂苷还具有抑制子宫内膜癌细胞的增值、迁移和侵袭以及诱导其凋亡的作用，同时对肝癌及胃癌等癌症具有相同的作用，由此可以证明中药可以治疗癌症[33]。

LI Y等[34]研究发现，桔梗能够通过降低磷脂酰胆醇3激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）/蛋白激酶B（pro tein kinase B，PKB）信号通路，从而使得顺氯氨铂（diamminedichloroplatinum，DDP）更好的治疗肺癌（DDP是治疗癌症的化学药物）。目前许多研究表明阻断PI3K/PKB 通路可以有效抑制癌症，而桔梗能够发挥这种作用，桔梗联合DDP可以抑制磷脂化蛋白激酶（phospholipid protein kinase，p-Akt）和基因Bcl-2（B淋巴细胞瘤-2基因）的表达，促进基因Bax（人体最主要的凋亡基因）和切割基因caspase-9的表达。从而增强肿瘤细胞对DDP的敏感性，使DDP更好的发挥作用。

3.2 抗菌消炎作用

桔梗中的化学成分在抗菌消炎方面有很好的效果，特别是对于治疗类风湿性关节炎有很好的作用，杨欣等[35]通过建立模型检测桔梗提取物对类风湿性关节炎的作用，将55只模型分别设5只作正常组，其余50只建立类风湿性关节炎模型，分为模型组、药物对照组、低、中、高浓度组，观察他们的各种指标来确定桔梗提取物的成分对关节炎的有效控制，研究表明，浓度越高，对关节炎的影响越大，高浓度的桔梗提取物能够有效减轻大鼠足部肿胀程度，使大鼠关节炎指数下降，缓解类风湿性关节炎大鼠炎症反应的严重程度。在抗真菌方面，王世佳等[36]研究桔梗多糖脱蛋白和未脱蛋白对根霉、青霉和黄曲霉的抑制效果，结果表明两者对这三种霉都有明显的抑制效果。对根霉的抑制效果是脱蛋白的多糖作用小于未脱蛋白，而另外两种霉则是相反。朱立芬等[37]研究桔梗皂苷D对于预防口腔黏膜上皮细胞感染白色念珠菌的作用，结果表明，随着桔梗皂苷D浓度的加大，白色念珠菌黏附数、菌活力和菌丝转换率逐渐下降，由此可以推测了桔梗皂苷D在抑制细菌方面也有很好的效果。

桔梗中的化学成分对骨关节炎也有很好的作用，骨关节炎是由于关节不稳定而引起的，一般通过抗炎型药物治疗。QU Y L等[38]研究发现，桔梗皂苷D对关节炎有一定的作用，关节炎的症状中表现在白细胞介素-1（interleukin-1，IL-1）和肿瘤坏死因子（tumour necrosis factor，TNF）-α上升，由于先前已验证了桔梗皂苷D可以抑制细菌脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）诱导的TNF-α的细胞的产生，研究了IL-1对于炎症的影响，研究表明，桔梗皂苷D可以通过抑制前列腺素E2（prostaglandin E2，PGE2）、一氧化氮（NO）和基质金属蛋白酶（matrix metallo proteinases，MMPs）的产生，显著抑制了IL-1引起的炎症反应，从而达到治疗关节炎的目的。

3.3 抗氧化作用

桔梗中的功效中研究较多的包括桔梗的抗氧化性，桔梗中含有的皂苷、黄酮、多酚等都具有良好的抗氧化性，许瑞如等[39]在石油醚、正丁醇、乙酸乙酯和正己烷中提取多酚、黄酮并确定在这几种溶剂中提取的多酚、黄酮的抗氧化活性，其中在石油醚中提取的含量最高，但在正丁醇溶液中的抗氧化活性最高，综合考虑，对于桔梗抗氧化活性的利用来说，醇溶液是良好的提取溶剂。而劳军等[40]探究的是桔梗皂苷在不同浓度和温度pH值下的抗氧化性的改变，桔梗皂苷的浓度越高，其清除自由基的能力就越好，但是温度和pH值是有一定要求的，温度越高抗氧化性越低，pH值呈现先升高在降低的趋势，在pH值为4时，桔梗皂苷的抗氧化活性最高。

此外，除了桔梗根和桔梗植株具有抗氧化活性以外，桔梗的其他部位也具有抗氧化活性，KIM T Y等[41]认为桔梗的种子也具有抗氧化活性，对比桔梗根和桔梗种子两者的抗氧化活性结果表明，桔梗种子展现了更好的清除DPPH等自由基的能力，并且可以更有效的抑制氮氧化合物和PGE2的生产，肿瘤坏死因子也下降了31%。由此可以说明桔梗种子也有很好的抗氧化和抗炎活性。

3.4 免疫调节作用

桔梗的化学成分在免疫调节方面同样展现了良好的生物活性，李敬双等[42]通过研究桔梗皂苷D对小鼠淋巴细胞和巨噬细胞免疫功能的影响，证明桔梗皂苷D具有免疫调节作用。结果表明，桔梗皂苷D对吞噬细胞、巨噬细胞及这两种细胞所分泌的细胞因子的有显著的影响，桔梗皂苷D的生物活性机理是通过促进淋巴细胞的增值，增强巨噬细胞的吞噬功能。桔梗皂苷D通过刺激淋巴细胞而使IL-2、IL-4分泌，同样刺激巨噬细胞使其分泌TNF-α、IL-12，这些细胞因子可以通过参加机体的免疫调节作用，对人体免疫能力的增强起作用。由此可以说明桔梗皂苷D可以增强小鼠淋巴细胞和巨噬细胞的免疫调节功能。吕梦等[43]在探究桔梗多糖的最佳提取工艺的基础上，研究桔梗多糖体外刺激淋巴细胞增殖的效果，结果表明，桔梗多糖可以刺激淋巴细胞增殖，有较强的体外免疫活性。

WANG C等[44]认为桔梗多糖对于羰基氰化物氯苯腙（carbonyl hydride chlorophenylhydrazone，CCCP）诱导猪肺泡巨噬细胞3D4/21凋亡的保护作用，巨噬细胞是抵御外部微生物侵入肺部的重要防御，细胞凋亡的一般路径为线粒体路径，线粒体是细胞生命活动控制中心和细胞凋亡调节的中心。细胞在凋亡信号的刺激下，一系列蛋白质级联反应会被激活，导致线粒体受损，并发生凋亡。而CCCP可以造成线粒体膜电位发生改变，产生以上的反应，从而诱导细胞凋亡。桔梗多糖可以恢复线粒体膜电位（mitochondrial membrane potential，MMP）、保护核形态、增加抗凋亡蛋白Bfl-2，减轻CCCP引起的损伤。已确定的桔梗多糖的剂量为200 μg/mL。

3.5 降血压血脂作用

LIN Y C等[45]研究发现，桔梗提取物可减少血管紧张素II（angiotensin II，Ang II）诱导的胰岛素样生长因子-Ⅱ受体（insulin-like growth factor-Ⅱreceptor，IGF-IIR）表达，桔梗通过c-Jun氨基末端激酶（c-jun n-terminal kinase，JNK）信号转导通路的（c-jun n-terminal kinase sirtuin1 heat shock factor 1insulin-like growth factor-Ⅱreceptor caspase 3，JNKSIRT1-HSF1-IGF-IIR-caspase 3）信号抑制IGF-IIR活化和凋亡，防止心肌细胞凋亡，而减少IGF-IIR表达可降低高血压引起的心力衰竭的发生率。由此可以证明桔梗在降血压方面也有一定的功效。除了高血压以外高血脂也是危害人类健康的重大隐患，高云芳等[46]通过喂养高血脂模型大鼠发现，越高浓度的桔梗皂苷可以显著性地降低高脂血症大鼠的血清总胆固醇（serum total cholesterol，TC）、低密度脂蛋白（low densitylipoprotein，LDL-C）、高密度脂蛋白（high density liptein，HDL-C），相比于阳性对照物更加明显，说明桔梗总皂苷具有很好的降血脂作用。

3.6 保护肝脏和心脏的作用

肝脏和心脏的损伤对人体的伤害是很大的，有研究表明桔梗具有保护人体肝脏和心脏的作用，KIM S R等[47]研究了桔梗发酵提取物对内毒素致小鼠急性肝损伤的保护作用，对于小鼠进行口服桔梗发酵提取物，亲炎细胞因子凋亡和脂质过氧化都减少了由此说明桔梗提取物有很好的护肝功能。孟庆雯等[48]探究了桔梗皂苷D对于急性心肌梗死（acute myocardial infarction，AMI）大鼠心肌损伤的影响及机制，通过建立大鼠模型对实验进行研究，分别给与不同的剂量，从低浓度到高浓度，与模型大鼠相比较，给予药物的大鼠心肌损伤有明显的减缓，并且心肌细胞凋亡减少，一些凋亡基因及表达通路水平下调，表明桔梗皂苷D在保护心肌方面也有一定的作用。此外QI C X等[49]研究发现，桔梗多糖对于由D-氨基半乳糖（D-galactosamine，D-GalN）诱导的小鼠急性肝损伤具有保护作用，通过检测氧化应激、炎性细胞因子和细胞凋亡指标解析了桔梗多糖可能是与下调切割的基因caspase-3和Bax，上调基因Bcl-2有关，并且相关表达蛋白也受到抑制。

4 结论

桔梗所含有的多种化学成分具有很好的药理作用，提取分离桔梗的化学成分是值得研究的内容，目前对于桔梗化学成分的传统提取方法中存在的问题是提取率不高、时间长、提取条件控制不当导致化学成分失活等问题，而现代技术提取其化学成分不仅可以在时间、效率等方面有所提高，而且更安全、环保，更有利于保持化学成分所特有的生物活性，应该综合利用现代提取分离技术有效地提取分离各种化学成分并提高其提取率，此外对于桔梗药理作用方面应该深入的研究，不仅要知道它作用于那些方面，更要明确其作用的机理，同时开展多领域的应用，目前已知的各种功效，如抗菌消炎抗肿瘤等的应用大多在医药方面，另外可以开展保健食品及护肤等领域的应用。新的药理作用的挖掘可以利用酶转化功能，制备活性高、易吸收、低毒性的单体成分，同时对化学成分的药理特性、在体内、体外的作用机理、代谢途径等开展研究。