鐵皮石斛化學成分、藥理作用及毒理學評價研究進展*

倪 凱,何鵬飛,梁志慶,王胤驍,沈宇明,金 錦

(云南省中醫中藥研究院,云南 昆明 650223)

石斛,“石”者,因其不藉水土、緣石而生,“斛”者,古之量器也,十斗為一斛,有珍惜、貴重之意,故得名曰“石斛”。鐵皮石斛DendrobiumofficinaleKimura et Migo.,又名黑節草,為蘭科石斛屬植物,是藥用石斛中的極品,為我國傳統名貴中藥材,以新鮮或干燥的莖入藥。在《神農本草經》和《本草綱目》中均被列為上品,具有滋陰清熱、益胃生津、潤喉護嗓、補益五臟、延年益壽之功效,作為馳名中外的珍惜佳品被冠以“救命仙草”、“千年潤”、“藥中黃金”等美譽。

石斛始載于《神農本草經》,清末民初醫學家張山雷在《本草正義·石草類》中首次提出“鐵皮石斛”之名,言:“若肺胃火熾,津液已耗,舌質深赤干燥,或焦黑嗜飲者,必須鮮斛清熱生津,力量尤偉。必以皮色深綠,質地堅實,生嚼之脂膏黏舌、味厚微甘者為上品,名鐵皮鮮斛”[1]。據中國石斛專委會2021年中國石斛產業統計報告顯示,云南地區鐵皮石斛人工種植面積已達到6萬畝[2],成為云南石斛產區著力打造,重點發展的藥用石斛資源。

本文通過對近年來鐵皮石斛化學成分、藥理作用、毒理學研究等方面的相關研究工作進行綜述,以期為其多領域的深入研究、資源科學合理開發利用以及產業鏈的持續發展提供有益參考。

1 鐵皮石斛的化學成分

石斛屬植物化學成分類型多樣,目前對于鐵皮石斛已有相關研究報道的化學成分包括:多糖、茋類、黃酮類、生物堿、酚類、苯丙素類、揮發性成分、氨基酸和微量元素以及其他類成分。

1.1 多糖 多糖是鐵皮石斛的主要有效成分,也是評價鐵皮石斛品質的重要指標之一,《中國藥典》規定,鐵皮石斛中含鐵皮石斛多糖以無水葡萄糖(C6H12O6)計,不得少于25%[3]。

1.1.1 結構 研究發現鐵皮石斛多糖是一種以1,4-鏈接為主,分支結構較少的長鏈乙酰化葡甘露聚糖,乙酰化主要發生在2號和3號位[4]。王紅靜[5]分離得到兩種鐵皮石斛多糖DOP-1和DOP-2,DOP-1主要連接類型為1,4-連接的葡萄糖和1,4-連接的甘露糖,DOP-2主要由1,4-連接的葡萄糖、1,4-連接的甘露糖和1,6-連接的葡萄糖組成。

羅秋蓮等[6]分離得到的鐵皮石斛多糖,主要為β-構型的酸性吡喃糖。王寧寧[7]研究發現鐵皮石斛多糖為β-糖苷鍵吡喃環多糖化合物。

1.1.2 組成 黃俊彬等研究表明鐵皮石斛多糖的單糖組成主要為甘露糖和葡萄糖,且所含糖為β型[8]。鐘偉萍等[9]分離得到的鐵皮石斛多糖(DDOP)主要由甘露糖、鼠李糖、葡萄糖、木糖和果糖組成,具有乙酰基、MeO和糖醛酸基團,屬于β-構型呋喃糖環多糖片段。

張雨婷[10]通過對鮮、干鐵皮石斛進行分析,發現二者多糖的單糖組成成分相同,均含有葡萄糖、甘露糖、鼠李糖,但單糖相對含量的比重存在明顯的差異。

張勇[11]研究發現鐵皮石斛多糖主要由中性糖、糖醛酸、可溶性蛋白和總酚組成。鐵皮石斛莖、葉、花多糖的單糖組成比例不同,但都以甘露糖、葡萄糖、半乳糖為主。邵尉[12]采取PMP柱前衍生化法檢測鐵皮石斛多糖的單糖組成,發現葉中單糖組成主要為甘露糖、葡萄糖、半乳糖及阿拉伯糖。張四杰等[13]發現鐵皮石斛花多糖主要由葡萄糖、甘露糖、半乳糖、半乳糖醛酸和阿拉伯糖5種單糖組成,其中甘露糖組成比例最高。

1.1.3 含量分布 研究發現鐵皮石斛莖的多糖含量較高,莖部上、中、下部分總多糖和水溶性多糖的含量差異不大。但是根部的多糖含量很低,水溶性多糖含量對比莖部,大幅減少。鐵皮石斛莖部分的多糖含量高于葉部分[14-15]。

1.2 芪類 芪類化合物是由兩個聯芐母核構成的一類芳香族化合物,包括菲類、聯芐類及其衍生物。

1.2.1 菲類 菲類化合物屬于蘭科植物的特征性成分,具有抗炎、抗菌、抗腫瘤、抗氧化、抗過敏等活性[16]。

鼓槌菲是較早從鐵皮石斛中得到的菲類化合物。近年來,學者們從鐵皮石斛中分離得到多種菲類成分。李榕生等從鐵皮石斛根莖中分離得到1,5-二羧基-1,2,3,4-四甲氧基菲等6種菲類化學成分[17]。曹陽等[18]從鐵皮石斛乙醇提取物中得到4-methoxy-2,5-dihydroxy-phenathrene等菲類成分。

1.2.2 聯芐類及其衍生物 鐵皮石斛中最早分離得到的聯芐類化合物是毛蘭素。隨之有多種該類成分被報道。包曉青等[19]分離出包括3,4-二羥基-5,4’-二甲氧基聯芐在內的4種聯芐類成分。呂英俊等[20]分離得到5個聯芐類化合物,鑒定為dendrobibenzyl、chrysotobibenzyl、chrysotoxine、dendrocanol、erianin。周宇娟等[21]從鐵皮石斛中分離得到15個聯芐類化合物,其中6″-de-O-methyldendrofindlaphenol A等5個化合物為首次分離得到。

張幼羲[22]在鐵皮石斛乙酸乙酯萃取物中分離得到(±)-officinalol A、(±)-officinalol B等5個聯芐類化合物及其衍生物。孟威同等[23]報道發現4,4’-二羥基聯芐等4個聯芐類化合物及1個聯芐衍生物dendrocandin Y。

1.3 黃酮類 鐵皮石斛黃酮類物質是近年來研究較多的一類成分。鐵皮石斛中的黃酮苷元主要包括黃酮類、黃酮醇類和二氫黃酮類等。目前從鐵皮石斛中分離得到了芹菜素、圣草酚、柚皮素、金圣草黃素、橙皮苷、甘草素、異甘草素等十余種黃酮類化合物[24-25]。

同時,還分離得到了黃酮苷成分。其中黃酮氧苷有4-烯丙基-2,6-二甲氧基苯基葡萄糖苷、(+)-丁香脂素-O-β-D-吡喃葡萄糖苷、山柰酚-3-O-葡萄糖苷、異槲皮苷等[26-27]。黃酮碳苷有新西蘭牡荊苷Ⅱ、新西蘭牡荊苷Ⅰ、佛萊心苷、異佛萊心苷、芹菜素-6,8-二-C-β-D-吡喃葡萄糖苷、異夏佛托苷、夏佛托苷等[28-29]。

1.4 生物堿 生物堿是石斛中最重要的活性物質之一,也是最早從石斛屬植物中分離得到的化學成分。現代研究表明,從石斛屬植物中已發現52個生物堿類化合物,分別為倍半萜類生物堿、八氫中氮茚類生物堿、四氫吡咯類生物堿、酰胺類生物堿和咪唑類生物堿這5種類型[30]。

目前從鐵皮石斛中分離得到的主要有N-p-香豆酰酪胺、二氫阿魏酸酰酪胺等酰胺類生物堿[31],以及芝麻菜葉千里光堿、歐天芥菜堿、毛果天芥菜堿等吡咯里西啶生物堿[32]。

1.5 酚類化合物 酚類化合物在石斛屬植物中廣泛存在,且結構多樣,但不是主要活性成分。目前從石斛屬18種植物中分離得到酚類化合物53個[33]。

學者們從鐵皮石斛中分離得到了包括咖啡酸、丁香酸、對羥基桂皮酸、阿魏酸等多種酚類化合物[34-35]。

1.6 苯丙素類 和酚類化合物一樣,苯丙素類化合物在石斛屬植物中也廣泛存在,但不是主要活性成分。

目前研究發現的苯丙素類有鉤狀石斛素、5,5’-二甲氧基-落葉松脂素、廣玉蘭賴寧苷、反式-3,4,5-三甲氧基肉桂醇、丁香脂素等[35-38]。

1.7 揮發性成分 劉卉丹[39]利用蒸餾萃取法從鐵皮石斛中提取分離了51個揮發性化合物,主要包括植物甾醇、2,6-二叔丁基對甲酚、豆甾醇等。

曹樺等[40]發現鐵皮石斛花的主要揮發性成分為α-蒎烯、檸檬烯和桉葉油醇。鄒暉等[41]從鐵皮石斛原球莖和花共同含二十余種揮發性成分,其中以有機酸類為主,主要為正十六酸、十五烷酸、己醛等。

1.8 氨基酸及微量元素 劉峻麟等[42]分析發現鐵皮石斛中含21種氨基酸,以精氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、天冬酰胺為主。鐵皮石斛花中含17種氨基酸,其中包括人體必需氨基酸7種[43]。

范家坤等[44]從鐵皮石斛花中得到13種礦質元素、10種B族維生素以及維生素E、維生素C和維生素K1。

1.9 其他成分 近年來,研究者們還從鐵皮石斛中分離出對羥基苯甲醛、對羥基苯酚、β-谷甾醇、22,23-二氫豆甾醇、豆甾-5-烯-3β-醇-7-酮等成分[25、27、36]。

2 鐵皮石斛的藥理作用

鐵皮石斛現代藥理作用研究主要包括:抗氧化及衰老、調節胃腸道、調節免疫、抗腫瘤、干預代謝綜合征、保肝作用、抗疲勞作用及其他藥理作用。

2.1 抗氧化及衰老 現代研究發現鐵皮石斛多糖可顯著延長秀麗隱桿線蟲的壽命,提高線蟲運動、咽泵、抗氧化應激能力,提高過氧化氫酶、超氧化物歧化酶活性和谷胱甘肽含量,并降低活性氧水平和丙二醛含量,延緩線蟲衰老[45]。

趙苑伶等[46]研究鐵皮石斛多糖(DOP-1)對秀麗隱桿線蟲壽命、生殖能力、抗高溫損傷、氧化應激損能力及脂褐素的影響,發現DOP-1可延長線蟲壽命,對高溫損傷和氧化應激損傷有抵御作用,能降低線蟲體內脂褐素的積累,表明其具有較顯著的抗衰老作用。

汪群紅等[47]研究發現鐵皮石斛提取液能通過提高D-半乳糖致衰老小鼠的學習記憶能力/空間搜索能力、空間辨別能力,改善小鼠血清及肝臟抗氧化酶活性,從而達到延緩衰老的作用。

2.2 調節胃腸道 鐵皮石斛調節胃腸道的作用,主要包括改善腸胃功能、保護胃腸道、調節腸道菌群三個方面。

2.2.1 改善腸胃功能 張冠亞[48]通過給小鼠灌胃鐵皮石斛多糖,發現小鼠腸道的生理、生化指標,小腸蠕動能力和排便時間均表現出積極的改善效果,表明鐵皮石斛多糖具有促進結腸發育、改善腸道功能和加速腸道蠕動的作用。

Yan等[49]學者發現鐵皮石斛多糖能上調高脂高糖飲食誘導的大鼠回腸claudin-1、occludin的表達,提高血清IL-6和TNF-α水平,并通過調節腸道屏障功能,改善模型大鼠的胰島素抵抗。

孫晨晨等[50]報道鐵皮石斛能增強陰虛便秘模型小鼠腸推進能力,降低結腸中一氧化氮合酶(iNOS)蛋白及mRNA表達,降低血清中環磷酸鳥苷(cGMP)含量,改善病理癥狀。

2.2.2 保護胃腸道 現代研究發現鐵皮石斛水溶性總蛋白能夠有效降低阿司匹林造成的胃黏膜出血及糜爛,增加胃黏膜損傷大鼠血清中PGE2、SOD含量,降低IL-6、IL-1β、TNF-α、MDA含量,從而保護胃黏膜損傷[51]。歐陽一鳴等[52]的研究發現鐵皮石斛多糖對亞硝基胍誘發的慢性萎縮性胃炎大鼠有較好的保護作用,能升高大鼠血清GAS含量,降低增殖細胞核抗原PCNA、TNF-αmRNA水平,降低Janus激酶2和激活因子-3/酪氨酸磷酸化3的蛋白表達,緩解胃黏膜萎縮,改善胃黏膜病理狀態。

楊志遠等[53]學者的研究顯示,鐵皮石斛超微粉能明顯減輕脂多糖誘導的腸黏膜損傷小鼠腸黏膜的病理損傷和超微結構改變,顯著降低模型小鼠血漿中TNF-α 、IL-6、二胺氧化酶和D-乳酸水平,增加回腸組織中緊密連接蛋白claudin-1和occludin的表達。研究表明鐵皮石斛能明顯減輕腸黏膜損傷,降低腸道滲透性。Wang等[54]報道鐵皮石斛多糖可通過改善腸道屏障功能、調節腸道菌群、減輕氧化應激和炎癥反應,從而有效改善葡聚糖-硫酸鈉誘導的小鼠結腸炎。

2.2.3 調節腸道菌群 謝果珍等[55]通過研究鐵皮石斛多糖對正常小鼠腸道微生態的影響,發現鐵皮石斛多糖能抑制腸道中大腸桿菌和乳酸菌的增殖,促進雙歧桿菌和真菌的增殖,提高纖維素酶、木聚糖酶、淀粉酶和蛋白酶等腸道消化酶的活性。另外,研究發現鐵皮石斛多糖能調控高脂飲食飼養的小鼠的腸腔菌群結構及代謝功能,降低有害菌屬的豐度,促進擬桿菌屬、雙歧桿菌屬的增殖[56]。

祖國歷代本草典籍對于石斛都有“久服厚腸胃”的論述,《中國藥典》記載鐵皮石斛能“益胃生津”,鐵皮石斛調節胃腸道的現代藥理作用,正是對祖國醫學中石斛“厚腸胃”功效的科學體現。

2.3 調節免疫 黃杰等[57]發現鐵皮石斛多糖通過增強細胞的吞噬活性、降低炎癥因子(TNF-α、IL-6、NO)釋放水平和改變細胞極化分型,從而促進巨噬細胞RAW264.7細胞增殖,起到免疫調節作用。

謝唐貴等[58]研究報道鐵皮石斛水提物能顯著提高環磷酰胺免疫低下小鼠炭末廓清指數和溶血素抗體含量,具有增強機體免疫調節作用。雷思敏等[59]發現鐵皮石斛中性多糖可緩解環磷酰胺所致免疫功能低下小鼠的免疫抑制,增加小鼠胸腺指數,下調血清中IL-6和IL-10水平,增強血清溶血素水平。

趙媛媛[60]研究發現鐵皮石斛能調節慢性腎小球腎炎(GNN)大鼠免疫功能,升高CGN大鼠的免疫器官臟器指數,改善淋巴細胞增殖情況,同時升高CGN大鼠IL-4和IFN-γ含量,提升CD3、CD4、CD4/CD8水平,降低降低CD8水平。

2.4 抗腫瘤 石斛屬植物抗腫瘤主要活性成分有多糖、生物堿、菲類、聯芐類等,抗腫瘤作用機制主要有增強機體免疫力、抑制癌細胞增殖、促進癌細胞凋亡、調控或阻滯癌細胞周期、抗氧化和清除自由基、改變信號通路傳導等[61]。

Sun等[62]學者報道鐵皮石斛多糖可通過促進S180荷瘤小鼠脾細胞增殖,增強NK細胞和CTL活性,增加非特異性和腫瘤抗原特異性抗體水平,從而抑制S180腫瘤的生長。

龐晨[63]研究發現鐵皮石斛具有抑制肺腺癌A549細胞裸鼠移植瘤組織生長的作用,其作用機制可能與上調自噬相關因子Beclin 1和抑癌基因p16和p53的表達、下調EGFR的表達相關。

2.5 干預代謝綜合征 代謝綜合征是一組以肥胖、高血糖、高血壓以及血脂異常集結發病的臨床綜合征。近年來國內外學者開展了多項鐵皮石斛提取物及其主要功能成分干預代謝綜合征的相關研究。

2.5.1 抗糖尿病作用 石斛屬植物具有良好的降血糖活性,其物質基礎主要為多糖、生物堿和酚類成分,并通過調節糖代謝、改善胰島β細胞功能、增強抗氧化應激和抑制炎癥反應等多種途徑實現抗糖尿病作用[64]。

王云威等[65]研究發現鐵皮石斛多糖能夠顯著提高四氧嘧啶誘導的2型糖尿病小鼠肝臟和胰腺的抗氧化能力,降低胰島素抵抗性,改善胰島素水平。Peng等[66]報道鐵皮石斛水提物可顯著緩解2型糖尿病小鼠的葡萄糖不耐受、胰島素抵抗、氧化應激損傷、血清脂質代謝紊亂和組織病理學損傷。

2.5.2 調節脂質代謝 Qu等[67]研究發現鐵皮石斛多糖可降低飲食誘導的肥胖小鼠和基因誘導的肥胖ob/ob小鼠內臟脂肪組織的炎癥反應,同時降低肝臟TG、血漿FFA、血清TC、LDL-C水平,從而抑制脂代謝異常。李亞梅[68]研究報道稱鐵皮石斛能降低ApoE-/-小鼠血清TG、TCHOL、LDL-C含量,減少肝臟脂肪堆積和主動脈內脂質斑塊的沉積,降低血清和主動脈內TNF-α、IL-6的表達,緩解動脈粥樣硬化損傷。

2.5.3 降血壓作用 研究發現鮮鐵皮石斛和鐵皮石斛水提物能降低自發性高血壓大鼠的血壓,降壓作用與苯磺酸氨氯地平片接近[69-70]。

Li等[71]發現鐵皮石斛多糖可以通過激活腸道SCFAs-GPCR43/41途徑來改善大鼠代謝性高血壓。蘇潔等[72]研究顯示鐵皮石斛超微粉通過抑制血管中LPS/TLR4通路活化,改善血管功能和內皮超微結構異常,對高脂高糖高嘌呤飲食誘導的代謝性高血壓病大鼠起到拮抗作用。

2.6 保肝作用 Wang等[73]學者研究發現鐵皮石斛多糖通過增強腸細胞間的連接,減少細胞凋亡,抑制LPS-TLR4-NF-κB信號通路的激活,對CCl4誘導的肝纖維化大鼠有治療作用。于亞男[74]開展了鐵皮石斛抗肝纖維化作用的研究,體外細胞試驗表明鐵皮石斛多糖能抑制活化肝星狀細胞系LX2(HSC-LX2)增殖并促進其凋亡;體內動物試驗發現鐵皮石斛多糖可改善CCl4誘導的肝纖維化大鼠的肝功能、肝纖維化生化指標以及肝組織的病理結構,并降低大鼠肝組織中TGF-β1的表達。

2.7 抗疲勞作用 謝唐貴等報道鐵皮石斛水提物、醇提物具有抗疲勞作用,能延長小鼠力竭游泳時間,降低疲勞小鼠血清乳酸含量,提高疲勞小鼠肝糖原含量[75-76]。

張寅等[77]研究發現鐵皮石斛膨化提取物能緩解小鼠疲勞,延長游泳時間,降低疲勞相關標記物血清尿素氨、血清乳酸含量,提高血糖、谷胱甘肽含量,降低丙二醛含量,增強谷胱甘肽過氧化物酶、超氧化物歧化酶活性。

2.8 其他藥理作用 鐵皮石斛水提物能改善糖尿病性心肌病,保護心血管系統,其作用機制與抑制氧化應激反應、下調炎癥細胞因子減輕炎癥反應、抑制心肌細胞凋亡以及減少心肌細胞纖維化有關[78]。鐵皮石斛多糖對矽肺纖維化小鼠具有抗肺纖維化的作用,作用機制可能與抑制抗凋亡蛋白及Notch1/Hes1信號通路,以及Col-Ⅲ靶基因的表達有關[79-80]。鐵皮石斛粗多糖和非多糖部位有抗慢性咽炎作用[81]。

3 鐵皮石斛毒理學評價

開展毒理學相關研究,能為鐵皮石斛在食療、保健應用及安全性評價等方面提供參考和科學依據。目前針對鐵皮石斛所開展的毒理學研究主要包括急性毒性、亞慢性毒性、遺傳毒性和生殖發育毒性。

3.1 急性毒性 周雯等[82]用鐵皮石斛干粉進行急性經口毒性試驗,采用限量法灌胃給予受試物后,連續觀察14 d,未見受試ICR小鼠出現明顯的中毒癥狀,也無死亡。結果顯示,鐵皮石斛對雌雄小鼠的LD50均大于12.5 g/(kg·bw),該研究條件下,未發現鐵皮石斛有急性毒性反應。

3.2 亞慢性毒性 王雨等[83]采用鮮鐵皮石斛凍干粉開展90d經口毒性實驗,各項實驗結果顯示未觀察到鐵皮石斛毒性的可逆性、持續性和遲發效應,未觀察到有害作用劑量。李姿等[84]通過90 d喂養試驗,檢測鐵皮石斛對SD大鼠血液生化指標的影響,結果顯示各劑量組大鼠體重、增重、進食量及食物利用率均正常,鐵皮石斛具有降低受試動物大鼠谷丙轉氨酶和膽固醇的作用。

3.3 遺傳毒性 鐵皮石斛干粉進行的細菌回復突變試驗、哺乳動物紅細胞微核試驗和小鼠精原細胞染色體畸變試驗,試驗結果均為陰性。提示該研究條件下,未發現鐵皮石斛有遺傳毒性[82]。

谷芳芳等[85]采用Ames實驗、小鼠骨髓嗜多染紅細胞微核實驗、中國倉鼠肺成纖維細胞染色體畸變實驗,檢測鮮鐵皮石斛的遺傳毒性。結果顯示,鮮鐵皮石斛在所測劑量范圍內,未顯示遺傳毒性。

3.4 生殖發育毒性 劉泳廷等[86]開展鐵皮石斛粉對SD大鼠致畸試驗,結果顯示,在本實驗條件下,鐵皮石斛粉對SD大鼠無母體毒性、胚胎毒性和致畸毒性。秦光和等[87]通過致畸試驗觀察鐵皮石斛對妊娠大鼠及仔鼠胚胎發育的影響,結果顯示,鐵皮石斛對妊娠母鼠無明顯影響,未見致胎鼠畸形作用。

傅劍云等[88-89]進行鐵皮石斛花對親代及子代雄性大鼠睪丸、附睪和精子數量、質量的影響以及對孕鼠母體和仔鼠出生前毒性的相關試驗,試驗結果均未見明顯不良影響。

4 小結

鐵皮石斛化學成分多樣,藥理作用涉及范圍廣,在現代生活和臨床中的使用頻率越來越高。2019年11月,國家衛生健康委對鐵皮石斛開展“按照傳統既是食品又是中藥材的物質(食藥物質)”生產經營試點工作。云南、浙江、廣東、貴州等省份相繼出臺了鐵皮石斛食品安全省級地方標準,突破了鐵皮石斛作為食品加工利用的政策瓶頸,有力推動了石斛產業的發展。

以鐵皮石斛作為藥材和食材主要原料的產業鏈具有巨大的開發潛力和廣闊的應用前景,因此,應保持鐵皮石斛持續性研究,探索鐵皮石斛新的藥理作用,不斷研發更多新型產品,使鐵皮石斛資源得到更科學、有效、合理的開發利用,充分發揮鐵皮石斛潛在的價值。