轮叶党参的植物化学物及生物活性研究进展

姜国哲,金润浩,韩春姬 *

(延边大学医学院免疫学与病原生物学教研室,吉林 延吉 133002)

摘 要:轮叶党参是桔梗科党参属多年生蔓生草本,长白山珍贵的山野菜和中药材。轮叶党参具有广泛的药理作用及调节生理功能的作用,近年来其中的植物化学物及其生物活性备受关注。本文对目前轮叶党参中的植物化学物质分离鉴定及生物活性研究概况进行概述,包括植物化学物及其代谢产物、生物发酵及生物活性,以期为轮叶党参资源应用提供一定的理论依据。

关键词:轮叶党参;植物化学物;生物活性

姜国哲, 金润浩, 韩春姬. 轮叶党参的植物化学物及生物活性研究进展[J]. 食品科学, 2016, 37(17): 257-262. DOI:10.7506/ spkx1002-6630-201617043. http://www.spkx.net.cn

JIANG Guozhe, JIN Runhao, HA N Chunji. Progress in studies on phytochemicals and bioactivity of Codonopsis lanceo lata[J]. Food Science, 2016, 37(17): 257-262. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-201617043. http:// www.spkx.net.cn

轮叶党参(Codonopsis lanceolata Trautv.)为桔梗科党参属多年生蔓生草本植物,自然生长在森林潮湿处,主要分布于中国、韩国、朝鲜、日本等国家 [1-2]。轮叶党参中含有丰富的糖、多种维生素、矿物质及膳食纤维等营养成分,在中国、韩国、朝鲜作为山野菜广为食用。轮叶党参根还作为传统中药材,具有消炎、镇咳、祛痰等功效 [3],常用于治疗扁桃体炎、支气管炎、咽炎、乳腺炎等炎性疾病 [4]。随着现代生物技术的迅速发展,对于轮叶党参中的各种植物化学物研究及生理功能的研究不断深入,各种新的生物活性成分及药理作用不断被发现,为轮叶党参原料的开发利用提供了科学依据。毒理学实验证明轮叶党参水提取物的半数致死量(median lethal dose,LD 50)大于5 000 mg/kg,且无急性毒性或亚慢性毒性 [5]。鉴于轮叶党参药食同源的重要价值,为促进其更深入的研究和新的功能食品的研发,对轮叶党参的化学成分及生物活性研究现状综述如下。

1 植物化学物及其代谢产物

1.1 三萜类化合物

三萜类化合物是轮叶党参中分离鉴定最多的成分 [6]。任启生等 [7]从轮叶党参乙醇提取物中分离得到α-菠甾醇-β-D-葡萄糖苷、豆甾醇-β-D-葡萄糖苷、△7-豆甾烯醇-β-D-葡萄糖苷、蒲公英萜酮、蒲公英萜醇。梁志敏等 [8]从轮叶党参根95%乙醇提取物的水溶部分分离得到齐墩果酸(oleanolic acid)、刺囊酸(echinocysti c acid)、刺囊酸-β-D-吡喃葡萄糖醛酸甲酯(echinocystic acid-3-O-(6’-O-methyl)-β-D-glucuronopyranoside)。王文永等 [9]首次从轮叶党参中分离得到木栓酮(friedelin)、α-菠甾醇(α-spinasterol)、豆甾醇(stigmasterol)、Δ7-豆甾烯醇(stigmasta-7-dien-3β-ol)。Ushijima等 [10]从轮叶党参热水提取物的甲醇萃取部位中分离得到3-O-β-D-glucuronopyranosyl-3β,16α- dihydroxyolean-12-en-28-oic acid、Lancemaside A、B、C、D、E、F、G及Foetidissimoside A。其中,Lancemaside A为轮叶党参中含量最高的皂苷(2.65~3.64 mg/g),因此Lancemaside A以及与其结构相似的Lancemaside B、C、D、E、F、G的含量对评价轮叶党参质量非常重要 [2]。轮叶党参根中分离得到的三萜类皂苷还有Codonolaside、Codono laside Ⅳ、Ⅴ [11]、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Eclalbasaponin ⅩⅢ [12]

Joh等 [13]研究证实,Lancemaside A 进入消化系统后,在肠道菌群作用下代谢为Lancemaside X,后者进入小肠黏膜细胞内代谢为刺囊酸而入血液循环。Komoto等 [14]给小鼠灌喂Lancemaside A(100 mg/kg)后,取小鼠的盲肠细胞检测,结果显示,30 min后Lancemaside A被肠道菌群及组织分解,产生了4 种代谢产物:CodonolasideⅡ、刺囊酸、Echinocystic acid 28-O-β-D-xylopyranosyl-(1→4)-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-α-L-arabinopyranosyl ester及Echinocystic acid 28-O-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-α-L-arabinopyranosyl ester,4 h后Codonolaside Ⅱ的血浆浓度达到高峰,8 h后刺囊酸在血浆中的浓度达到高峰。因此,认为刺囊酸是Lancemaside在体内发挥药理作用的终产物,而且肠道微生物对Lancemaside A的药理作 用起着重要的作用。

1.2 生物碱类化合物

Chang等 [15]从轮叶党参根的甲醇提取物中分离得到含N-甲酰哈尔满(n-9-formylharman)、l-甲酰基-β-咔啉(1-carbomethoxy-β-carboline)、川芎哚(perlolyrine)及去甲哈尔满(norharman)4 种生物碱类化合物,均属于β-carboline系化合物。Yoo等 [16]从轮叶党参根中分离得到一种单体化合物,通过 1H核磁共振和 13C核磁共振检测,并与文献对照,确定其为1,2,3,4-tetrahydro-β-carboline-3-carboxylic acid,并在13 种轮叶党参样品中均检测到该化合物,是轮叶党参的特征性成分,可作为轮叶党参生药材的品质管理指标成分。

1.3 类苯基丙烷类化合物

梁志敏等 [8]从轮叶党参根95%乙醇提取物的水溶部分分离得到甲基丁香苷(methylsyringin)和丁香苷(syringin)。从轮叶党参甲醇洗脱部分中分离得到党参苷Ⅰ(tangshenoside Ⅰ)、党参苷Ⅱ(tangshenoside Ⅱ) [10]。党参苷Ⅰ可加速热处理引起的雄性小鼠生殖功能紊乱的恢复。Ren Jing等 [17]从轮叶党参乙醇提取物中分离得到党参苷Ⅰ-甲酯(tangshenoside Ⅰ-methyl ester)、党参苷Ⅲ(tangshenosides Ⅲ)、党参苷Ⅳ(tangshenosides Ⅳ)及党参苷Ⅷ(tangshenoside Ⅷ)。

1.4 其他化合物

Zhao Bin等 [18]报道,在轮叶党参中提取了脑苷脂Codonocerebroside A,脑苷脂一般为海星、海参等海洋生物的代谢产物,这是首次在桔梗科植物中提取出脑苷脂类物质。有实验证明海参中分离到的脑苷脂可改善大鼠的非酒精性脂肪肝 [19],通过诱导S180肿瘤细胞凋亡抑制细胞增殖,从而表现出抗肿瘤活性 [20]。由此推测轮叶党参中的脑苷脂可能是轮叶党参抗肿瘤的活性成分之一。从轮叶党参95%乙醇提取物中分离得到二十六烷酸甲酯、正二十九烷、二十四碳酸二十一烷醇酯、四十四烷酸甲酯、顺丁烯二酸 [7]、莽草酸 [9]。Hu Qiufen等 [21]从轮叶党参中分离鉴定了3 种新的Benzofuranylpropanoids化合物:Lanceolune A、B、C。

2 生物发酵

近年来,微生物发酵技术已被广泛应用于中药研究中。研究表明 [22],轮叶党参药材中添加1%活性酵母、发酵温度30 ℃、发酵7 d所得到的总皂苷含量最高,发酵后的正丁醇萃取物400 mg/L组对 HepG-2细胞的抑制作用显著高于相应的未发酵剂量组。Park等 [23]用乳酸菌发酵轮叶党参显著提高了总皂苷、总多酚及总黄酮含量。将轮叶党参用400 MPa高压20 min后,再用益生菌(双歧杆菌或鼠李糖乳杆菌)发酵,其抗氧化、抗菌活性以及改善东莨菪碱引起的记忆认知障碍的功能均得到明显改善 [24]。He Xin long等 [25]也报道,与传统的溶液提取法相比,高压提取结合益生菌发酵能显著提高轮叶党参有效成分活性。

随着人们对健康保健意识的不断增强,基于轮叶党参具有广泛的药理学作用,可与其他中草药配伍,通过微生物发酵,提高其生理活性,有望作为保健食品及新药开发的原料。

3 生物活性

3.1 抗氧化作用

崔明勋等 [26]研究结果显示,轮叶党参提取物50 mg/kg和100 mg/kg作用于环磷酰胺诱导的免疫功能低下小鼠模型,均能显著提高肝、肾组织超氧化物歧化酶(superoxide disproportionation enzymes,SOD)活性并降低丙二醛(malondialdehyde,MDA)的含量。亦有实验表明,轮叶党参乙醇提取物可抑制活性氧(reactive oxygen species,ROS)的产生,而ROS与机体的抗氧化能力密切相关,所以,抑制ROS的产生也是轮 叶党参乙醇提取物提高抗氧化能力的机制之一 [27]。有实验表明,抗氧化基因SOD1、SOD2、MT1、MT2、GST a1、GSTu、GSTpi的表达与机体自由基的清除能力有着密切联系。轮叶党参70%乙醇提取物可以通过调控多种基因的表达而提高2,2’-连氮基-双-(3-乙基苯并二氢噻唑啉-6-磺酸)和1,1-二苯基-2-三硝基苯肼自由基清除能力 [28]。刘婷婷等 [29]利用活性干酵母发酵轮叶党参,提高了轮叶党参清除自由基能力。

3.2 调节免疫功能

研究结果表明轮叶党参能显著提高幼年小鼠胸腺指数和脾脏指数。另外,其对刀豆蛋白诱导的T淋巴细胞增殖及脂多糖诱导的B淋巴细胞增殖均有协同作用,并且提高巨噬细胞对鸡红细胞的吞噬率和吞噬指数,提高血清抗绵羊红细胞抗体水平 [30]。Ryu [31]研究表明,给BALB/c小鼠灌胃轮叶党参水提物(500 mg/kg),连续8 周,小鼠血浆中的细胞因子白细胞介素-2(interleukin-2,IL-2)、肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor-γ,TNF-γ)及IL-10的含量显著提高,而此3 种细胞因子在血浆中的含量均为评价机体免疫功能的重要指标。轮叶党参提取物可作用于机体粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子,加速贫血恢复及调节脾脏功能 [32]。综上,轮叶党参可从不同方面,通过不同机制调节机体的免疫功能,增强机体的免疫力。

3.3 调节神经系统功能

诱导型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS)主要分布在脑神经元中,并且呈选择性分布;小胶质细胞为胶质神经细胞的一种,为中枢神经系统的最重要的防线,与神经系统疾病均密切相关。Jeong等 [33]研究表明,从轮叶党参中分离的Lancemaside A能抑制 iNOS 和小胶质细胞的激活。控制小胶质细胞的激活在治疗神经退行性疾病中起重要作用。由此推测,Lancemaside A有可能发展成为一种治疗神经系统疾病的药物。阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)是一种伴有语言、视觉及知觉等障碍的进行性神经系统疾病。中枢神经系统的胆碱酯酶随着年龄的增长而丧失被认为是AD认知功能障碍的主要原因之一。Jung等 [34]实验结果表明,Lancemaside A与刺囊酸均可以改善由东莨菪碱诱导的小鼠认知和记忆功能障碍,东莨菪碱为一种典型的抗胆碱酯酶药物,可引起健康机体的记忆损伤。与Lancemaside A相比,刺囊酸可以更有效地抑制乙酰胆碱酯酶活性,诱导脑源性神经营养因子和磷酸化环腺苷酸应答结合蛋白的表达 [35]。在此基础上,Weon等 [36-38]也证实,轮叶党参经双歧杆菌、嗜酸乳杆菌和明串珠菌(1∶1∶1)发酵,剂量达到800 mg/kg时,其改善莨菪碱诱导的小鼠记忆与认知障碍的作用明显大于未发酵的轮叶党参。有趣的是发酵后的轮叶党参提取物可抑制乙酰胆碱酯酶活性,但能显著提高海马组织cAMP反应元件结合蛋白质的磷酸化和神经元营养因子表达,从而对海马神经元细胞HT22有显著的保护作用,其机制可能是轮叶党参提取物的抗氧化作用和抑制促凋亡蛋白Bax和半胱天冬酶Caspase-3的表达。该研究结果提示,发酵轮叶党参可改善莨菪碱诱导的小鼠记忆缺失,可作为未来治疗AD的替代品。

3.4 抗炎作用

轮叶党参具有很强的抗炎作用,它可以对多种炎症细胞起作用,如单核细胞、巨噬细胞、淋巴细胞和肥大细胞等 [39],而上述细胞在宿主免疫防御机制中起着关键性的作用。Li Jianping [40]和Xu Liping [41]等报道 -,以二苯胺和卡拉胶诱导小鼠耳肿胀反应,给予轮叶党参皂苷可显著抑制相关的炎症反应,减轻小鼠由于炎症引起的耳肿胀程度。长时间高体积分数的酒精刺激会导致脂肪肝,进而发展成为酒精性肝炎 [42],研究表明,轮叶党参的95%甲醇提取物可明显改善由乙醇诱导的C57BL/6N小鼠的慢性酒精性肝炎,其机制可能与腺苷和脂联素介导的脂肪变性及TLR途径介导的炎症反应有关 [43]。Lancemaside A(20 mg/kg)通过抑制NF-κB活性抑制结肠炎的恶化 [44],Lancemaside A的体内代谢产物-刺囊酸通过抑制环氧酶、iNOS、TNF-α及IL-1β的表达抑制由醋酸乙烯酯引起的皮炎 [45]。Kim等 [46]研究表明,Lancemaside A的抗炎作用机制是因其具有显著的抗氧化能力和阻碍IKK/NF-κB的能力。

3.5 抗癌作用

轮叶党参提取物在体内外实验中对各种癌细胞增殖均有较好的抑制作用。轮叶党参正丁醇提取物可调控ROS的产生和诱导多胺降解,从而对结肠癌HT-29细胞起到明显的抑制作用 [47];而其甲醇提取物可通过增加Bak蛋白表达来抑制并诱导口腔癌细胞HSC-2凋亡 [48]。褚慧楠等 [49]研究证实轮叶党参乙醇提取物(200 mg/kg)可抑制H22荷瘤小鼠肿瘤的生长,增加荷瘤小鼠脾脏和胸腺指数,提高小鼠腹腔巨噬细胞吞噬鸡红细胞的吞噬率、吞噬指数及自然杀伤细胞活性。Kim等 [50]研究也证明轮叶党参70%乙醇提取物对宫颈腺癌、乳腺癌及肺癌的细胞毒性分别为74.5%、70.7%、80.3%,对S180细胞抑制率也达到56.4%。Li Wei等 [51]最新研究结果表明,蒸熟干燥的轮叶党参甲醇提取物虽然不能单独抑制小鼠肝癌H22肿瘤的生长,但可以延长H22荷瘤小鼠的生存时间,提高荷瘤小鼠血清中的细胞因子(IFN-γ、TNF-α、IL-6、IL-2)水平,Hoechst 33258染色测定结果显示蒸熟轮叶党参甲醇提取物可诱导肿瘤细胞的凋亡,其机制是增加促凋亡因子Bax蛋白表达,抑制Bcl-2蛋白和血管生长因子的表达。液相色谱-质谱联用分析结果显示,蒸熟轮叶党参甲醇提取物中主要含有党参炔苷和6 种皂苷。

3.6 保护肝功能作用

轮叶党参水提物可通过调控SREBP-1c、LXRa、HMGR、LDLR等基因对酒精性脂肪肝起到保护作用 [52];轮叶党参皂苷可保护应激引起的肝脏损伤 [53];在酒精性肝损伤动物模型中,轮叶党参水提醇沉物可通过调节MDA、总胆固醇含量及谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase,GSH-Px)的活性来保护肝功能 [54];轮叶党参皂苷也可通过减少肝组织MDA含量、增强GSH-Px和SOD活力保护二乙基亚硝胺所致的小鼠肝细胞DNA损伤 [55]。俞星等 [56]研究表明,经活性酵母发酵的轮叶党参皂苷,可预防二乙基亚硝胺致小鼠肝细胞DNA的损伤,其机制为发酵后的轮叶党参可通过降低细胞色素P450 2E1活性,抑制二乙基亚硝胺在肝组织中的活化,从而阻止了肝细胞DNA的氧化损伤,同时通过提高小鼠8-羟基鸟嘌呤-DNA糖苷酶基因表达,迅速清除DNA氧化损伤产生的加合物8-羟基脱氧鸟苷(8-hydroxy-2’-deoxyguanosine,8-OHdG),修复受损DNA。

3.7 调节血脂及减体质量作用

轮叶党参可通过调节体内总胆固醇、三酰甘油来调节血脂 [57]。轮叶党参乙醇提取物能有效地预防大鼠脂质代谢紊乱,其主要机制之一是增强肝总脂酶的活力,加速脂肪分解及提高抗氧化能力,抑制脂质过氧化物 [58]。轮叶党参乙醇提取物可有效减少气虚型血瘀症模型大鼠的全血黏度,增加小鼠的胸腺、脾脏质量 [59]。动物实验结果表明,轮叶党参乙醇提取物可降低脑血栓栓塞大鼠血浆溶血磷脂酸和磷脂酸水平,对预防脑梗死的发生可起到重要的作用 [60]。对于高脂饲料诱导的大鼠模型,与对照组相比,轮叶党参给药组的脂肪垫质量、总胆固醇、低密度脂蛋白明显降低,并且明显抑制脂质积累 [61]。Lee等 [62]报道,轮叶党参提取物可预防由高脂饲料引起的C57BL/6小鼠肥胖及高血脂症。经乳酸发酵的轮叶党参可以控制脂质相关合成基因的表达水平,从而改善肥胖病 [63]

3.8 其他作用

曾有研究指出:通过对诱导心理应激的小鼠进行实验,证明轮叶党参根部提取物能够抑制血睾酮的减少,其主要活性成分为Lancemaside A [64]。用未经原料前处理的轮叶党参提取物和经蒸熟处理的轮叶党参提取物进行皮肤成纤维细胞酪氨酸酶活性抑制实验,结果发现未经原料前处理的轮叶党参提取物在0.13~1.00 mg/ mL的质量浓度范围内显示较低的酪氨酸酶活性抑制作用(抑制率为1.41%~7.18%),而经蒸熟处理的轮叶党参提取物显示较高的酪氨酸酶活性抑制作用(抑制率为3.20%~15.70%),蒸熟后超高压处理的轮叶党参提取物对酪氨酸酶活性的抑制率达到5.28%~25.08% [65]。在皮肤成纤维细胞中酪氨酸酶将L-酪氨酸转变为二羟基苯丙氨酸,后者氧化为苯丙氨酸-3,4-醌,最终形成黑色素。

4 结 语

综上所述,轮叶党参作为传统的药食两用植物已被广泛应用。目前的研究结果表明,轮叶党参在调节机体免疫功能、改善学习记忆能力、降血脂、抗氧化、抗疲劳、抗炎、抗肿瘤、皮肤美白、预防雄性激素下降等方面具有较好的功效,其水提取物安全无毒,作为保健食品原料具有广阔的发展前景。而且通过对轮叶党参原料的前处理(如蒸熟、超高压、发酵等),可提高轮叶党参的利用率。在轮叶党参开发利用方面存在的问题有:轮叶党参作为保健食品原料,目前尚缺乏原料的质量控制标准;轮叶党参皂苷作为主要的功能因子,目前在国内尚无用于含量测定的标准对照品。轮叶党参植物化学物的生物活性及作用机制尚待进一步深入研究。

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Progress in Studies on Phytochemicals and Bioactivity of Codonopsis lanceolata

JIANG Guozhe, JIN Runhao, HAN Chunji *
(Department of Immunology and Pathogenic Biology, College of Medicine, Yanbian University, Yanji 133002, China)

Abstract:Codonopsis lanceolata is a climbing perennial herbaceous plant belonging to the genus Codonopsis of the family Campanulaceae and used both as a precious wild vegetable and herbal medicine in Changbaishan Mountain. Codonopsis lanceolata has an extensive range of pharmacological activities and physiological functions which make it attract tremendous attention. This paper summarizes the recent progress in the studies on phytochemicals and bioactivities of Codonopsis lanceolata, including phytochemicals and their metabolites, biological fermentation and bioactivity, in order to provide a theoretical basis for the development and utilization of Codonopsis lacceolata.

Key words:Codonopsis lacneolata; phytochemicals; bioactivity

DOI:10.7506/spkx1002-6630-201617043

中图分类号:Q949.91

文献标志码:A

文章编号:1002-6630(2016)17-0257-06

收稿日期:2015-12-09

基金项目:科技部国际合作专项(2011DFA33470);吉林省科技厅发展计划项目(20100715;20110701)

作者简介:姜国哲(1977—),男,讲师,博士,主要从事分子毒理学与保健食品研究。E-mail:gzjiang@ybu.edu.cn

*通信作者:韩春姬(1960—),女,教授,博士,主要从事分子毒理学与保健食品研究。E-mail:chjihan@126.com

引文格式: