刺五加叶化学成分及药理作用研究进展

李强,张若冰,杨玉赫,田冰,李文兰 ,李陈雪

(1.哈尔滨商业大学,黑龙江 哈尔滨 150076;2.黑龙江中医药大学,黑龙江 哈尔滨 150040)

刺五加为五加科植物刺五加[Acanthopanaxsenticosus(Rupr.Et Maxim)Harms]的干燥根茎。早在1985年就被列入《中国药典》,有益气健脾和补肾安神的作用[1]。传统的刺五加用药部位是根茎,造成了其药材资源的严重枯竭。叶子作为重要组成部分,同样含有大量的活性成分,且素来就有被食用的习惯,故此对刺五加植株的化学成分及其活性的研究亦越来越深入。目前,已有大量研究证实,刺五加的根茎、叶、果实均有一定药用价值,并已衍生出刺五加茶叶等功能性产品和保健食品。由此可见,将刺五加全株中可再生的刺五加叶积极进行医药研究、开发及利用具有重要价值。

1 化学成分

1.1 皂苷类化合物刺五加叶的主要活性成分之一为皂苷类化合物。其中三萜皂苷又以齐墩果酸型和裂环羽扇豆烷型苷元为主,分别在苷元的C-3和C-28位置上连接葡萄糖、鼠李糖、木糖、半乳糖、阿拉伯糖等构成不同的三萜皂苷化合物。Ge等[2]总结了刺五加叶中主要的苷元类型,从刺五加叶水提取物中追踪到了106种三萜皂苷,其中49种被初步鉴定为潜在的新三萜皂苷。Xia等[3]则通过UPLC-ESI-QTOF全面鉴定刺五加叶中三萜皂甙的结构特征,初步鉴定了14种皂苷元和89种三萜皂苷,其中有33种被认为是潜在的新化合物。代吉瑞等[4]通过研究指出,刺五加叶中皂苷类化合物的含量整体呈平稳趋势,而在初秋时含量可达最高,且以甘草酸及齐墩果酸为主。汪戎锦[5]对刺五加叶中含有的总皂苷成分进行总结,指出其含有hederasaponin-B、eleutheroside-K、saponin-1等三萜皂苷、刺五加苷A、B、C、E、I、K、L、M等齐墩果烷型皂苷以及3,4-开环-羽扇豆烷型三萜皂苷。

1.2 黄酮类化合物刺五加叶从芽的发育到嫩叶期为止,黄酮类化合物的含量最高[4]。代吉瑞等[6]通过紫外分光光度法以及UPLC-Q/TOF-MS技术对刺五加叶黄酮类化合物进行鉴定分析,指出刺五加叶总黄酮含量分别在5月初、8月中旬、9月末较高,可鉴定分离出的化学成分主要包括金丝桃苷、槲皮素、芒果苷、芦丁、槲皮苷、miquelianin、异鼠李素-3-O-刺槐-二糖苷以及山柰酚-3-O-刺槐-二糖苷等。李仁杰[7]指出刺五加叶中还含有异鼠李素-3-O-β-D-半乳糖苷、异鼠李素-3-O-β-D-鼠李糖基-(1→6)-[α-L-鼠李糖基-(1→2)]-β-D-半乳糖苷、山柰酚-3-O-α-L-鼠李糖基-(1→2)-β-D-葡萄糖苷、槲皮素-3-O-α-L-阿拉伯糖基-(1→2)-β-D-半乳糖苷等物质。此外有研究显示,金丝桃苷在刺五加的其他部位含量甚微或不含有,而仅在刺五加叶中含量丰富[8]。

1.3 氨基酸、酚酸及有机酸类化合物李俊萍等[1]通过HPLC对刺五加叶中成分进行测定,其中包括氨基酸、酚酸及有机酸类化合物L-苯丙氨酸、原儿茶酸、绿原酸、咖啡酸等,并指出刺五加叶在6月下旬至7月上旬最适宜采收。代吉瑞等[4]对不同采收时期刺五加叶氨基酸类及有机酸类化合物进行鉴定,确定其含有异亮氨酸及8-(5-hecyl-2-furyl)octanoic acid的化学成分。魏文峰等[9]通过UPLC-Q-TOF-MS技术鉴定出5-O-咖啡酰莽草酸、5-阿魏酰奎宁酸、阿魏酸等化合物。还有研究者鉴定出茶酸甲酯、对羟基苯甲酸、丁香酸、松柏苷等成分[10]。刘伟玲等[11]在刺五加叶中检测到16种氨基酸,其中人体必需氨基酸有7种之多,又以谷氨酸和天门冬氨酸含量较高。

1.4 其他化合物刺五加叶中除上述有效化学成分外,还含有刺五加酚和刺五加酮等木脂素类物质,以及主要由阿拉伯糖、半乳糖、果糖、鼠李糖、木糖等单糖组成的多糖物质[12]。而刘伟玲[11]等还进一步总结指出刺五加叶中含有Ca、Mg、P、Al、Fe、Mn、Sr等10多种微量元素,以Ca的含量最高。此外还含有异嗪皮啶、东莨菪内酯、7-羟基香豆素[13]等香豆素类化合物,具体如图1和表1所示。

表1 刺五加叶中化学成分

图1 刺五加叶化学成分

2 刺五加叶的药理作用及机制

2.1 调节神经系统临床上能起到调节神经系统的化学药物,通常伴随较强的副作用,因此,开发天然药物调节神经系统功能的研究日益增多。Liu等[23]经过体内生物测试证实,刺五加叶能显著降低戊巴比妥诱导的睡眠小鼠的运动活性、增加入睡率、缩短睡眠潜伏期和延迟觉醒;改善氯苯氧乙酸(pCPA)所致小鼠失眠,对pCPA有明显的拮抗作用,而且与5-羟基色氨酸(5-HTP)有协同催眠作用,增加小鼠海马中5-羟色氨(5-HT)含量,从而促进小鼠睡眠;还能显著增加给予氟马西尼的小鼠海马体γ-氨基丁酸(GABA)的含量,抑制催眠作用,且以剂量依赖性方式缩短睡眠潜伏期并延长睡眠时间。李仁杰[7]研究表明,小鼠给药羽扇豆烷型三萜皂苷后,能与 5-HTP发挥协同作用,增加小鼠脑内海马组织中 5-HT的浓度,提高小鼠脑内海马区 GABA水平,缩短小鼠睡眠潜伏期和睡眠持续时间,达到镇静催眠作用。曲绍春等[24]观察刺五加叶皂苷(ASS)对大脑中动脉闭塞引起的大鼠实验性血管性痴呆的影响,发现给药后的大鼠逃避潜伏期、游泳路径、脑组织乙酰胆碱酯酶(AchE)活性、脑梗死病灶均显著降低,而游泳时间和路径与总时间和路径之比、乙酰胆碱转移酶(ChAT)活性均显著提升,说明ASS能增强血管性痴呆大鼠的学习、记忆能力,改善脑组织病理变化,从而对实验大鼠神经具有较好的保护作用。王倩倩等[25]研究发现,刺五加叶提取物中主要成分能够对脑缺血大鼠脑内多巴胺及5-HT水平进行正向调节,在一定程度上起到对脑缺血大鼠的保护作用。汪戎锦[5]研究结果表明,刺五加叶能正向调节缺血性脑卒中导致的谷氨酸(Glu)、天冬氨酸(Asp)等兴奋性氨基酸的过度释放、去甲肾上腺素(NE)、肾上腺素(E)、以及牛磺酸、GABA、5-HT、多巴胺(DA)含量的增加、抑制神经递质甘氨酸(Gly)以及神经炎症调节剂乙酰胆碱(Ach)含量的降低。Wang等[26]研究结果显示,刺五加叶有效化学成分能够有效通过血脑屏障,降低慢性缺血性中风大鼠的脑指数和含水量,调节血浆和海马神经活性物质的紊乱,从多个方面缓解缺血性脑卒中。综上,刺五加叶对调节神经的效果明显且副作用小,可以作为潜在的疗效好的天然抗失眠、保护神经及脑组织的药物,其作用机制见图2。

图2 刺五加叶调节神经系统作用机制

2.2 保护心血管系统刺五加叶具有抗心肌缺血、抗心律失常、抗动脉硬化等活性,具有良好的开发成为保护心功能药物胶囊及注剂的前景。李洋[27]在实验中发现,ASS能改善心肌梗死后左心室收缩和舒张功能,防止急性心肌梗死后左心室扩张和肥厚,减小室壁切应力,降低重构心肌血管紧张素Ⅱ(AngⅡ)含量及血管紧张素转换酶(ACE)活性,亦能明显降低血清过氧化脂质(LPO)含量及ACE活性,提高超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)活性,这对于预防或逆转心室重构具有重要意义。同时ASS可抑制血管平滑肌细胞(VSMC)的增殖,抑制作用与药物剂量呈正比,可能与下调原癌基因的表达和细胞周期阻滞有关。以上结果表明ASS可能通过抑制心脏肾素-血管紧张素系统(RAS)系统,阻断AngⅡ及儿茶酚胺(CA)的促生长增殖作用,同时抑制心肌细胞肥大和心肌立早基因的表达,达到防治心室重构的作用。

睢大员等[28-29]研究发现,ASS对大鼠心肌缺血再灌注引起的心律失常具有明显保护作用,能防止缺血再灌注室性心律失常的发生,缩短心律失常的维持时间,可明显缩小心肌梗死范围(MIS)、降低血清磷酸肌酸激酶(CK)、乳酸脱氢酶(LDH)活性及LPO含量、降低丙二醛(MDA)及Ca2+浓度、降低ST段抬高的程度、增加再灌注心肌组织中SOD及GSH-Px活性,同时,纠正心肌缺血时非梗死区游离脂肪酸(FFA)代谢紊乱,减少内源性血管活性物质血浆内皮素(ET)及AngⅡ释放,纠正PGI2/TXA2失衡。宋海玖等[30]实验研究中,给予ASS的心肌缺血-再灌注损伤大鼠的血清肌钙蛋白T(cTnT)、心肌梗死面积及细胞凋亡指数降低,其机制与细胞外调节蛋白激酶(ERK1/2)途径激活有关。综上,刺五加叶为心脏疾病的预防和治疗提供了新的思路,但长期给药能否发挥远期保护心肌作用,有待进一步研究。刺五加叶保护心血管系统的作用机制如图3所示。

图3 刺五加叶保护心血管系统作用机制

2.3 抗炎刺五加常被用作治疗类风湿关节炎、肝炎和糖尿病的传统药物,其根茎叶均有抗炎作用。LUO等[31]研究结果表明,刺五加叶在脂多糖(LPS)诱导的小鼠腹腔巨噬细胞细胞(RAW264.7)中具有抗炎活性。可以降低LPS诱导的RAW 264.7巨噬细胞中早期促炎细胞因子肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白介素-1β(IL-1β)的水平、晚期促炎细胞素高迁移率族蛋白 B1(HMGB1)的分泌以及核因子κB(NF-κB)的激活,起到抑制炎症性疾病的作用。Zhang等[32]的研究结果表明,刺五加叶中的三萜物质可显著降低半乳糖胺(GalN)/LPS诱导的暴发性肝炎小鼠血清中TNF-α、IL-1β、HMGB1、谷丙转氨酶(ALT)和谷草转氨酶(AST)水平,显著抑制HMGB1的释放,改善组织学特征,并呈剂量依赖性。Kang等[33]研究发现,刺五加叶中活性成分通过抑制丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)-NF-κB信号通路起到抗炎的作用。给药后小鼠巨噬细胞中一氧化氮含量、IL-6、TNF-α和前列腺素E2(PGE2)等促炎细胞因子的水平下降,诱导型一氧化氮合酶(iNOS)和环氧化物酶2(COX-2)的蛋白和mRNA表达以及细胞外信号调节激酶和c-jun N-末端激酶的磷酸化被抑制,且在对抗炎症时未表现出细胞毒性。综上,刺五加叶通过抑制炎症反应的启动和抑制促炎介质起到抗炎的作用(见图4),成分相对安全有效,但目前国内外对其抗炎机制的研究较少,还需进一步评估刺五加叶对其他组织的细胞毒性。

图4 刺五加叶抗炎作用机制

2.4 抗氧化机体自由基过多就会造成各种机体组织的损伤,加速机体衰老,抗氧化剂可以清除体内自由基,但市面上多数抗氧化剂是人工合成的,具有一定的毒副作用,因此,无毒副作用的天然抗氧化剂开发成为热点。研究表明[34]刺五加叶对超氧阴离子自由基也具有很好的清除能力。孙永杰等[35-36]发现刺五加叶总黄酮粗提物对NO2-离子、DPPH、羟基自由基有良好的清除作用,且伴随一定的量效关系。王俊标等[37]对不同浓度刺五加叶提取液进行抗氧化活性探究,结果显示刺五加叶具有一定的清除1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)、2,2′-联氮双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二铵盐(ABTS)自由基的能力,同时还具有较强的还原能力,且随着提取液浓度增加抗氧化能力增强。翟玉荣等[38]给予ASS可显著降低阿霉素引起大鼠心肌中毒时机体自由基的堆积和抗氧化酶活性的降低。通过降低血清及心肌LPO含量,提高SOD和GSH-Px活性,纠正体内自由基的代谢紊乱,增强抗氧化酶活性,对阿霉素诱导的心肌损伤产生保护作用。梁启明等[39]给药后心肌细胞MDA含量减少,脂质过氧化反应被抑制,心肌细胞抗氧化能力增强,细胞内抗氧酶GSH-Px、SOD、CAT活性明显升高,显示ASS能增加细胞抗氧化防御能力。综上,刺五加叶可作为天然抗氧化剂,应用于药用及食品保鲜领域中,其抗氧化机制如图5。

图5 刺五加叶抗氧化作用机制

2.5 降糖降脂长期的高血糖高血脂可能会导致眼、肾、血管、神经等各种组织的慢性损害,并引发糖尿病、动脉粥样硬化等各种疾病。翟春梅等[40]研究表明,刺五加叶有效化学成分具有降低2型糖尿病模型大鼠的空腹血糖、血脂的功能。刺五加叶纯化物能有效保护胰岛B细胞,并促进胰岛素分泌,进而起到改善血糖浓度和胰岛素抵抗的作用。Nishida等[41]研究了刺五加叶对高脂饮食喂养的小鼠的脂质代谢的影响,结果显示刺五加叶通过增加线粒体脂肪酸β-氧化,增强ALT活性,来缓解高脂饮食的小鼠血浆中甘油三酸酯(TG)水平的升高。睢大员等[42]实验说明刺五加叶皂苷能调控实验性高脂血症大鼠的脂质代谢,通过增加高脂血症大鼠外周组织细胞中的胆固醇向肝脏转运过程,以减少胆固醇在外周组织细胞中的聚集和对血管内皮细胞的广泛性损害。刺五加叶皂苷可有效调控大鼠模型TG、总胆固醇(TC)、低密度脂蛋白胆固醇(LDL-c)、血栓烷A2(TXA2)、LPO及全血黏度,增强高密度脂蛋白胆固醇(HDL-c)、前列环素(PGI2)及SOD活性,降低TC/HDL-c及LDL-c/HDL-c比值,提高PGI2/TXA2比值,并减轻肝脏脂肪沉积。刺五加叶表现出良好的降血糖、改善异常脂质代谢的效果,且能有效改善并发症,值得进一步研究用于预防或治疗高糖高脂引起的疾病。作用机制如图6所示。

图6 刺五加叶降糖降脂作用机制

3 结语

刺五加作为中国传统药材,有益气健脾、补肾安神的功效,甚至有研究学者对人参及其近缘植物刺五加进行了研究,证明了有相似的药理作用和临床疗效。考虑到资源的可持续性发展,已经有越来越多的学者将目光转移到刺五加叶上,并已将其开发成不同的产品和保健食品。尤其是通过微生物发酵的刺五加叶[43],能修饰其中的活性成分,节约药源,提高药效,从而展现出更强的疾病预防与保健作用。

虽然可以确定刺五加叶具有丰富的化学成分和药理作用,但具体用量及作用机制尚不全面。刺五加喜湿耐寒的特性使其集中生长在我国东北部较寒冷的山林地区,极大地影响了产量,增加了采收难度,所以培育以及关键控制基因还需进一步研究,以期提高刺五加产量、活性物质含量以及缩短采收周期等。同时,刺五加叶中各物质的含量与其根茎定然有所差异,目前尚缺乏明确的对比研究,应以传统刺五加用药部位为参考,建立刺五加叶的质量标准,从而真正意义上的做到用药替代,这对于保护面临枯竭的刺五加药用资源有着极高价值意义。