刺桐属植物天然成分提取研究进展

田永花,蒋高华

(云南能源职业技术学院 资源与环境工程学院,云南 曲靖 655001)

刺桐属(ErythrinaL.)植物为蝶形花科(蝶形花科植物亦有学者将其置于豆科植物Leguminosae中作为亚科处理)植物,约200种,分布于全球的热带和亚热带地区,我国有刺桐(E.variegataL.)、翅果刺桐(E.subumbrans(Hassk.) Merr.)、鹦哥花(E.arborescensRoxb.)、劲直刺桐(E.stricaRoxb.)、云南刺桐(E.yunnanensisTsai et Yu)等5种,主产西南部至南部,另引入栽培的约有5种[1]。

此属植物用途广泛,刺桐属中几种植物的树皮和叶子在民间被当作草药用于治疗牙痛、扭伤、韧带拉伤、支气管炎、肺结核及呼吸道感染等疾病。木材可作器具和造纸原料,树根和树皮可入药,如刺桐(E.variegata)树皮和根皮称海桐皮,具有祛风除湿、麻醉和镇静作用[2],刺桐属植物花、叶片、根茎里蕴含丰富的天然活性成分,已报道的有黄酮类、刺桐生物碱类、萜类及其他酚类等多种结构类型的化合物。在20世纪30年代,国外学者首次发现刺桐生物碱具有和箭毒马鞍子(Curare)类似的麻痹肌肉的活性[3],后来又陆续发现刺桐生物碱有抗焦虑[4]、促进睡眠[5]、抗痉挛[6]、乙酰胆碱酯酶抑制剂[7]、杀虫[8]等生物活性,刺桐属中部分化合物还具有抗菌、抗肿瘤、清除自由基、抑制PTP1B等生物活性。因此分离提取天然产物中的有效成分,发现先导化合物并对其进行修饰和改造,一直是天然药物化学研究的热点。以Folkers K等[9]为主要代表,最早从刺桐(ErythrinaamericanaMill)中发现erythroidine生物碱,随后又陆续发现许多新生物碱:erythramine[10]、erythraline、erythratine[11]、erysopine[12]、erysodine和erysovine[13-14]、erysothiovine和erysothiopine[15]等,开创了刺桐生物碱的研究。

1 刺桐花中成分提取

杨志阳等人[16]以鸡冠刺桐(Erythrinacrista-galli)花瓣为研究材料,通过单因素及正交试验优化色素提取条件,提取鸡冠刺桐花瓣中色素主要成分黄酮类物质。通过超高效液相色谱串联质谱(UPLC)技术对色素粗提物的黄酮类物质组成进行定性、定量研究。鸡冠刺桐花色素提取的最佳条件为:浸提剂为pH值=6的50%乙醇溶液,70 ℃水浴加热60 min,辅以100%(40 kHz)超声处理40 min时,色素中总黄酮(以芦丁计)的提取率最高。提取率最高可达71.2 mg/g干花。基于UPLC-MS/MS检测得到鸡冠刺桐花色素中黄酮类物质的种类至少含有37种(相对含量低于0.1%的色素成分不计),它们分别是黄酮类(占82.16%)、黄酮醇类(占6.15%)、黄烷酮类(占6.07%)和花青素类(占3.08%),其中芹菜素衍生物类的黄酮是鸡冠刺桐花色素的主要成分,占比达到71.6%。

肖文娜[17]将刺桐属植物鹦哥花作为研究对象,采用和其他组类似的分离提纯技术和化合物表征方法,最终从中分离提纯、表征得到33个生物碱化合物,其中18个在她发现之前已经有文献报道,15个在查阅范围内未发现有过报道,为新化合物,其中有一个为二聚体刺桐生物碱,15个化合物通过表征为:Erythriarborine A(1)、Erythriarborine B(2)、 Erythriarborine C(3)、 Erythriarborine D(4)、Erythriarborine E(5)、Erythriarborine F (6)、Erythriarborine G(7)、Erythriarborine H (8)、Erythriarborine I(9)、 Erythriarborine G(10)、Erythriarborine K(11)、Erythriarborine L(12)、Erythriarborine M(13)、Erythriarborine N(14)、Erythriarborine B(15),该课题组对此15个新化合物做了相应的活性实验,实验结果显示不具有显著的细胞毒活性、NF-kB信号通路抑制活性及乙酰胆碱酯酶抑制方面的活性。

中国科学院植物研究所张冰洁通过各种色谱、波谱等方法,从刺桐属植物刺桐、鸡冠刺桐、鹦哥花和翅果刺桐中分离提出、表征了119个生物碱,其中新化合物47个,包含刺桐生物碱三聚体、二聚体、骨架重排的二聚体和单体。从她得到的化合物可以看出,异喹啉生物碱结构单一的说法并不可靠,该课题组还做了刺桐生物碱进行肿瘤细胞毒活性评价,结果表明刺桐生物碱二聚体活性较好,能抑制NO的形成。这些新化合物的分离提纯,对研究抗肿瘤药物提供新的思考方向。

2 刺桐属植物枝、叶成分提取研究

计余燕等人[18]对产于云南西双版纳的塞内加尔刺桐进行了生物碱成分研究,采用硅胶柱层析和SephadexLH-20凝胶柱层析,从塞内加尔刺桐枝叶中分离得到14个生物碱,经核磁共振波谱和理化性质分析对化合物结构进行鉴定,鉴定结构后分别命名为分离鉴定了14个生物碱,其结构分别为:erytharbine(1)、(+)-erysotramidine(2)、erysotrine(3)、erysotrine-N-oxide(4)、(+)-1lα-hydroxyerysotrine(5)、(+)-ll-hydroxyerysotramidine(6)、orientaline(7)、erythrartine-11-O-β-D-glucose(8)、(+)-1lα-hydroxyerysotrineN-oxide(9)、laudanidine(10)、erythratinone(11)、reticuline (12)、(+)-10,11-dioxoerysotrine (13)和11β-hydroxyerythratine (14)。在计余燕的硕士毕业论文中[19]还提到她们以云南西双版纳的翅果刺桐为研究对象,采用多种分离提取技术和表征方法,最终分离提纯并表征了20个化合物,分别命名为:3-demthoxylerythratine(1)、3-demthoxyl-1lβ-hydroxylerythratine(2)、1lβ-hydroxyerythratine(3)、erythratinone(4)、11β-hydroxyerythratinone(5)、8-oxoerythrinine(6)、virosecurinine(7)、(R)-2-propylhexyl-2H-1,2,3-triazole-4-carboxylate(8)、cristanine A(9)、erythraline(10)、erythrinine(11)、(+)-10,11-dioxoerythratine(12)、erythratine(13)、11-methoxyerythratine(14)、10-oxo-erythraline-11-O-β-D-glucose(15)、2-hydroxymethylN-methyltryptaminel(16)、cristanine D(17)、erythratineN-oxide(18)、erythralineN-oxide(19)和erythraline-11-O-β-glucopyranoside(20)。其中3-demthoxylerythratine、3-demthoxyl-1lβ-hydroxylerythratine两个为新的刺桐生物碱。

同课题组的罗瑞龙[20]也通过类似的提纯分离技术,从翅果刺桐植物中分离提纯表征得到37个化合物,主要为生物碱类、醇类和黄酮类物质。即:(±)erysectin A(1)、alpinumisoflavone(2)、parvisoflavone B(3)、laburnetin(4)、wighteone(5)、erythrinin C(6)、erysubin A(7)、5,7,4’-trihydroxy-6-(3,3-dimethyloxyiranylmethyl)isoflavone(8)、erysubin B(9)、glabranin(10)、pinocembrin(11)、isosakuranetin(12)、4’,7-二羟基二氢黄酮(4’,7-dihydroxyflavan one)(13)、phellodensin D(14)、5,4’-二羟基7-甲氧基黄酮(5,4’-dihydroxy-7-methoxyflavone)(15)、异甘草素(isoliquiritigenin)(16)、phaseollin(17)、phaseollidin(18)、cristacarpin(19)、(3R)-erythribyssin D(20a/20b)、(3S)-erythribyssin D(20b/20a)、dolichina A(21a/21b)、dolichina B(21b/21a)、高根二醇(22)、oleanolic acid(23)、β-boswellic acid(24)、soyasapogenol A(25)、betulinic acid(26)、豆甾-5,22-二烯-3β-醇(stigmasta-5,22-dien-3β-ol)(27)、豆甾-5,22-二烯-3β,7β-二醇(stigmasta-5,22-dien-3β,7β-diol)(28)、β-谷甾醇(29)、胡萝卜苷(30)、pinifolic acid(31)、caryolandiol(32)、cyperusol C(33)、丁香脂素(syringaresinol)(34)、1-phenylazo-2-naphthol(35)、1-[[2-methyl-4-[(2-methylphenyl)azo]phenyl]azo](36)、单棕榈酸甘油酯(glyceroylmonopalmitate)(37)。

同样是同课题组的龚安界[21]对产于云南省景洪市劲直刺桐进行了化学成分研究,也是采用类似的分离提纯技术和表征方法,分离提纯、表征了28个生物碱和1个木质素,erythristrictadines A～J(1～12)、nororientaline(13)、cristadine(14)、(R)-2-ethylhexyl 2H-1,2,3-triazole-4-carboxylate(15)、11β-methoxyerythraline-N-oxide(16)、cristanine B(17)、erybidine(18)、8-oxoerythrinine(19)、erythraline-11β-O-glucopyranoside(20)、erysotrine(21)、11-methoxyerythraline(22)、erythraline(23)、crystamidine(24)、erythrinine(25)、erysodine(26)、epierythratine(27)、cristanine A(28)和glycosmisic acid(29)。经过波谱分析鉴定和查阅文献发现,其中前12个为新生物碱化合物,其生物活性正在探索中。

孔令平等人[22]通过对中国云南省西双版纳的翅果刺桐的干燥枝叶进行化学成分提取,采用正、反相硅胶柱、MCI 柱和凝胶Sephadex,LH-20柱层析、flash中压制备系统以及正、反相高效液相色谱(HPLC)等手段,从翅果刺桐中共分离得到27个化合物,其中有13个异黄酮类化合物、5个二氢黄酮类、6个紫檀素类、2个肉桂基苯酚类和1个螺二萘类化合物,有两个化合物为首次报道的新化合物。他们实验组还对分离得到的化合物进行抗炎、PTP1B 抑制以及神经细胞损伤保护活性筛选实验。

刘保山等人[23]采用纤维素酶酶解法对刺桐叶片多糖进行提取,在单因素实验的基础上,采用响应面分析法对其提取工艺进行优化,进一步研究刺桐叶片多糖的结构、抗氧化活性及抗肿瘤活性。结果表明,刺桐叶片多糖的最佳提取条件是酶解pH值为7,酶用量为4.5%,酶解时间为75 min,酶解温度为51 ℃,此时多糖的提取率达4.81%。刺桐多糖的红外光谱呈现出典型的多糖吸收峰,其主要单糖成分是甘露糖、葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸、葡萄糖、半乳糖以及阿拉伯糖。

王雨雪等人[24]通过采摘成熟无病虫害刺桐树叶提取刺桐叶过氧化物酶,并对刺桐叶过氧化物酶降解联苯胺的效果和反应条件进行研究。结果表明,刺桐过氧化物酶生物催化体系对联苯胺有良好的降解效果。在温度25～45 ℃,pH值7～8,H2O2与联苯胺物质的量比为3.0～5.0条件下,10 U/mL刺桐过氧化物酶浓度对200 μmol/L联苯胺的3 h降解效果最佳。赵广华等人[25]也是从刺桐叶中提取过氧化物酶,并且研究了它清除水体中双酚(BPA)的适宜条件。李凤秋等人[26]以劲直刺桐为研究对象,采用多种现代色谱技术和表征技术,从劲直刺桐中分离提纯、表征了15个化合物,即:loliolide(1)、phaseic acid(2)、 pinnatififidanoid A(3)、soyasapogenol E(4)、大豆皂醇B(5)、2α,3α,19α,23-tetrahydroxyurs-12-en-28-oic acid(6)、3β,22β,24-trihydroxyolean-12-en-29-oic acid(7)、(23Z)-9,19-环阿尔廷-23-烯-3β,25-二醇(8)、3,4-二羟基苯甲酸(9)、(+)-丁香脂素(10)、(E)-4-hydroxy-dodec-2-enedioic acid(11)、lutein(12)、7β-羟基豆甾醇(13)、β-谷甾醇(14)、胡萝卜苷(15)。

3 刺桐属植物树皮中成分提取

毕德文[27]以劲直刺桐树皮作为研究对象,采用常用的分离提取表征方法进行分离提纯和表征,最终得到24个化合物,它们是:马齿苋酰胺E(1)、(+)-methoxyerythraline(2)、erythristemine(3)、erythraline(4)、8-hydroxylerysodine(5)、ersotramidine(6)、erysotrine(7)、erysodine(8),(±)-6a,11a-cis-homopterocarpin(9)、phaseollidin(10)、phaseollin(11)、fuscacarpan B(12a)和fuscacarpan C(12b)的混合物、alpinumisoflavone(13)、parvisoflavone B(14)、柚皮素(15a)和apigenin(15b)的混合物、wighteone(16)、oleanolic acid(17a)和ursolic acid(17b)的混合物、erythrodiol(18)、5α,8α-过氧-(22E,24R)-麦角甾-6,22-烯3β-醇(19)、p-hydroxybenzcic acid(20)、vanillic acid(21)、ω-hydroxyproioquaiacone(22)、3,7-dimethyloct-1-ene-3,6,7-triol(23)、β-谷甾醇(24)。

Balaji T P等人[28]从刺桐属植物树皮(海桐皮)中提取纤维素纤维,并进行了热分析(TGA)/差热(DTG )、X射线衍射XRD )分析、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜( SEM )、原子力显微镜(AFM)等形态分析。如纤维素、木质素灰分和蜡质量分数含量分别为70.60%,12.70%,8.60%和0.24%。EVFs的最大拉伸强度和平均拉伸强度分别为(6.06±0.02) MPa和2.80 MPa。热分析显示纤维具有良好的稳定性,其残炭为19.23%,最大降解温度为349 ℃。通过X射线衍射分析计算出EVFs的结晶度指数为37.5%,结晶尺寸为36.93 nm。形态学研究证实EVFs即使在原始形态下也具有粗糙的表面。EVF的密度为1 412 kg/m3,高于Grewia damine的1 378 kg/m3,低于黄麻的1 460 kg/m3。

Gopinath R等人[29]从黄脉刺桐树皮中提取纤维素纤维,并探索其理化、热学、机械性能,其中对EVFs进行化学分析发现,EVFs中存在较高的纤维素(50.64%)和木质素(17.44%),因而纤维具有刚性和强度。通过X射线衍射分析测定EVFs的结晶指数和晶粒尺寸分别为51.80%和3.00 nm。半纤维素降解起始温度(227.99 ℃)、活化能(74.05 kJ/mol),充分说明了EVFs的热稳定性。

唐玉婷等人[30]从刺桐树皮中分离得到10个二聚体和2个单体刺桐生物碱,其结构经核磁共振、紫外光谱和质谱鉴定。文章指出两个单体生物碱可能是分离得到的二聚体衍生物的前体,此线索为合成二聚体提供思路。此前半年左右[31],该团队就在刺桐属皮中分离得到5个二聚刺桐生物碱,并对其进行了碳谱、氢谱和X单晶衍射等技术表征和结构鉴定。

4 结语

刺桐树植物分离提取天然化合物科研工作者还在努力进行中,从查阅文献发现,大多数是从刺桐属植物的枝、叶、树皮中提取,刺桐花中提取天然成分的报道相对有限。在文献罗列的众多提取化合物中生物碱、黄酮较多,其他成分产量相对少,对分离提取物的应用型研究较少。文献报道刺桐属植物在医学中有很高应用价值,未来可以利用文献中报道的这些化合物做一些应用研究,同时为人工合成功能分子提供前体或者结构修饰提供参考。