槟榔化学成分、药理、毒性研究进展及质量标志物预测分析

策力木格,许 良

1内蒙古民族大学蒙医药学院;2内蒙古民族大学化学与材料学院,通辽 028000

槟榔(Arecae Semen)为常用天然药物,系为棕榈科植物槟榔(ArecacatechuL.)的成熟种子。中药名为槟榔、青仔、槟榔玉等,主要用于驱杀寄生虫及助消化等;蒙药名为高尤、巴塔,主要用于治疗肾赫依、肾痼、疾绦虫病、龋齿牙痛等;傣药名为戈吗、卖岗,主要用于治虫积、食滞、脘腹胀痛、疟疾、脚气、痰癖等;哈尼药名为么佬习,用于驱绦虫、蛔虫;黎药名为给龙、意隆,用于治疗绦虫病,并用其水煎液制成滴眼药水治疗青光眼。维药名为福非力,治绦虫、蛔虫、姜片虫病、虫积腹痛、积滞泻痢、湿热性牙周炎、牙齿出血、白带过多、早泄遗精、小便不利、经脉不通、出血、健忘等;藏药名为果玉,用于治疗肾脏疾、牙痛、食积腹胀、驱绦虫、痢疾等;壮药名为芒兵郞,用于除瘴毒、通谷道、驱虫等[1]。槟榔化学成分有多酚类、生物碱类、脂肪酸类等,一般认为生物碱及多酚为其主要药效成分。槟榔具有促消化、抗抑郁等多种药理作用及致口腔癌、生殖毒性等毒性作用。本文通过查阅相关文献对槟榔研究进展进行综述的基础上,基于中药质量标志物(Q-Marker)的理论,从槟榔特有化学成分、可测化学成分、传统药性功效、炮制对成分的影响、入血成分和预测等方面对槟榔Q-Marker成分进行预测分析,为明确槟榔Q-Marker和制定科学的质量标准提供理论基础。

1 化学成分

槟榔含有包括多酚类、三萜类、生物碱类等多种化学成分。其中多酚和生物碱是其主要活性物质,酚类物质含量约为31%,总生物碱含量约为0.3%～0.7%[2],多糖含量约18.7%,脂肪酸含量约14%,粗纤维含量约10.8%,水分约9.9%,灰分约3.0%[3]。槟榔所含化学成分如表1、图1所示。

图1 槟榔所含主要化学成分的结构Fig.1 Structure of main chemical components in Arecae Semen

表1 槟榔所含化合物表Table 1 Compounds contained in Arecae Semen

此外,槟榔还含有半乳糖、葡萄糖、阿拉伯糖等糖类成分及Fe、Mn、Zn、Al、Si、B、As、Co、K、Ca、Mg等微量元素[2,4]。

2 槟榔药理作用

槟榔药理作用主要有促胃肠运动、抗疲劳、抗抑郁、抗衰老、抗氧化、消炎镇痛、抗高原缺氧、降血糖、调节血脂等。

2.1 促胃肠运动

自古以来,槟榔一直是中医常用的治疗消化不良、积食等疾病的药物,具有消化、消积的功能。研究表明,槟榔能增加胃平滑肌的收缩频率和幅度,使残胃率降低,并提高小肠推进率,缩短胃排空时间,其所含生物碱是促进胃肠运动的主要活性物质[12]。此外,槟榔碱具有增加肠平滑肌的收缩幅度和张力的作用,并可在3～15 mg/kg范围内剂量依赖性地促进小肠推进[13]。据研究,槟榔影响胃肠动力的机制可能与槟榔调节胃肠激素分泌及其对Cajal间质细胞的修复作用有关[14]。也有研究报道槟榔碱通过平滑肌胆碱能M型受体刺激大鼠胃肌条的收缩功能[15]。此外,氢溴酸槟榔碱可以抵抗大鼠胃黏膜的损伤,促进损伤后大鼠胃黏膜的修复,这可能与其降低胃蛋白酶活性和抑制胃酸分泌有关[16]。由此可推断,槟榔可以通过多种机制促进胃肠运动。

2.2 抗疲劳、抗抑郁作用

槟榔具有抗疲劳和抗抑郁作用。小鼠负重游泳实验结果表明,槟榔能增加肝糖原,降低血乳酸和血尿素氮,具有良好的抗疲劳生理活性[17]。在应激绝望和药物抑郁模型中,槟榔干预具有很好的抗抑郁作用[18]。槟榔的抗疲劳和抗抑郁作用可能与槟榔中的槟榔碱激活神经细胞膜上的2型毒蕈碱(M2)受体使人兴奋有关[19]。还可能槟榔中酚类物质通过降低单胺氧化酶A(MAO-A)的含量和乙酰胆碱酯酶的活性使大脑中神经递质的含量增加,起到抗抑郁作用[20]。此外,槟榔的抗抑郁活性可能是由于槟榔所含二氯甲烷能调节多巴胺和5-羟色胺水平有关[21]。

2.3 抗氧化、抗衰老作用

槟榔具有良好的抗氧化作用。这与槟榔中含有的酚酸,花青素,黄酮和多糖有关。据研究,槟榔主要抗氧化活物质是酚类化合物,可清除49.78%的羟基自由基,抗氧化作用与酚含量成正比[22]。此外,槟榔多糖也能抑制短波紫外线辐射和H2O2引起的人皮肤成纤维细胞的氧化损伤[23]。

槟榔提取物对皮肤衰老和炎症反应有明显的抑制作用。据研究,槟榔提取物可以使老年大鼠记忆细胞增加,提高记忆力和学习力,提高老年大鼠的抗氧化能力起到抗衰老作用[24]。槟榔能对皮肤结缔组织蛋白有保护作用,并且对分解血管周围主要基质成分有关的酶系统和弹性蛋白酶活性有抑制作用,能够保护细胞外基质蛋白,激活重建,提高毛细血管壁韧性和再生抗衰老作用。

2.4 镇痛、抗炎作用

研究表明,槟榔提取物能显著抑制福尔马林引起的疼痛[25]、角叉菜胶、前列腺素和花生四烯酸引起的炎症[26]。其作用机制是槟榔中所含的槟榔碱阻碍核因子-κB (NF-κB)信号通路的激活,从而抑制炎症介质和促炎细胞因子[27]起到抗炎作用。

2.5 抗高原缺氧作用

槟榔多酚可显著改善急性高原缺氧大鼠血氧饱和度,减轻脏器损伤,提高超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)活性和谷胱甘肽(glutathione,GSH)含量及抗氧化能力,对大鼠重要脏器起到保护作用[28]。此外槟榔中的原花青素也是槟榔的抗氧化活性物质,据研究原花青素越聚合其抗氧化能力越强[29]。

2.6 降血糖作用

槟榔提取物具有较好的降糖能力。槟榔碱能增加2型糖尿病血液胰岛素,降低血脂、血糖[30]。其可能机制是槟榔碱能够抑制葡糖-6-磷酸酶(glucose-6-phosphatase,G-6-pase)和磷酸烯醇式丙酮酸(phosphoenolpyruvate,PEP)从而降低糖异生过程减少葡萄糖的生产,从而降低血液中糖分含量[31]。此外,槟榔碱通过增强胰岛素对骨骼肌细胞内葡萄糖运载体4(GLUT4)、p-PI3K表达[58]的抵抗作用使胰岛素更敏感,从而使胰腺β细胞的凋亡降低[32],促胰岛β细胞合成并提升胰岛素分泌的功能,起到降血糖含量的作用[33]。另外槟榔提取物能抑制α-葡萄糖苷酶水解多糖从而释放葡萄糖,起到降血糖作用。

2.7 抗菌、抑菌作用

槟榔能够抑制细菌的生长,包括链球菌、牙龈卟啉菌和烟熏菌等口腔细菌,金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、乳酸片球菌、铜绿假单胞、芒果炭疽病菌等菌株具有良好的抑菌活性[34]。据报道槟榔抗菌、抑菌主要活性成分为槟榔碱及挥发油类成分[35]。

2.8 其他作用

除上述药理作用外槟榔具有驱杀绦虫、猪囊尾蚴、阴道毛滴虫、新孢子虫[36]等驱虫杀虫作用。此外,槟榔中的多酚类成分能减轻由卵清蛋白所引起过敏反应[37]。此外槟榔具有抑制小鼠骨质疏松进展的作用[38]。

综上所述,槟榔药理活性广泛,尤其在治疗消化系统和心血管系统疾病等方面药理活性显著。然而,当前多数槟榔药理活性研究只聚焦于槟榔碱或槟榔提取物,少部分聚焦于槟榔多酚的活性,对于槟榔其他成分系统的活性研究不多,很难系统全面地分析槟榔的药理活性。因此,对槟榔的其他成分全面系统研究尤为重要。

3 毒性作用

近年来,槟榔的毒性引起了广泛的研究和关注,主要包括口腔黏膜纤维性变、细胞毒性、生殖毒性等,尤其在致癌致突变方面研究颇多,据研究槟榔能产生兴奋感和欣快感从而使人痴迷上瘾,咀嚼槟榔成为仅次于烟草、酒精和咖啡的第四大嗜好品,而长期咀嚼槟榔能引发口腔癌、头颈癌等,因此2003年被国际癌症研发中心认定为一级致癌物。据统计,全球有2亿～6亿人经常嚼食槟榔,我国湖南、海南和台湾三省咀嚼槟榔的人较多,据统计2010年湖南省湘潭市咀嚼槟榔率高达47.1%[39],台湾地区咀嚼槟榔占总人口的十分之一[40]。而由于长期咀嚼槟榔引起的口腔癌的情况十分严重。

关于槟榔急性毒性实验显示小鼠口服槟榔LD50为129.64 g/kg[41]。槟榔固体饮料对小鼠口服LD50为8 181 mg/kg[42]。对斑马鱼幼鱼槟榔所含总生物碱LC50值为136.14 μg/mL、总鞣质的LC50值为21.52 μg/mL[43]。槟榔的毒性作用主要表现为促口腔黏膜纤维性变、细胞毒性、生殖毒性等,槟榔毒性作用的主要化学成分及作用机制各不相同(见表2)。

表2 槟榔毒性作用Table 2 Toxic effect of Arecae Semen

据报道槟榔除了上述毒性作用外咀嚼槟榔还存在容易产生依赖性,引起心血管疾病、代谢综合征和全身炎症的发生等疾病[52]。此外,氢溴酸槟榔碱轻微抑制人肝微粒体中细胞色素P450亚型酶活性,提示槟榔嗜好者使用细胞色素P450亚型酶的底物药物时,有代谢相互作用的风险[53]。

4 质量标志物(Q-Marker)预测分析

对槟榔化学成分、药理作用及毒性作用研究现状进行归纳总结发现,槟榔含有多种化学成分,并且其药理作用是通过多种成分多途径实现的,但其主要药效成分尚未明确。归纳总结槟榔毒性作用研究现状发现,其药效成分及毒性成分可能是同一种成分,如槟榔碱、原花青素等,因此急需明确槟榔质量标志物及其适宜量的掌控,因此基于中药质量标志物的核心概念,从以下几个方面对槟榔质量标志物进行预测,以期为制定科学合理的槟榔质量控制标准提供参考。

4.1 基于植物亲缘学成分特有性的预测分析

槟榔(ArecacatechuL.)是棕榈目、棕榈科植物,棕榈目只有棕榈科一科,约210属。在我国主要分布在南方各省,大约有28属100余种。槟榔为槟榔属常绿乔木。高10～30 m直立茎,有环状叶痕;雌雄同株,花序多分枝,长25～30 cm;果长圆形或卵球形,长3～5 cm,橙黄色,中果皮厚,纤维质;种子卵形,花果期3～4月。槟榔原产于马来西亚,中国主要分布在云南、海南及台湾等热带地区。亚洲热带地区广泛栽培[54]。棕榈科植物主要含有黄铜、生物碱、多酚和缩合鞣质等成分,其中生物碱、丹宁浓缩物被认为是槟榔特有成分[10,55]。此外槟榔含有的特征性鞣质类化合物有花青素A1、原花青素B1、B2、槟榔鞣质A1、B1、C1、A2、A3、B2[4,8]等。根据化学成分的特有性,生物碱、单宁浓缩物、鞣质类成分可作为槟榔的候选Q-Marker。

4.2 基于化学成分可测性的Q-Marker预测分析

中药所含化学成分具备可测性,具有明确的化学结构,是确定质量标志物的重要依据。在对槟榔化学成分研究现状进行综述部分总结到槟榔现有测得成分80个,其中槟榔碱为2020 年版《中国药典》中槟榔的质量评价指标成分,规定槟榔碱含量不得少于0.2%[56]。此外,Qu等[57]HPLC法测定了槟榔碱、槟榔次碱及去甲基槟榔碱和去甲基槟榔次碱含量建立了准确、简便、重复性好的槟榔中4种生物碱含量的测定方法。Hui等[58]研究炮制对槟榔化学成分的影响时对槟榔所含鞣质、槟榔碱及18种氨基酸进行了测定。Ma[59]采用紫外分光光度法和高相液相法对槟榔中总多酚及儿茶素类物质进行含量测定。测定槟榔中总多酚含量在9.8～58.8 μg/ml范围内,儿茶素含量1.30%～5.90%、表儿茶素含量0.77%～2.40%、原儿茶酸含量0.1%。综上所述,化学成分可测性原则槟榔所含槟榔碱、槟榔次碱、去甲槟榔碱及去甲槟榔次碱等生物碱类成分及鞣质类、氨基酸类、多酚类成分(见表1)可作为槟榔Q-Marker选择的参考成分。

4.3 基于现代药理研究的Q-Marker预测分析

根据上述对槟榔药理作用研究现状综述分析,槟榔促胃肠运动与其所含槟榔碱、氢溴酸槟榔碱等生物碱成分相关;槟榔抗疲劳、抗抑郁作用与其所含槟榔碱及酚类成分相关;抗氧化、抗衰老作用与槟榔所含花青素等酚类成分相关;镇痛、抗炎作用与槟榔碱相关;抗高原缺氧作用与槟榔所含酚类成分相关;降糖作用与槟榔所含槟榔碱相关;抗菌抑菌作用与槟榔碱相关。综上所述,根据现代药理研究分析,槟榔所含槟榔碱等生物碱类成分及花青素等酚类成分可作为槟榔Q-Marker选择的参考成分。

4.4 基于传统药性、功效的Q-Marker预测分析

传统中医学认为,槟榔味辛、苦,性温,归胃、大肠经,具有杀虫消积,降气行水,截疟的功效,通常被用于驱杀寄生虫和助消化。《名医别录中》记载“槟榔具有利尿、助消化和驱虫作用”[60]。蒙医学认为槟榔味辛、苦,性温具有保肾、益肾、固齿、驱虫功效。蒙医临床上主要用于治疗腰骶部坠痛、肾赫依、肾痼疾、蛔虫病、绦虫病、主脉赫依病、龋齿牙痛等症[61],《蒙药正典》[62]记载 “槟榔治肾病,治牙药之上品”。传统药性药味与功效相关性认为槟榔以其辛味温性达温肾、保肾、利尿消肿、健胃开郁功效,其苦味达驱虫、固齿、解毒、镇静等功效。而据现代研究表明辛味药中含化学成分含量依次为挥发油类>苷类>生物碱类>有机酸>无机盐>氨基酸[63],而苦味药中含化学成分含量依次为生物碱>挥发油>黄酮苷>糖[64]。因此,根据传统药性、功效推测槟榔所含挥发油类、苷类、生物碱类成分(见表1)可作为槟榔Q-Marker选择的参考成分。

4.5 基于用药配伍的Q-Marker预测分析

复方为传统医药临床治疗疾病的主要形式,是传统医学辨证论治理论的具体体现。而槟榔配伍组成不同复方药效不尽相同。如槟榔配伍木香、青皮、陈皮等九味药组成中药复方木香槟榔丸[65],主治积滞内停,湿蕴生热证。脘腹痞满胀痛,赤白痢疾,里急后重,或大便秘结,舌苔黄腻,脉沉实者;此外槟榔配伍木香、枳壳,及乌药组成四磨汤用于治疗小儿乳食积滞、厌食、咳喘和心下痞满等症[66]。《传统蒙药与方剂》(上)[67]中汇总了槟榔配伍复方120个,槟榔配伍木香、枳壳、使君子、苦楝皮用于驱杀虫方;槟榔与石榴、白豆蔻、肉桂、荜茇、干姜、硇砂配伍成温肾固精方,用于治疗肾寒滑精、腰腹冷痛、赤白带下等症;槟榔与寒水石、麝香、没药、阿魏、金色诃子等配伍成固齿方用于防止牙齿松动。Chen[68]以槟榔碱、盐酸小檗碱、大黄素和大黄酚的含量为标准建立了木香槟榔丸的质量标准,其中槟榔碱为槟榔所含成分。Fu[69]也以槟榔中含量较高的活性成分槟榔碱作为指标成分去检测木香槟榔丸的有效成分。Luo[70]以槟榔碱作为四磨汤的质量检测指标,为四磨汤质量标准提高提供参考。可见槟榔碱是作为槟榔复方的药效成分,可将槟榔碱作为槟榔用药配伍的Q-Marker选择参考和依据。

4.6 基于炮制影响化学成分的预测分析

槟榔炮制方法有炒制、煨制、炙等,现多用炒制,传统医学临床上槟榔有生用也有熟用之分,生槟榔长于驱除寄生虫;焦槟榔善于消食化滞;炭槟榔善于消积止血,治疗血痢。2020版《中国药典》[56]收载了生槟榔和焦槟榔。据报道槟榔生品、炒黄、焦品的生物碱、氨基酸、鞣质、微量元素的含量具有明显的变化[58]。此外,He[71]发现了槟榔在炒制过程中新增了2-羟基-5-羟甲基-2-呋喃甲醛、麦芽酚、5-羟甲基糠醛等3个新成分。Peng[4]发现槟榔炒焦后产生5-HMF和 Maltol等新成分。此外,炒焦后槟榔的还原性糖及氨基酸含量有明显降低。因此,可将槟榔生物碱、鞣质、微量元素、氨基酸、还原性糖及2-羟基-5-羟甲基-2-呋喃甲醛、麦芽酚、5-羟甲基糠醛等作为槟榔的候选Q-Marker进行深入研究。

4.7 基于入血成分的预测分析

中药成分须经过吸收入血且血药浓度达到一定程度才有可能发挥药效,因此,通过考察槟榔入血成分,确定槟榔的候选Q-Marker是有效的办法之一。Liu[72]研究槟榔水提液和槟榔碱对小鼠血清代谢物的影响得出结果灌胃烟果、青果槟榔水提液与纯槟榔碱的小鼠相比仅灌胃蒸馏水的小鼠其血清中植物鞘氨醇、枯茗醛、夹竹桃麻素、反式肉桂醛、a-麦角环肽和氢化肉桂酸的含量更高。Wang[73]对大鼠灌胃槟榔水提液的入血成分及尿液成分进行了分析。从中确认了3-哌啶甲酸甲酯、N-氧化槟榔次碱、异去甲槟榔次碱、槟榔碱等共41个入血成分包括9个原型成分和32个代谢产物,原型成分分别有去甲槟榔次碱、异去甲槟榔次碱、槟榔次碱、去甲槟榔碱、3-哌啶甲酸甲酯、槟榔碱、原花青B2、儿茶素和表儿茶素。因此,可将此9种入血原型成分可作为槟榔Q-Marker的候选成分。

5 结语

槟榔作为传统中药(民族药物)具有悠久的应用历史,药效广泛,且临床效果良好。目前,国内外学者已在槟榔的化学成分、药理作用和质量评价等方面取得了一系列研究成果。本文在对槟榔化学成分及药理作用、毒性作用进行了综述的基础上,根据槟榔特有化学成分、可测化学成分、传统药性功效、配伍用药、炮制对化学成分的影响、入血成分方面对槟榔可能的候选Q-Marker进行了文献分析和推测。将所推测所得可作为槟榔Q-Marker的候选成分导入Excel表格中,以出现次数作图结果如图2。从图中可知槟榔Q-Marker候选成分有生物碱类、多酚类、氨基酸类、挥发油类及微量元素,其中生物碱类及酚类成分最为关键。生物碱类成分中槟榔碱、去甲槟榔碱、槟榔次碱、去甲槟榔次碱、异去甲槟榔次碱、高槟榔碱等6种成分;多酚类成分有原花青素B2、儿茶素、表儿茶素等3种成分;氨基酸类化合物有苯丙氨酸和月桂酸等2种成分最为关键。

图2 槟榔质量标志物预测分析图Fig.2 Prediction analysis of Arecae Semen quality markers

综上所述,建议将生物碱类及酚类成分可作为槟榔质量标志物的首选物质,氨基酸类可作为备选物质。其中生物碱类成分槟榔碱、去甲槟榔碱、槟榔次碱、去甲槟榔碱等槟榔碱成分可作为槟榔的关键候选Q-Marker。本研究初步确定了槟榔质量标志物的参考化合物,为其质量标准体系的建立提供参考,为推动槟榔的全面开发研究以及临床应用提供科学依据。