当归属植物传统药用、香豆素类成分及药理毒理学研究进展

王杨海,刘璐,赵渤年*,高燕*

(1.山东中医药大学药学院,山东 济南 250355;2.山东中医药大学药物研究院,山东 济南 250355)

当归属作为温带属性植物,在全球约有110个品种,主要分布于北温带和新西兰地区,尤其集中于喜马拉雅-横断山区、东北亚和北美西部地区[1]。当归属植物具有很高的经济价值和药用价值,其中一些当归属植物被作为食品和饲料使用,而本属许多品种的根通常用作治疗各种疾病的传统药物,并在东北亚国家使用了数百年,其中代表性植物包括:当归、白芷、独活。

现代研究主要集中在当归属植物的根和果实,从当归属植物中分离出的主要化学成分包括苯酞、挥发油、香豆素、多糖、黄酮和有机酸类,香豆素类成分和挥发油成分是当归属植的的主要活性成分。香豆素类成分作为当归属植物的主要活性物质之一,大量的药理学研究表明,当归属植物中香豆素类成分具有多种生物活性,例如:抗炎镇痛、抗肿瘤、调节心血管系统、调节神经系统、抗菌、抗病毒、抗过敏等。

因此,对其传统药用、物质基础、药效以及毒理学进行总结,发现其活性成分与药效之间的联系,为今后当归属植物药用植物资源的合理开发、利用与进一步的研究提供科学依据和方向。

1 传统药用

当归属植物在东北亚国家是重要的药物资源,用药历史悠久。当归在我国的使用可以追溯到3 000多年前,最早记载于《神农本草经》,并被列为“中品”,药用记载还出现在《本草汇言》《名医别录》《本草纲目》《药性赋》等古籍中。当归的入药部位为干燥根,其味甘、辛,性温。而干燥根不同部位具有不同的疗效,其根头能养血,根尾能运血,根身能补血养血。当归药材在传统中医上用于治疗血虚萎黄、月经不调,经闭痛经,风湿痹痛等疾病,在中医上被称为“妇科要药”[2]。此外,在传统处方中,被作为滋补药、造血药、抗炎药使用。在欧洲一些国家,当归除了作为药物植物外,还作为食品调味品和香料,用于制作酒和香水等产品。

白芷作用常见的药用植物,其性温、味辛,具有祛风湿,活血排脓,生肌止痛功效,是治疗阳明经头痛的要药[3]。在东北亚国家(中国、韩国、日本等),白芷常用于治疗鼻炎、感冒和牙痛等病症[4]。此外,白芷还有多种民间用途,如制作香料、防腐剂、化妆品和药膳等[5]。

独活最早可以追溯到《神农本草经》,用于治疗癫痫发作抽搐拘挛、女子疝瘕等症状。在《中国药典》中记载,该药味辛、苦,性温,归肾、膀胱经。具有祛风除湿,通痹止痛的功效,用于治疗风寒湿痹,腰膝疼痛,少阴伏风头痛,风寒夹湿头痛等症状。在《名医别录》专著中,独活被描述为一种治疗痛风的药物。在李中梓所著的《本草通玄》中,独活用于治疗失声不语,手足不随,口眼歪斜,目赤肤痒等疾病。独活的传统中药配伍,可以提高药物的疗效和降低毒性,起到更好的治疗效果。此外,独活与羌活、防风等配伍可用于治疗风湿免疫、骨科系统疾病[6]。又比如,独活寄生汤在临床上常用于骨骼系统疾病,例如颈椎病、关节炎[7]。

2 香豆素类成分

目前,从当归属植物中分离鉴定出多种化学成分,其中包括香豆素、苯酞、黄酮、有机酸、挥发油、无机盐以及其他化学成分。研究发现,香豆素类成分作为当归属植物的主要活性成分之一,具有重要的生物学特性,以及较高的研究价值。目前,已有多种香豆素类成分从当归属植物中被分离鉴定出,包括简单香豆素类、呋喃香豆素类、吡喃香豆素类、双香豆素类,其中,药理活性显著的香豆素类成分以及近期新发现的化合物如表1所示,其化学结构如图1所示。

图1 当归属植物中香豆素类成分化学结构

表1 当归属植物中香豆素类化合物

2.1 简单香豆素类 简单香豆素为只有苯环上有取代基的香豆素,取代基一般为甲基、羟基、和糖基等。迄今为止,从当归属植物中分离并鉴定出的简单香豆素,主要发现于独活和朝鲜当归等植物。Baba等[21]通过X射线分析技术,从独活的根部位分离出7种新型的简单香豆素,包括当归醇(B～H),此外,还从该植物中鉴定出当归醇(I～L)。Kang等[11]从当归的根部位还分离鉴定出10种简单香豆素,包括洋芫荽茵芋苷、异洋芫荽茵芋苷、茵芋苷、伞形花内酯等。

2.2 呋喃香豆素类 据报道,呋喃香豆素类成分在医疗、化妆品和食品领域广泛的使用。其中对于呋喃香豆素的生物活性研究尤为关注,研究发现其具有括抗肿瘤、光化学作用、血管舒张、镇痛、抗氧化和神经保护等作用[22]。当归属植物富含呋喃香豆素类成分,其中常见的化学成分包括异欧前胡素、异茴芹素、花椒毒素、欧前胡素等。Lee等[23]在一项补骨脂素的抗肿瘤活性的研究中发现,它以剂量依赖的方式抑制骨肉瘤细胞生长,并通过内质网应激诱导细胞凋亡。据报道,Shu等[14]从白芷根中分离出16种呋喃香豆素,其中Angelicoside A是首次从该植物中分离和鉴定的,并显示出良好的DPPH自由基清除活性,具有抗氧化作用。

2.3 吡喃香豆素类 吡喃香豆素主要发现于当归与白芷植物中。Matsuda等[24]从AngelicafurcijugaKitagawa中根上部位鉴定出4种新型的香豆素,命名为Hyuganin A～D。Ali等[25]从紫花前胡的整株植物提取物检测到14种香豆素,10种为吡喃香豆素,这10种香豆素都对血管紧张素转换酶具有明显的抑制活性。据报道,Niranjan等[19]还在当归中发现2种新的香豆素糖苷,并命名为3′-(R)-O-β-D-吡喃葡萄糖基-3′,4′-二羟基黄嘌呤,3′-(S)-O-β-D-吡喃葡萄糖基-3′,4′-二羟基黄嘌呤。

2.4 双香豆素类 在当归属植物中,关于双香豆素类成分的报道比较少,目前已分离并鉴定出来的双香豆素成分有10多种。Wang等[26]从白芷的根部位检测出7种双香豆素,包括:Dahuribirins A～G,并在紫外光下具有线性型呋喃香豆素光谱特征。此外,还有两种新的香豆素从乌鲁木齐白芷植物的地上部分提取出来,1种为双香豆素素,并命名为pyranocoumarin dimmer,并对该化合物的抗氧化活性研究发现,其表现出中等抗氧化活性(IC50=170 μg·mL-1)[27]。

3 药理活性

3.1 抗炎镇痛 研究发现,香豆素类成分的抗炎活性主要通过调节炎症相关信号通路(NF-κB/ERK/MAPK/ STAT)对炎症介质[一氧化氮(NO)、前列腺素E2(PGE2)、肿瘤坏死因子α(TNF-α)、诱导型一氧化氮合酶(iNOS)]和炎症因子(IL-1b、IL-6、IL-8)的表达与分泌产生抑制作用实现。据报道,在慢性关节炎模型中,伞形花内酯通过降低炎症介质和炎症因子的分泌改善弗氏完全佐剂诱导的关节炎[28]。另一份研究表明,伞形花内酯减轻特应性皮炎的组织病理学症状,并调节多种信号通路抑制HaCaT细胞中促炎细胞因子和趋化因子的分泌[29]。另一份研究表明,紫花前胡醇当归酸酯抑制MAP激酶的激活和NF-κB的转位抑制促炎细胞因子的表达与分泌,可能有助于治疗各种炎症诱导的癌症[30]。此外,在脂多糖诱导的巨噬细胞炎症反应模型中,Rim等[31]发现紫花前胡苷通过下调iNOS、COX-2一氧化氮(NO)、前列腺素 E2(PGE2) 水平,抑制肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白细胞介素(IL)-6 和 IL-1β生成,并抑制NF-κB信号通路的激活发挥抗炎活性。

3.2 抗肿瘤 当归属植物具有多种抗肿瘤的药物,如:当归、白芷、独活等,香豆素类成分在抗肿瘤方面的研究也具有诸多报道,其中包括:膀胱癌、肺癌、乳腺癌、结肠癌、黑色素瘤等。在抗肿瘤活性研究中,我们发现香豆素类成分主要通过影响细胞周期、诱导细胞凋亡、抑制相关信号通路的表达发挥治疗作用。据报道,欧前胡素以剂量依赖的方式诱导细胞的凋亡,抑制HT-29结肠癌细胞生长(IC50=78 μmol·L-1)、并诱导细胞周期阻滞,表现出对HT-29结肠癌细胞显著的抗增殖活性,此外,通过下调mTOR/p70S6K/4E-BP1和MAPK途径靶向HIF-1α抑制人结肠癌细胞的增殖[32]。另一份研究表明,欧前胡素还通过受体和线粒体介导的途径诱导HepG2细胞凋亡,并在50、100 mg·kg-1剂量下肿瘤生长抑制率分别为31.93%和63.18%[33]。另一份研究表明,紫花前胡素是朝鲜当归植物发挥抗癌作用的主要成分,其在体外和体内靶向Myc抑制淋巴损伤,促进B细胞淋巴瘤细胞死亡[34]。蛇床子素通过影响A549细胞周期蛋白表达和抑制PI3K/Akt信号通路诱导肺癌A549细胞G2/M期阻滞和凋亡发挥抗肺癌活性[35]。

3.3 心血管疾病 心血管疾病已成为全球性的公共卫生事件,由心血管疾病引起的死亡占全球死亡人数的三分之一。目前,多种香豆素类成分被发现具有心血管保护作用。例如:研究发现,伞形花内酯通过清除自由基、降血脂、抗心肌肥厚、调节心脏标志酶发挥异丙肾上腺素诱导大鼠心肌梗死的保护作用。另一份研究表明,香柑内酯通过减少心肌梗死面积、抑制心脏生物标志物、清除自由基、改善酶的合成、抑制炎症反应等方式对大鼠心肌梗死中的心脏保护作用[36]。据报道,紫花前胡素和紫花前胡醇在体内和体外对VEGF诱导的血管形成有抑制作用,其作用机理可能与抑制HUVECs中ERK和JNK的磷酸化有关[37]。

3.4 神经系统的影响 据报道,欧前胡素通过降低促炎细胞因子(TNF-α和IL-6)水平、减轻氧化应激反应和提高脑源性神经因子水平对LPS介导的认知障碍和神经炎症的潜在神经保护作用[38]。此外,欧前胡素能抑制小鼠的焦虑,改善不同阶段的记忆获取。研究发现,蛇床子素和欧前胡素以剂量依赖性的方式能促进神经末梢谷氨酸的释放,作用机制与N-和P/q型Ca2+通道增加Ca2+内流有关[39],进一步就发现,作用机制还可能与神经末梢突触囊泡活动有关[40]。此外,紫花前胡苷通过Akt-GSK-3b 信号通路促进成人海马神经发生,并增强学习和记忆能力[41]。

3.5 抗菌和抗病毒 研究发现,当归属植物香豆素类成分具有广泛的抑菌活性和抗病毒作用。据报道,异欧前胡素具有抗耐甲氧西林金黄色葡萄球菌活性,其最低抑制浓度为16 μg·mL-1[42]。进一步研究表明,欧前胡素成分对金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌具有抗菌活性,其中细菌生长抑制区分别为(13±0.1)mm和(14±0.1)mm,与阳性对照药环丙沙星效果相当[生长抑制区为(15±0.3)mm][43]。据报道,五加苷B1成分对体外人流感病毒的抑制作用范围较广(IC50=64～125 mg·mL-1),但抗禽流感病毒无明显活性。在给药后6 h内能使病毒产量降低60%。此外,不同的给药剂量也会产生不同的效果,在50 mg·mL-1的给药剂量下能抑制NP mRNA表达,而200 mg·mL-1的给药剂量除了抑制NP mRNA表达外,还对流感病毒核糖核蛋白表达产生抑制作用[44]。

3.6 抗过敏 过敏性疾病又称为变态反应性疾病,常见的过敏性疾病包括:过敏性皮炎、过敏性鼻炎和过敏性哮喘等。研究发现,香豆素类成分可以通过多种方式发挥治疗作用,例如:细胞、信号通路、炎症因子等。据报道,白芷植物中提取的13种香豆素类成分通过减少组胺的释放,抑制TNF-α、IL-1β和IL-4的分泌和抑制NF-κB的活化发挥抗过敏性炎症反应作用[45]。欧前胡素通过抑制MRGPRX2和CamKII/ERK信号通路调节肥大细胞中炎症因子的合成,抑制肺组织中肥大细胞的活化,从而改善肥大细胞介导的过敏性气道炎症[46]。此外,AngelicatenuissimaNakai植物中根部位的香豆素成分能够在10 μm剂量下有效抑制IL-6的表达,并对人肥大细胞释放组胺的抑制率超过30%。此外,紫花前胡苷给药剂量为20 mg·kg-1时,可抑制组胺释放,并保护小鼠免受化合物48/80诱导的过敏性死亡[47]。

3.7 其他生物活性 当归属植物中香豆素类成分除了上述生物活性以外,还具有其他生物活性,例如:抗氧化作用、肝保护作用、光化学作用和促进骨细胞增生作用等。

研究发现,伞形花内酯通过降低炎症因子的表达水平、降低脂质过氧化物和线粒体过氧化氢水平发挥抗炎和抗氧化作用,从而保护酒精诱导的肝损伤[48]。研究发现,当归素和补骨脂素可以改善性激素缺乏诱导的骨质疏松症[49]。此外,补骨脂素作为天然的光毒性化合物,吸收光子后会产生光化学反应,与紫外线A辐射组成PUVA光疗法用于银屑病的治疗[50]。

4 毒理学

据报道,香豆素类成分也会存在一定的隐患,例如造成肝损伤。研究发现,当归素和补骨脂素以剂量和时间依赖性的方式通过激活AhR易位并诱导CYP1A2转录表达增加引起HepG2细胞的细胞毒性和肝毒性[51]。此外,在光表皮试验中,研究发现,香柑内酯和茴芹内酯都具有光毒性作用,其中香柑内酯光毒性作用最强,而茴芹内酯光毒性作用显著,前者的光毒性是后者的两倍以上。据报道,花椒毒素以剂量依赖的方式抑制成虫的生殖,且影响秀丽隐杆线幼虫的生长发育[52]。因此,既要注重成分的药效,也要关注它的毒理学研究,这才能更好促进香豆素类成分的开发与利用。

5 讨论

当归属药用植物在多种处方中以臣药为主,该属药用植物在传统用药中,祛风湿和止痛功效表现出显著的药用价值。而现代研究中,以香豆素类成分和挥发类成分研究为主。其中,香豆素类成分在抗炎镇痛、抗肿瘤等方面具有很高的利用价值。研究发现,香豆素类成分的药理活性集中在简单香豆素和呋喃香豆素中,并多以呋喃香豆素类成分为主,而药理活性主要集中在:抗炎镇痛、抗肿瘤、对心血管疾病、对神经系统的影响、抗菌和抗病毒、抗过敏等方面。由于中药的作用机制具有多组分、多靶点的特点。目前,当归属植物的香豆素类成分以单一或者总提取物研究为主,而缺乏多种活性成分协同作用机制的系统性研究,这与当归属药用植物的临床应用和药物开发具有重要关联。

此外,本综述还讨论了当归属植物中香豆素类成分的安全性问题。其中,发现主要涉及肝毒性以及皮肤毒性。为了提高用药安全,建议未来的研究可以对毒性机制和有效的解毒策略进行详细的探讨。