0 引 言
道地药材是指在特定地理产区,采用特定品种种植、采收及规范工艺加工生产,经长期中医临床实践证明疗效更好、品质更稳定且知名度更高的中药材
[1]。黄连药材为毛茛科植物黄连(
Coptis chinensis)、三角叶黄连(
Coptis deltoidea)或云南黄连(
Coptis teeta)的干燥根茎。以上3种道地药材分别习称味连、雅连和云连
[2]。重庆市石柱县、湖北省利川市为味连主产区,四川省洪雅县、云南省福贡县分别为雅连和云连的主产区
[3]。黄连和三角叶黄连的花期为2—4月,云连的花期为5—6月。
黄连花薹(coptis inflorescence)是该类植物开花抽薹形成的花序。由于抽薹期间会消耗大量养分,导致黄连药材减产,药农通常通过摘除花薹来提高黄连药材的产量
[4]。为利用黄连花薹资源,黄连产区土家族、苗族等少数民族地区早已形成食用黄连花薹的习俗。当地的黄连花薹凉拌菜或黄连花薹煎鸡蛋等菜肴味微苦而清爽,口感独具特色
[4];将黄连花薹代茶饮则更为普遍,长期饮用可缓解咽喉肿痛等症状
[5]。药理学研究发现,黄连花薹中的活性物质及营养成分丰富,具有降糖、降脂、抗菌、抗辐射等多种功效
[5~9]。同时,黄连花薹还具有良好的抗氧化活性,可有效清除自由基、缓解脂质过氧化,并能提高抗氧化酶活性及谷胱甘肽水平,降低丙二醛含量,从而有效对抗氧化损伤。黄连花薹的抗氧化活性已在体内和体外两个方面得到验证
[7,9],其功效物质基础与所含酚类、黄酮类、生物碱类、花青素等成分相关
[6,7]。有报道显示
[10,11],不同来源的黄连花薹所含的生物碱及总黄酮等有效成分存在差异。
基于此,本文对不同来源(湖北省利川市、重庆市石柱县、四川省洪雅县和云南省福贡县)黄连花薹的主要成分及其自由基清除活性进行了比较和分析,同时探讨了蒙花苷在自由基清除活性中的贡献率,以期为黄连花薹资源的深度开发提供参考。
1 材料与方法
1.1 仪器与试剂
仪器:紫外-可见分光光度计(752N型,上海精密科学仪器有限公司);高效液相色谱仪(HPLC,LC-20AT型,岛津公司);电子天平(SE402F型,上海奥豪斯仪器有限公司);旋转蒸发仪(RE-52AA型,郑州长城科工贸有限公司)。
试剂:对照品蒙花苷(linarin,NA,批号20160516)、没食子酸(gallic acid,GA,批号20160810)、芦丁(rutin, RU,批号20150510)、儿茶素(catechin,CA,批号20160410)、盐酸小檗碱(berberine hydrochloride, BBH,批号20160610)纯度均≥98%,购自中国食品药品检定研究院;1,1′-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)、2,2′-联氮双(3-乙基-苯并噻唑啉-6-磺酸)二铵盐(ABTS)购自Sigma公司;抗坏血酸(Vitamin C,Vc)、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚(butylated hydroxytoluene, BHT)及其他化学试剂均为分析纯,购自国药集团化学试剂有限公司;实验用水为去离子水。
1.2 植物材料
黄连花薹样本分别采自湖北省利川市、重庆市石柱县、四川省洪雅县和云南省福贡县,相关信息见
表1。所有阴干植物样本经武汉大学药学院王有为教授鉴定,凭证标本保存于武汉大学药学院中药标本馆。用前取出,经粉碎、过二号药典筛,保存。
1.3 方法
1.3.1 提取物制备
称取25 g不同来源黄连花薹粉末,分别用70%乙醇浸提24 h,料液比1∶10。对提取液进行抽滤,在58~62 ℃水浴条件下用旋转蒸发仪除去乙醇,将提取液冷冻干燥,得到黄连花薹70%乙醇提取物。计算不同来源黄连花薹乙醇提取物得率,利川味连花薹、石柱味连花薹、雅连花薹和云连花薹分别为24.89%、18.68%、15.16%、18.66%。上述提取物样本置于4 oC储存。
1.3.2 总酚含量测定
称取适量GA,加水配制0.05 mg/mL GA对照品溶液。分别精密量取GA对照品溶液0.5、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 mL,各加入蒸馏水11.5、11.0、10.0、9.0、8.0、7.0 mL,混匀,各加入福林酚1 mL。将混合液分别置于25 mL棕色容量瓶中,用7.5% Na
2CO
3溶液定容,避光反应0.5 h,得到0.001~0.01 mg/mL浓度梯度的一系列GA溶液,于760 nm测其吸光度,制作GA标准曲线
[12]。
取不同来源黄连花薹乙醇提取物适量,分别加水配制成2 mg/mL的溶液,各取2 mL置于25 mL棕色容量瓶中,按上述方法,由GA标准曲线计算出与各样本溶液GA含量相当的总酚量(以GA计)。
1.3.3 总黄酮含量测定
称取适量RU对照品于棕色容量瓶中,用甲醇配制成1 mg/mL的RU对照品溶液,分别取0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 mL与1.0 mL 5%的AlCl
3溶液混合,再以甲醇定容至10 mL,于25 ℃静置0.5 h,得到一系列0.05~0.3 mg/mL浓度梯度的RU溶液,于425 nm测其吸光度,制作RU标准曲线
[12]。
取不同来源黄连花薹乙醇提取物适量,分别加甲醇配制成1 mg/mL的溶液,各取1 mL置于10 mL棕色容量瓶中,按上述方法,由RU标准曲线计算出与各样本溶液RU含量相当的总黄酮含量(以RU计)。
1.3.4 总花青素含量测定
称取适量CA对照品,用甲醇溶解,配制浓度为1.5 mg/mL的CA对照品溶液,分别取0.01、0.02、0.04、0.08、0.1 mL与12 mL 40 mg/mL的香草醛溶液充分混合,再以甲醇定容至25 mL,室温避光放置15 min,得到一系列0.000 6~0.006 mg/mL浓度梯度的CA溶液,于500 nm测其吸光度,制作标准曲线
[7]。
取不同来源黄连花薹乙醇提取物适量,分别加甲醇配制为1 mg/mL的溶液,各取0.05 mL,置于25 mL棕色容量瓶中,按照上述方法,由CA标准曲线计算出与各样本溶液CA含量相当的花青素类化合物的含量(以CA计)。
1.3.5 总生物碱含量测定
称取BBH 50 mg,以盐酸-甲醇(体积比1∶100)为溶剂,配制一系列0.250 ~2.500 mg/mL浓度梯度的BBH溶液,于345 nm测其吸光度,制作标准曲线
[13]。
取不同来源黄连花薹乙醇提取物,按上述标准曲线样本配制所用溶剂分别配制为2 mg/mL的溶液。按上述方法,由标准曲线计算出与各样本溶液BBH含量相当的总生物碱含量(以BBH计)。
1.3.6 蒙花苷含量测定
HPLC条件:色谱柱为Xtimate C18 (4.6 mm×250 mm,5 µm);流动相A为0.1%甲酸水溶液,流动相B为乙腈,梯度洗脱程序为0~20 min、15%~25% B,20~30 min、25%~45% B;流速1 mL/min;柱温25 ℃;进样体积为20 μL;检测波长254 nm
[9]。
精密称定蒙花苷对照品适量,以甲醇配制成一系列15.625~250 μg/mL浓度梯度溶液,分别进行HPLC分析,记录峰面积,制作标准曲线。
取不同来源黄连花薹乙醇提取物适量,分别用甲醇溶解,配制成浓度为0.5 mg/mL的样本溶液,按上述方法进行HPLC分析,记录峰面积,参照标准曲线计算各样本中蒙花苷的含量。
1.3.7 自由基清除活性测定
1) 对DPPH自由基的清除活性。分别取0.3 mL不同来源黄连花薹乙醇提取物样本溶液(其中,包括与终浓度250 μg/mL样本溶液的蒙花苷含量相当的蒙花苷样本溶液),与2.7 mL DPPH溶液(0.2 mmol/L)混合,控制各样本溶液终浓度为5~250 μg/mL,混匀,避光反应0.5~1 h,于517 nm测其吸光度
[14]。以甲醇代替样本作为空白对照。按(1)式计算对DPPH自由基(DPPH
•)的清除活性(radical scavenging activity, RSA)。
其中:A0为空白对照的吸光度;Ai为样本溶液的吸光度。
2) 对ABTS自由基的清除活性。分别取0.3 mL不同来源黄连花薹乙醇提取物样本溶液(其中,包括与终浓度100 μg/mL样本溶液的蒙花苷含量相当的蒙花苷样本溶液),与2.7 mL ABTS(7 mmol/L) 与过硫酸钾(2.45 mmol/L)的混合溶液混合,控制各样本溶液终浓度为5~100 μg/mL,混匀,在30 ℃水浴条件下反应0.5 h,于734 nm测其吸光度
[15]。以甲醇代替样本作为空白对照。按(1)式计算对ABTS自由基(ABTS
•+)的清除活性。
3) 对超氧阴离子自由基(O
2•-)的清除活性。分别取0.3 mL不同来源黄连花薹乙醇提取物样本溶液(其中,包括与终浓度250 μg/mL样本溶液的蒙花苷含量相当的蒙花苷样本溶液),与2.7 mL Tris-HCl缓冲液 (50 mmol/L,pH 7.4)混合,控制各样本溶液终浓度为10~250 μg/mL,混匀,在25 ℃水浴10 min,各加入90 μL邻苯三酚溶液 (3 mmol/L),分别测定加入邻苯三酚后0 s和360 s时各样本在325 nm处的吸光度
A0_360 s和
Ai_360 s[16,17]。以甲醇代替样本作为空白对照。按(2)式计算对O
2•-的清除活性。
ΔA0=A0_360 s-A0_0 s
ΔAi=Ai_360 s-Ai_0 s
其中:A0为空白对照的吸光度;Ai 为样本溶液的吸光度。
1.3.8 蒙花苷与环氧合酶-2的分子对接
由ChemBio3D Ultra 12.0软件得到蒙花苷三维结构,采用MMFF94程序进行力场优化。选取环氧合酶-2(COX-2,PDB ID: 4M10,
http://www.rcsb.org/pdb/home/home.do)为受体蛋白,受体分子格点尺寸2.25 nm×2.25 nm×2.25 nm,格点间距0.037 5 nm
[17]。采用Autodock Vina 1.1.2软件进行分子对接,选取最低对接能的构象用于PyMOL 1.7分析。
1.3.9 统计分析
采用SPSS 20.0对实验数据进行统计学分析,数据采用“平均值±标准偏差”表示,多组比较采用单因素方差分析,组内两两比较采用LSD-t检验;P<0.05表示差异显著,具有统计学意义。
2 结果与分析
2.1 提取物的总酚、总黄酮、总花青素与总生物碱含量
表2给出了不同来源黄连花薹乙醇提取物的总酚、总黄酮、总花青素与总生物碱含量。其中,雅连花薹的总酚与总黄酮含量最高,云连花薹总花青素与总生物碱含量最高。利川味连花薹与石柱味连花薹中上述4类化合物含量较低。就总生物碱含量而言,味连花薹与雅连花薹差异无统计学意义(
P>0.05),但与云连花薹相比则有显著性差异。石柱味连花薹总酚含量与雅连花薹接近(
P>0.05),总黄酮含量与云连花薹相当(
P>0.05)。
2.2 提取物的蒙花苷含量
表3给出了不同来源黄连花薹乙醇提取物的蒙花苷含量。不同来源黄连花薹样本乙醇提取物中蒙花苷的含量以雅连花薹最高,其次为石柱味连花薹,而利川味连花薹与云连花薹中蒙花苷含量没有显著性差异(
P>0.05)。
2.3 提取物对自由基的清除活性
不同来源黄连花薹乙醇提取物对自由基的清除率如
图1所示,对应的半数抑制浓度(half maximal inhibitory concentration, IC
50)如表4所示。
1) DPPH
•。DPPH
•的清除活性测试结果(
图1A)显示,在5~250 μg/mL浓度范围内,RSA与样本溶液浓度呈正相关关系;当浓度为250 μg/mL时,4个样本的RSA值范围达到(58.69±0.56)%~(73.93±0.12)%。不同来源黄连花薹乙醇提取物均具有一定的清除DPPH
•活性,其IC
50值存在显著性差异(
P<0.05)。对DPPH
•而言,雅连花薹的清除活性最高,云连花薹则相对较弱。
表4 不同来源黄连花薹乙醇提取物的自由基清除活性IC50值(n=3)
Table 4 The IC50 values of radicals scavenging activities of alcohol extracts of coptis inflorescences from
different sources(n=3)
μg/mL
2) ABTS
•+。不同来源黄连花薹乙醇提取物清除ABTS
•+活性测试结果(
图1B)显示,在5~100 μg/mL范围内,4个样本对ABTS
•+的清除率均较高,表明4个样本均具有较强的ABTS
•+清除活性。结合表4中的IC
50值,雅连花薹表现出最好的清除活性(IC
50=23.47±0.94 μg/mL)。
3) O
2•-。不同来源黄连花薹乙醇提取物清除O
2•-活性测试结果(
图1C)表明,在10~100 μg/mL浓度范围内,4个样本清除O
2•-活性范围仅在(5.41±1.05)%~(12.90±1.83)%之间;但当浓度达到250 μg/mL时,4个样本的RSA值范围可达(51.79±0.78)%~(70.81±2.04)% (
图1C)。对O
2•-而言,雅连花薹的清除活性最高,石柱味连花薹次之,而云连花薹与利川味连花薹的清除活性没有显著性差异(
P>0.05)。
2.4 蒙花苷对自由基清除活性的贡献率
蒙花苷在黄连花薹乙醇提取物中占比较高,含量达到(9.93±0.08)%,为黄连花薹中黄酮类代表性成分
[9]。考察了蒙花苷对不同来源黄连花薹乙醇提取物自由基清除活性的贡献率(见
图2)。结果显示,蒙花苷具有一定的自由基清除能力,对DPPH
•、ABTS
•+、O
2•-的清除率分别为4.88%~5.54%、12.17%~16.82%和11.37%~12.21%。
2.5 蒙花苷与COX-2的分子对接
COX-2蛋白与氧自由基可相互诱生,与机体内氧化应激水平密切相关,在催化花生四烯酸代谢时,可诱导大量活性氧(reactive oxygen species,ROS)簇产生
[17]。因此,本文选择COX-2来考察蒙花苷与受体蛋白之间的作用模式,如
图3所示。蒙花苷与COX-2的分子对接结果显示,蒙花苷的黄酮母核中无酚羟基与受体蛋白中氨基酸残基形成作用氢键,仅芸香糖上两个羟基与受体蛋白中SER和GLU残基分别形成2个作用氢键;但糖上的羟基给电子能力远弱于酚羟基,导致氢键稳定性差,其结合能仅为-8.1 kcal/mol(-33.9 kJ/mol)。
3 讨论与结论
本文对不同来源黄连花薹的3种自由基清除活性及其物质基础进行了对比分析,同时考察了蒙花苷对黄连花薹自由基清除活性的贡献率,并通过分子对接对蒙花苷的作用模式进行初步探讨,得出以下结论:
1) 不同来源黄连花薹乙醇提取物中总酚、总黄酮、总生物碱及总花青素的含量存在一定差异,其自由基清除能力由强至弱排序为:雅连花薹、石柱味连花薹、利川味连花薹及云连花薹。研究发现,黄连花薹功效物质基础以生物碱类为主,还包括酚类、黄酮类及花青素类成分
[5~7]。马冰馨等
[10]比较了6种生物碱类成分在不同来源黄连花薹中的含量,发现盐酸小檗碱含量最高,且不同来源样本中云连花薹盐酸小檗碱含量最高,相比其他来源黄连花薹高出2~3倍。本文也发现,云连花薹中总生物碱含量较高,且与其他来源黄连花薹样本有显著性差异 (
P<0.05)。但相比生物碱类成分,酚类物质对黄连花薹清除自由基活性的贡献率显然更为突出。从本文研究结果中看,雅连花薹的总酚含量比其他来源黄连花薹更高,这也使其获得了更强的自由基清除能力。由此可见,不同来源黄连花薹中各类成分的差异影响到其功效的变化,这显然与其种质、栽培、采收和加工方法等因素有关。这些因素很可能是导致药材外观及代谢产物不同的根本原因
[11]。
2) 蒙花苷具有一定的自由基清除能力,但因给电子能力较弱,对黄连花薹清除自由基活性的贡献率不高。本文研究了蒙花苷的构效关系,观察到蒙花苷黄酮母核B环上7位酚羟基易被芸香糖取代,5位酚羟基易与羰基形成分子内氢键,导致酚羟基数量减少,而羟基氧原子
p-π共轭效应较弱,不利于其发挥清除自由基的活性。蒙花苷与COX-2的分子对接结果显示,蒙花苷仅在其糖基上存在两个作用氢键,难以与COX-2形成稳定复合体,故不能直接发挥其清除自由基的作用。比较不同来源黄连花薹自由基清除活性时发现,虽然云连花薹中黄酮类化合物含量较高,但其清除自由基活性却较弱,推测是因为以蒙花苷为代表的黄酮类化合物自由基清除活性不高所致。此外,Ma等
[9]发现,蒙花苷还能以“发卡”的构象呈现,与环氧氯丙烷相关蛋白1(Keap1)的活性口袋相匹配,从而占据Keap1与NF-E2相关因子2 (Nrf2)的结合位点,导致Keap1与Nrf2分离,使Nrf2转移至细胞核,激活Ⅱ相反应中的解毒酶。这些酶可直接清除自由基,实现其保护作用。这表明蒙花苷虽不能与COX-2蛋白结合,直接发挥自由基清除作用,但可以与Keap1形成稳定复合物,从而间接发挥自由基清除作用。
国家自然科学基金青年科学基金(82004017)
湖北省自然科学基金面上项目(2023AFB670)