芫根的有效成分及代谢通路研究

2024-02-20李明科郝丽娟

世界睡眠医学杂志 2024年11期

关键词：综述

摘要芫根为十字花科，是一种肉质根的具有食、饲、药三用的草本植物。现代医学研究表明，芫根中含有多种化学成分，主要有多糖类、硫代葡萄糖类、黄酮类、皂碱类、酚类和挥发性物质等，具有抗缺氧、抗疲劳、抗肿瘤、提高免疫功能、降血糖、减肥和抗衰老、促进骨质形成、调节肠道微生物等多种生物活性。研究表明，芫根化学成分、生长与地域及海拔有关，芫根有效成分通过多种信号通路发挥作用。本研究对芫根传统作用、新产品开发、有效成分、生物活性及代谢通路进行综述，为其进一步的药用价值研究提供参考。

关键词芫根；中药化学成分；代谢通路；综述

Research on the Active Ingredients and Metabolic Pathways of Brassica rapa L.LI Mingke1，HAO Lijuan2

（1 Graduate School of Qinghai University，Xining 810000，China; 2 Otolaryngology of Qinghai Red Cross Hospital，Xining 810000，China）

Abstract Brassica rapa L.is a herb with fleshy roots for food，fodder and medicine in Cruciferae family.Modern medical research shows that Brassica rapa L.contains many types of chemical components，mainly including polysaccharides，thioglucosides，flavonoids，saponins，phenols and volatile substances，etc.，which have the functions of anti-hypoxia，anti-fatigue，anti-tumor，immune-enhancing，blood glucose-lowering weight loss，anti-aging，bone formation-promoting，intestinal microorganisms-regulating，etc.Studies have shown that the chemical composition and growth of Brassica rapa L.are related to geography and altitude，and that the active ingredients of Brassica rapa L.work through a variety of signaling pathways.In this paper，we review its traditional effects，new product development，active ingredients，bioactivity，and metabolic pathways，to provide a reference for further research on its medicinal value.

Keywords Brassica rapa L.; Chemical composition of herbs; Metabolic pathways; Review

中图分类号：R282.71/.770.5文献标识码：Adoi：10.3969/j.issn.2095-7130.2024.11.072

芫根，又名芜菁、蔓菁、根头菜、圆根、灰萝卜，属于十字花科芸薹属植物，藏语称其“纽玛”，维吾尔语称其“恰玛古”，蒙古语称其“沙吉木儿”^［¹^］，且只指植物芫根的块根，起源于地中海西部，经过驯化作为蔬菜以及饲料作物传播到亚洲及欧洲，在我国芫根的栽培历史最早可追溯到新石器时代^［²^］，且产地广泛，但以西藏、青海、四川、新疆等地的研究为主^［³^］。青海芫根通常是一年成熟一次^［⁴^］，其播种时间受海拔影响较大，在海拔3 700 m左右的玉树地区，人们常在6～7月进行播种，10～11月进行收获。文献报道，如果海拔在2 500 m左右，人们常在4～5月播种，7月左右即可收获^［⁵^］。研究显示，芫根具有多种用途，且含有多种化学成分，并可通过多种代谢通路发挥抗疲劳、抗肿瘤等多种生物活性作用，现综述如下。

1 芫根的用途

1.1 芫根的传统作用及新产品开发芫根作为传统的蔬菜有着悠久的历史。其在浙江温州市是具有地方特色的块根类冬季时令蔬菜^［⁶^］，与萝卜和大头菜相比，温州盘菜的营养价值最高^［⁷^］，它既可供熟食，也可生食、腌制、酱制以及加工罐头。在青藏高原地区，芫根作为一种耐寒、耐贮藏的块茎类蔬菜，是藏区人民获取维生素的重要来源之一，牧民们通常把芫根作为汤和面的配菜^［⁵^］。此外，芫根作为藏区所特有的多汁类饲料作物，也是藏区畜牧养殖重要的饲料来源^［⁴^］，在其生长期间其叶子可用于喂猪，也可用于青贮^［⁵^］，收获后其根可切碎或打浆混入其他饲料后喂各种猪、牛和羊，也可冻藏或切片晒干^［⁸^］。芫根还可与苹果^［⁹^］、柠檬^［¹⁰^］、山楂^［¹¹^］、沙棘^［¹²^］、枸杞子^［¹³^］等原料制成复合抗疲劳饮料。同时芫根可通过干燥加工成为脆片，作为一种重要的可抵抗高原反应的休闲即食食品，口感好并且便于携带^［¹⁴^］。

1.2 药物芫根广泛分布于青藏高原，传统上常用作民间药物和食品，用于缓解缺氧、疲劳和水土不服^［⁸^，15^］。在《四部医典》《千金·食治》等医学典籍中记载了芫根味甘性温，功效利湿解毒，清热消积、滋补增氧，针对细胞缺氧、疲劳乏力等高原性缺氧症状均能起到明显的缓解作用^［¹⁶^］，所以芫根是藏民对付“山毒”的随身必需品，所谓“山毒”即高原反应^［¹⁷^］。现代药理学研究表明，芫根中含多种活性物质，主要有多糖类、硫代葡萄糖类、黄酮类、皂碱类、吲哚类、含硫化合物、酚类和挥发性物质（主要是萜烯、酯、醛和酮）^［³^］，这些成分具有抗缺氧^［¹⁸^］、抗衰老^［¹⁹^］、抗疲劳^［¹^］、抗氧化^［²⁰^］、降血糖^［²¹^］、抗肿瘤^［²²^］、抗辐射^［²³^］、提高免疫力^［²⁴^］、改善肠道菌群^［²⁵^］、止咳祛痰^［²⁶^］等功效，因此芫根是藏区民众生活中不可缺少的药食两用绿色天然植物，藏医主要将其作为药丸、汤剂、浸膏等配伍的藏药材^［¹⁷^］。

2 芫根有效成分及其生物活性作用

2.1 芫根中营养成分

2.1.1 黄酮类化学成分黄酮类化合物广泛存在于植物的皮、根、茎、叶、果实和种子中，具有抗炎、抗氧化、降低氧化应激、保护肠黏膜、改善肠道菌群结构、促进生长和调节免疫等多种生物活性^［²⁷^］。研究表明，黄酮类化合物可通过调节血糖水平、抑制醛糖还原酶活性等改善糖尿病周围神经病变^［²⁸^］。王文宁^［²⁵^］采用分光光度法测定新乡芫根粉的总黄酮含量为0.25%。海力茜·陶尔大洪^［²⁹^］以回流提取法提取和紫外可见分光光度法测得新疆阿克苏、喀什、托克逊、伊犁、博乐5个不同产地芫根的总黄酮含量分别为0.28%、0.261%、0.237%、0.257%、0.264%。谭亮等^［³⁰^］利用紫外分光光度法测得青海玉树州芫根总黄酮平均含量为0.45%～0.74%。

2.1.2 多糖类芫根含有丰富的多糖，现代医学研究表明，芫根多糖具有抗缺氧^［³¹^］、抗疲劳^［³²^］、抗氧化^［³³^］、降血糖^［²¹^］等功能。吕明等^［³⁴^］通过微波法提取西藏芫根多糖，提取率为9.13%，谭秀娟^［³¹^］采取冷凝回流，以加热提取的方法，多糖获得率可达9.156％。谭亮等^［³⁰^］对青海玉树州新鲜芫根测定多糖平均含量为22.40 mg/100 g。拜年^［³⁵^］采用苯酚-硫酸法分析阿克苏白皮芫根多糖含量为10.21%，红皮芫根多糖含量为10.07%。杨永东^［³⁶^］采用1-苯基-3-甲基-5-吡唑啉酮（PMP）、柱前衍生化高效液相色谱法（High Performance Liquid Chromatography，HPLC）分析芫根多糖由甘露糖、鼠李糖、葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸、葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖7种单糖组成，其中半乳糖醛酸在芫根多糖中含量最高，这与唐伟敏等^［³²^］的研究结果相一致。

2.1.3 硫代葡萄糖苷类硫代葡萄糖苷是一种含硫的阴离子亲水性植物次生代谢产物，广泛分布于十字花科植物中^［³⁷^］。宋曙辉等^［³⁸^］从芫根中检测出8个种类硫代葡萄糖苷，其中以苯乙基硫苷含量最高。陈新娟等^［³⁹^］对芫根硫代葡萄糖苷含量的比较研究发现，新疆芫根、温州盘菜和温州红盘菜3个品种芫根都以脂肪族硫苷含量最高。

2.1.4 皂苷皂苷（Saponin）是由皂苷元与糖构成的一类糖苷，是许多植物药和民间医药的主要成分，具有较多的药理活性。刘浩等^［⁴⁰^］研究发现，芫根粗总皂苷对四氧嘧啶所致糖尿病小鼠有显著的降血糖作用。杨玲玲等^［⁴¹^］采用芫根干粉得到芫根总皂苷含量为（6.347±0.627）%.并发现芫根能降低肥胖大鼠的Lee′s指数（相当于人的体质量指数），减少肝脏质量及脂肪质量，降低血清三酰甘油（Triglycerides，TG）、总胆固醇（Total Cholesterol，TC）、丙二醛（Malondialdehyde，MDA）的浓度，升高血清高密度脂蛋白胆固醇（High Density Lipoprotein Cholesterol，HDL-C）浓度，提高超氧化物歧化酶（Superoxide Dismutase，SOD）活力，表明芫根总皂苷对高脂饮食诱导的肥胖大鼠具有减肥、抗氧化作用。谭亮等^［³⁰^］研究发现，玉树芫根总皂苷平均含量为0.31 mg/100 g。

2.1.5 蛋白质及氨基酸芫根含有丰富的蛋白质和氨基酸。王永刚等^［⁴²^］对新疆柯坪芫根的研究发现，柯坪芫根包含16种氨基酸。张旭等^［²⁰^］在川西冻干芫根粉中共测出17种氨基酸，其中必需氨基酸占总氨基酸含量的24.79%。谭亮等^［³⁰^］研究发现，青海玉树芫根蛋白质含量为2%左右，各批次样品中均检出17种氨基酸，含量排前3位的氨基酸依次是苯丙氨酸（4.08%）、谷氨酸（1.50%）、天门冬氨酸（1.06%）。王文宁^［²⁵^］发现新乡芫根干粉总氨基酸含量为14.08 g/100 g，必需氨基酸含量为3.40 g/100 g，非必需氨基酸含量为9.6 g/100 g。任延靖等^［⁴³^］对来自不同地区，并种植于青海大学农林科学院试验基地内的50份芫根研究发现，种源来自青海的芫根中氨基酸总量、人体必需氨基酸、非必需氨基酸含量均最高，分别为23.99、5.56、18.43 g/100 g。从数据对比发现，青海芫根氨基酸总量、人体必需氨基酸含量、非必需氨基酸含量均高于新乡芫根^［²⁵^］。

2.1.6 矿物质元素芫根含有丰富的矿物质。任延靖等^［⁴³^］研究在青海种植的不同地区种源的50份芫根发现矿质元素含量存在较大差异，青海种源总矿物质含量较高，且以钾（K）、钙（Ca）、镁（Mg）为主，平均含量均超过2 g/kg。谭亮等^［³⁰^］研究发现，青海玉树地区曲麻莱县、称多县、囊谦县、杂多县4个不同产区的12批次芫根含有丰富的矿物质，且属于典型的高钾低钠植物，其中K、Ca、铁（Fe）元素平均含量均高于北京芫根^［³⁸^］，玉树芫根K、Fe、铜（Cu）元素含量（依次为270.5、1.22、2.10 mg/100 g）均显著高于西藏芫根含量（依次为200.8、0.949、0.029 mg/100 g）^［30^］。可见不同地区芫根营养成分含量差别较大^［²⁵^］，产地是影响营养成分含量的关键因素。此外，李晓娟等^［⁴⁴^］对不同来源的13份芫根为材料，比较分析青海省西宁市（海拔2 261 m）、青海省海南藏族自治州贵南县（海拔3 100 m）和青海省玉树藏族自治州玉树市小苏莽乡（海拔3 750 m）３个不同海拔地区芫根营养成分发现，不同海拔地区芫根营养成分存在显著差异，随着海拔升高，芫根总糖含量越高，可溶性糖含量越低，其中西藏昌都芫根和玉树芫根在不同海拔的试验地中总糖含量较高。研究表明，多糖是芫根发挥抗缺氧作用的关键成分^［³¹^］，同时也是芫根发挥抗疲劳作用的主要成分^［⁴⁵^］。

2.2 芫根生物活性作用

2.2.1 抗缺氧、抗疲劳谭秀娟等^［⁴⁶^］采用低压低氧舱模拟海拔4 000 m的高原环境，研究发现，与常压常氧组比较，低压低氧模型组小鼠脑组织海马区、肺组织出现明显的病理损伤，而经芫根总多糖给药处理后，高剂量组小鼠脑、肺组织的病理损伤得到缓解，进一步证明了芫根总多糖具有抗高原缺氧的作用，且可能主要是通过提高机体自身抗氧化能力、减轻氧自由基损伤、调节自身能量代谢来发挥抗高原缺氧的作用^［²⁰^］。浙江大学进行了7 d的人类试食芫根粉单盲试验，研究结果表明，受试者血清SOD（女性）和过氧化氢酶（Catalase，CAT）（男性）显著增加，MDA降低，男性受试者血红蛋白浓度增加，进一步验证了芫根的抗低氧作用^［⁴⁷^］。王辞婉等^［³^］、赵文瑾^［¹^］通过小鼠负重力竭游泳实验发现，芫根多糖可明显延长小鼠的游泳时长，且存在剂量依赖效应，赵文瑾还发现服用高剂量的芫根多糖的小鼠力竭游泳时长优于服用红景天苷的小鼠，并进一步研究了可能是多糖在抗疲劳中起了主要作用。

2.2.2 抗炎、抗肿瘤和提高免疫功能卡地尔亚·库尔班等^［⁴⁸^］研究发现，芫根酸性多糖能明显抑制肺损伤小鼠血清中肿瘤坏死因子-α（Tumor Necrosis Factor α，TNF-α）、白细胞介素-6（Interleukin-6，IL-6）、IL-10、γ干扰素（Interferon-γ，IFN-γ）浓度，说明其能够调节受损肺组织抗炎-促炎免疫平衡、改善免疫因子过度释放状态，对小鼠的炎症反应有显著调节作用，其机制可能与调节核因子κB（Nuclear Factor Kappa-B，NF-κB）/核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3（Nucleotide-Binding Oligomerization Domain-Like Receptor Protein 3，NLRP3）信号通路有关。研究表明，肿瘤相关巨噬细胞（Tumor-associated Macrophage，TAM）是肿瘤微环境的关键组成部分，并协调癌症的各个方面，M1巨噬细胞可能有抗肿瘤作用，而M2巨噬细胞与肿瘤有关^［⁴⁹^］。GUO等^［⁵⁰^］研究表明，芫根多糖可将巨噬细胞转变为M1样表型来抑制肿瘤生长，同时促进信号转导子与转录活化因子1（Signal Transducers and Activators of Transcription 1，STAT1）/NF-κB磷酸化和抑制STAT3/STAT6激活，进一步抑制肺癌小鼠肿瘤细胞的进展和转移。AIPIRE等^［⁵¹^］通过制备芫根正丁醇亚组分，发现其可能通过诱导细胞周期阻滞和线粒体依赖性细胞凋亡来抑制A549肺腺癌细胞增殖，从而发挥抗肿瘤作用。

2.2.3 降血糖《本草纲目》记载芫根出自西番土谷浑，根叶苦温无毒，利五脏，轻身益气，常食通中，令人肥健，消食下气，治嗽，止消渴。研究发现，芫根乙醇提取物可改善糖尿病小鼠的葡萄糖和胰岛素耐量，降低糖化血红蛋白、血浆胰岛素、C肽和胰高血糖素水平，并可逆转糖尿病小鼠的肝葡萄糖调节酶活性，并增加了胰岛素/胰高血糖素比值和肝糖原含量^［⁵²^］。还有研究发现，青海玉树芫根不同提取物及芫根挥发油对糖尿病模型小鼠均有比较明显的降血糖作用^［^53-54^］。张发斌等^［⁵⁵^］发现青海玉树芫根对链脲佐霉素造成的糖尿病小鼠模型有提高胰岛素和降血糖作用。另外，有研究发现芫根乙醇提取物可减轻实验诱导的糖尿病大鼠早期肝损伤^［⁵⁶^］，其保护作用与芫根乙醇提取物的抗氧化作用有关^［⁵⁷^］。

2.2.4 其他芫根还有促进骨质生长、减肥、抗衰老和调节肠道菌群的作用。骨钙素是一种相对较小的非胶原蛋白，由成骨细胞在成骨过程中产生，是骨形成的关键标志物。研究发现，芫根乙醇提取物使给药大鼠的血清骨钙素显著增加，与骨形成的合成代谢剂大豆苷元相比，芫根乙醇提取物对人成骨细胞样MG-63细胞分化有显著的增强作用，因此证明含有硫代葡萄糖苷的芫根水提取物对年轻大鼠的骨形成具有刺激作用^［⁵⁸^］。王花等^［⁵⁹^］研究发现青海玉树芫根对D-半乳糖诱发的亚急性衰老模型小鼠有明显的延缓衰老作用。王文宁^［²⁵^］研究发现，芫根粉能增加小鼠肠道双歧杆菌、乳酸杆菌数量，且在第7天时即有效果，在第14天时效果更为明显。最近研究表明，芫根多糖经模拟胃肠消化后，多糖未发生降解，当多糖被肠道菌群发酵后，短链脂肪酸含量增加，双歧杆菌、粪杆菌属相对丰度增加，普氏菌、考拉杆菌属相对丰度降低^［⁶⁰^］。这些数据表明，芫根多糖通过调节肠道菌群发挥益生作用，并可通过维持肠道健康来预防疾病和改善健康。

3 芫根抗睡眠剥夺损伤的作用

睡眠剥夺是指由于现代生活及工作的需要、周围环境或其他无法避免的原因导致的睡眠不足。睡眠不足与多种疾病有关，一项回顾性纵向研究报告称，每晚睡眠时间少于6 h的个体具有更高的非致命性心血管事件，并且与肥胖有关^［⁶¹^］。另外，睡眠剥夺与认知功能下降有关，可导致记忆力下降^［⁶²^］。研究表明，芫根水提取物可部分缓解睡眠剥夺小鼠的外周能量代谢水平降低，并显著降低血清和海马中炎症介质水平，同时芫根水提取物的神经保护作用也在谷氨酸处理的海马神经元细胞（HT22）中得到证实，芫根水提取物可能通过抑制神经炎症和恢复海马线粒体能量代谢来预防睡眠剥夺诱导的认知障碍^［⁶³^］。

4 芫根有效成分代谢通路的研究

4.1 抗缺氧代谢通路缺氧诱导因子（Hypoxia-inducible Factors，HIFs）是一种可以对细胞内氧气浓度变化做出响应的转录因子，通过调节一系列下游基因表达参与细胞代谢、生长死亡、增殖及糖酵解、免疫反应、微生物感染、肿瘤发生和转移等多个过程。此外，缺氧信号转导因子还与其他细胞通路相互作用，如磷脂酰肌醇3-激酶（Phosphatidylinositol 3-Kinase，PI3K）、哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（Mammalian Target of Rapamycin，mTOR）信号转导、NF-κB通路、细胞外信号调节激酶（Extracellular Signa1-related Kinase，ERK）信号转导和内质网（Endoplasmic Reticulum，ER）应激等。HIF家族包含2个不同的亚基α和β，α部分由HIF-1α、HIF-2α和HIF-3α组成，β部分含有一种蛋白质即HIF-1β。HIF-1α在所有机体组织中广泛表达，而HIF-2α和HIF-3α仅在少数特定组织中检测到^［⁶⁴^］。研究表明，HIF利用存在时间变化，其中HIF-1α主要在缺氧适应的急性期活跃，而HIF-2α在后期、更慢性的缺氧期占主导地位^［⁶⁵^］。邝婷婷^［⁶⁶^］研究发现，芫根多糖可通过激活HIF-1α/microRNA210/ISCU 1/2（COX10）信号通路改善和预防急性高原缺氧引起的脑损伤，同时发现芫根多糖通过HIF-1α调节低氧下细胞代谢，降低柠檬酸循环减少的水平，并减轻活性氧对线粒体的损伤，从而达到低氧保护的作用。另外，有研究发现，芫根总提取物在神经元氧-糖剥夺再灌注的海马神经元（HT22）细胞损伤中通过PI3K/丝氨酸-苏氨酸蛋白激酶B（Protein Kinase B，AKT）通路发挥抗缺氧作用^［⁶⁷^］。

4.2 抗疲劳代谢通路 ZHU等^［⁶⁸^］通过网络药理学和广泛靶向代谢组学研究发现，芫根可通过调节能量代谢稳态和炎症相关信号通路发挥抗疲劳作用。赵文瑾^［¹^］研究发现，游泳空白对照组小鼠由于机体缺氧和能量缺乏导致磷酸化mTOR信号分子在肌肉组织内表达量下降，而芫根多糖可通过激活PI3K/AKT/mTOR信号通路，上调游泳小鼠肌肉组织内磷酸化mTOR信号分子表达，促进机体蛋白质合成和营养平衡，调节能量代谢，从而发挥缓解疲劳的作用。李紫琳^［⁶⁹^］研究表明，芫根主要通过调控蛋白质磷酸化、三磷酸腺苷（Adenosine Triphosphate，ATP）合成、调节蛋白激酶活性发挥抗疲劳作用；京都基因与基因组百科全书（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes，KEGG）代谢通路富集结果表明，参与芫根抗疲劳的信号通路为PI3K/AKT、丝裂原活化蛋白激酶（Mitogen-activated Protein Kinase，MAPK）、mTOR、胰岛素信号通路、TNF和磷酸腺苷激活的蛋白激酶（AMP-activated Protein Kinase，AMPK）等信号通路，表明芫根发挥抗疲劳作用是多成分、多靶点、多途径的。

5 展望

芫根中含有多种化学成分，主要有多糖类、硫代葡萄糖类、黄酮类、皂碱类、酚类和挥发性物质等，具有抗缺氧、抗疲劳、抗肿瘤、提高免疫功能、降血糖、减肥和抗衰老、促进骨质形成、调节肠道微生物等多种生物活性。研究表明，芫根化学成分及含量与生长地域及海拔有关，多项研究提示，青海玉树芫根总黄酮、多糖、氨基酸总量、人体必需氨基酸含量、非必需氨基酸、钾、铁、铜元素含量均较高。传统上芫根常作为藏民进入超高海拔（4 500～5 500 m）和极高海拔（5 500 m以上）时对抗高原反应的随身必备品。对芫根有效成分及对睡眠与抗缺氧的关系深入研究，将有助于芫根药物价值的开发，也有助于为高原睡眠障碍的干预寻找新的方法和思路。

利益冲突声明：无。

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基金项目：青海省卫生健康委科研基金项目（J20230011）作者简介：李明科（1994.11—），男，硕士，研究方向：睡眠医学，E-mail：lmk192@outlook.com

通信作者：郝丽娟（1964.12—），女，本科，主任医师，研究方向：睡眠医学，E-mail：haoli599@sina.com