檳榔化學成分、藥理、毒性研究進展及質量標志物預測分析

策力木格,許 良

1內蒙古民族大學蒙醫藥學院;2內蒙古民族大學化學與材料學院,通遼 028000

檳榔(Arecae Semen)為常用天然藥物,系為棕櫚科植物檳榔(ArecacatechuL.)的成熟種子。中藥名為檳榔、青仔、檳榔玉等,主要用于驅殺寄生蟲及助消化等;蒙藥名為高尤、巴塔,主要用于治療腎赫依、腎痼、疾絳蟲病、齲齒牙痛等;傣藥名為戈嗎、賣崗,主要用于治蟲積、食滯、脘腹脹痛、瘧疾、腳氣、痰癖等;哈尼藥名為么佬習,用于驅絳蟲、蛔蟲;黎藥名為給龍、意隆,用于治療絳蟲病,并用其水煎液制成滴眼藥水治療青光眼。維藥名為福非力,治絳蟲、蛔蟲、姜片蟲病、蟲積腹痛、積滯瀉痢、濕熱性牙周炎、牙齒出血、白帶過多、早泄遺精、小便不利、經脈不通、出血、健忘等;藏藥名為果玉,用于治療腎臟疾、牙痛、食積腹脹、驅絳蟲、痢疾等;壯藥名為芒兵郞,用于除瘴毒、通谷道、驅蟲等[1]。檳榔化學成分有多酚類、生物堿類、脂肪酸類等,一般認為生物堿及多酚為其主要藥效成分。檳榔具有促消化、抗抑郁等多種藥理作用及致口腔癌、生殖毒性等毒性作用。本文通過查閱相關文獻對檳榔研究進展進行綜述的基礎上,基于中藥質量標志物(Q-Marker)的理論,從檳榔特有化學成分、可測化學成分、傳統藥性功效、炮制對成分的影響、入血成分和預測等方面對檳榔Q-Marker成分進行預測分析,為明確檳榔Q-Marker和制定科學的質量標準提供理論基礎。

1 化學成分

檳榔含有包括多酚類、三萜類、生物堿類等多種化學成分。其中多酚和生物堿是其主要活性物質,酚類物質含量約為31%,總生物堿含量約為0.3%～0.7%[2],多糖含量約18.7%,脂肪酸含量約14%,粗纖維含量約10.8%,水分約9.9%,灰分約3.0%[3]。檳榔所含化學成分如表1、圖1所示。

圖1 檳榔所含主要化學成分的結構Fig.1 Structure of main chemical components in Arecae Semen

表1 檳榔所含化合物表Table 1 Compounds contained in Arecae Semen

此外,檳榔還含有半乳糖、葡萄糖、阿拉伯糖等糖類成分及Fe、Mn、Zn、Al、Si、B、As、Co、K、Ca、Mg等微量元素[2,4]。

2 檳榔藥理作用

檳榔藥理作用主要有促胃腸運動、抗疲勞、抗抑郁、抗衰老、抗氧化、消炎鎮痛、抗高原缺氧、降血糖、調節血脂等。

2.1 促胃腸運動

自古以來,檳榔一直是中醫常用的治療消化不良、積食等疾病的藥物,具有消化、消積的功能。研究表明,檳榔能增加胃平滑肌的收縮頻率和幅度,使殘胃率降低,并提高小腸推進率,縮短胃排空時間,其所含生物堿是促進胃腸運動的主要活性物質[12]。此外,檳榔堿具有增加腸平滑肌的收縮幅度和張力的作用,并可在3～15 mg/kg范圍內劑量依賴性地促進小腸推進[13]。據研究,檳榔影響胃腸動力的機制可能與檳榔調節胃腸激素分泌及其對Cajal間質細胞的修復作用有關[14]。也有研究報道檳榔堿通過平滑肌膽堿能M型受體刺激大鼠胃肌條的收縮功能[15]。此外,氫溴酸檳榔堿可以抵抗大鼠胃黏膜的損傷,促進損傷后大鼠胃黏膜的修復,這可能與其降低胃蛋白酶活性和抑制胃酸分泌有關[16]。由此可推斷,檳榔可以通過多種機制促進胃腸運動。

2.2 抗疲勞、抗抑郁作用

檳榔具有抗疲勞和抗抑郁作用。小鼠負重游泳實驗結果表明,檳榔能增加肝糖原,降低血乳酸和血尿素氮,具有良好的抗疲勞生理活性[17]。在應激絕望和藥物抑郁模型中,檳榔干預具有很好的抗抑郁作用[18]。檳榔的抗疲勞和抗抑郁作用可能與檳榔中的檳榔堿激活神經細胞膜上的2型毒蕈堿(M2)受體使人興奮有關[19]。還可能檳榔中酚類物質通過降低單胺氧化酶A(MAO-A)的含量和乙酰膽堿酯酶的活性使大腦中神經遞質的含量增加,起到抗抑郁作用[20]。此外,檳榔的抗抑郁活性可能是由于檳榔所含二氯甲烷能調節多巴胺和5-羥色胺水平有關[21]。

2.3 抗氧化、抗衰老作用

檳榔具有良好的抗氧化作用。這與檳榔中含有的酚酸,花青素,黃酮和多糖有關。據研究,檳榔主要抗氧化活物質是酚類化合物,可清除49.78%的羥基自由基,抗氧化作用與酚含量成正比[22]。此外,檳榔多糖也能抑制短波紫外線輻射和H2O2引起的人皮膚成纖維細胞的氧化損傷[23]。

檳榔提取物對皮膚衰老和炎癥反應有明顯的抑制作用。據研究,檳榔提取物可以使老年大鼠記憶細胞增加,提高記憶力和學習力,提高老年大鼠的抗氧化能力起到抗衰老作用[24]。檳榔能對皮膚結締組織蛋白有保護作用,并且對分解血管周圍主要基質成分有關的酶系統和彈性蛋白酶活性有抑制作用,能夠保護細胞外基質蛋白,激活重建,提高毛細血管壁韌性和再生抗衰老作用。

2.4 鎮痛、抗炎作用

研究表明,檳榔提取物能顯著抑制福爾馬林引起的疼痛[25]、角叉菜膠、前列腺素和花生四烯酸引起的炎癥[26]。其作用機制是檳榔中所含的檳榔堿阻礙核因子-κB (NF-κB)信號通路的激活,從而抑制炎癥介質和促炎細胞因子[27]起到抗炎作用。

2.5 抗高原缺氧作用

檳榔多酚可顯著改善急性高原缺氧大鼠血氧飽和度,減輕臟器損傷,提高超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)活性和谷胱甘肽(glutathione,GSH)含量及抗氧化能力,對大鼠重要臟器起到保護作用[28]。此外檳榔中的原花青素也是檳榔的抗氧化活性物質,據研究原花青素越聚合其抗氧化能力越強[29]。

2.6 降血糖作用

檳榔提取物具有較好的降糖能力。檳榔堿能增加2型糖尿病血液胰島素,降低血脂、血糖[30]。其可能機制是檳榔堿能夠抑制葡糖-6-磷酸酶(glucose-6-phosphatase,G-6-pase)和磷酸烯醇式丙酮酸(phosphoenolpyruvate,PEP)從而降低糖異生過程減少葡萄糖的生產,從而降低血液中糖分含量[31]。此外,檳榔堿通過增強胰島素對骨骼肌細胞內葡萄糖運載體4(GLUT4)、p-PI3K表達[58]的抵抗作用使胰島素更敏感,從而使胰腺β細胞的凋亡降低[32],促胰島β細胞合成并提升胰島素分泌的功能,起到降血糖含量的作用[33]。另外檳榔提取物能抑制α-葡萄糖苷酶水解多糖從而釋放葡萄糖,起到降血糖作用。

2.7 抗菌、抑菌作用

檳榔能夠抑制細菌的生長,包括鏈球菌、牙齦卟啉菌和煙熏菌等口腔細菌,金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、乳酸片球菌、銅綠假單胞、芒果炭疽病菌等菌株具有良好的抑菌活性[34]。據報道檳榔抗菌、抑菌主要活性成分為檳榔堿及揮發油類成分[35]。

2.8 其他作用

除上述藥理作用外檳榔具有驅殺絳蟲、豬囊尾蚴、陰道毛滴蟲、新孢子蟲[36]等驅蟲殺蟲作用。此外,檳榔中的多酚類成分能減輕由卵清蛋白所引起過敏反應[37]。此外檳榔具有抑制小鼠骨質疏松進展的作用[38]。

綜上所述,檳榔藥理活性廣泛,尤其在治療消化系統和心血管系統疾病等方面藥理活性顯著。然而,當前多數檳榔藥理活性研究只聚焦于檳榔堿或檳榔提取物,少部分聚焦于檳榔多酚的活性,對于檳榔其他成分系統的活性研究不多,很難系統全面地分析檳榔的藥理活性。因此,對檳榔的其他成分全面系統研究尤為重要。

3 毒性作用

近年來,檳榔的毒性引起了廣泛的研究和關注,主要包括口腔黏膜纖維性變、細胞毒性、生殖毒性等,尤其在致癌致突變方面研究頗多,據研究檳榔能產生興奮感和欣快感從而使人癡迷上癮,咀嚼檳榔成為僅次于煙草、酒精和咖啡的第四大嗜好品,而長期咀嚼檳榔能引發口腔癌、頭頸癌等,因此2003年被國際癌癥研發中心認定為一級致癌物。據統計,全球有2億～6億人經常嚼食檳榔,我國湖南、海南和臺灣三省咀嚼檳榔的人較多,據統計2010年湖南省湘潭市咀嚼檳榔率高達47.1%[39],臺灣地區咀嚼檳榔占總人口的十分之一[40]。而由于長期咀嚼檳榔引起的口腔癌的情況十分嚴重。

關于檳榔急性毒性實驗顯示小鼠口服檳榔LD50為129.64 g/kg[41]。檳榔固體飲料對小鼠口服LD50為8 181 mg/kg[42]。對斑馬魚幼魚檳榔所含總生物堿LC50值為136.14 μg/mL、總鞣質的LC50值為21.52 μg/mL[43]。檳榔的毒性作用主要表現為促口腔黏膜纖維性變、細胞毒性、生殖毒性等,檳榔毒性作用的主要化學成分及作用機制各不相同(見表2)。

表2 檳榔毒性作用Table 2 Toxic effect of Arecae Semen

據報道檳榔除了上述毒性作用外咀嚼檳榔還存在容易產生依賴性,引起心血管疾病、代謝綜合征和全身炎癥的發生等疾病[52]。此外,氫溴酸檳榔堿輕微抑制人肝微粒體中細胞色素P450亞型酶活性,提示檳榔嗜好者使用細胞色素P450亞型酶的底物藥物時,有代謝相互作用的風險[53]。

4 質量標志物(Q-Marker)預測分析

對檳榔化學成分、藥理作用及毒性作用研究現狀進行歸納總結發現,檳榔含有多種化學成分,并且其藥理作用是通過多種成分多途徑實現的,但其主要藥效成分尚未明確。歸納總結檳榔毒性作用研究現狀發現,其藥效成分及毒性成分可能是同一種成分,如檳榔堿、原花青素等,因此急需明確檳榔質量標志物及其適宜量的掌控,因此基于中藥質量標志物的核心概念,從以下幾個方面對檳榔質量標志物進行預測,以期為制定科學合理的檳榔質量控制標準提供參考。

4.1 基于植物親緣學成分特有性的預測分析

檳榔(ArecacatechuL.)是棕櫚目、棕櫚科植物,棕櫚目只有棕櫚科一科,約210屬。在我國主要分布在南方各省,大約有28屬100余種。檳榔為檳榔屬常綠喬木。高10～30 m直立莖,有環狀葉痕;雌雄同株,花序多分枝,長25～30 cm;果長圓形或卵球形,長3～5 cm,橙黃色,中果皮厚,纖維質;種子卵形,花果期3～4月。檳榔原產于馬來西亞,中國主要分布在云南、海南及臺灣等熱帶地區。亞洲熱帶地區廣泛栽培[54]。棕櫚科植物主要含有黃銅、生物堿、多酚和縮合鞣質等成分,其中生物堿、丹寧濃縮物被認為是檳榔特有成分[10,55]。此外檳榔含有的特征性鞣質類化合物有花青素A1、原花青素B1、B2、檳榔鞣質A1、B1、C1、A2、A3、B2[4,8]等。根據化學成分的特有性,生物堿、單寧濃縮物、鞣質類成分可作為檳榔的候選Q-Marker。

4.2 基于化學成分可測性的Q-Marker預測分析

中藥所含化學成分具備可測性,具有明確的化學結構,是確定質量標志物的重要依據。在對檳榔化學成分研究現狀進行綜述部分總結到檳榔現有測得成分80個,其中檳榔堿為2020 年版《中國藥典》中檳榔的質量評價指標成分,規定檳榔堿含量不得少于0.2%[56]。此外,Qu等[57]HPLC法測定了檳榔堿、檳榔次堿及去甲基檳榔堿和去甲基檳榔次堿含量建立了準確、簡便、重復性好的檳榔中4種生物堿含量的測定方法。Hui等[58]研究炮制對檳榔化學成分的影響時對檳榔所含鞣質、檳榔堿及18種氨基酸進行了測定。Ma[59]采用紫外分光光度法和高相液相法對檳榔中總多酚及兒茶素類物質進行含量測定。測定檳榔中總多酚含量在9.8～58.8 μg/ml范圍內,兒茶素含量1.30%～5.90%、表兒茶素含量0.77%～2.40%、原兒茶酸含量0.1%。綜上所述,化學成分可測性原則檳榔所含檳榔堿、檳榔次堿、去甲檳榔堿及去甲檳榔次堿等生物堿類成分及鞣質類、氨基酸類、多酚類成分(見表1)可作為檳榔Q-Marker選擇的參考成分。

4.3 基于現代藥理研究的Q-Marker預測分析

根據上述對檳榔藥理作用研究現狀綜述分析,檳榔促胃腸運動與其所含檳榔堿、氫溴酸檳榔堿等生物堿成分相關;檳榔抗疲勞、抗抑郁作用與其所含檳榔堿及酚類成分相關;抗氧化、抗衰老作用與檳榔所含花青素等酚類成分相關;鎮痛、抗炎作用與檳榔堿相關;抗高原缺氧作用與檳榔所含酚類成分相關;降糖作用與檳榔所含檳榔堿相關;抗菌抑菌作用與檳榔堿相關。綜上所述,根據現代藥理研究分析,檳榔所含檳榔堿等生物堿類成分及花青素等酚類成分可作為檳榔Q-Marker選擇的參考成分。

4.4 基于傳統藥性、功效的Q-Marker預測分析

傳統中醫學認為,檳榔味辛、苦,性溫,歸胃、大腸經,具有殺蟲消積,降氣行水,截瘧的功效,通常被用于驅殺寄生蟲和助消化。《名醫別錄中》記載“檳榔具有利尿、助消化和驅蟲作用”[60]。蒙醫學認為檳榔味辛、苦,性溫具有保腎、益腎、固齒、驅蟲功效。蒙醫臨床上主要用于治療腰骶部墜痛、腎赫依、腎痼疾、蛔蟲病、絳蟲病、主脈赫依病、齲齒牙痛等癥[61],《蒙藥正典》[62]記載 “檳榔治腎病,治牙藥之上品”。傳統藥性藥味與功效相關性認為檳榔以其辛味溫性達溫腎、保腎、利尿消腫、健胃開郁功效,其苦味達驅蟲、固齒、解毒、鎮靜等功效。而據現代研究表明辛味藥中含化學成分含量依次為揮發油類>苷類>生物堿類>有機酸>無機鹽>氨基酸[63],而苦味藥中含化學成分含量依次為生物堿>揮發油>黃酮苷>糖[64]。因此,根據傳統藥性、功效推測檳榔所含揮發油類、苷類、生物堿類成分(見表1)可作為檳榔Q-Marker選擇的參考成分。

4.5 基于用藥配伍的Q-Marker預測分析

復方為傳統醫藥臨床治療疾病的主要形式,是傳統醫學辨證論治理論的具體體現。而檳榔配伍組成不同復方藥效不盡相同。如檳榔配伍木香、青皮、陳皮等九味藥組成中藥復方木香檳榔丸[65],主治積滯內停,濕蘊生熱證。脘腹痞滿脹痛,赤白痢疾,里急后重,或大便秘結,舌苔黃膩,脈沉實者;此外檳榔配伍木香、枳殼,及烏藥組成四磨湯用于治療小兒乳食積滯、厭食、咳喘和心下痞滿等癥[66]。《傳統蒙藥與方劑》(上)[67]中匯總了檳榔配伍復方120個,檳榔配伍木香、枳殼、使君子、苦楝皮用于驅殺蟲方;檳榔與石榴、白豆蔻、肉桂、蓽茇、干姜、硇砂配伍成溫腎固精方,用于治療腎寒滑精、腰腹冷痛、赤白帶下等癥;檳榔與寒水石、麝香、沒藥、阿魏、金色訶子等配伍成固齒方用于防止牙齒松動。Chen[68]以檳榔堿、鹽酸小檗堿、大黃素和大黃酚的含量為標準建立了木香檳榔丸的質量標準,其中檳榔堿為檳榔所含成分。Fu[69]也以檳榔中含量較高的活性成分檳榔堿作為指標成分去檢測木香檳榔丸的有效成分。Luo[70]以檳榔堿作為四磨湯的質量檢測指標,為四磨湯質量標準提高提供參考。可見檳榔堿是作為檳榔復方的藥效成分,可將檳榔堿作為檳榔用藥配伍的Q-Marker選擇參考和依據。

4.6 基于炮制影響化學成分的預測分析

檳榔炮制方法有炒制、煨制、炙等,現多用炒制,傳統醫學臨床上檳榔有生用也有熟用之分,生檳榔長于驅除寄生蟲;焦檳榔善于消食化滯;炭檳榔善于消積止血,治療血痢。2020版《中國藥典》[56]收載了生檳榔和焦檳榔。據報道檳榔生品、炒黃、焦品的生物堿、氨基酸、鞣質、微量元素的含量具有明顯的變化[58]。此外,He[71]發現了檳榔在炒制過程中新增了2-羥基-5-羥甲基-2-呋喃甲醛、麥芽酚、5-羥甲基糠醛等3個新成分。Peng[4]發現檳榔炒焦后產生5-HMF和 Maltol等新成分。此外,炒焦后檳榔的還原性糖及氨基酸含量有明顯降低。因此,可將檳榔生物堿、鞣質、微量元素、氨基酸、還原性糖及2-羥基-5-羥甲基-2-呋喃甲醛、麥芽酚、5-羥甲基糠醛等作為檳榔的候選Q-Marker進行深入研究。

4.7 基于入血成分的預測分析

中藥成分須經過吸收入血且血藥濃度達到一定程度才有可能發揮藥效,因此,通過考察檳榔入血成分,確定檳榔的候選Q-Marker是有效的辦法之一。Liu[72]研究檳榔水提液和檳榔堿對小鼠血清代謝物的影響得出結果灌胃煙果、青果檳榔水提液與純檳榔堿的小鼠相比僅灌胃蒸餾水的小鼠其血清中植物鞘氨醇、枯茗醛、夾竹桃麻素、反式肉桂醛、a-麥角環肽和氫化肉桂酸的含量更高。Wang[73]對大鼠灌胃檳榔水提液的入血成分及尿液成分進行了分析。從中確認了3-哌啶甲酸甲酯、N-氧化檳榔次堿、異去甲檳榔次堿、檳榔堿等共41個入血成分包括9個原型成分和32個代謝產物,原型成分分別有去甲檳榔次堿、異去甲檳榔次堿、檳榔次堿、去甲檳榔堿、3-哌啶甲酸甲酯、檳榔堿、原花青B2、兒茶素和表兒茶素。因此,可將此9種入血原型成分可作為檳榔Q-Marker的候選成分。

5 結語

檳榔作為傳統中藥(民族藥物)具有悠久的應用歷史,藥效廣泛,且臨床效果良好。目前,國內外學者已在檳榔的化學成分、藥理作用和質量評價等方面取得了一系列研究成果。本文在對檳榔化學成分及藥理作用、毒性作用進行了綜述的基礎上,根據檳榔特有化學成分、可測化學成分、傳統藥性功效、配伍用藥、炮制對化學成分的影響、入血成分方面對檳榔可能的候選Q-Marker進行了文獻分析和推測。將所推測所得可作為檳榔Q-Marker的候選成分導入Excel表格中,以出現次數作圖結果如圖2。從圖中可知檳榔Q-Marker候選成分有生物堿類、多酚類、氨基酸類、揮發油類及微量元素,其中生物堿類及酚類成分最為關鍵。生物堿類成分中檳榔堿、去甲檳榔堿、檳榔次堿、去甲檳榔次堿、異去甲檳榔次堿、高檳榔堿等6種成分;多酚類成分有原花青素B2、兒茶素、表兒茶素等3種成分;氨基酸類化合物有苯丙氨酸和月桂酸等2種成分最為關鍵。

圖2 檳榔質量標志物預測分析圖Fig.2 Prediction analysis of Arecae Semen quality markers

綜上所述,建議將生物堿類及酚類成分可作為檳榔質量標志物的首選物質,氨基酸類可作為備選物質。其中生物堿類成分檳榔堿、去甲檳榔堿、檳榔次堿、去甲檳榔堿等檳榔堿成分可作為檳榔的關鍵候選Q-Marker。本研究初步確定了檳榔質量標志物的參考化合物,為其質量標準體系的建立提供參考,為推動檳榔的全面開發研究以及臨床應用提供科學依據。