甘草屬Glycyrrhiza L.植物資源化學(xué)及利用研究進展△

鄭云楓，魏娟花，冷康，陶偉偉，方詩琦，彭國平，段金廒 *

(1.南京中醫(yī)藥大學(xué) 藥學(xué)院，江蘇 南京 210023；2.江蘇省中藥資源產(chǎn)業(yè)化過程協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210023)

·綜述·

甘草屬Glycyrrhiza L.植物資源化學(xué)及利用研究進展△

鄭云楓1，2，魏娟花1，冷康1，陶偉偉2，方詩琦1，彭國平1，2，段金廒1，2 *

(1.南京中醫(yī)藥大學(xué) 藥學(xué)院，江蘇 南京 210023；2.江蘇省中藥資源產(chǎn)業(yè)化過程協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210023)

甘草作為一種優(yōu)良的天然植物資源，已被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、化工、畜牧等領(lǐng)域，國內(nèi)外相關(guān)研究也方興正艾，但近年來隨著生態(tài)環(huán)境的破壞及無節(jié)制的采挖，資源狀況日益嚴峻。本文從中藥資源化學(xué)的角度出發(fā)，對甘草屬植物的種類及資源分布進行總結(jié)，并針對不同品種甘草的活性成分、藥理作用以及應(yīng)用現(xiàn)狀進行綜述。旨在為進一步深入研究和開發(fā)該類藥用植物資源提供參考，并為多層次、精細化的甘草資源綜合利用提供依據(jù)。

甘草屬；資源化學(xué)；活性成分；藥理作用；綜合利用

甘草為豆科(Leguminosae)蝶形花亞科(Papilionatae Taub.)的多年生草本植物，全球均有分布。主產(chǎn)區(qū)為亞洲及歐洲，少數(shù)分布在美洲及非洲的熱帶和亞熱帶地區(qū)。我國地處甘草資源中心地帶，也是世界上甘草使用量及出口量最大的國家，年消耗量超過3萬噸，以新疆、內(nèi)蒙古、寧夏和甘肅為主產(chǎn)地，華北和西北各省區(qū)亦有產(chǎn)出。國內(nèi)甘草屬植物約有8種[1]，其中作為法定的藥用品種有烏拉爾甘草Glycyrrhizauralensis、光果甘草Glycyrrhizaglabra和脹果甘草Glycyrrhizainflate[2]。

甘草屬植物的藥用歷史悠久，早在古埃及、古希臘時期就被用于治療咳嗽、胃病及肝臟疾病[3]；傳統(tǒng)中醫(yī)藥，甘草始載于《神農(nóng)本草經(jīng)》，列為上品，具有益氣補中、祛痰止咳、緩急止痛、緩和藥性和清熱解毒的功能，臨床應(yīng)用廣泛，素有“十方九草”之說。除了藥用價值外，甘草及其提取物在食品、飲料、化妝品等工業(yè)中也有著廣泛的應(yīng)用。

甘草屬植物化學(xué)成分非常復(fù)雜，迄今為止從不同品種甘草中分離獲得的各類化合物超過400個[4]，其中三萜和黃酮為兩類主要的活性物質(zhì)，具有鎮(zhèn)痛、止咳、抗炎、抗病毒、抗氧化、抗?jié)?、抗腫瘤、抗變態(tài)反應(yīng)及免疫調(diào)節(jié)等作用[5]。但由于種質(zhì)遺傳差異和分布區(qū)域環(huán)境的不同，不同品種、不同產(chǎn)地甘草化學(xué)成分組成及含量存在顯著差異，這直接影響了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定及資源的有效利用。

近年來國內(nèi)外科研工作者從資源合理開發(fā)利用的角度出發(fā)，采用中藥資源化學(xué)研究思路與方法對甘草的植物資源進行了較為系統(tǒng)的研究與評價，取得了一定進展。本文從甘草屬植物資源化學(xué)的角度對不同品種甘草中所含主要活性成分進行歸納分析，并總結(jié)其開發(fā)利用、研究的現(xiàn)狀，為甘草資源綜合利用及產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供一定的依據(jù)與參考。

1 資源性化學(xué)成分研究

1.1 三萜皂苷類成分

三萜皂苷是甘草屬植物中主要成分類型之一，具有抗炎、抗病毒、免疫調(diào)節(jié)、抗腫瘤等廣泛的藥理活性，同時它也是一類天然甜味劑。迄今為止從全世界甘草屬G.uralensis、G.inflate、G.glabra和G.yunnanensis等植物中已分離獲得了50余個三萜皂苷類成分。從已發(fā)現(xiàn)的化合物來看，其骨架結(jié)構(gòu)一般為3β-羥基五環(huán)三萜齊墩果烷型，可視為β-香樹脂醇的衍生物，其基本骨架見圖1。

圖1 甘草中三萜皂苷類成分的基本骨架

甘草屬三萜皂苷結(jié)構(gòu)主要特征：1)糖鏈：在糖鏈的組成上，大多數(shù)甘草三萜皂苷都含有葡萄糖醛酸基，這是甘草屬植物中特有的結(jié)構(gòu)特征，可作為甘草屬植物鑒定的依據(jù)之一。少數(shù)成分中還含有鼠李糖、芹糖、阿拉伯糖或葡萄糖。糖與苷元連接位置多見于C3位羥基，有部分成分中糖鏈連接于C30的羧基、C21或C22位羥基。糖與糖之間以1→2位相連為主，僅少數(shù)成分，如Uralsaponin B以1→3位相連，Glyeurysaponin以1→4相連；2)11-位羰基：多數(shù)三萜類成分具有C11-酮基和Δ12雙鍵結(jié)構(gòu)，在化合物碳譜的低場可見δC199附近的羰基信號，同時化合物的紫外光譜最大吸收波長顯示在254 nm附近。而在云南甘草中，三萜皂苷類成分主要以共軛雙鍵、孤立雙鍵或酮基存在，常有Δ12或Δ11，13(18)、Δ9(11)，12(13)的結(jié)構(gòu)；3)羥基：羥基是該類三萜皂苷中常見的取代基，出現(xiàn)的位置主要在C21、C22、C24、C29或C30位上；4)羧基：大多數(shù)化合物在C29或C30見有羧基，少數(shù)成分在C29和C30位被醛基或羥基取代；5)內(nèi)酯環(huán)：內(nèi)酯環(huán)常見位置在C30→C22和C29→C18，可以理解為C29和C30羧基與C18和C22的取代羥基脫水后形成。甘草屬三萜皂苷類成分的總結(jié)見表1。

表1 甘草中三萜皂苷類化合物

表1(續(xù))

注：S1=-O-[β-D-GluA(1→2)-β-D-GluA]；S2=-O-[β-D-GluA(1→3)-β-D-GluA]；S3=-O-[β-D-GluA(1→4)-β-D-GluA]；S4=-O-[α-L-Rha(1→2)-β-D-GluA(1→2)-β-D-GluA]；S5=-COO-β-D-Glc；S6=-O-β-D-GluA；S7=-O-α-L-Rha。

1.2 黃酮類活性成分

甘草屬中黃酮類成分復(fù)雜，迄今為止從甘草屬植物中分離獲得的黃酮類成分超過200個，雖然已有學(xué)者對該類成分進行了總結(jié)[28-29]，但針對不同品種甘草所含黃酮活性成分的系統(tǒng)歸納未見報道。根據(jù)基本骨架的不同，甘草黃酮類活性成分可以分為以下幾類：黃酮類(Flavones)、二氫黃酮(Flavanones)、異黃酮(Isoflavones)、二氫異黃酮(Isoflavanones)、查耳酮(Chalcones)、異黃烷(Isoflavans)、異黃烯(Isoflavenes)等，見圖2。

圖2 甘草屬中黃酮類活性成分的基本骨架及特征取代基

越來越多的研究表明，甘草黃酮在抗氧化、抗腫瘤、抗炎、抗菌及保肝等方面具有良好的活性，引起國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。值得注意的是，不同品種甘草所含黃酮類型成分差異明顯，且各類型黃酮成分活性特點也存在不同，如烏拉爾甘草中異黃酮類活性成分含量較高，甘草查爾酮類成分則主要分布于脹果甘草，而異黃烷類活性物質(zhì)光甘草定在光果甘草中分布較多。但目前甘草資源利用尚未考慮到這些狀況，其開發(fā)利用的方案還有待進一步的研究與優(yōu)化。甘草屬植物中黃酮類活性成分的總結(jié)見表2。

表2 甘草屬中黃酮類活性化合物

表2(續(xù))

1.3 香豆素類

甘草中香豆素類成分的典型特征為羰基鄰位上有苯環(huán)取代，如3-Arylcoumarins(Ⅰ)類，這類成分結(jié)構(gòu)符合C6-C3-C6的規(guī)則，有學(xué)者在分類時將其歸為黃酮類成分。少數(shù)成分結(jié)構(gòu)中的取代苯環(huán)與母核之間環(huán)合成呋喃環(huán)，形成Coumestnas(Ⅱ)類結(jié)構(gòu)，見圖3。從來源上來分析，香豆素類活性成分主要存在于烏拉爾甘草G.uralensis中，光果甘草G.glabra及粗毛甘草G.aspera中亦有少量分布，見表3。

圖3 甘草屬中香豆素類活性成分基本骨架及特征取代基團

表3 甘草屬中香豆素類活性化合物

1.4 二苯乙烯類

甘草屬植物中二苯乙烯類化合物較少，主要分布在烏拉爾甘草G.uralensis、光果甘草Glycyrrhiza.glabra、北美甘草G.lepidota、臭甘草G.foetida中。從結(jié)構(gòu)特征上來看，這類化合物具有C6-C2-C6的結(jié)構(gòu)，有些成分中二苯乙烯的α-烯基被還原，形成“戊烯二氫二苯乙烯”結(jié)構(gòu)(類型Ⅱ)，見圖4。已有研究表明，該類化合物具有良好的抗菌、抗病毒、降血糖及抗炎活性，引起了國內(nèi)外研究者的關(guān)注，見表4。如從臭甘草G.foetida中發(fā)現(xiàn)的戊烯二氫二苯乙烯類成分Amorfrutins，不僅具有降血糖及抗炎的作用，而且耐受性極好，具有治療復(fù)雜糖代謝性疾病的前景。

圖4 甘草屬中二苯乙烯類活性成分基本骨架及特征取代基團

表4 甘草屬中二苯乙烯類活性化合物

1.5 多糖

多糖類成分是甘草活性成分之一，其極性較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鑒定相對困難。從烏拉爾甘草G.uralensis中分離獲得的由鼠李糖、葡聚糖、阿拉伯糖和半乳糖組成的多糖組分具有抗腫瘤、免疫促進及抗病毒等活性[81-82]。經(jīng)研究確定其核心結(jié)構(gòu)包含有3種類型[83-85]：1)以葡萄糖為主鏈，通過α-(1，4)鍵連接的單一葡萄糖結(jié)構(gòu)；2)以1，3-D-半乳糖組成一個主鏈，在主鏈半乳糖某單元的6位帶有一個由1，6-半乳糖殘基組成的側(cè)鏈分支；3)以1，3-D-半乳糖組成一個主鏈，在主鏈所有半乳糖單元6位帶有一個由α-1，5-連接的L-阿拉伯糖殘基組成的側(cè)鏈。進一步分析其高級結(jié)構(gòu)還發(fā)現(xiàn)[86]，該類甘草多糖的糖鏈間可呈現(xiàn)環(huán)狀、柱狀、螺旋狀、平面網(wǎng)狀及立體網(wǎng)狀等多種復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)，并推測這種空間的構(gòu)象與甘草多糖的藥理活性及作用特點有密切關(guān)系。

從光果甘草G.glabra地上部分莖中分離獲得一種酸性甘草多糖，確定其分子組成為L-阿拉伯糖∶D-半乳糖∶L-鼠李糖∶D-半乳糖醛酸∶D-葡萄醛酸=22∶10∶1∶2∶1。碳粒廓清實驗表明，此多糖具有顯著的激活網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)功能的活性[87]。在脹果甘草G.inflata中得到一種多糖成分GIP-2，相對分子量大于2000 KDa，分子組成為葡萄糖∶阿拉伯糖∶半乳糖=3.3∶11.7∶1.0[88]。

2 甘草資源的多途徑利用

2.1 在醫(yī)藥領(lǐng)域中的應(yīng)用

2.1.1 抗病毒 甘草具有良好的抗病毒作用，如抗乙型肝炎病毒(HBV)。研究發(fā)現(xiàn)[89]，甘草酸能夠通過改變與HBV有關(guān)的抗原表達及抑制乙肝表面抗原(HbsAg)的分泌而對乙型肝炎有治療作用，其作用機制與神經(jīng)氨酸酶[90]、高遷移率族蛋白1(HMGB-1)[91]及磷脂酶A2[92]等多個關(guān)鍵靶點活性有關(guān)。對現(xiàn)有知識產(chǎn)權(quán)及臨床應(yīng)用狀況分析發(fā)現(xiàn)，甘草酸及其衍生物是目前用于研制治療HBV的常用藥物，如18α-甘草酸是由18β-甘草酸在強堿催化條件下轉(zhuǎn)化而成，其具有比甘草酸更好的抗病毒和抗炎作用，目前已被開發(fā)成新藥應(yīng)用于臨床[93]。

此外，甘草酸具有抑制免疫缺陷病毒(HIV)增殖，激活機體疫功能的作用[94]，對SARS冠狀病毒、水痘、帶狀皰疹病毒也有抑制活性[95]。另有研究發(fā)現(xiàn)，甘草黃酮類成分Licochalcone A、Isolicoflavonol、Glycycoumarin、Glycyrhisoflavone和Licopyrancoumarin等對HIV也有一定的抑制作用[96]。

2.1.2 抗炎、抗變態(tài)反應(yīng) 甘草酸及黃酮類成分是甘草抗炎、抗變態(tài)反應(yīng)的主要活性物質(zhì)。甘草酸在結(jié)構(gòu)及功能上與糖皮質(zhì)激素相似，可作為皮質(zhì)激素的替代治療。同時甘草酸可以多靶點地抑制補體系統(tǒng)，抑制炎性細胞因子和炎癥介質(zhì)生成[97]，臨床已用于皮炎、藥疹、結(jié)締組織病以及與自身免疫相關(guān)的疾病。甘草黃酮類成分異甘草素、甘草素、甘草查耳酮A、光甘草定、甘草醇等能夠抑制炎性細胞浸潤，降低炎癥介質(zhì)釋放，減輕中性粒細胞的氧化損傷等[98]。由甘草提取物制成的黏附貼片，目前已用于治療反復(fù)發(fā)作的炎性口腔潰瘍，能夠顯著減輕疼痛、炎癥和細胞壞死[99]。

2.1.3 抗病原微生物 甘草黃酮類成分甘草查爾酮A、甘草查爾酮B、甘草西定、光甘草定和光甘草素對大腸桿菌、綠膿桿菌、金黃色葡萄球菌、枯草桿菌、酵母菌和真菌均有顯著的抑制作用[100]，是一類活性強而廣的抗菌抗原蟲類物質(zhì)。其中，甘草查爾酮A活性作用最強，可以作為開發(fā)抗呼吸道感染的潛藥。

2.1.4 抗消化性潰瘍 傳統(tǒng)甘草即有治療胃病的應(yīng)用。早在1960年，日本就采用精制后含黃酮及16%甘草酸成分的提取物FM100(商品名為Aspalon)治療消化性潰瘍；而國內(nèi)也有甘酮酸(主要含有甘草黃酮及甘草酸)、甘草酸(Glycyrrhizic acid)、甘草鋅(Licorzine)、甘珀酸鈉(Carbenoxolone sodium)和甘草酸鉍鹽等多種甘草酸及衍生物制劑，用于抗消化性潰瘍。生物學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，甘草酸類及甘草總黃酮(含甘草苷、異甘草苷、甘草素、異甘草素等黃酮類化合物)具有解痙、抑制胃酸分泌、降低胃蛋白酶活性、增加胃黏膜血流量及促進潰瘍愈合的作用，能顯著提高大鼠實驗性胃潰瘍的抑制率和治愈率[101]。

2.1.5 用于止咳祛痰 止咳祛痰是甘草主要功能之一，早已被中西醫(yī)臨床廣為應(yīng)用。其主要活性組分是三萜類成分甘草酸及甘草次酸，服用后能作用于發(fā)炎的咽部粘膜，緩和炎性刺激而鎮(zhèn)咳。甘草流浸膏、甘草片、復(fù)方甘草合劑對急、慢性支氣管炎、支氣管哮喘、咽喉炎等癥引起的哮喘均有一定療效。

2.1.6 解毒作用 甘草有“解百毒”之功能，甘草酸被認為是其主要有效成分。研究表明，甘草及其各類制劑對多種藥物中毒、動物毒素中毒、細菌毒素中毒及其機體代謝產(chǎn)物中毒均有一定的解毒作用，能緩解中毒癥狀，降低中毒動物死亡率。

2.1.6 其他活性 研究發(fā)現(xiàn)，甘草提取物具有一定的降糖、降膽固醇和神經(jīng)保護作用[102-103]，可有效預(yù)防糖尿病的血管并發(fā)癥和內(nèi)皮機能紊亂，緩解高膽固醇血癥，增強記憶等。甘草多糖還具有增強免疫功能作用，能有效提高機體的抵抗力[104]。

2.2 在食品工業(yè)中的應(yīng)用

甘草具有較高的營養(yǎng)價值及保健作用，已被廣泛使用于食品工業(yè)中。甘草酸作為一種天然的甜味劑，甜度可達蔗糖的200倍，可以替代糖及人工甜味劑用于各類食品中。我國《食品添加劑衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 2760-1996)規(guī)定：甘草酸可按生產(chǎn)需要適量用于肉類罐頭、調(diào)味料、糖果、餅干、蜜餞、涼果、飲料中。美國香味料和萃取物制造者協(xié)會(FEMA)規(guī)定：甘草酸的最高用量，在飲料中為130 mg·kg-1；在糖果中為460 mg·kg-1；在焙烤食品中為75 mg·kg-1；在膠姆糖中為3200 mg·kg-1。

此外，從甘草中提取出的黃酮類物質(zhì)，具有良好的抗氧化活性，在中國及日本已被批準(zhǔn)為天然抗氧劑，可用于食用油脂、油炸食品、餅干、方便面、速煮米、干果罐頭、干魚制品和腌制肉制品。

2.3 在日用化工中的應(yīng)用

甘草具有美白、抗衰老的功能，在化妝品領(lǐng)域被稱為“美白皇后”。研究發(fā)現(xiàn)，甘草黃酮具有良好的抗氧化活性，甘草素、異甘草素、甘草查耳酮A等多種類型黃酮能夠抑制脂質(zhì)過氧化反應(yīng)的產(chǎn)物丙二醛的生成，清除體內(nèi)自由基及提高超氧化物歧化酶活性，防止皮膚老化；同時甘草黃酮還可以通過抑制酪氨酸酶和多巴色素互變異構(gòu)酶(TRP-2)的活性[105]，有效抑制黑色素生成。甘草酸類也是化妝品中常添加的一類物質(zhì)，它不僅有抗炎、抗過敏和防止皮膚病的作用，同時還具有表面活性劑性質(zhì)，能夠輔助制備變凝性化妝水劑或乳液。目前，甘草提取物已用于制成護膚霜、祛斑霜、珍珠霜等各類化妝品。

歐美國家利用甘草的抗炎、解毒作用及發(fā)泡性質(zhì)，將其作為天然添加劑用于制造沐浴液、牙膏及洗漱液等日用品。

2.4 其他用途

甘草地上部分莖葉中粗蛋白、粗脂肪含量高，粗纖維含量較低，飼喂效果與紫花苜蓿相似，可以作為干旱、半干旱地區(qū)優(yōu)良的冬春牧草或輔助性草料。甘草提取后的廢渣可用于生產(chǎn)絕緣人造板、食用菌培養(yǎng)基和肥料等，還可從中提取獲得纖維素類物質(zhì)，并通過轉(zhuǎn)化獲得醫(yī)藥原料—羧甲基纖維素[106]。甘草種子富含蛋白質(zhì)和脂肪，中東及歐洲一些地區(qū)將其烘焙后，作咖啡代用品。民間還用刺果甘草G.Pallidiflora的種子與皂刺相配，制成煎湯，具有催乳功能，用于治療奶汁缺少等癥。

3 結(jié)語

據(jù)統(tǒng)計，全世界甘草屬植物有10余種，分布較為廣泛，以歐亞大陸種類最為豐富，北美、南美、澳大利亞以及北非也有分布。但隨著環(huán)境的破壞及無節(jié)制的采挖，多數(shù)種類分布區(qū)域已比較狹窄，有的已經(jīng)瀕臨滅絕，只有少數(shù)品種如烏拉爾甘草G.uralensis等屬于廣布種。因此如何保護及高效利用甘草資源已成為急需解決的關(guān)鍵問題。

目前針對甘草屬植物已開展了深入研究，發(fā)現(xiàn)了包括三萜類、黃酮類、香豆素類、多糖等多種類型成分，對其中甘草酸、甘草黃酮及多糖類成分開展了多途徑的藥理作用研究，并已應(yīng)用在醫(yī)藥、食品工業(yè)、日用化工等領(lǐng)域。但從現(xiàn)有的研究及應(yīng)用看，尚需基于中藥資源化學(xué)的研究思路與方法[107]，針對資源性成分的多層次利用價值、利用效率、加工過程生物轉(zhuǎn)化與化學(xué)轉(zhuǎn)化，以及資源產(chǎn)業(yè)化過程廢棄物再利用等方面進行深入細致的研究，以實現(xiàn)甘草資源產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展與延伸：1)充分考慮不同來源甘草化學(xué)成分的差異，制定個性化的提取、分離和工藝制備方案，以實現(xiàn)不同品種甘草資源的合理化利用；2)采用新技術(shù)提高有效成分提取率，通過化學(xué)反應(yīng)、生物轉(zhuǎn)化等方式促使天然化學(xué)成分的轉(zhuǎn)化和半合成，以有效提高資源性成分利用效率；3)針對甘草種植、采收、生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各類廢棄物，開展精細化綜合利用研究，以實現(xiàn)甘草資源的高效利用，提升資源的附加值。

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ResearchAdvancesinResourceChemistryandUtilizationofGenusGlycyrrhiza

ZHENGYunfeng1，2，WEIJuanhua1，LENGKang1，TAOWeiwei2，F(xiàn)ANGShiqi1，PENGGuoping1，2，DUANJin’ao1，2*

(1.SchoolofPharmacy，NanjingUniversityofChineseMedicine，Nanjing210023，China；2.JiangsuCollaborativeInnovationCenterofChineseMedicinalResourcesIndustrialization，Nanjing210023，China)

The plants ofGlycyrrhizaand their products，which were regarded as valuable natural resource，have been widely applied to many areas including biological medicine，food industry，pastoral industry and animal husbandry.In recent years，great successes of researches on resources of the genusGlycyrrhizawere achieved.However，due to the destruction of ecological environment and uncontrolled consumption onGlycyrrhiza，resource scarcity of the plant had become a serious problem.In this paper the authors thoroughly summarized the advances of species，resource distribution，chemical compositions and their bioactive actions，and multi-ways comprehensive utilization etc.based on the thoughts of resources chemistry of Chinese medicinal materials.These data would provide some scientific data and references for the further research on the exploitation and comprehensive utilization of plants resources in genusGlycyrrhiza.

Glycyrrhiza；resource chemistry；bioactive ingredients；pharmacologic actions；comprehensive utilization

2014-11-13)

國家自然科學(xué)基金項目(81202881)；江蘇省自然科學(xué)基金(SBK201123752)；江蘇省高校優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)工程資助項目(YSXK-2010)

*

段金廒，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向：中藥資源及方藥功效物質(zhì)基礎(chǔ)研究，E-mail：dja@ njutcm.edu.cn

10.13313/j.issn.1673-4890.2015.10.024