刺五加葉化學成分及藥理作用研究進展

李強,張若冰,楊玉赫,田冰,李文蘭 ,李陳雪

(1.哈爾濱商業大學,黑龍江 哈爾濱 150076;2.黑龍江中醫藥大學,黑龍江 哈爾濱 150040)

刺五加為五加科植物刺五加[Acanthopanaxsenticosus(Rupr.Et Maxim)Harms]的干燥根莖。早在1985年就被列入《中國藥典》,有益氣健脾和補腎安神的作用[1]。傳統的刺五加用藥部位是根莖,造成了其藥材資源的嚴重枯竭。葉子作為重要組成部分,同樣含有大量的活性成分,且素來就有被食用的習慣,故此對刺五加植株的化學成分及其活性的研究亦越來越深入。目前,已有大量研究證實,刺五加的根莖、葉、果實均有一定藥用價值,并已衍生出刺五加茶葉等功能性產品和保健食品。由此可見,將刺五加全株中可再生的刺五加葉積極進行醫藥研究、開發及利用具有重要價值。

1 化學成分

1.1 皂苷類化合物刺五加葉的主要活性成分之一為皂苷類化合物。其中三萜皂苷又以齊墩果酸型和裂環羽扇豆烷型苷元為主,分別在苷元的C-3和C-28位置上連接葡萄糖、鼠李糖、木糖、半乳糖、阿拉伯糖等構成不同的三萜皂苷化合物。Ge等[2]總結了刺五加葉中主要的苷元類型,從刺五加葉水提取物中追蹤到了106種三萜皂苷,其中49種被初步鑒定為潛在的新三萜皂苷。Xia等[3]則通過UPLC-ESI-QTOF全面鑒定刺五加葉中三萜皂甙的結構特征,初步鑒定了14種皂苷元和89種三萜皂苷,其中有33種被認為是潛在的新化合物。代吉瑞等[4]通過研究指出,刺五加葉中皂苷類化合物的含量整體呈平穩趨勢,而在初秋時含量可達最高,且以甘草酸及齊墩果酸為主。汪戎錦[5]對刺五加葉中含有的總皂苷成分進行總結,指出其含有hederasaponin-B、eleutheroside-K、saponin-1等三萜皂苷、刺五加苷A、B、C、E、I、K、L、M等齊墩果烷型皂苷以及3,4-開環-羽扇豆烷型三萜皂苷。

1.2 黃酮類化合物刺五加葉從芽的發育到嫩葉期為止,黃酮類化合物的含量最高[4]。代吉瑞等[6]通過紫外分光光度法以及UPLC-Q/TOF-MS技術對刺五加葉黃酮類化合物進行鑒定分析,指出刺五加葉總黃酮含量分別在5月初、8月中旬、9月末較高,可鑒定分離出的化學成分主要包括金絲桃苷、槲皮素、芒果苷、蘆丁、槲皮苷、miquelianin、異鼠李素-3-O-刺槐-二糖苷以及山柰酚-3-O-刺槐-二糖苷等。李仁杰[7]指出刺五加葉中還含有異鼠李素-3-O-β-D-半乳糖苷、異鼠李素-3-O-β-D-鼠李糖基-(1→6)-[α-L-鼠李糖基-(1→2)]-β-D-半乳糖苷、山柰酚-3-O-α-L-鼠李糖基-(1→2)-β-D-葡萄糖苷、槲皮素-3-O-α-L-阿拉伯糖基-(1→2)-β-D-半乳糖苷等物質。此外有研究顯示,金絲桃苷在刺五加的其他部位含量甚微或不含有,而僅在刺五加葉中含量豐富[8]。

1.3 氨基酸、酚酸及有機酸類化合物李俊萍等[1]通過HPLC對刺五加葉中成分進行測定,其中包括氨基酸、酚酸及有機酸類化合物L-苯丙氨酸、原兒茶酸、綠原酸、咖啡酸等,并指出刺五加葉在6月下旬至7月上旬最適宜采收。代吉瑞等[4]對不同采收時期刺五加葉氨基酸類及有機酸類化合物進行鑒定,確定其含有異亮氨酸及8-(5-hecyl-2-furyl)octanoic acid的化學成分。魏文峰等[9]通過UPLC-Q-TOF-MS技術鑒定出5-O-咖啡酰莽草酸、5-阿魏酰奎寧酸、阿魏酸等化合物。還有研究者鑒定出茶酸甲酯、對羥基苯甲酸、丁香酸、松柏苷等成分[10]。劉偉玲等[11]在刺五加葉中檢測到16種氨基酸,其中人體必需氨基酸有7種之多,又以谷氨酸和天門冬氨酸含量較高。

1.4 其他化合物刺五加葉中除上述有效化學成分外,還含有刺五加酚和刺五加酮等木脂素類物質,以及主要由阿拉伯糖、半乳糖、果糖、鼠李糖、木糖等單糖組成的多糖物質[12]。而劉偉玲[11]等還進一步總結指出刺五加葉中含有Ca、Mg、P、Al、Fe、Mn、Sr等10多種微量元素,以Ca的含量最高。此外還含有異嗪皮啶、東莨菪內酯、7-羥基香豆素[13]等香豆素類化合物,具體如圖1和表1所示。

表1 刺五加葉中化學成分

圖1 刺五加葉化學成分

2 刺五加葉的藥理作用及機制

2.1 調節神經系統臨床上能起到調節神經系統的化學藥物,通常伴隨較強的副作用,因此,開發天然藥物調節神經系統功能的研究日益增多。Liu等[23]經過體內生物測試證實,刺五加葉能顯著降低戊巴比妥誘導的睡眠小鼠的運動活性、增加入睡率、縮短睡眠潛伏期和延遲覺醒;改善氯苯氧乙酸(pCPA)所致小鼠失眠,對pCPA有明顯的拮抗作用,而且與5-羥基色氨酸(5-HTP)有協同催眠作用,增加小鼠海馬中5-羥色氨(5-HT)含量,從而促進小鼠睡眠;還能顯著增加給予氟馬西尼的小鼠海馬體γ-氨基丁酸(GABA)的含量,抑制催眠作用,且以劑量依賴性方式縮短睡眠潛伏期并延長睡眠時間。李仁杰[7]研究表明,小鼠給藥羽扇豆烷型三萜皂苷后,能與 5-HTP發揮協同作用,增加小鼠腦內海馬組織中 5-HT的濃度,提高小鼠腦內海馬區 GABA水平,縮短小鼠睡眠潛伏期和睡眠持續時間,達到鎮靜催眠作用。曲紹春等[24]觀察刺五加葉皂苷(ASS)對大腦中動脈閉塞引起的大鼠實驗性血管性癡呆的影響,發現給藥后的大鼠逃避潛伏期、游泳路徑、腦組織乙酰膽堿酯酶(AchE)活性、腦梗死病灶均顯著降低,而游泳時間和路徑與總時間和路徑之比、乙酰膽堿轉移酶(ChAT)活性均顯著提升,說明ASS能增強血管性癡呆大鼠的學習、記憶能力,改善腦組織病理變化,從而對實驗大鼠神經具有較好的保護作用。王倩倩等[25]研究發現,刺五加葉提取物中主要成分能夠對腦缺血大鼠腦內多巴胺及5-HT水平進行正向調節,在一定程度上起到對腦缺血大鼠的保護作用。汪戎錦[5]研究結果表明,刺五加葉能正向調節缺血性腦卒中導致的谷氨酸(Glu)、天冬氨酸(Asp)等興奮性氨基酸的過度釋放、去甲腎上腺素(NE)、腎上腺素(E)、以及牛磺酸、GABA、5-HT、多巴胺(DA)含量的增加、抑制神經遞質甘氨酸(Gly)以及神經炎癥調節劑乙酰膽堿(Ach)含量的降低。Wang等[26]研究結果顯示,刺五加葉有效化學成分能夠有效通過血腦屏障,降低慢性缺血性中風大鼠的腦指數和含水量,調節血漿和海馬神經活性物質的紊亂,從多個方面緩解缺血性腦卒中。綜上,刺五加葉對調節神經的效果明顯且副作用小,可以作為潛在的療效好的天然抗失眠、保護神經及腦組織的藥物,其作用機制見圖2。

圖2 刺五加葉調節神經系統作用機制

2.2 保護心血管系統刺五加葉具有抗心肌缺血、抗心律失常、抗動脈硬化等活性,具有良好的開發成為保護心功能藥物膠囊及注劑的前景。李洋[27]在實驗中發現,ASS能改善心肌梗死后左心室收縮和舒張功能,防止急性心肌梗死后左心室擴張和肥厚,減小室壁切應力,降低重構心肌血管緊張素Ⅱ(AngⅡ)含量及血管緊張素轉換酶(ACE)活性,亦能明顯降低血清過氧化脂質(LPO)含量及ACE活性,提高超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)活性,這對于預防或逆轉心室重構具有重要意義。同時ASS可抑制血管平滑肌細胞(VSMC)的增殖,抑制作用與藥物劑量呈正比,可能與下調原癌基因的表達和細胞周期阻滯有關。以上結果表明ASS可能通過抑制心臟腎素-血管緊張素系統(RAS)系統,阻斷AngⅡ及兒茶酚胺(CA)的促生長增殖作用,同時抑制心肌細胞肥大和心肌立早基因的表達,達到防治心室重構的作用。

睢大員等[28-29]研究發現,ASS對大鼠心肌缺血再灌注引起的心律失常具有明顯保護作用,能防止缺血再灌注室性心律失常的發生,縮短心律失常的維持時間,可明顯縮小心肌梗死范圍(MIS)、降低血清磷酸肌酸激酶(CK)、乳酸脫氫酶(LDH)活性及LPO含量、降低丙二醛(MDA)及Ca2+濃度、降低ST段抬高的程度、增加再灌注心肌組織中SOD及GSH-Px活性,同時,糾正心肌缺血時非梗死區游離脂肪酸(FFA)代謝紊亂,減少內源性血管活性物質血漿內皮素(ET)及AngⅡ釋放,糾正PGI2/TXA2失衡。宋海玖等[30]實驗研究中,給予ASS的心肌缺血-再灌注損傷大鼠的血清肌鈣蛋白T(cTnT)、心肌梗死面積及細胞凋亡指數降低,其機制與細胞外調節蛋白激酶(ERK1/2)途徑激活有關。綜上,刺五加葉為心臟疾病的預防和治療提供了新的思路,但長期給藥能否發揮遠期保護心肌作用,有待進一步研究。刺五加葉保護心血管系統的作用機制如圖3所示。

圖3 刺五加葉保護心血管系統作用機制

2.3 抗炎刺五加常被用作治療類風濕關節炎、肝炎和糖尿病的傳統藥物,其根莖葉均有抗炎作用。LUO等[31]研究結果表明,刺五加葉在脂多糖(LPS)誘導的小鼠腹腔巨噬細胞細胞(RAW264.7)中具有抗炎活性。可以降低LPS誘導的RAW 264.7巨噬細胞中早期促炎細胞因子腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、白介素-1β(IL-1β)的水平、晚期促炎細胞素高遷移率族蛋白 B1(HMGB1)的分泌以及核因子κB(NF-κB)的激活,起到抑制炎癥性疾病的作用。Zhang等[32]的研究結果表明,刺五加葉中的三萜物質可顯著降低半乳糖胺(GalN)/LPS誘導的暴發性肝炎小鼠血清中TNF-α、IL-1β、HMGB1、谷丙轉氨酶(ALT)和谷草轉氨酶(AST)水平,顯著抑制HMGB1的釋放,改善組織學特征,并呈劑量依賴性。Kang等[33]研究發現,刺五加葉中活性成分通過抑制絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)-NF-κB信號通路起到抗炎的作用。給藥后小鼠巨噬細胞中一氧化氮含量、IL-6、TNF-α和前列腺素E2(PGE2)等促炎細胞因子的水平下降,誘導型一氧化氮合酶(iNOS)和環氧化物酶2(COX-2)的蛋白和mRNA表達以及細胞外信號調節激酶和c-jun N-末端激酶的磷酸化被抑制,且在對抗炎癥時未表現出細胞毒性。綜上,刺五加葉通過抑制炎癥反應的啟動和抑制促炎介質起到抗炎的作用(見圖4),成分相對安全有效,但目前國內外對其抗炎機制的研究較少,還需進一步評估刺五加葉對其他組織的細胞毒性。

圖4 刺五加葉抗炎作用機制

2.4 抗氧化機體自由基過多就會造成各種機體組織的損傷,加速機體衰老,抗氧化劑可以清除體內自由基,但市面上多數抗氧化劑是人工合成的,具有一定的毒副作用,因此,無毒副作用的天然抗氧化劑開發成為熱點。研究表明[34]刺五加葉對超氧陰離子自由基也具有很好的清除能力。孫永杰等[35-36]發現刺五加葉總黃酮粗提物對NO2-離子、DPPH、羥基自由基有良好的清除作用,且伴隨一定的量效關系。王俊標等[37]對不同濃度刺五加葉提取液進行抗氧化活性探究,結果顯示刺五加葉具有一定的清除1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)、2,2′-聯氮雙(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二銨鹽(ABTS)自由基的能力,同時還具有較強的還原能力,且隨著提取液濃度增加抗氧化能力增強。翟玉榮等[38]給予ASS可顯著降低阿霉素引起大鼠心肌中毒時機體自由基的堆積和抗氧化酶活性的降低。通過降低血清及心肌LPO含量,提高SOD和GSH-Px活性,糾正體內自由基的代謝紊亂,增強抗氧化酶活性,對阿霉素誘導的心肌損傷產生保護作用。梁啟明等[39]給藥后心肌細胞MDA含量減少,脂質過氧化反應被抑制,心肌細胞抗氧化能力增強,細胞內抗氧酶GSH-Px、SOD、CAT活性明顯升高,顯示ASS能增加細胞抗氧化防御能力。綜上,刺五加葉可作為天然抗氧化劑,應用于藥用及食品保鮮領域中,其抗氧化機制如圖5。

圖5 刺五加葉抗氧化作用機制

2.5 降糖降脂長期的高血糖高血脂可能會導致眼、腎、血管、神經等各種組織的慢性損害,并引發糖尿病、動脈粥樣硬化等各種疾病。翟春梅等[40]研究表明,刺五加葉有效化學成分具有降低2型糖尿病模型大鼠的空腹血糖、血脂的功能。刺五加葉純化物能有效保護胰島B細胞,并促進胰島素分泌,進而起到改善血糖濃度和胰島素抵抗的作用。Nishida等[41]研究了刺五加葉對高脂飲食喂養的小鼠的脂質代謝的影響,結果顯示刺五加葉通過增加線粒體脂肪酸β-氧化,增強ALT活性,來緩解高脂飲食的小鼠血漿中甘油三酸酯(TG)水平的升高。睢大員等[42]實驗說明刺五加葉皂苷能調控實驗性高脂血癥大鼠的脂質代謝,通過增加高脂血癥大鼠外周組織細胞中的膽固醇向肝臟轉運過程,以減少膽固醇在外周組織細胞中的聚集和對血管內皮細胞的廣泛性損害。刺五加葉皂苷可有效調控大鼠模型TG、總膽固醇(TC)、低密度脂蛋白膽固醇(LDL-c)、血栓烷A2(TXA2)、LPO及全血黏度,增強高密度脂蛋白膽固醇(HDL-c)、前列環素(PGI2)及SOD活性,降低TC/HDL-c及LDL-c/HDL-c比值,提高PGI2/TXA2比值,并減輕肝臟脂肪沉積。刺五加葉表現出良好的降血糖、改善異常脂質代謝的效果,且能有效改善并發癥,值得進一步研究用于預防或治療高糖高脂引起的疾病。作用機制如圖6所示。

圖6 刺五加葉降糖降脂作用機制

3 結語

刺五加作為中國傳統藥材,有益氣健脾、補腎安神的功效,甚至有研究學者對人參及其近緣植物刺五加進行了研究,證明了有相似的藥理作用和臨床療效。考慮到資源的可持續性發展,已經有越來越多的學者將目光轉移到刺五加葉上,并已將其開發成不同的產品和保健食品。尤其是通過微生物發酵的刺五加葉[43],能修飾其中的活性成分,節約藥源,提高藥效,從而展現出更強的疾病預防與保健作用。

雖然可以確定刺五加葉具有豐富的化學成分和藥理作用,但具體用量及作用機制尚不全面。刺五加喜濕耐寒的特性使其集中生長在我國東北部較寒冷的山林地區,極大地影響了產量,增加了采收難度,所以培育以及關鍵控制基因還需進一步研究,以期提高刺五加產量、活性物質含量以及縮短采收周期等。同時,刺五加葉中各物質的含量與其根莖定然有所差異,目前尚缺乏明確的對比研究,應以傳統刺五加用藥部位為參考,建立刺五加葉的質量標準,從而真正意義上的做到用藥替代,這對于保護面臨枯竭的刺五加藥用資源有著極高價值意義。