黄精的化学组成及药理的研究
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黄精的化学组成及药理的研究
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2020年版《中国药典》中收载黄精 3 种,分别为黄精(Polygonatum sibiricum Red)、多花黄精(Polygonatum cyrtonema Hua)和滇黄精(Polygonatumkingianum Coll.et Hemsl.)。根据根部形状俗称为鸡头黄精、姜形黄精、大黄精。
黄精属植物分布广泛,我国就有 79 种。在海拔 800~2800 m的山上都可以生长,黄精主要产自我国的东北三省、以及西北、河北、安徽东部、浙江等地;
多花黄精主要产自四川、安徽、贵州、江苏、浙江、福建、湖南、湖北、广东、广西等地;滇黄精主要产自云南、四川、贵州等地。
黄精,始载于《名医别录》,“其味甘,平,无毒。主补中益气,除分湿,安五脏。久服轻身、延年、不饥”。因此,人们认为黄精是“长生不老和延年益寿药”,为补益之品,广泛应用于保健食品的开发中。Chen 等以现代药理作用的角度归纳了黄精具有抗脂肪肝、 抗糖尿病、保护肾脏、抗阿尔兹海默症、保护心脏及抗癌等作用。然而这些药理作用的不同与黄精中的化学成分密切相关,比如黄精多糖、生物碱、皂苷、黄酮、蒽醌类化合物、挥发性物质、植物甾醇、木脂素以及多种对人体有用的氨基酸等化合物,其中,多糖和皂苷是黄精中研究最广泛的化学成分。
与已有综述相比,本文将黄精的药理作用重新归类并补充了抗动脉粥样硬化,抗 HIV,抗氧化等作用,除此之外,还将药典规定的三种黄精已鉴别出的化学成分,黄精多糖和皂苷的合成通路以及黄精相关产品进行整理归纳,指在为黄精治疗与预防现代疾病及保健品开发研究提供思路。
化学成分
1 多糖
黄精多糖是黄精化学组成的重要成分,也是衡量黄精质量的重要指标。2020 年药典规 定黄精多糖的含量不能低于 7.0%。在不同生长环境下,不同炮制方法及不同龄节的黄精多糖含量也有较大差异。黄精多糖主要由单糖组成,包括甘露糖、葡萄糖、半乳糖、果糖、半乳糖醛酸、阿拉 伯糖和葡萄糖醛酸等。
2 皂苷
皂苷是黄精中另一主要化学成分,主要分为甾体皂苷和三萜皂苷。
3 黄酮
黄酮类化合物广泛存在于植物体内,是指以2-苯基色原酮为母核而衍生的一类色素。在3种黄精中分离得到了20种黄酮类化合物(化合物90~109),根据母核结构的不同, 可分为6种,分别为高异黄酮类、异黄酮类、查耳酮类、二氢黄酮类、紫檀烷类和黄酮类。
4 生物碱及蒽醌类化合物
生物碱类化合物在黄精属植物中含量较低。Kun等从黄精中分离得到了腺苷(112), Sun等从黄精中共分离得到polygonatineA(110)和polygonatine B(111)。Sun等还从 黄精中分离得到一种神经鞘苷类同系物。
5 木脂素
木脂素是植物的次级代谢产物,广泛存在于植物体中,一般由两分子苯丙素氧化聚合 而成的。2001年,Sun[41]第一次分离得到了4个黄精木脂素化合物分别为右旋松脂醇-O-β-D吡喃葡萄糖基(6→1)-β-D-吡喃葡萄糖苷、右旋丁香脂素、鹅掌楸碱和右旋丁香脂素-O-β-D吡喃葡萄糖苷;直到2020年,Chen等从黄精中分离出1个新型苯骈呋喃型木脂素,并将其命名为黄精新木脂素苷A。
6 挥发性物质
黄精中的挥发性物质研究较少,目前只在多花黄精根状茎中发现具有精油成分,占总 挥发油的95.97%,并通实验鉴定出16种化合物,如正癸烷、乳酸正丁酯和正十二烷等。
7 植物甾醇
植物甾醇通常指的是植物固醇,广泛存在于各种植物的细胞膜中。黄精和滇黄精中发 现了4种植物甾醇类化合物,分别为β-谷甾醇、棕榈酸-3β谷甾醇酯、胡萝卜苷、(22S)- cholest-5-ene-1β,3β,16β,22-tetrol 1-O-α-L-rhamnopyranosyl16-O-β-D-glucopyranoside。
8 氨基酸和微量元素
黄精属植物中还存在大量氨基酸和微量元素。研究表明测得黄精根茎及其须根中均含 有14种微量元素,以及4种常量元素(K、Ga、Mg、P),与此同时,还发现根茎中有16种 氨基酸。此外,Wang等发现黄精中丙氨酸和苏氨酸较为丰富。Li在对黄精游离氨基 酸成分分析中发现,黄精中富含11种游离氨基酸,其中含有赖氨酸、苯丙氨酸、组氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸6种人体必需氨基酸。
黄精的药理作用
1 降血糖作用
目前,黄精对糖尿病及其并发症有明显的改善作用的活性成分为多糖、皂苷和总黄酮, 其中,黄精多糖研究最广泛。Wang发现 PKP 和 PSP均对 α-葡萄糖苷酶有抑制作用,且PSP 的抑制作用强于 PKP,随后作者利用 PSP 对链脲佐菌素(STZ)诱导的患病小鼠实施 了体内降血糖实验,结果发现使用 PSP 后,小鼠饮水量、饮食量、血糖无变化,体重稍微升高,糖化血清蛋白含量降低,血清胰岛素升高。Shu 等发现黄精总黄酮(TFP)对 1 型和 2 型糖尿病都有明显的降血糖作用,与对照组相比,100 和 200 mg/kg TFP 对 STZ 诱 导的 T1DM 小鼠的降血糖作用与 20 mg/kg 阿卡波糖相似。在四氧嘧啶和高脂饮食诱导的 T2DM 小鼠中,200 mg/kg 的 TFP 具有与15 mg/kg 的格列齐特相似的降血糖作用。 Wang 等发现黄精多糖可降低 STZ 诱导的糖尿病小鼠血浆中的空腹血糖和糖化血红 蛋白水平,升高其血浆胰岛素和 C 肽水平,同时增加了血浆中丙二醛含量及降低超氧化物歧化酶活性,因此黄精多糖可能通过降低血糖和抑制氧化应激反应以减轻了视网膜血管病 变。
黄精多糖通过降低细胞凋亡蛋白 Bax、表皮生长因子 EGF、血管内皮生长因子 VEGF、 转化生长因子 TGF-β 和 p38 MAPK 的信号转导作用,对糖尿病性视网膜损伤具有保护作用。此外,还有研究发现黄精皂苷能够通过抑制 Wnt/β-catenin 信号通路激活而保护肾脏。
2 降血脂作用
黄精可以调节与脂质代谢相关的相应基因和蛋白质的表达水平,对高脂血症、肥胖和 脂肪肝的预防起到至关重要的作用。滇黄精多糖通过增加短链脂肪酸(SCFAs)的产生调 控肠道微生物群落的相对丰度和多样性,促进肠道通透性屏障恢复,抑制LPS(脂多糖) 进入循环系统,减轻炎症反应,最终预防脂质代谢紊乱。Kong 等研究表明,与对照组相比,黄精多糖组小鼠体内血清 TC(总胆固醇)、TG (甘油三酯)、LDL-C(低密度脂蛋白-胆固醇)的含量明显降低,HDL-C(高密度脂蛋白胆 固醇)的含量显著增加;肝脏中的 PPAR-γ(过氧化物酶体增殖物激活受体-γ)、SREBP-1c (胆固醇调节元件结合蛋白 1c)、IL-6(白介素-6)和 TNF-α(肿瘤坏死因子-α)的表达 下调,PPAR-α(过氧化物酶体增殖物激活受体-α)表达上调,因此多糖对脂类代谢相关因 子具有调节作用,并能抑制肝脏脂质氧化,从而预防高脂血症。滇黄精可通过调节脂类代 谢因子、降低氧化应激反应以及抑制细胞凋亡等发挥抗非酒精性脂肪肝的作用。
3 抗肿瘤
Li 等分离纯化得到 4 种多花黄精多糖,进一步研究了其是否抑制宫颈癌 Hela 细胞抑 生长,结果表明 4 种多糖都具有诱导凋亡、抑制癌细胞增殖的效果。Long 等发现黄精多 糖可以激活 TLR4 信号通路,尤其是选择性上调 MyD88 依赖通路,引起 TRAF6(肿瘤坏 死因子受体相关蛋白 6)增加,并诱导下游 MAPK/NF-κB 信号通路发挥其抗癌作用;在此过程中,白介素 IL-6、IL-1β、IL-12p70 和肿瘤 TNFα 等细胞因子的分泌被强烈诱导。此外多花黄精凝集素(PCL)诱导细胞凋亡和自噬的机理是通过调节 Bax 和 Bcl-2 蛋白,引起 线粒体去极化,细胞色素 c 释放和胱天蛋白酶激活,随后 PCL 能够终止谷胱甘肽抗氧化系 统并诱导线粒体产生活性氧积累,从而导致p38-p53 活化。
4 抑菌抗炎作用
Cao 等发现黄精多糖对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、枯草芽孢杆菌等都有明显的抑 制作用。Debnath 等发现黄精水提取物能够降低小鼠巨噬细胞系中的 NO,并抑制了 iNOS(诱导型一氧化氮合酶)和 TNF-α 蛋白的表达,以证实抗药作用。
5 免疫调节
Yelithao 等利用RAW264.7 细胞和 NK 细胞评估黄精多糖硫酸化和水解衍生物的免 疫刺激作用,并发现 RAW264.7 细胞通过 MR(甘露糖受体)和 TLR4(Toll 样受体)介导 的信号通路激活,CR3(β 葡聚糖受体)和 TRL2 在刺激 NK 细胞中起主要作用。Yong[68] 通过 MTT 实验分析多花黄精多糖 PCP-1 的免疫调节作用,结果发现 PCP-1 浓度在 25-400 ug/mL 之间,不仅对巨噬细胞 RAW264.7 的生长无害,且有利于它的生长;随后,通过中 性红实验发现 PCP-1能够明显加强细胞吞噬,PCP-1 还能使巨噬细胞RAW264.7 产生 NO。
6 抗氧化及抗衰老
Li 等通过清除 ABTS 和 DPPH 自由基和总还原力等测定,表明多花黄精多糖具有一 定的抗氧化作用,多糖对四种革兰氏阴性均具有抑菌作用,对枯草芽孢杆菌(B.subtilis) 抑制作用最强。Yong[68]通过体外抗氧化实验验证多花黄精多糖 PCP-1 具有抗氧化和清除自 由基的功能,PCP-1 清除 DPPH 能力随着 PCP-1 值升高而升高。Jiang 等通过对黄精多糖 进行动物实验验证,得知黄精粗多糖对 CCl4 引发的大鼠肝氧化损伤具有一定抑制作用。
7 抗阿尔兹海默病
学习记忆能力衰退是阿尔兹海默症(AD)的主要特征之一,黄精水煎剂可明显缩短 β淀粉样蛋白诱导的 AD 模型大鼠的逃避潜伏期,并通过降低 CA1 区在 Thr231 位点tau 蛋白 的磷酸化改善海马病理损伤,增强大鼠学习记忆能力,最终预防阿尔兹海默病。
8 抗动脉粥样硬化
Yang 等通过建立兔子动脉粥样硬化模型,结果表明多糖的抗动脉硬化作用可支持其 低脂活动,改善大动脉形态,减少动脉粥样硬化兔模型中泡沫细胞数量和内皮细胞损伤。
9 心肌保护作用
Zhu 等研究黄精多糖对大鼠急性心力衰竭的保护作用,通过检测大鼠心率、左室收 缩压、超氧化物歧化酶、丙二醛含量等指标,可知多糖可预防阿霉素所致急性心力衰竭。
10 抗骨质疏松作用
研究表明多糖在不影响 BMP(骨形态发生蛋白)信号通路的情况下,可抑制骨质疏松;多糖通过增加成骨细胞分化因子的表达或者碱性磷酸酶的活性以增强骨髓间充质干细胞 (BMSCs)的成骨分化。
11 其他作用
此外,黄精还具有促进睡眠、抗疲劳及抗 HIV 等多方面的药理活性。黄精根部的水提物促进睡眠的作用与 NREM(非快速眼动睡眠)的延伸以及 GABAA-R2(G 氨基丁酸 A 型 受体 2)和 5-HT1A(5-羟色胺受体)的上调相关,并通过与脊椎动物模型中的 GABAA 受 体结合而被介导[75]。而多花黄精鲜品可以通过增加肌糖原和肝糖原含量,降低乳酸含量,从而起到抗疲劳作用,提高小鼠游泳时间。另外多花黄精凝集素是一种新型抗 HIV 甘露 糖结合凝集素。
黄精应用
《食疗本草》曾记载:“黄精根、叶、花、实,皆可食之。”黄精除了药用外,还可作为食物食用。此外黄精也被列入在药食同源名录中。随着人们对健康食品的要求升高,黄精被广泛的应用在保健食品的开发中。
展望
黄精作为我国传统中药材,具有非常高的药用价值和医疗保健功效。然而,就 2020 版《中国药典》规定的 3 种黄精,化学成分和药理作用方面的研究主要集中在黄精和滇黄精, 而对多花黄精的研究较少;黄精的化学成分研究也主要集中在多糖、皂苷和黄酮,对其他微量成分研究甚少;其药理作用的研究也只集中在药用部位和简单的药效验证,并未做出 深入的药理作用机制研究。因此,应该从黄精单个化学成分及其结构入手,研究其深入的作用机制,寻找其药物作用靶点,阐明其药效基础,为黄精药品、保健食品、化妆品的进一步开发利用提供基础。
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