土牛膝的传统应用及化学成分和药理活性研究进展

毕武,孙辉,丁野,李文莉

(湖南省药品检验检测研究院,湖南省药品质量评价工程技术研究中心,湖南 长沙 410001)

土牛膝(又名柳叶牛膝,AchyranthesasperaLinnacus)为苋科(Amaranthaceae)牛膝属(Achyranthes)多年生草本植物,为我国民族药土牛膝的基原之一。《Flora of China》(《中国植物志》英文修订版)记载土牛膝有3个变种:银毛土牛膝(A.asperavar.argentea)、钝叶土牛膝(A.asperavar.indica)、禾叶土牛膝(A.asperavar.rubrofusca)。土牛膝资源分布较为广泛,国内外均有分布。国内主要分布在福建、广东、广西等十余个省份;国外主要分布在南亚的印度、斯里兰卡、不丹、尼泊尔,东南亚的印度尼西亚、马来西亚、老挝、柬埔寨、缅甸、菲律宾、泰国、越南等国,以及亚洲西南部、非洲、欧洲等地区[1]。

由于土牛膝的分布广泛,因此国内外很多地区均有土牛膝的传统用药记载。来自传统应用的线索为土牛膝的现代研究提供了很好的基础,近年来有关揭示土牛膝的化学成分及现代药理活性等方面的研究取得了很大进展,本文拟对土牛膝的传统应用情况和近年的化学成分及药理活性研究进展进行总结,以期为该植物的进一步深入研究和开发利用提供参考。

1 国内外传统应用情况

在我国,土牛膝主要为西南苗族、壮族、瑶族、白族、傣族等多个少数民族的常用药材,常以根及根状茎入药[2]。土牛膝的苗药名为“酒嗓咯咯额牛”,主要用于清热解毒、活血祛瘀、利尿通淋[3]。瑶药“老班药”(瑶族的经典药)、“五虎九牛十八钻七十二风”中的牛膝风,即为土牛膝,可治疗肾炎水肿、下肢关节肿痛、石淋。瑶医认为,牛膝风穿经走脉,导滞开结,散瘀消肿,活血通经[4]。壮族歌谣中“八角王根土牛膝,拿来一起要切细,醋炒以后煎茶饮,跌打损伤就得治”记载了土牛膝也为壮药的常用药[2]。在白族用药中,土牛膝为奇效三味药之一,名为“尺光子”[5]。在傣药中,土牛膝被称为“怀哦囡”“怀哦龙”[6];此外,土牛膝在中成药东梅止咳颗粒、喉咽清口服液、喉咽清颗粒、复方无花果含片、金乌骨通胶囊中使用。

在国外,土牛膝的传统药用记载也比较丰富,根、全草及种子均可药用,已有上千年的使用历史。在印度,土牛膝被称为Prickly Chaff Flower,一些部落将根磨成粉服用用于治疗癫痫,由它的根做成的糊与酪乳一起服用可作为避孕药。新鲜的根煎汁置入阴道可终止妊娠。根做成的膏用于外阴也可引起产前阵痛[7]。全草煎汁服用具有利尿作用,有助于治疗肾性水肿,大剂量使用时则可用作催产剂。它的种子与牛奶一起制作成甜点食用用于脑部疾病的治疗[8-9]。有的部落用它的茎治疗黄疸[10]。土牛膝的汁液用于治疗眼炎和痢疾。用水研磨花絮制得的薄膏用于外阴可诱导流产。此外土牛膝还用于治疗多种疾病,如妇科疾病、哮喘,牙痛、痔疮、腹部肿瘤和各种创伤、蚊虫毒蛇咬伤等[8-9]。巴基斯坦人和斯里兰卡人用土牛膝的叶子治疗皮肤病,肾脏和心脏疾病、水肿及糖尿病等[8]。在孟加拉国,土牛膝的根用于治疗腹部肿瘤和皮肤创伤。在菲律宾,土牛膝被用于治疗牙痛。此外,马赛人也使用土牛膝来缓解疟疾症状[8]。在尼泊尔,土牛膝与地桃花(UrenalobataL.)混在一起捣碎后提取的汁液用于治疗扁桃体炎、腹泻和痢疾[11]。

2 主要化学成分

到目前为止,国内外关于土牛膝化学成分初步探索的报道较多,但关于物质基础研究的报道相对较少,目前共分离得到各类成分70余个,主要为三萜及其皂苷类,甾酮类,有机酸类、生物碱类、黄酮类等类型(具体成分如表1所示)。土牛膝的这些化学成分主要从根及根茎、叶、种子、嫩芽、地上部分等部位分离得到。气相色谱分析表明,土牛膝叶子中还含有较为丰富的挥发油[31]。

表1 土牛膝中分离得到的化学成分

3 药理活性

现代药理研究表明,土牛膝具有抗氧化,抗肿瘤,抗菌、抗病毒和抗感染,抗惊厥、抗焦虑和抗抑郁和神经保护,肝脏和胃肠保护作用,免疫调节作用,抗生育活性,降血糖和降血脂,促进伤口愈合等多种药理活性。

3.1 抗氧化活性人体自由基产生过多会导致氧化应激的发生,氧化应激可造成多种疾病,抗氧化剂可清除人体自由基,因此具有抗氧化活性的物质可帮助人体维持正常生理机能,预防疾病的发生。多项研究结果表明,土牛膝是一种具有良好抗氧化活性的植物。Sinan等[32]研究发现,土牛膝地上部分热水和甲醇浸提取物均具有较好的抗氧化活性,实验结果表明,1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)和2,2′-联氮双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二铵盐(ABTS)自由基清除活性分别为(24.45±1.36)mg TE/g～(70.75±1.22)mg TE/g,(32.20±0.71)mg TE/g～(84.48±3.24)mg TE/g;热水浸提物的铜离子还原能力(CUPRAC)和铁还原氧化能力(FRAP)还原能力分别为(122.42±0.52)和(62.59±0.20)mg TE/g,约为甲醇浸提物的两倍。Priyamvada等[33]通过DPPH自由基清除活性测定了土牛膝叶的抗氧化能力,结果发现甲醇和石油醚提取物在250 μg·mL-1时的抑制活性分别为68%±0.44%和63.06%±0.56%,与阳性对照维生素C的抑制活性77%±0.45%相当。Sivasankari等[34]报道,土牛膝叶乙醇提取物的抗氧化活性(IC50为7.49 μg·mL-1)强于阳性对照维生素C(IC50为11.73 μg·mL-1)。Kumar等[35]比较了土牛膝不同部位(叶、茎和根)的抗氧化能力,结果表明,叶、茎和根的提取物均表现出良好的抗氧化能力,其中叶的乙醇提取物活性最好。

3.2 抗肿瘤活性土牛膝对多种肿瘤均有抑制作用,表现出潜在的抗肿瘤活性。Singh等[36]通过体内外实验研究发现,土牛膝叶的甲醇提取物可通过抑制PKCα信号通路促使线粒体凋亡,从而发挥抗道尔顿淋巴瘤(Dalton′s Lymphoma)的作用。土牛膝根的70%乙醇提取物(100 μg·mL-1)对肝癌细胞Hep-2和结肠癌细胞HT-29均具有较好的抑制活性,抑制率分别为81%和79.5%[37]。Subbarayan等[38]研究发现土牛膝叶提取物对胰腺癌细胞具有较好的抑制作用,并进一步通过动物实验进行了证实。Meles等[39]则证明土牛膝的生物碱部位可增加乳腺癌细胞中自然杀伤细胞(natural killer cell,NK)的量。Aafrin等[40]的实验结果表明,土牛膝全草的水和乙醇提取物对艾氏腹水瘤细胞具有较好的细胞毒活性。Omidiani等[41]通过比较土牛膝根、茎、叶不同极性溶剂提取物对HeLa细胞的细胞毒活性,发现根的丙酮提取物细胞毒活性最强。

3.3 抗菌、抗病毒和抗感染活性近年来,关于土牛膝对细菌、病毒、真菌等微生物具有良好抑制作用的研究相继被报道。Mishra[42]研究发现土牛膝全草提取物中生物碱类成分对革兰阳性菌Bacillussubtillis、Staphylococcusaureus和革兰阴性菌Escherichiacoli、Pseudomonasaeruginosa均具有较好的抑制活性,其中对Bacillussubtillis的抑制活性最强,且对革兰阳性菌的抑制活性强于革兰阴性菌。Mishra等[43]研究了土牛膝叶的不同溶剂提取物对3种革兰阳性菌和6种革兰阴性菌的抑菌活性,结果发现高浓度的甲醇提取物(10 mg·mL-1)对两种阴性菌和一种阳性菌具有很好的抑制作用,而石油醚提取物仅具有中等程度的抑菌活性。Elumalai等[44]比较了土牛膝叶的水、甲醇和乙醇提取物对临床上11种重要真菌的抑菌活性,结果表明,甲醇和乙醇提取物对部分真菌具有较好的抑制活性,具有进一步的开发潜力。Baraik等[45]研究发现新鲜土牛膝的甲醇提取物对真菌Fusariumoxysporum、Alternariasolani、Atheliarolfsii和Rhizoctoniasolani具有很好的抑制作用。Beg等[46]的研究揭示了土牛膝具有潜在的抗结核活性。Manickan等[47]的研究结果初步表明土牛膝叶的甲醇提取物表现出抗乙肝病毒的活性。在印度,它还被报道具有抗疱疹病毒的活性[48]。Aparna等[49]研究发现土牛膝甲醇提取物具有较好的抗HIV病毒活性。Dutta等[50]通过分子对接研究发现土牛膝中多个化合物对新冠病毒SARS-CoV-2具有潜在的抑制作用。由于土牛膝对不同类型微生物均有较好的抑制活性,因此土牛膝也可能具有较好的抗感染活性。不同的研究人员通过体内外实验研究均证实了土牛膝提取物的抗感染作用[51-53]。

3.4 降血糖和降血脂活性糖尿病和高脂血病是危害现代社会的主要慢性疾病,多项研究结果表明,土牛膝对二者均有一定的防治作用。Deshpande等[54]研究发现土牛膝乙酸乙酯提取物可通过抑制细胞色素 P4502E1(CYP2E1)酶的活性而有效抑制糖尿病大鼠大脑中活性氧的产生,从而减轻病情。Lakshmi等[55]通过体内外实验证实土牛膝根乙醇提取物氯仿萃取部位具有较好的降糖活性。Kumaran[56]则通过链脲佐菌素诱导的糖尿病大鼠模型考察了土牛膝种子的含水醇提物的降糖作用,结果表明,土牛膝处理组大鼠血糖,血红蛋白和胰岛素水平显著降低,同时总胆固醇,血清甘油三酯水平,低密度脂蛋白和极低密度脂蛋白均显著降低,而高密度脂蛋白水平则显著升高。Sarvesh等[57]利用胆固醇诱导的高脂血症大鼠模型也证明了土牛膝叶提取物的抗高血脂活性。Sharma等[58]通过高脂饮食诱导大鼠模型评价了土牛膝种皮的乙醇提取物和粗皂苷的抗动脉粥样硬化活性,结果表明,种皮的乙醇提取物和粗皂苷可显著降低血清总胆固醇、甘油三酯、低密度脂蛋白、血糖和动脉粥样硬化指数,同时显著增加高密度脂蛋白。

3.5 免疫调节活性关于土牛膝免疫调节作用的研究较多,多集中在对鱼类的作用,目前有学者已开始关注它对小鼠和大鼠的免疫调节作用。Chakrabarti等[59]通过喂饲卡特拉鱼(Catlacatla)土牛膝种子,发现了土牛膝对免疫的调节作用。Sharma等[60-61]先后在池塘条件进一步研究证实了土牛膝叶和种子对露斯塔野鲮(Labeorohita)和胡鲶(Clariasbatrachus)的免疫调节作用。Kolli等[62]则通过环磷酰胺诱导的骨髓抑制小鼠和Arthus型即刻超敏反应大鼠两种不同的模型评价了土牛膝全草水和甲醇提取物的免疫调节活性,结果发现水和甲醇提取物均具有显著的免疫调节活性,但甲醇提取物的活性更好。Sharma等[63]通过砷中毒雌性小鼠模型研究发现,土牛膝叶和根的水提物可明显改善模型小鼠各种血液学参数、血清免疫球蛋白(Ig)水平、巨噬细胞产量和活力、吞噬指数和黄体酮水平,将体内被破坏的平衡恢复到正常水平,具有开发成药物的潜力。

3.6 抗惊厥、抗焦虑、抗抑郁及神经保护活性土牛膝对神经系统疾病也具有较好的防治潜力。Gawande等[64]通过不同抗惊厥模型动物测试了土牛膝根甲醇提取物的抗惊厥效应,结果表明,与生理盐水对照组相比,土牛膝处理组在5、10 mg·kg-1的剂量下可显著增强皮层和海马中γ-氨基丁酸(GABA)的水平,且无急性毒性和神经毒性。有学者通过小鼠六赫兹癫痫模型评价了土牛膝地上部分的抗惊厥效果,发现其具有轻度抗惊厥活性,可有效缓解癫痫症状[65]。Barua等[66]通过动物实验考察了土牛膝叶甲醇提取物的抗焦虑活性,结果发现在孔板试验中,小鼠头部戳伤的次数和持续时间均显著增加;高架十字迷宫试验中,大鼠进入开放臂次数和停留时间均显著增加;明/暗探索试验中,显著增加了小鼠花费的时间和进入次数,同时减少了在明箱的时间;旷场试验中,显著增加了动物肢体越过的格子数,后肢站立次数等。在小鼠强迫游泳试验和悬尾试验中,与丙咪嗪阳性对照相比,土牛膝甲醇提取物处理组表现出显著的抗抑郁效果,可能是通过提高脑内单胺的水平发挥作用[67]。土牛膝叶含水醇提物对氟哌啶醇所致大鼠帕金森症状具有改善作用,同时还能改善抗氧化状态[68]。Paramanik等[69]通过斑马鱼模型研究发现,土牛膝叶对过氧化氢诱导的氧化应激具有神经保护作用。

3.7 抗生育活性在印度等的传统应用中,土牛膝常用于避孕和流产,多项现代药理研究也证实了这一作用。Vasudeva等[70]给怀孕的雌性白化大鼠喂饲土牛膝根的乙醇提取物(200 mg·kg-1)1～7 d,结果发现土牛膝具有很好的抗着床、抗生育作用。体外实验研究结果表明,土牛膝和桐叶千金藤[Stephaniahernandifolia(Willd.)Walp.]的50%乙醇组合提取物具有显著的杀灭精子的作用;而体内实验研究结果显示,正己烷组合提取物精子杀灭活性最强,且大鼠阴道避孕效果可达100%,可考虑开发为阴道避孕药[71-72]。另据报道,Anuja等[73]从土牛膝根中分离得到一个具有精子毒性的蛋白。

3.8 保肝活性多项研究结果表明,土牛膝对肝脏具有良好的保护作用。Fahim等[74]研究发现,土牛膝根和树皮对四氯化碳引起的肝毒性小鼠具有良好的肝保护作用。Manjunatha等[75]通过动物实验也证实了土牛膝的保肝活性。Kumar等[76]的研究也曾证实过土牛膝地上部分甲醇提取物的保肝作用。

3.9 其他活性除上述主要活性外,土牛膝还具有多种药理活性,如抗溃疡、肾脏保护、抗关节炎、减肥、止泻、抗疟驱虫、止痛、促进伤口愈合等。Das等[77]通过实验证明土牛膝叶的乙醇提取物具有抗溃疡作用,并推测发挥作用的主要成分类型为黄酮类、皂苷类和鞣质类。Aggarwal等[78]报道,土牛膝水提物喂饲乙二醇诱导的肾结石模型大鼠,可发挥维持肾功能,减少肾损伤的作用。Gehani等[79]的研究表明,土牛膝叶的水、醇提物对腺嘌呤诱导的慢性肾病雄性大鼠表现出良好的治疗和肾脏保护作用。有学者报道,土牛膝富含皂苷的提取部位对佐剂诱导的关节炎大鼠具有治疗作用,可抑制关节炎的进展[80]。通过甲醛关节炎模型小鼠和大鼠实验研究结果也表明,土牛膝的水提物对关节炎症和关节炎具有很好的防治作用[81]。土牛膝醇水提取物还具有驱虫活性和质子泵抑制作用[82]。通过小鼠实验测试了土牛膝幼苗的水提取物对疟疾的作用,发现它在400 mg·(kg·d)-1和600 mg·(kg·d)-1剂量下,可显著降低疟原虫的数量,表现出潜在的抗疟活性[83]。体内实验结果表明,土牛膝提取物对高脂饲料诱导的肥胖大鼠具有潜在的减肥作用[84],对3种不同类型腹泻动物模型均表现出良好的止泻作用[85],还具有较好的止痛活性[86],促进伤口愈合的作用[87]。土牛膝可抑制草酸钙(CaOx)晶体晶核形成与长大,在防治尿结石方面也具有较好的作用[88]。

此外,土牛膝对多种酶具有一定的影响,从而发挥相应的活性。土牛膝茎的水提物对鼓腹咝蝰(Bitisarietans)蛇毒蛋白酶具有显著的激活作用,而对磷脂酶A2则具有显著的抑制活性,表现出对蛇咬伤的潜在治疗作用[89]。土牛膝全草提取物还表现出很强的α-淀粉酶和脲酶抑制活性,根的提取物对高精氨酸酶活性具有很好的抑制作用[90]。

4 小结

综上所述,土牛膝在多个国家或地区均具有传统用药的记载,而且用途广泛,为该品种的进一步开发利用提供了宝贵的线索。近年研究表明土牛膝化学成分多样,并具有多样的药理活性,对心血管系统,神经系统,胃肠道和肝脏等人体系统的疾病均具有潜在的治疗作用,而且未表现出明显的急性毒性和副作用。土牛膝全身是宝,根、茎、叶、花、种子及种皮等多个部位均具有药理活性,是一种价值很高的药用植物。目前国外有关土牛膝的研究已有不少,但我国学者对该品种的研究相对较少,主要集中在化学成分的研究,对药理活性的研究很少。今后可在以下几方面深入开展研究:①土牛膝不同部位的化学成分研究;②基于传统功效的线索,进一步挖掘其药理活性,可重点针对神经保护,抗感染,抗生育等活性开展研究;③利用土牛膝降血糖降血脂,免疫调节,抗氧化等作用开发保健食品。我国土牛膝资源较为丰富,且在少数民族中具有较好的应用基础,因此,进一步开发利用好土牛膝不仅有利于人民的生命健康,还可以为资源分布地区经济发展和乡村振兴提供助力。