彝药苦刺化学成分和生物活性的研究进展

王瑞 ,  毛宇恒 ,  丁正伟 ,  高阳 ,  刘霞 ,  高昕 ,  张海龙 ,  张红

西北药学杂志 ›› 2024, Vol. 39 ›› Issue (3) : 242 -252.

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西北药学杂志 ›› 2024, Vol. 39 ›› Issue (3) : 242 -252. DOI: 10.3969/j.issn.1004-2407.2024.03.044
综述

彝药苦刺化学成分和生物活性的研究进展

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Research progress of the chemical constituents and bioactivities of the ethnic herb Sophora davidii

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摘要

目的 总结近年来彝族民族药苦刺的化学成分和生物活性的研究进展,为进一步开发利用该民族药提供参考。 方法 通过万方、维普、CNKI、SCI finder、PubMed等数据库查阅国内外有关苦刺的文献,对其化学成分和药理活性研究结果进行归纳和总结。 结果 苦刺的根、茎、叶、花和种子皆可入药;该植物所含成分结构类型多样,其中以生物碱和黄酮为主;苦刺具有抗炎、抗糖尿病、抗肿瘤、抗胃溃疡等多种药理作用。 结论 苦刺是一种富含生物碱和黄酮且生物活性多样的民族药,具有进一步研究开发的价值。

Abstract

Objective To summarize the research progress of chemical constituents and bioactivities of Yi ethnic herb Sophora davidii, and to provide a reference for further development. Methods By searching all literatures about Sophora davidii via CNKI, SCI Finder, PubMed, and so on, the chemical components and pharmacological effects of the herb were reviewed and summarized. Results The roots, stems, leaves, flowers and seeds of S. davidii can be used as therapeutic agents. S. davidii contains various natural compounds, in which alkaloids and flavonoids are the main structure types; S. davidii has anti-inflammatory, antidiabetic, anti-tumor, anti-gastric ulcers and other bioactivities. Conclusion S. davidii is an ethnic herb rich in alkaloids and flavonoids with many bioactivities, which is worthy of further research and development.

Graphical abstract

关键词

民族药 / 苦刺 / 化学成分 / 生物碱 / 生物活性

Key words

ethnic herb / Sophora davidii / chemical constituents / alkaloids / bioactivities

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王瑞,毛宇恒,丁正伟,高阳,刘霞,高昕,张海龙,张红. 彝药苦刺化学成分和生物活性的研究进展[J]. 西北药学杂志, 2024, 39(3): 242-252 DOI:10.3969/j.issn.1004-2407.2024.03.044

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1 苦刺概述

苦刺Sophora davidii (Franch.)Skeels学名白刺花,又名狼牙刺、狼牙槐、白刻针等,系豆科槐属野生灌木或小乔木。主要分布于湖北、河南、陕西、贵州、甘肃、云南等地,常生长于海拔2 500 m以下的河谷沙丘和山坡路边的灌木丛中1-3。苦刺为红河哈尼族彝族自治州少数民族药物(彝药),同时在云南红河哈尼族彝族自治州的彝族、白族、苗族、哈尼族等少数民族均有食用苦刺的习俗4,是一种药食两用的民族药。其味苦、性寒,根、茎、叶、花、果和种子均可入药。其中,根部具有清热利湿、消积通便、杀虫止痒的功效,用于腹痛腹胀、食积虫积、痢疾、带下阴痒、疥癞疮癣的治疗。种子可理气消积,用于治疗消化不良、腹痛和白血病。花能清热解毒、凉血消肿,可用于痈肿疮毒的治疗。叶具有凉血、解毒之功效,常用于治疗衄血、便血、疔疮肿毒和疥癣等5-7

苦刺的化学成分种类繁多,其中生物碱类化合物发挥了主要药效。其种子的生物碱含量较其他部位的生物碱含量高,同时为了保护生态与实现资源的可持续利用,目前多将种子作为提取总生物碱的原料8。在苦刺种子中含有的喹诺里西啶类生物碱的生物活性较为显著,具有很高的研究价值。本文对苦刺中的化学成分和生物活性进行系统的综述,为深入研究该药食两用的民族药提供科学依据和参考。

2 苦刺中的化学成分

2.1 生物碱类

生物碱类化合物是苦刺的主要药效活性成分,且含量较高,其种子所含的氧化苦参碱高达2.40%,远远高于苦刺其他部位的含量9。苦刺生物碱类型主要为喹诺里西啶类生物碱,根据母核大致可分为四环型和三环型,其中四环型包含苦参碱型和鹰爪豆碱型,而三环型为金雀花碱型。目前已从苦刺各部位中分离鉴定出21种生物碱,其中从种子中分离鉴定出17种,见表1表2图1图1中各个化合物的取代基位置见表3表4表5

2.2 黄酮类

黄酮类化合物是苦刺中的另一类主要活性成分。以芦丁为指标测定苦刺花不同部位的总黄酮含量,其种子部位含量高达1.37%,而其花部位含量最低17。苦刺中的黄酮类型主要包括黄酮、黄酮醇、二氢黄酮、异黄酮和二氢异黄酮5类。目前已从苦刺中分离出40多个黄酮类化合物,其根和花部位的黄酮种类较种子部位多,见表6图2图2中各个化合物的取代基位置见表7表8表9

2.3 其他类

烃类及酯类化合物主要存在于苦刺的花中,其中烃类是苦刺花的主要挥发油成分,多具有芳香性,目前共鉴定出45个苦刺烃类及酯类化合物42126-28。苦刺花中含有多种有机酸类成分,主要包括15个氨基酸和22个脂肪酸,多从种子部位发现2126-2729。研究发现苦刺中含有香豆素类化合物如皮契荔枝苷、赫尼亚林2130。此外,还含有苯并呋喃类化学成分shandougenine A、shandougenine B、shandougenine C和2-(2',4'-dihydroxyphenyl)-5,6-methylenedioxybenzofuran等化合物25

3 苦刺的生物活性

3.1 改善免疫功能

呙爱秀等31动物实验研究显示,苦参碱(matrine, MT)有提高淋巴细胞免疫功能的作用,能抑制T淋巴细胞酯酶的染色率,同时可以增强网状内皮系统的吞噬功能。梁冰等32研究报道,小鼠腹腔注射氧化苦参碱(oxymatrine, OMT)能升高白细胞水平。温先敏等33研究表明,OMT能抑制小鼠巨噬细胞的吞噬功能。梁磊等34研究表明,5β-苦参碱,即槐定碱(sophoridine, SD)能通过促进淋巴细胞增殖以及升高巨噬细胞的数量来提高免疫水平,使用槐果碱(sophorcarpine, SP)对小鼠进行腹腔注射则可提升外周白细胞的数量。

3.2 抗炎作用

毛晓健等35研究表明,苦刺的正丁醇提取部分能抑制由二甲苯诱导小鼠的耳肿胀和二硝基氯苯(dinitrochlorobenzene,DNCB)所致的迟发性超敏反应,并能降低其腹部皮肤毛细血管的通透性。MT被证明具有良好的抗炎作用,通过调节蛋白酪氨酸磷酸酶非受体2型(protein tyrosine phosphatase non-receptor 2,PTPN2)/c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase,JNK)/固醇调节元件结合蛋白-2(sterol regulatory element binging protein-2,SREBP2)通路抑制NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3(NOD-like receptor thermal protein domain associated protein 3,NLRP3)炎症小体的激活,对用盲肠结扎穿刺法(cecum ligation and puncture,CLP)诱导的脓毒症小鼠具有保护作用36。MT通过对干扰素基因刺激因子(stimulator of interferon genes,SIRT3)/视神经萎缩蛋白1(optic Atrophy 1,OPA1)介导的线粒体功能的改善,协同抗氧化应激和抗炎作用,从而起到抑制由顺铂诱导的急性肾损伤(acute kidney injury,AKI)的作用,表明MT可能是治疗AKI的一种新颖、有效的策略37。此外,OMT还可能通过降低p65和IκB的磷酸化抑制NF-κB信号通路,在骨关节炎过程中对关节软骨降解具有保护作用38

氧化槐果碱(oxysophocarpine, OSC)通过抑制丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)和核因子B(nuclear factor κB,NF-κB)通路抑制miR-155的活性,抑制由脂多糖诱导的人肺癌细胞NCI-H292和人原代气道上皮细胞凋亡和炎症反应39。哮喘是一种复杂的异质性炎症性疾病,SP可调节支气管肺泡灌洗液(broncho-alveolar lavage fluid,BALF)中Th1/Th2细胞因子白细胞介素-4(interleukin-4,IL-4)、白细胞介素-5(interleukin 5,IL-5)、γ干扰素(interferon-γ,INF-γ)的产生,降低血清免疫球蛋白E(immunoglobulinE,IgE)水平,抑制炎症细胞浸润,从而起到缓解支气管哮喘的作用40。OSC通过平衡Th1/Th2细胞因子和抑制呼吸道黏蛋白MUC-5-AC分泌,减轻由卵清蛋白(ovalbumin,OVA)诱导的小鼠哮喘模型和由脂多糖(lipopolysaccharides,LPS)诱导的NCI-H292细胞模型中的气道炎症和黏液分泌过多,在未来治疗哮喘中潜力较大41。结核是一种慢性炎症性传染病,OSC可以抑制结核分枝杆菌(M.tuberculosis,Mtb)感染中性粒细胞的黏附和F-肌动蛋白聚合,并通过减少促炎细胞因子和趋化因子的产生来治疗结核病42

3.3 抗癌作用

王秀坤等43研究表明,苦刺生物碱对白血病HL-60及表皮癌A431有较强的抑制作用。MT作为一种免疫调节剂,可以与雷帕霉素机能靶点抑制剂共同作用,增强树突状细胞活化和分化,从而在肝细胞癌中发挥抗肿瘤的作用44。此外,最新研究表明,MT是一种特殊的c-Myc抑制剂,通过抑制粒细胞白血病中的c-Myc来抑制核糖体生物发生和核苷酸代谢,这为开发苦参碱衍生物治疗由c-Myc驱动的癌症提供了科学依据45

急性髓系白血病(acute myeloid leukemia,AML)作为一种恶性血液系统癌症影响患者的健康。MT通过调节LINC01116/miR-592轴表现出抗AML活性,从而使两面神激酶(janus kinase,JAK)/信号转导及转录激活蛋白3(signal transducer and activator of transcription,STAT3)通路失活46。此外,MT通过抑制蛋白激酶B(protein kinase B,Akt)/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)信号通路可以抑制宫颈癌细胞的增殖并诱导自噬47。OMT诱导下调宫颈癌细胞关键因子环形RNA分子_0008460(circular RNAs_0008460,circRNAs_0008460),上调miR-197-3p水平,降低核糖核苷酸还原酶调节亚基 M2(ribonucleotide reductase regulatory subunit M2,RRM2)的表达,从而调控宫颈癌细胞增殖、凋亡、迁移或侵袭等恶性行为48。SP通过下调磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphoinositide 3-kinase,PI3K)/Akt/mTOR信号通路抑制去势抵抗性前列腺癌(astration-resistant prostate cancer,CRPC)的进展,并显示出作为CRPC抗癌药的潜力49。此外,MT可通过调节miR-299-3p/磷酸甘油酸变位酶 1(phosphoglycerate mutase 1,PGAM1)轴促进肝癌细胞凋亡,抑制上皮-间充质转化和干性过程50。另一项体外实验结果表明,一定剂量和浓度下的SD通过调控磷酸酯酶与张力蛋白同源物(phosphatase and tensin homolog,PTEN)/PI3K/Akt、含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶(cysteinyl aspartate specific proteinase,Caspase)-3/Caspase-9和基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase,MMP)-2/MMP-9信号通路可抑制肝癌细胞的体外存活51。SD通过降低CC 基序趋化因子受体 2(C-C motif chemokine receptor 2,CCR2)表达来抑制巨噬细胞的迁移能力,并下调了CD8+的表达,共同作用于T细胞以重塑胃癌免疫微环境52

3.4 保肝作用

研究表明,MT通过下调NF-κB信号通路减轻炎症反应引起的肝损伤,同时抑制卵圆细胞的增生,促进其向小肝细胞分化,并参与肝再生53。细胞凋亡是急性肝衰竭(acuteliverfailure,ALF)肝中肝细胞死亡的主要形式之一,ALF的发生与肝细胞凋亡密切相关54-55。OMT通过Akt/叉头框O蛋白3a(forkhead box class O protein 3a,FoxO3a)/BCL2 样 11(BCL2 like 11,Bim)途径抑制脂多糖/d-半乳糖胺型急性肝衰竭大鼠肝细胞的凋亡从而起到保护肝脏的作用56。值得注意的是,苦参碱衍生物WM130不但解决了MT保护作用短暂的缺点,且对人肝星状细胞系LX-2的抗纤维化作用显著57。OMT通过改善钙稳态减轻内质网应激,逆转由NaAsO2诱导的肝星状细胞活化和细胞外基质的分泌,是未来抗肝纤维化的潜力化合物58-59。此外,SP对脓毒症肝损伤具有抑制作用,其可能通过降低肝脏白细胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)和gasdermin D-p30等相关蛋白的水平并通过由自噬介导的降解来抑制NLRP3炎症小体的激活60

3.5 抗糖尿病作用

HUANG Y等20研究发现,苦刺中的几种主要黄酮类化合物通过单磷酸腺苷依赖的蛋白激酶(adenosine 5'-monophosphate-activated protein kinase,AMPK)途径增强L6细胞中葡萄糖转运蛋白4的转位与表达,同时促进葡萄糖的摄取以降低血糖达到抗糖尿病的作用。糖尿病肾病一旦出现肾小球硬化和肾小管间质纤维化会进展为糖尿病肾病慢性肾衰竭,OMT可影响其下游靶基因的转录激活并促进Id2逆转上皮间质转化(epithelial-mesenchymal transition,EMT),并在糖尿病肾小管上皮细胞中发挥抗纤维化作用61。MT在糖尿病(diabetes mellitus,DM)小鼠中表现出神经保护作用,前动力蛋白2 (prokineticin 2,PK2)/依赖双链RNA的蛋白激酶(doublestranded RNA-dependent protein kinase,PKRs)信号通路参与减轻糖尿病认知功能障碍过程62。此外,苦参碱型生物碱通过靶向MAPK激酶3(mitogen-activated protein kinase kinase 3,MKK3)和p38丝裂原活化蛋白激酶(p38 mitogen-activated protein kinase,p38MAPK)信号通路,对由活性氧(reactive oxygen species,ROS)介导的由晚期糖基化终末产物(advanced glycation end products,AGEs)诱导的主动脉内皮细胞凋亡具有内皮保护作用,为苦参碱型生物碱在糖尿病血管并发症治疗中的潜在临床应用提供了线索63

3.6 抗病毒作用

MT可以直接杀灭病毒,关于MT抗病毒的研究目前只停留在病毒复制水平,但具体作用于哪一环节还不清楚,有待进一步研究。OMT的抗病毒机制目前也在研究中,有研究表明,OMT通过改变细胞膜表面的病毒吸附蛋白受体来达到抗鸡新城疫病毒的作用,或通过其与嘌呤类似的结构干扰乙型肝炎病毒的合成64-65。SD能下调细胞内PI3K/Akt信号通路和显著抑制p38 MAPK通路激活,从而阻碍了1型单纯疱疹病毒的复制66。XU M等67的前期研究表明,MT治疗可抑制猪繁殖呼吸综合征病毒和猪圆环病毒2型的感染,显著下调Toll样受体3(Toll-like receptors 3,TLR3)、Toll样受体4(Toll-like receptors 4,TLR4)和肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor α,TNF-α)的表达,并在一定程度上抑制人核因子B抑制蛋白(phospho-IκBα,p-IκBα)的表达。

3.7 抗氧化作用

苦刺中的总生物碱和总黄酮等物质都具有明显的抗氧化作用。通过采用二苯基苦基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl,DPPH)法、2,2’-联氮-双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)(2,2’-Azinobis-(3-ethylbenzthiazoline-6-sulphonate,ABTS)法、铁离子还原抗氧化能力测定(ferric reducing antioxidant power,FRAP)法等多种不同的系统进行测试,实验结果发现,苦刺粗提物具有较高的抗氧化活性,其中,黄酮类化合物的抗氧化活性最为显著68。苦刺总生物碱对LPS所致的急性肺损伤小鼠模型具有显著保护作用,其作用机制与降低肺组织髓过氧化物酶活性从而发挥抗氧化作用有关69。此外,马启珍等70对异丙肾上腺素致心肌缺血大鼠机体的抗氧化酶活性进行研究发现,MT可增强内源性抗氧自由基酶的活性,从而减轻其对心肌组织的过氧化损伤。

3.8 抗菌作用

在对苦刺各部位乙醇提取物的抗菌测试研究证明,不同部位提取的提取物中各组分含量有所不同,其中苦刺叶的活性物质含量丰富,具有良好的抗氧化和抗菌活性71。15-(N-2-羟基苯酰基)苦参碱是酰腙类苦参碱衍生物,研究表明,其能显著抑制大肠杆菌、铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌的浓度,可能是增加了苯环上的羟基使苯环活化从而提高了其抗菌活性72。此外,MT的衍生物对痤疮丙酸杆菌和白色假丝酵母菌也显示出良好的抑菌活性,可能是一种潜在的痤疮缓解候选物72

3.9 抗胃溃疡作用

苦刺总生物碱及其所含的MT、SP、13α-羟基苦参碱已被证明具有良好的抗溃疡作用,但苦刺总生物碱的抗溃疡作用最强73-74。苦刺叶总生物碱有抑制胃酸分泌和抗胃黏膜损伤作用,并对中枢神经应激性溃疡有较强的抑制作用,有望成为抗溃疡的新药75。OMT通过降低肠组织中caspase-1、active-caspase-1、IL-1β及cleaved-IL-1β蛋白的水平,起到对NLRP3炎症小体介导的细胞焦亡显著抑制的作用76

4 讨论

苦刺作为一种药食两用的民族药,含有多种结构类型的化学成分,以生物碱和黄酮为主;苦刺中的生物碱和黄酮类成分具有多种多样的生物活性,其中喹诺里西啶类生物碱备受关注,如MT、OMT在治疗急性肾损伤、宫颈癌、糖尿病及胃溃疡等疾病中表现出突出的生物活性。此外,SP、SD和OSC的相关药理实验也在近些年开展,其中OSC的抗炎活性尤为显著,这也使得OSC未来在治疗一些炎症性疾病方面有巨大的潜力和良好的应用前景。但目前对苦刺的化学成分尤其是种子中生物碱类成分及其体内生物活性的研究还远不够深入,存在进一步研究的价值和空间。

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基金资助

国家自然科学基金项目(81673564)

国家自然科学基金项目(81102382)

陕西省自然科学基金重点项目(2019JZ-01)

陕西省中医药管理局项目(SZY-KJCYC-2023-080)

陕西省中医药管理局项目(2023-ZDYJSY-009)

陕西省中医药管理局项目(2021-ZZ-JC002)

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