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地黃化學成分和藥理作用的研究進展

2021-03-17 00:01:18陳金鵬張克霞蓋曉紅劉素香田成旺
中草藥 2021年6期
關鍵詞:小鼠研究

陳金鵬,張克霞,劉 毅,蓋曉紅,任 濤,劉素香,田成旺*

·綜 述·

地黃化學成分和藥理作用的研究進展

陳金鵬1, 2, 3,張克霞4,劉 毅1, 2, 3,蓋曉紅1, 2, 3,任 濤1, 2, 3,劉素香1, 2, 3,田成旺1, 2, 3*

1. 天津藥物研究院,天津 300462 2. 天津市中藥質量標志物重點實驗室,天津 300462 3. 釋藥技術與藥代動力學國家重點實驗室,天津 300462 4. 天津藥業研究院有限公司,天津 300462

地黃為我國民間傳統植物藥,有著久遠的歷史記載,主產于河南、河北、陜西、山西等地。其化學成分類型主要包括環烯醚萜類、紫羅蘭酮類、苯乙醇苷類、三萜類、黃酮類及糖類等,對人體血液系統、心腦血管系統、中樞神經系統和免疫系統有顯著作用。隨著現代分離分析手段的不斷創新,加之現代科學技術與藥理學方法不斷應用于地黃的藥理作用及機理研究,近年來,地黃中的化學成分不斷被發現,其藥理作用進一步被開發,臨床適用范圍逐年擴大,引起了國內外科研工作者的熱切關注。對地黃化學成分和藥理作用的研究進展進行概述,旨在為傳統中藥地黃的進一步開發利用和現代化提供一定依據。

地黃;化學成分;環烯醚萜;紫羅蘭酮;藥理作用;降糖

地黃為玄參科(Scrophulariaceae)地黃屬Libosch. ex Fisch. et Mey.植物地黃Libosch.的新鮮或干燥塊根,始載于《神農本草經》,列為上品,是著名的“四大懷藥”之一,至今已有千年的應用歷史。地黃性寒,味甘、苦,歸心、肝、腎經,具有滋陰補腎的功效,凡陰虛血虛腎虛者食之,頗有益處[1]。地黃依炮制方法不同,在藥材上分為鮮地黃、生地黃和熟地黃[2]。地黃以鮮品入藥習稱鮮地黃,具有清熱生津、涼血散瘀、解毒止痛等功效,用于熱病傷陰、舌絳煩渴、發斑發疹、吐血、衄血、咽喉腫痛;將地黃緩緩烘焙至約八成干后入藥習稱生地黃,生地黃清熱涼血、養陰和生津,用于熱病舌絳煩渴、陰虛內熱、骨蒸勞熱、內熱消渴、吐血、衄血和發斑發疹[1];將生地黃酒制再干燥后入藥習稱熟地黃,熟地黃滋陰補血、益精填髓,用于肝腎陰虛、腰膝酸軟、骨蒸潮熱、盜汗遺精、內熱消渴,血虛萎黃、心悸怔忡、月經不調、崩漏下血、眩暈、耳鳴和須發早白[1]。地黃在我國藥用歷史悠久,且不同炮制品在臨床上適用于不同癥狀,其化學成分和藥理作用有一定差異,本文對國內外有關地黃的化學成分和藥理作用概況進行綜述,旨在為地黃的進一步研究和開發醫藥品種提供參考。

1 化學成分

迄今為止,從鮮地黃、生地黃、熟地黃、地黃葉及地黃愈傷組織中,共分離鑒定出化合物200余種,主要為環烯醚萜類、紫羅蘭酮類和苯乙醇類化合物,此外還包括三萜類、黃酮類、木脂素類、酚酸類等其他類化合物。

1.1 環烯醚萜類

環烯醚萜類成分是地黃中數量最多、含量最大的一類化合物,具體名稱見表1,化學結構見圖1。該類成分中代表性化合物梓醇是地黃中的主要成分與活性成分,《中國藥典》2015年版與2020年版均將其列為鑒別與含量測定項下的指標性成分[1,3]。該類化合物基本骨架以益母草苷為主,所含糖基配體以葡萄糖居多。據文獻報道[30],該類化合物在地黃的加工炮制過程中含量變化很大,其可能原因與該類化合物所連糖基數目有關:當化合物連有3個糖時,其在炮制過程中含量幾乎不變;當連有2個糖時,其含量隨著炮制過程的進行而下降,最終降至原來含量的1/3;當連有1個糖時,則幾乎全部降解。

1.2 紫羅蘭酮類

地黃中發現的紫羅蘭酮類多以單萜和倍半萜為主,其5位羥基可與葡萄糖等成苷,少有與環烯醚萜類化合物聚合。從地黃中分離得到的紫羅蘭酮類化合物的具體名稱見表2,化學結構見圖2。

1.3 苯乙醇類化合物

地黃中的苯乙醇類化合物絕大多數以苷的形式存在,其結構特點是以β-葡萄糖為連接體,苯乙醇基和苯乙酰基為取代基,以糖苷鍵連接于糖的不同部位。其代表性化合物毛蕊花糖苷為《中國藥典》2015年版[38]所規定的地黃與熟地黃的指標性成分。從地黃中分離得到的苯乙醇類化合物見表3,化學結構見圖3。

1.4 三萜類

地黃中的三萜類化合物主要存在于葉中,其他部位未見相關報道。至今,從地黃葉中分離鑒定的三萜類化合物僅有9個,結構類型為齊墩果烷型和烏蘇烷型。地黃中的三萜類化合物見表4,化學結構見圖4。

1.5 黃酮類

與三萜類化合物相同,地黃中的黃酮類化合物主要存在于葉中。從地黃中分離得到的化合物見表5,化學結構見圖5。

1.6 糖類

地黃中糖類化合物主要分為單糖和多糖2類。其中單糖主要包括-葡萄糖、-半乳糖、-果糖,蔗糖、棉子糖、甘露三糖、水蘇糖、毛蕊花糖和-甘露糖[49]。在生地黃中,水蘇糖的含量最高,在其水提物中質量分數可達48.3%[49]。地黃多糖主要有地黃多糖a、地黃多糖b[50]、地黃多糖SRPⅠ、地黃多糖SRPⅡ[51]以及由-阿拉伯糖、-半乳糖、-鼠李糖、-半乳糖醛酸按10∶10∶1∶1與14∶7∶3∶8的比例組成的2種酸性多糖[52]。這些多糖的相對分子質量巨大,多在10 000以上。

1.7 其他類

除上述類型成分以外,地黃中還有其他多種類型的成分,如木脂素類、酚酸類、氨基酸類[30,56-57]、揮發油類[32,58]以及無機元素[56]等。木脂素及酚酸類化合物名稱見表6,結構見圖6。

2 藥理作用

地黃在我國藥用歷史悠久且藥理作用廣泛,現代藥理學研究表明地黃對人體血液系統、心腦血管系統、中樞神經系統和免疫系統有顯著作用,此外還具有調節血糖和血脂、抗衰老、抗腫瘤、抑菌和抗胃潰瘍及保護胃黏膜等作用。

表1 地黃中的環烯醚萜類化合物

圖1 地黃中環烯醚萜類化合物的結構

表2 地黃中的紫羅蘭酮類化合物

圖2 地黃中紫羅蘭酮類化合物的結構

表3 地黃中苯乙醇類化合物

圖3 地黃中的苯乙醇類化合物的結構

表4 地黃中的三萜類化合物

2.1 對血液系統的作用

熟地黃是臨床常用補血要藥,可增強機體造血,黃霞等[61]通過觀察熟地黃多糖對模型小鼠外周血象、骨髓造血干細胞、骨髓有核細胞的影響發現,熟地黃多糖對于不同血虛模型小鼠外周血象、骨髓有核細胞下降均有拮抗作用,且對小鼠造血干細胞具有促進增殖、分化作用;此外,劉培建等[62]研究表明,地黃多糖可通過升高氣血雙虛模型小鼠血清中粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子水平來維持造血前體細胞和成熟血細胞的增殖與分化,從而促進骨髓造血機能;給予貧血大鼠地黃提取物后,薛莉君等[63]發現,相對模型組,給藥組大鼠紅細胞數和血紅蛋白顯著升高、血漿促紅細胞生成素(erythropoietin,EPO)水平提高、腦中EPO及其受體水平顯著上調,證實了地黃可作用于大鼠骨髓造血系統,促進造血,改善貧血,從而發揮對于貧血大鼠的治療作用。地黃還具有涼血止血作用,據報道鮮地黃能夠減輕血熱出血大鼠舌、肺、胃部出血損傷的相關癥狀,改善異常的血液流變學、凝血系統指標,具有涼血止血功效[64]。研究還發現,生地黃、炒生地黃炭和炒熟地黃炭均能縮短小鼠出血時間和凝血時間,具有一定止血作用[65]。王梅等[66]通過生地黃止血作用藥效物質基礎實驗研究表明生地黃止血作用的藥效活性物質與糖類、環烯醚萜苷類有關,具體作用機制還需進一步深入研究。

圖4 地黃中三萜類化合物的結構

表5 地黃中的黃酮類化合物

圖5 地黃中黃酮類化合物

表6 地黃中的木脂素及酚酸類化合物

圖6 地黃中的木脂素及酚酸類化合物

2.2 對心腦血管系統的作用

研究顯示,地黃對心血管疾病有良好的治療作用。楊煥斌等[67]通過臨床實驗觀察到,給予冠心病心絞痛患者地黃飲子后,其治療心絞痛作用優于單硝酸異山梨醇酯,且對心電圖改善有效率也顯著高于對照組;還有臨床研究顯示,以自擬加減地黃飲法治療腦梗死總有效率達86.5%,且此法滋腎通絡,標本兼顧,取得較好的治療效果[68]。

2.3 對中樞神經系統的影響

阿爾茨海默病的臨床表現為智能減退、記憶缺失、認知功能障礙、精神行為改變以及社會活動能力減退,是導致老年癡呆癥最常見的神經退行性疾病。研究表明,地黃可廣泛應用于治療各種神經退行性疾病、有效改善認知和記憶障礙。Lee等[69]通過對大鼠ip東莨菪堿氫溴酸鹽進行造模引起記憶缺陷,造模成功后,ip 200 mg/kg地黃提取物,2周后發現,地黃提取物不但明顯改善大鼠記憶障礙,并減少大鼠在水迷宮中尋找平臺的潛伏期,此外,該研究還顯示200 mg/kg地黃提取物可增強與記憶相關的膽堿能免疫反應并降低海馬中白細胞介素(interleukin,IL)-1β和腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)mRNA的表達,提示地黃提取物可能通過刺激膽堿能酶活性改善認知并減輕炎癥反應。劉志壽等[70]的類似研究也表明,地黃益智方對老年性癡呆有一定的防治作用,其機制可能與其能夠改善腦組織中氧化應激水平和神經突觸間的乙酰膽堿濃度有關。薛莉君等[63]采用斷尾放血結合注射環磷酰胺制備貧血大鼠模型,模型成功后,ig 3、6、10 g/kg地黃水提物,10 d后發現地黃治療組空間記憶能力明顯提高,逃避潛伏期明顯縮短,一定時間內穿越平臺次數顯著增多,且腦組織紅細胞生成素及其受體表達明顯升高,說明地黃水提物顯著提高貧血鼠空間記憶能力。

2.4 對免疫系統的影響

免疫系統是機體執行免疫應答及免疫功能的重要系統,免疫功能低下容易受到各類疾病的侵襲。研究報道,不同劑量地黃提取物均能不同程度地提高小鼠免疫器官指數、碳粒廓清指數、IL-2和TNF-α水平,提高T淋巴細胞比值、血清溶血素水平及脾淋巴細胞增殖率,不同劑量地黃提取物組小鼠血清免疫球蛋白G、免疫球蛋白A水平也有不同程度地提高,表明地黃提取物可促進小鼠免疫功能[71]。奚香君等[72]的小鼠免疫功能低下模型實驗研究表明,地黃煎能通過提高小鼠血清中IL-1α水平增強免疫功能,并調節內分泌、保護胸腺和卵巢形態結構。

2.5 抗衰老作用

衰老與體內自由基密切相關,自由基的過量可導致細胞損傷機體衰老。Pi?tczak等[73]研究表明地黃甲醇提取物可以抑制H2O2/Fe誘導血漿蛋白氧化,50 μg/mL甲醇提取物可抑制靜息血小板產生超氧陰離子。麻銳等[74]研究表明地黃可以抑制H2O2誘導的大鼠腎脂質過氧化及紅細胞溶血,通過清除自由基的產生,抑制脂質過氧化,延緩細胞衰老。

2.6 抗腫瘤

水蘇糖是地黃寡糖中含量較多的成分,在體外有抗腫瘤作用。水蘇糖可抑制人肝癌HepG-2細胞、人胃癌SGC-7901細胞的生長、促進癌細胞死亡,且其作用與濃度呈正相關,水蘇糖聯合環磷酰胺治療H22荷瘤小鼠,小鼠腫瘤質量與水蘇糖濃度呈負相關[75]。

2.7 調節血糖和血脂

蔡春沉等[76]研究表明高脂高糖飼料聯合鏈脲佐菌素所致肥胖糖尿病大鼠模型,ip 10、20、30 mg/kg地黃多糖4 d,小鼠體質量、空腹血糖及胰島素水平、三酰甘油、總膽固醇明顯降低,胰高血糖素樣肽-1及葡萄糖依賴性促胰島素釋放肽含量明顯提高。地黃低聚糖可降低正常小鼠餐后血糖水平及α-葡萄糖苷酶活性并降低db/db 2型糖尿病小鼠葡萄糖耐量抑制,地黃低聚糖在體外可抑制肝H4IIE細胞中磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶基因的表達從而抑制肝臟糖異生[77]。

2.8 抑菌

地黃醋酸乙酯浸膏、正丁醇浸膏、不同濃度氯仿提取物等對大腸桿菌、金色葡萄球菌、枯草桿菌等有明顯抑菌作用[78]。元輝明等[79]研究發現生地黃色素能抑制枯草芽孢桿菌、金黃色葡萄球菌、大腸桿菌活性,其中對枯草芽孢桿菌的抑制作用最強,其抑制作用與生地黃色素濃度呈正相關,但對釀酒酵母菌產朊、假絲酵母、黑曲霉沒有明顯抑制作用。

2.9 抗胃潰瘍

干地黃80%乙醇提取物A液可明顯減少無水乙醇所致的胃黏膜損傷,抑制熱休克蛋白70的合成增加胃黏膜血流量;無水乙醇組HE染色切片顯示胃黏膜損傷嚴重,胃小凹細胞、腺體細胞均有嚴重損傷表面上皮層脫落,A液組切片顯示部分細胞脫落、大部分胃小凹細胞、腺體細胞完好[80]。

2.10 其他

2.10.1 糖尿病性骨質疏松癥 Gong等[81]研究發現熟地黃水提取物可改善糖尿病引起的骨質疏松。熟地黃水提物可提高鏈脲佐菌素所誘導的糖尿病模型小鼠血清中骨特異性堿性磷酸酶活性,降低血清骨鈣素,顯著提高糖尿病大鼠股骨的骨密度、三維校準骨小梁厚度、小梁數和連接性密度,降低小梁間距和結構模型指數,抑制糖尿病大鼠所致的骨丟失和微結構惡化。地黃水提取物對地塞米松所致骨質疏松模型可改善小鼠股骨微結構,提高骨密度,增加骨小梁參數,促進成骨細胞增殖,其機制為地黃可增加堿性磷酸酶活性和骨基質礦化水平;增加Runt相關轉錄因子2和骨橋蛋白的表達,促進成骨細胞分化;通過上調細胞色素P45017A1和芳香化酶,下調11β-羥基類固醇脫氫酶的表達進而干擾固醇激素的生物合成,改善糖皮質激素對體內代謝失衡[82]。

2.10.2 糖尿病引起的腎功能障礙 Dai等[83]采用腹腔注射鏈脲佐菌素結合高脂飲食制備糖尿病腎病大鼠模型,分別服用地黃總苷、地黃葉總苷膠囊15 d,大鼠血清肌酐、尿素氮、24 h尿蛋白定量及腎間質纖維化程度均明顯降低,人無翅型MMTV整合位點家族成員4、β鏈蛋白、轉化生長因子-β1表達均明顯減少,保護腎小球系膜細胞,2-酮基戊二胺酸、三磷酸鳥苷、新鵝去氧膽酸、1-磷酸鞘氨醇、三磷酸硫胺素、-乙酰--氨基葡萄糖6-磷酸等27種內源性代謝物在不同程度上恢復到正常水平。

2.10.3 抗抑郁 熟地黃水提物可通過改善慢性溫和不可預知應激(chronic mild unpredictable stress,CUMS)抑郁癥小鼠胃潰瘍、抗氧化能力及運動能力緩解小鼠抑郁。熟地黃水提物可降低CUMS模型小鼠肝臟中丙二醛的水平,并提高超氧化物歧化酶和過氧化氫酶活性,減少機體氧化損傷[84]。地黃醇提物對CUMS抑郁癥模型小鼠具有抗抑郁作用,可緩解由CUMS引起的小鼠對于蔗糖偏好降低的癥狀,并能恢復CUMS所致血清中異常升高皮質醇水平,可能通過抑制下丘腦-垂體-腎上腺軸的過度活動來升高中樞神經遞質5-羥色胺、去甲腎上腺素,提高腦源性神經營養因子和原肌球蛋白相關激酶B蛋白的表達[85]。

2.10.4 保肝 Zhang等[86]用CCl4制備肝損傷模型,地黃寡糖連續給藥21 d,小鼠血清中丙氨酸轉氨酶和天冬氨酸轉氨酶水平明顯升高,總膽固醇和三酰甘油水平明顯降低;肝臟氧化損傷明顯改善,谷胱甘肽、谷胱甘肽過氧化物酶和超氧化物歧化酶活性升高。

3 結語與展望

地黃始載于《神農本草經》,列為上品,是著名的“四大懷藥”之一,至今已有千年的應用歷史。隨著現代藥學的不斷發展以及對地黃的深入研究,地黃中越來越多的活性成分被挖掘出來,如環烯醚萜類、紫羅蘭酮類和苯乙醇類,以及三萜類、黃酮類等化合物。然而,地黃或熟地黃常以水煎劑的形式入藥,在湯劑中發揮藥效的成分多為大極性的水溶性成分,因此地黃以及熟地黃水溶性成分的研究對其開發利用有著重要作用與意義。藥理學研究發現,地黃對血液系統、心腦血管系統、中樞神經系統和免疫系統有顯著調節作用,此外,還具有調節血糖和血脂、抗衰老、抗腫瘤、抑菌和抗胃潰瘍及保護胃黏膜等作用[87]。盡管地黃的藥理活性眾多,但其中活性物質的作用機制尚未被研究清楚。此外,《中國藥典》2020年版也對地黃以及熟地黃的質量控制方法進行改進,較2015年版,新增生地黃以及熟地黃中地黃苷D的含量測定,而刪去了對毛蕊花糖苷的含量測定[1]。由此說明,國家以及學界對于中藥有效成分的研究及質量控制更加重視。故后續地黃研究工作可以從以下幾方面入手:(1)改善現有的地黃提取工藝,提高有效成分的獲取量;(2)加大研究力度,拓寬研究維度,闡明地黃藥理作用的分子機制,如借助分子生物學、網絡藥理學等現代研究手段,發掘新的活性成分以及現有活性成分的新靶點、新藥理作用;(3)依據不同治療目的、診療手段,選取不同活性成分,如采用質量標志物的研究手段及方法,建立地黃質量評價、質量控制系統,保證地黃中藥材及飲片的安全、有效、可控。

利益沖突 所有作者均聲明不存在利益沖突

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Research progress on chemical constituents and pharmacological actions of

CHEN Jin-peng1, 2, 3, ZHANG Ke-xia4, LIU Yi1, 2, 3, GAI Xiao-hong1, 2, 3, REN Tao1, 2, 3, LIU Su-xiang1, 2, 3, TIAN Cheng-wang1, 2, 3

1. Tianjin Institute of Pharmaceutical Research, Tianjin 300462, China 2. Tianjin Key Laboratory of Quality Marker of Traditional Medicine, Tianjin 300462, China 3. State Key Laboratory of Drug Delivery Technology and Pharmacokinetics, Tianjin 300462, China 4. Tianjin Pharmaceutial Research Institute Co., Ltd., Tianjin 300462, China

Dihuang () has been used as a traditional Chinese herbal medicine for thousands of years in China, which is mainly distributed in Henan, Hebei, Shaanxi and Shanxi Provinces. It mainly contains iridoids, ionones, phenylethanoid glycosides, triterpenoids, flavonoids, and saccharides, which has significant effects on human blood system, cardiovascular and cerebrovascular system, central nervous system and immune system. In recent years, with the development of innovative methods for separation and analysis, the modern science and technology and pharmacological methods were applied to study the chemical constituents and pharmacological action of. More and more chemical components inhave been discovered, and its pharmacological actions have been further improved by development. Furthermore, the clinical application scope ofhas been expanded year by year, which has aroused the keen attention of domestic and foreign scientific research workers. In this paper, the chemical constituents and pharmacological actions ofwere summarized, in order to provide some basis for its further utilization and modernization.

Libosch.; chemical constituents; iridoid; ionone; pharmacological action; hpyerglycemic

R282.71

A

0253 - 2670(2021)06 - 1772 - 13

10.7501/j.issn.0253-2670.2021.06.028

2020-07-01

國家科技重大專項項目(2019ZX09201005)

陳金鵬(1991—),男,助理研究員,博士,主要從事中藥質量控制及藥效物質基礎研究。E-mail: chenjp@tjipr.com

田成旺(1978—),男,研究員,博士,主要從事中藥質量控制及藥效物質基礎研究。E-mail: tiancw@tjipr.com

[責任編輯 崔艷麗]

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