刺桐屬植物天然成分提取研究進展

田永花,蔣高華

(云南能源職業技術學院 資源與環境工程學院,云南 曲靖 655001)

刺桐屬(ErythrinaL.)植物為蝶形花科(蝶形花科植物亦有學者將其置于豆科植物Leguminosae中作為亞科處理)植物,約200種,分布于全球的熱帶和亞熱帶地區,我國有刺桐(E.variegataL.)、翅果刺桐(E.subumbrans(Hassk.) Merr.)、鸚哥花(E.arborescensRoxb.)、勁直刺桐(E.stricaRoxb.)、云南刺桐(E.yunnanensisTsai et Yu)等5種,主產西南部至南部,另引入栽培的約有5種[1]。

此屬植物用途廣泛,刺桐屬中幾種植物的樹皮和葉子在民間被當作草藥用于治療牙痛、扭傷、韌帶拉傷、支氣管炎、肺結核及呼吸道感染等疾病。木材可作器具和造紙原料,樹根和樹皮可入藥,如刺桐(E.variegata)樹皮和根皮稱海桐皮,具有祛風除濕、麻醉和鎮靜作用[2],刺桐屬植物花、葉片、根莖里蘊含豐富的天然活性成分,已報道的有黃酮類、刺桐生物堿類、萜類及其他酚類等多種結構類型的化合物。在20世紀30年代,國外學者首次發現刺桐生物堿具有和箭毒馬鞍子(Curare)類似的麻痹肌肉的活性[3],后來又陸續發現刺桐生物堿有抗焦慮[4]、促進睡眠[5]、抗痙攣[6]、乙酰膽堿酯酶抑制劑[7]、殺蟲[8]等生物活性,刺桐屬中部分化合物還具有抗菌、抗腫瘤、清除自由基、抑制PTP1B等生物活性。因此分離提取天然產物中的有效成分,發現先導化合物并對其進行修飾和改造,一直是天然藥物化學研究的熱點。以Folkers K等[9]為主要代表,最早從刺桐(ErythrinaamericanaMill)中發現erythroidine生物堿,隨后又陸續發現許多新生物堿:erythramine[10]、erythraline、erythratine[11]、erysopine[12]、erysodine和erysovine[13-14]、erysothiovine和erysothiopine[15]等,開創了刺桐生物堿的研究。

1 刺桐花中成分提取

楊志陽等人[16]以雞冠刺桐(Erythrinacrista-galli)花瓣為研究材料,通過單因素及正交試驗優化色素提取條件,提取雞冠刺桐花瓣中色素主要成分黃酮類物質。通過超高效液相色譜串聯質譜(UPLC)技術對色素粗提物的黃酮類物質組成進行定性、定量研究。雞冠刺桐花色素提取的最佳條件為:浸提劑為pH值=6的50%乙醇溶液,70 ℃水浴加熱60 min,輔以100%(40 kHz)超聲處理40 min時,色素中總黃酮(以蘆丁計)的提取率最高。提取率最高可達71.2 mg/g干花?；赨PLC-MS/MS檢測得到雞冠刺桐花色素中黃酮類物質的種類至少含有37種(相對含量低于0.1%的色素成分不計),它們分別是黃酮類(占82.16%)、黃酮醇類(占6.15%)、黃烷酮類(占6.07%)和花青素類(占3.08%),其中芹菜素衍生物類的黃酮是雞冠刺桐花色素的主要成分,占比達到71.6%。

肖文娜[17]將刺桐屬植物鸚哥花作為研究對象,采用和其他組類似的分離提純技術和化合物表征方法,最終從中分離提純、表征得到33個生物堿化合物,其中18個在她發現之前已經有文獻報道,15個在查閱范圍內未發現有過報道,為新化合物,其中有一個為二聚體刺桐生物堿,15個化合物通過表征為:Erythriarborine A(1)、Erythriarborine B(2)、 Erythriarborine C(3)、 Erythriarborine D(4)、Erythriarborine E(5)、Erythriarborine F (6)、Erythriarborine G(7)、Erythriarborine H (8)、Erythriarborine I(9)、 Erythriarborine G(10)、Erythriarborine K(11)、Erythriarborine L(12)、Erythriarborine M(13)、Erythriarborine N(14)、Erythriarborine B(15),該課題組對此15個新化合物做了相應的活性實驗,實驗結果顯示不具有顯著的細胞毒活性、NF-kB信號通路抑制活性及乙酰膽堿酯酶抑制方面的活性。

中國科學院植物研究所張冰潔通過各種色譜、波譜等方法,從刺桐屬植物刺桐、雞冠刺桐、鸚哥花和翅果刺桐中分離提出、表征了119個生物堿,其中新化合物47個,包含刺桐生物堿三聚體、二聚體、骨架重排的二聚體和單體。從她得到的化合物可以看出,異喹啉生物堿結構單一的說法并不可靠,該課題組還做了刺桐生物堿進行腫瘤細胞毒活性評價,結果表明刺桐生物堿二聚體活性較好,能抑制NO的形成。這些新化合物的分離提純,對研究抗腫瘤藥物提供新的思考方向。

2 刺桐屬植物枝、葉成分提取研究

計余燕等人[18]對產于云南西雙版納的塞內加爾刺桐進行了生物堿成分研究,采用硅膠柱層析和SephadexLH-20凝膠柱層析,從塞內加爾刺桐枝葉中分離得到14個生物堿,經核磁共振波譜和理化性質分析對化合物結構進行鑒定,鑒定結構后分別命名為分離鑒定了14個生物堿,其結構分別為:erytharbine(1)、(+)-erysotramidine(2)、erysotrine(3)、erysotrine-N-oxide(4)、(+)-1lα-hydroxyerysotrine(5)、(+)-ll-hydroxyerysotramidine(6)、orientaline(7)、erythrartine-11-O-β-D-glucose(8)、(+)-1lα-hydroxyerysotrineN-oxide(9)、laudanidine(10)、erythratinone(11)、reticuline (12)、(+)-10,11-dioxoerysotrine (13)和11β-hydroxyerythratine (14)。在計余燕的碩士畢業論文中[19]還提到她們以云南西雙版納的翅果刺桐為研究對象,采用多種分離提取技術和表征方法,最終分離提純并表征了20個化合物,分別命名為:3-demthoxylerythratine(1)、3-demthoxyl-1lβ-hydroxylerythratine(2)、1lβ-hydroxyerythratine(3)、erythratinone(4)、11β-hydroxyerythratinone(5)、8-oxoerythrinine(6)、virosecurinine(7)、(R)-2-propylhexyl-2H-1,2,3-triazole-4-carboxylate(8)、cristanine A(9)、erythraline(10)、erythrinine(11)、(+)-10,11-dioxoerythratine(12)、erythratine(13)、11-methoxyerythratine(14)、10-oxo-erythraline-11-O-β-D-glucose(15)、2-hydroxymethylN-methyltryptaminel(16)、cristanine D(17)、erythratineN-oxide(18)、erythralineN-oxide(19)和erythraline-11-O-β-glucopyranoside(20)。其中3-demthoxylerythratine、3-demthoxyl-1lβ-hydroxylerythratine兩個為新的刺桐生物堿。

同課題組的羅瑞龍[20]也通過類似的提純分離技術,從翅果刺桐植物中分離提純表征得到37個化合物,主要為生物堿類、醇類和黃酮類物質。即:(±)erysectin A(1)、alpinumisoflavone(2)、parvisoflavone B(3)、laburnetin(4)、wighteone(5)、erythrinin C(6)、erysubin A(7)、5,7,4’-trihydroxy-6-(3,3-dimethyloxyiranylmethyl)isoflavone(8)、erysubin B(9)、glabranin(10)、pinocembrin(11)、isosakuranetin(12)、4’,7-二羥基二氫黃酮(4’,7-dihydroxyflavan one)(13)、phellodensin D(14)、5,4’-二羥基7-甲氧基黃酮(5,4’-dihydroxy-7-methoxyflavone)(15)、異甘草素(isoliquiritigenin)(16)、phaseollin(17)、phaseollidin(18)、cristacarpin(19)、(3R)-erythribyssin D(20a/20b)、(3S)-erythribyssin D(20b/20a)、dolichina A(21a/21b)、dolichina B(21b/21a)、高根二醇(22)、oleanolic acid(23)、β-boswellic acid(24)、soyasapogenol A(25)、betulinic acid(26)、豆甾-5,22-二烯-3β-醇(stigmasta-5,22-dien-3β-ol)(27)、豆甾-5,22-二烯-3β,7β-二醇(stigmasta-5,22-dien-3β,7β-diol)(28)、β-谷甾醇(29)、胡蘿卜苷(30)、pinifolic acid(31)、caryolandiol(32)、cyperusol C(33)、丁香脂素(syringaresinol)(34)、1-phenylazo-2-naphthol(35)、1-[[2-methyl-4-[(2-methylphenyl)azo]phenyl]azo](36)、單棕櫚酸甘油酯(glyceroylmonopalmitate)(37)。

同樣是同課題組的龔安界[21]對產于云南省景洪市勁直刺桐進行了化學成分研究,也是采用類似的分離提純技術和表征方法,分離提純、表征了28個生物堿和1個木質素,erythristrictadines A～J(1～12)、nororientaline(13)、cristadine(14)、(R)-2-ethylhexyl 2H-1,2,3-triazole-4-carboxylate(15)、11β-methoxyerythraline-N-oxide(16)、cristanine B(17)、erybidine(18)、8-oxoerythrinine(19)、erythraline-11β-O-glucopyranoside(20)、erysotrine(21)、11-methoxyerythraline(22)、erythraline(23)、crystamidine(24)、erythrinine(25)、erysodine(26)、epierythratine(27)、cristanine A(28)和glycosmisic acid(29)。經過波譜分析鑒定和查閱文獻發現,其中前12個為新生物堿化合物,其生物活性正在探索中。

孔令平等人[22]通過對中國云南省西雙版納的翅果刺桐的干燥枝葉進行化學成分提取,采用正、反相硅膠柱、MCI 柱和凝膠Sephadex,LH-20柱層析、flash中壓制備系統以及正、反相高效液相色譜(HPLC)等手段,從翅果刺桐中共分離得到27個化合物,其中有13個異黃酮類化合物、5個二氫黃酮類、6個紫檀素類、2個肉桂基苯酚類和1個螺二萘類化合物,有兩個化合物為首次報道的新化合物。他們實驗組還對分離得到的化合物進行抗炎、PTP1B 抑制以及神經細胞損傷保護活性篩選實驗。

劉保山等人[23]采用纖維素酶酶解法對刺桐葉片多糖進行提取,在單因素實驗的基礎上,采用響應面分析法對其提取工藝進行優化,進一步研究刺桐葉片多糖的結構、抗氧化活性及抗腫瘤活性。結果表明,刺桐葉片多糖的最佳提取條件是酶解pH值為7,酶用量為4.5%,酶解時間為75 min,酶解溫度為51 ℃,此時多糖的提取率達4.81%。刺桐多糖的紅外光譜呈現出典型的多糖吸收峰,其主要單糖成分是甘露糖、葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸、葡萄糖、半乳糖以及阿拉伯糖。

王雨雪等人[24]通過采摘成熟無病蟲害刺桐樹葉提取刺桐葉過氧化物酶,并對刺桐葉過氧化物酶降解聯苯胺的效果和反應條件進行研究。結果表明,刺桐過氧化物酶生物催化體系對聯苯胺有良好的降解效果。在溫度25～45 ℃,pH值7～8,H2O2與聯苯胺物質的量比為3.0～5.0條件下,10 U/mL刺桐過氧化物酶濃度對200 μmol/L聯苯胺的3 h降解效果最佳。趙廣華等人[25]也是從刺桐葉中提取過氧化物酶,并且研究了它清除水體中雙酚(BPA)的適宜條件。李鳳秋等人[26]以勁直刺桐為研究對象,采用多種現代色譜技術和表征技術,從勁直刺桐中分離提純、表征了15個化合物,即:loliolide(1)、phaseic acid(2)、 pinnatififidanoid A(3)、soyasapogenol E(4)、大豆皂醇B(5)、2α,3α,19α,23-tetrahydroxyurs-12-en-28-oic acid(6)、3β,22β,24-trihydroxyolean-12-en-29-oic acid(7)、(23Z)-9,19-環阿爾廷-23-烯-3β,25-二醇(8)、3,4-二羥基苯甲酸(9)、(+)-丁香脂素(10)、(E)-4-hydroxy-dodec-2-enedioic acid(11)、lutein(12)、7β-羥基豆甾醇(13)、β-谷甾醇(14)、胡蘿卜苷(15)。

3 刺桐屬植物樹皮中成分提取

畢德文[27]以勁直刺桐樹皮作為研究對象,采用常用的分離提取表征方法進行分離提純和表征,最終得到24個化合物,它們是:馬齒莧酰胺E(1)、(+)-methoxyerythraline(2)、erythristemine(3)、erythraline(4)、8-hydroxylerysodine(5)、ersotramidine(6)、erysotrine(7)、erysodine(8),(±)-6a,11a-cis-homopterocarpin(9)、phaseollidin(10)、phaseollin(11)、fuscacarpan B(12a)和fuscacarpan C(12b)的混合物、alpinumisoflavone(13)、parvisoflavone B(14)、柚皮素(15a)和apigenin(15b)的混合物、wighteone(16)、oleanolic acid(17a)和ursolic acid(17b)的混合物、erythrodiol(18)、5α,8α-過氧-(22E,24R)-麥角甾-6,22-烯3β-醇(19)、p-hydroxybenzcic acid(20)、vanillic acid(21)、ω-hydroxyproioquaiacone(22)、3,7-dimethyloct-1-ene-3,6,7-triol(23)、β-谷甾醇(24)。

Balaji T P等人[28]從刺桐屬植物樹皮(海桐皮)中提取纖維素纖維,并進行了熱分析(TGA)/差熱(DTG )、X射線衍射XRD )分析、傅里葉變換紅外光譜(FTIR)、掃描電子顯微鏡( SEM )、原子力顯微鏡(AFM)等形態分析。如纖維素、木質素灰分和蠟質量分數含量分別為70.60%,12.70%,8.60%和0.24%。EVFs的最大拉伸強度和平均拉伸強度分別為(6.06±0.02) MPa和2.80 MPa。熱分析顯示纖維具有良好的穩定性,其殘炭為19.23%,最大降解溫度為349 ℃。通過X射線衍射分析計算出EVFs的結晶度指數為37.5%,結晶尺寸為36.93 nm。形態學研究證實EVFs即使在原始形態下也具有粗糙的表面。EVF的密度為1 412 kg/m3,高于Grewia damine的1 378 kg/m3,低于黃麻的1 460 kg/m3。

Gopinath R等人[29]從黃脈刺桐樹皮中提取纖維素纖維,并探索其理化、熱學、機械性能,其中對EVFs進行化學分析發現,EVFs中存在較高的纖維素(50.64%)和木質素(17.44%),因而纖維具有剛性和強度。通過X射線衍射分析測定EVFs的結晶指數和晶粒尺寸分別為51.80%和3.00 nm。半纖維素降解起始溫度(227.99 ℃)、活化能(74.05 kJ/mol),充分說明了EVFs的熱穩定性。

唐玉婷等人[30]從刺桐樹皮中分離得到10個二聚體和2個單體刺桐生物堿,其結構經核磁共振、紫外光譜和質譜鑒定。文章指出兩個單體生物堿可能是分離得到的二聚體衍生物的前體,此線索為合成二聚體提供思路。此前半年左右[31],該團隊就在刺桐屬皮中分離得到5個二聚刺桐生物堿,并對其進行了碳譜、氫譜和X單晶衍射等技術表征和結構鑒定。

4 結語

刺桐樹植物分離提取天然化合物科研工作者還在努力進行中,從查閱文獻發現,大多數是從刺桐屬植物的枝、葉、樹皮中提取,刺桐花中提取天然成分的報道相對有限。在文獻羅列的眾多提取化合物中生物堿、黃酮較多,其他成分產量相對少,對分離提取物的應用型研究較少。文獻報道刺桐屬植物在醫學中有很高應用價值,未來可以利用文獻中報道的這些化合物做一些應用研究,同時為人工合成功能分子提供前體或者結構修飾提供參考。