全 文 :·工作综述·
松果菊属药用植物的应用基础研究
张英涛1 , 王 弘1 , 刘文芝2 , 佟 巍1 , 杨雁芳1 , 艾铁民1■
(1.北京大学药学院 , 北京 100083;2.北京市怀柔区药用植物研究所)
[ 关键词] 松果菊属/毒性;植物提取物/药理学;化学 , 分析
[ 中图分类号] R285 [ 文献标识码] A [ 文章编号] 1671-167X(2004)01-0090-04
菊科松果菊属(Echinacea)药用植物原产于北美 , 在西方
应用广泛 ,是闻名世界的“免疫”草药 , 具有突出的抗感染与
免疫促进作用 ,曾多年名列西方草药市场销售额的第一位。
尽管该属植物松果菊 Echinacea purpurea (L.)Moench.作为
花卉很早就被引入我国 , 北京植物志[ 1]亦有记载 , 但在我国
并没有药用历史 , 亦没有相关研究基础 , 尚未进入我国的药
品标准。我们研究组近 5 年的系统研究工作为该属植物纳
入中药范畴及进一步开发利用奠定了坚实的基础。现将该
项目取得的研究结果简单总结如下。
1 植物分类学研究
对于松果菊属的分类学研究以 McGregor[ 2]的工作较具
代表性并为人们广泛接受 , 在形态学研究 、栽培与杂交试验
以及细胞学证据的基础上 , 松果菊属被分为 9 种 2 变种。我
们对怀柔区引种的松果菊进行了标本采集与观察比较 ,参照
美国和加拿大的植物学文献鉴定为 3 个种 ,即松果菊 Echi-
nacea purpurea (L.)Moench.、狭叶松果菊 Echinacea angus-
tifolia DC.var.angustifolia 与淡紫松果菊Echinacea pallida
(Nutt.)Nutt.。其中从加拿大引入的松果菊与国内栽培种
在形态特征上具有一致性 , 其余 2 种为首次引入我国。 3 个
种均为多年生草本 ,后二者在形态上较为接近。该属植物的
共同特征是花托凸起呈松果状 , 故名松果菊。 3 种松果菊的
在形态上的主要区别如下:(1)松果菊在 3 个种中植株最高
(0.5~ 1.5 m), 茎多分枝 , 卵状披针形叶 , 主根较短 , 边花紫
色至紫红色 ,花粉黄色;(2)狭叶松果菊在 3 个种中植株最矮
(不超过 60 cm), 茎不分枝 , 披针形叶 , 主根长圆柱形(约 1
m),边花紫色伸展 , 花粉黄色;(3)淡紫松果菊的植株一般高
于狭叶松果菊(不超过 90 cm), 不分枝或少分枝 , 长披针形
叶 ,主根长似狭叶松果菊 , 边花淡紫色 ,长而下垂 , 花粉白色。
2 引种栽培与采收加工研究
欧美市场对松果菊属植物的广泛需求导致该属野生资
源急剧减少 ,因此商业化的栽培研究早在 20 世纪初即已开
始。松果菊是 3个药用种中最易于栽培种植的 , 目前在北美
与欧洲均已进行较大规模的种植;狭叶松果菊与淡紫松果菊
在德国的种植较为成功 , 但对生长条件的要求较为严格[ 3] 。
我国的山东 、北京 、上海 、江西等地目前均已开始试验性栽培
松果菊[ 4-6] , 另外两个种也在北京引种成功。
我们在北京市怀柔区的引种栽培试验表明 , 松果菊属植
物喜充足光照 、耐高温 、耐干旱 , 适应性强 , 对土壤的要求不
严 ,一般选择通风良好 , 阳光充足 ,土质肥厚的砂壤土进行栽
培 ,在排水良好 ,无污染的山谷 、溪边亦可种植。栽培可选择
种子直播 、育苗移栽或切根繁殖的方式。生长初期应及时除
草 , 6 月前结合中耕追施 1 次肥料 ,以磷酸二胺为宜。如果施
足底肥 ,可不中耕追肥。 松果菊的病虫害少见 , 有时可能感
染蚕豆野生病毒与黄瓜花叶病毒。
松果菊属植物全草入药 , 地上部分一般两年即可收获 ,
而地下部分则需生长 3 年以上。 地上部分的采收期一般选
在盛花期 ,我们对不同生长期松果菊地上部分的主要有效成
分含量进行了监测 ,证实了盛花期采收的合理性。在北京地
区 ,两年生以上的松果菊应在 6 月至 8 月中旬收获。采收时
在距地面 10 cm 的基部收取地上部分 , 除去杂草 ,晒干或烘
干(40 ~ 45 ℃)后切段密封保存。地上部分的采收一般不会
明显影响植株的生存。
3 生药鉴别研究
本属药用植物多种入药 , 功效相近 ,而且狭叶松果菊与
淡紫松果菊在形态上非常相似 ,导致国际市场上经常出现品
种混乱的现象[ 7] 。
我们对 3 个种的根 、茎 、叶 、花的显微结构与粉末特征进
行了分析[ 8-11] , 结果表明 ,狭叶松果菊与淡紫松果菊在显微
特征上高度相似 ,二者均具有等面叶与较长的非腺毛 , 根中
分布着黑色素包裹的石细胞 ,而松果菊则具有明显的两面叶
与较短的非腺毛 ,且根中的石细胞缺少黑色素包裹。淡紫松
果菊的气孔密度明显小于狭叶松果菊;此外 , 其花粉颜色为
白色(狭叶松果菊为黄色),可与狭叶松果菊相区分。
对化学成分的薄层色谱分析[ 12] 表明 , 狭叶松果菊与淡
紫松果菊根的色谱条带相近 ,但二者均具有明显的松果菊苷
谱带而不同于松果菊。 3种植物地上部分的色谱带型较为相
似而不易区分。
用 RAPD方法对 3 个种进行 DNA 指纹分析[ 13] , 通过
1 60个随机引物的筛选 , 同样证明了狭叶松果菊与淡紫松果
基金项目:国家中医药管理局重大科技开发项目(2001-10)Supported by Major Science and Technology Development Program of State Admin-
ist ration of TCM
■Corresponding author email , atmin@bjmu.edu.cn
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菊在遗传上的高度相似性 , 最终筛选得到的 OPRON H07 号
引物可成功用于 3 种植物及其干燥药材的 DNA 指纹鉴别。
4 化学成分研究
关于松果菊属药用植物的化学成分研究有相当多的文
献报道 , 证实该属植物的主要化学成分包括多糖 、咖啡酸衍
生物 、挥发油 、多聚炔 、烷基酰胺和类黄酮等多类成分[ 7] 。
我们重点对松果菊进行了系统的化学成分研究 , 从松果
菊的水溶性部分中分离鉴定了 5 个苷类化合物 , 其中 2-(4-
羟基苯基)乙基-O-α-L-鼠李糖基(1※6)-β-D-葡糖苷为新化
合物 ,其余为首次从本属植物中分离得到[ 14] ;从脂溶性部位
中分离鉴定了 3 个化合物 , 分别为 lβ , 6a-二羟基-4(14)桉叶
烯 、二十四酸与二十六醇 , 均为首次从该植物中获得[ 15] ;从
挥发油部分中分离鉴定了 16 个化合物 ,其中 9 , 12-十八碳二
烯单甘油脂 、9 , 12 , 15-十八碳三烯单甘油脂及邻苯二甲酸二
丁脂 3 个化合物为首次从该属植物中分离[ 16] 。
5 药材的质量标准研究
国际市场上狭叶松果菊与淡紫松果菊药材的质量控制
一般以松果菊苷作为对照品[ 17] , 而松果菊药材则以菊苣酸
为对照[ 18] ,该成分与其免疫活性密切相关。我们按照 2000
版《中国药典》所载方法对怀柔区生产的松果菊药材进行了
药材性状 、显微与理化鉴别 , 水分 、灰分 、重金属与农药残留
检查及乙醇浸出物测定等方面的质量控制研究 , 采用硅胶柱
层析技术建立了菊苣酸的分离制备工艺 , 并以该成分的
HPLC测定为指标建立了含量限度标准以控制药材的质
量[ 19] , 制订可行的质量标准 ,并按照该标准对药材的储存稳
定性进行了研究 ,确定了药材的保质期。
6 药效学研究
从文献记载看 ,松果菊属植物主要用于促进机体的免疫
功能以及对抗各种感染[ 20] 。关于本属植物的药效研究有相
当多的文献报道 ,多数研究以德国 Madaus公司的产品 Echi-
nacin 作为供试品 , 该产品来自于松果菊地上部分的新鲜压
汁[ 3] 。我们对松果菊地上部分的 50%(体积分数)乙醇提取
物进行了系统的药效学研究 ,结果证明松果菊具有抗炎 、抗
菌 、抗病毒作用和增强细胞免疫 、体液免疫及非特异性免疫
功能作用(另文发表)。
6.1 抗炎作用
文献报道松果菊制剂在 40%甲醛溶液 、透明质酸酶 、五
羟色胺与胰蛋白酶诱导的大鼠足跖肿胀模型中均表现出抗
炎作用[ 21] ;此外 ,松果菊根中的烷基酰胺组分能明显抑制猪
白细胞 5-脂肪氧合酶介导的炎性介质合成反应[ 22] 。我们的
研究表明 ,松果菊提取物在冰醋酸诱导的小鼠血管渗透性模
型 、角叉菜胶诱导的大鼠足跖肿胀模型与 LPS 诱导的大鼠巨
噬细胞肿瘤坏死因子α(TNF-α)分泌模型中均表现出明显的
抗炎作用。
在冰醋酸诱导小鼠腹膜毛细血管通透性增高模型中 , 松
果菊生药 10 g/ kg 和 5 g/kg 能明显抑制冰醋酸诱导的腹腔
毛细血管通透性增高 , 降低小鼠腹腔伊文思蓝渗出;而松果
菊低剂量(2.5 g/ kg)组的腹腔伊文思蓝渗出与模型组比较差
异无显著性。结果表明 ,松果菊可明显抑制冰醋酸引起的小
鼠毛细血管通透性增高 ,量效关系明显 。
在角叉菜胶诱导的大鼠足趾肿胀模型中 , 以松果菊生药
10 g/kg给大鼠灌胃可明显减轻角叉菜胶诱导的足肿胀 , 该
组动物在给予致炎剂后的所有时间点的足趾容积差值均比
模型组明显降低 ,作用可持续 6 h , 5 g/ kg 组和 2.5 g/kg 组也
可不同程度上减轻角叉菜胶诱导的足肿胀 ,前者作用可持续
至给予角叉菜胶后 4 h , 而 2.5 g/kg 剂量下作用持续时间相
对较短。结果表明松果菊可明显减轻角叉菜胶诱导的足趾
肿胀程度 ,具有明显的抗炎作用。
在 LPS 诱导的大鼠巨噬细胞 TNF-α分泌模型中 , 松果
菊单独作用于巨噬细胞时 ,对巨噬细胞 TNF-α分泌无明显诱
导作用。 LPS 5 mg/ L可诱导巨噬细胞分泌较高量的 TNF-
α,松果菊与 LPS 5 mg/ L 联合使用时 , 对 LPS 诱导的巨噬细
胞 TNF-α分泌具有明显的抑制作用。结果表明 , 松果菊对内
毒素诱导的炎症反应具有明显抑制作用。
6.2 免疫增强作用
关于松果菊的免疫刺激作用有较多的文献报道:See
等[ 23]在 K562细胞模型中证实松果菊的新鲜提取物能明显
提高人的 NK 细胞杀伤功能;Sun 等[ 24]的研究发现松果菊根
提取物能明显提高正常雄性大鼠的 NK 细胞与单核细胞数;
Burger等[ 25]发现低浓度的松果菊地上部分的压汁能明显提
高人外周血巨噬细胞的 IL-10、 IL-6 、IL-1 与 TNF-α等多种
细胞因子的产量;Bauer 等[ 26]采用碳廓清模型与粒细胞试验
证实松果菊提取物具有明显的吞噬刺激活性。我们的研究
表明 ,松果菊提取物在醋酸泼泥松与环磷酰胺诱导的小鼠免
疫抑制模型中能够明显促进巨噬细胞的吞噬功能 , 促进
ConA 和 LPS 诱导的脾淋巴细胞增殖反应 、B 淋巴细胞的增
殖分化以及脾脏 NK细胞的杀伤功能。
醋酸泼泥松 10 mg/ kg i.m., 1 次/ d×2d , 可造成小鼠非
特异性免疫功能显著低下 ,巨噬细胞吞噬百分率和吞噬指数
均明显低于正常小鼠;松果菊生药 5 、10 g/kg 灌胃给药10 d ,
可明显提高免疫低下小鼠的腹腔巨噬细胞吞噬功能 , 吞噬百
分率和吞噬指数均明显高于模型组 , 2.5 g/ kg 剂量组对巨噬
细胞吞噬功能有一定的增强趋势 ,但与模型组比较差异无显
著性。结果表明 ,松果菊可增强小鼠的非特异性免疫功能。
给小鼠肌肉注射环磷酰胺 15 mg/(kg·d)×3 d 可明显抑
制小鼠的细胞免疫和体液免疫功能 , 分别表现为环磷酰胺明
显抑制 ConA 和 LPS 诱导的脾淋巴细胞增殖反应。 给小鼠
灌服松果菊 2.5 、5.0 、10.0 g/kg可对抗环磷酰胺诱导的小鼠
细胞免疫和体液免疫功能抑制 , 明显增强 ConA 和 LPS 诱导
的脾淋巴细胞增殖反应。结果表明 , 松果菊可明显增强免疫
低下小鼠的细胞免疫和体液免疫功能。
碱性磷酸酶在 T 淋巴细胞上不表达或表达很低 , 而当 B
淋巴细胞未受分裂原刺激分化时 , 这种酶的活力也很低 。当
B淋巴细胞受 LPS 刺激而增殖 、分化时 , 表达碱性磷酸酶活
性相应地增高 ,因此脾脏淋巴细胞碱性磷酸酶表达量的高低
可说明体液免疫功能。试验结果显示 , 给小鼠肌肉注射环磷
酰胺 15 mg/(kg·d)×3 d 可明显抑制小鼠的 B 淋巴细胞的增
91张英涛 ,等 松果菊属药用植物的应用基础研究
殖分化功能 ,使在 LPS 刺激下的脾淋巴细胞碱性磷酸酶表达
量明显减少。给小鼠灌服松果菊 2.5 、5.0 、10.0 g/kg 可使环
磷酰胺诱导的免疫低下小鼠的脾脏淋巴细胞在 LPS 刺激下
的碱性磷酸酶表达活性明显增高。结果表明 ,松果菊可促进
B 细胞的增殖和分化能力 , 对体液免疫有明显的增强作用。
环磷酰胺 15 mg/kg i.p., 1 次/ d×3 d ,可造成小鼠脾脏
NK 细胞功能显著低下 , 环磷酰胺处理组小鼠的脾脏 NK 细
胞对靶细胞的杀伤功能比正常对照组明显降低。 松果菊
2.5 、5.0 、10 g/ kg 连续给药 10 d可明显对抗环磷酰胺造成的
小鼠脾脏 NK 细胞功能显著低下 ,促进小鼠脾脏 NK 细胞杀
伤功能。
6.3 抗菌作用
Jung等[ 27]发现 1 g/ L的松果菊提取物即可完全抑制指
(趾)间表皮癣菌的生长;Schulte等[ 28]的研究证明松果菊根
的多聚炔组分在体外试验中对绿脓假单胞菌与艾希杆菌具
有明显抑制作用。我们的研究表明 , 松果菊提取物对金黄色
葡萄球菌 、B 族链球菌 、克雷伯杆菌 、流感杆菌与表皮葡萄球
菌均有不同程度的抑制作用。
采用临床分离的 10 株金黄色葡萄球菌 、10 株 B 族链球
菌 、10 株克雷伯杆菌 、10 株流感杆菌 、5 株表皮葡萄球菌及 5
株肺炎球菌等观察松果菊的体外抑菌作用 , 结果表明 , 除肺
炎球菌外 ,松果菊对其它试验菌的生长均有不同程度的抑菌
作用 , 其最低抑菌浓度分别为生药 15.39 、21.76 、99.98、
141.42 和 43.53 g/ L , 其中对金黄色葡萄球菌 、B 族链球菌和
表皮葡萄球菌的抑制作用较强 , 对流感杆菌的抑菌作用较
弱。
观察松果菊对金黄色葡萄球菌感染小鼠引起的死亡是
否具有保护作用。结果显示 , 感染对照组动物于感染后 7 d
内全部死亡。松果菊生药 20 g/ kg 连续 5 d 给小鼠灌胃 , 有
30%的动物于感染 7 d 后仍存活 ,但统计学上与阴性对照组
比较差异无显著性。松果菊生药 10 g/kg 和 5 g/kg 剂量组
动物均于观察期内全部死亡。结果表明 , 松果菊生药 20 g/
kg 能在一定程度上减少由金黄色葡萄球菌感染引起的动物
死亡数。
6.4 抗病毒作用
Wacker与 Hilbig[ 29] 采用小鼠 L-929 细胞与 HeLa 细胞
培养的方法证实了松果菊提取物具有间接的抗流感病毒 、疱
疹病毒与水泡性口炎病毒的活性;May 与 Willuhn[ 30]发现松
果菊的水提取物对流感病毒 、疱疹病毒与脊髓灰质炎病毒具
有明显的抑制作用。我们的研究表明 , 松果菊提取物对流感
病毒 、柯萨奇 B 族病毒 、呼吸道合胞病毒与疱疹病毒具有不
同程度的抑制作用。
观察松果菊在体外对腺病毒 3 型和 7 型(A 3、A7)、流感
病毒 、副流感病毒 、呼吸道合胞病毒(RSV)、疱疹病毒Ⅰ型和
Ⅱ型(HSV-1、HSV-2)、柯萨奇 B 族病毒 3、5(CoxB3 、CoxB5)
及埃柯病毒(ECHO11)共 10 个病毒株的影响。结果表明 , 松
果菊对CoxB3、CoxB5、RSV、HSV-2引起的细胞病变有一定程
度的抑制作用 ,有效浓度为生药 31.25 g/ L;对流感病毒有明
显的抑制作用 ,有效浓度为生药 7.81 g/ L。松果菊对 Ard3、
Ard7 、副流感病毒 、EHCO1 1及 HSV-1 等病毒引起的细胞病变
无明显的抑制作用。
观察松果菊对流感病毒所致小鼠肺炎的抑制作用 ,结果
显示 ,松果菊生药 20、10、5 g/ kg 每日 2 次 , 连续 5 d 给小鼠
灌胃 ,可明显降低肺部炎症 , 肺指数较阴性对照组明显减轻 ,
说明松果菊对流感病毒所致小鼠肺炎具有明显的抑制作用。
7 一般药理学研究
关于松果菊属植物的一般药理学研究未见有文献报道。
我们的研究表明 ,相当于生药量 5、10 、20 g/ kg 的松果菊提取
物经十二指肠给予麻醉猫后 , 对猫的血压 、心电图 、心率 、心
律 、呼吸频率 、呼吸深度未见明显影响;松果菊生药 5、10 、20
g/kg给小鼠灌胃 , 每日 1 次 , 连续 7 d , 对小鼠自发活动及神
经系统均未见明显影响(另文发表)。
8 毒理学研究
Mengs 等[ 31]采用 Echinacin经口给药的方法对大鼠进行
了急毒与亚急毒试验 ,其最大剂量分别达到 15 g/kg 与 8 g/
kg 而未发现明显的毒性反应;Lang 与 Mengs[ 3] 确定了 Echi-
nacin静注给药的小鼠与大鼠的 LD50均为 1.25 g/ kg。我们
对松果菊地上部分的 50%乙醇提取物进行了系统的毒理学
研究 ,结果表明 , 松果菊在动物急性与长期毒性 、致突变与生
殖毒性等研究方面均未表现出明显的有害作用 , 说明该药物
可安全应用于临床研究(另文发表)。
8.1 动物急性毒性研究
松果菊提取物大鼠急性经口最大耐受量为 5.0 g/ kg , 相
当于人临床拟用剂量的 100 倍 , 即松果菊生药 25.0 g/kg。
松果菊提取物小鼠急性经口最大耐受量为 10.0 g/kg , 相当
于人临床拟用剂量的 200 倍 ,即松果菊生药 50.0 g/ kg。
8.2 动物长期毒性研究
在Wistar大鼠与 Beagle狗的长期毒性试验中 ,以人临床
拟用剂量的 50 倍 、25 倍和 12.5 倍松果菊提取物(即 2.5
g/kg , 1.25 g/ kg 和 0.63 g/ kg , 相当于松果菊生药 12.5 g/
kg , 6.25 g/ kg 和 3.13 g/ kg)给动物灌胃 , 每天 1 次 , 共 3 个
月。观察一般毒性反应 , 检测血液学 、血液生化 、尿常规 、重
要脏器系数和组织病理学等指标 , 发现高 、中 、低剂量组与对
照组比较 ,未见与受试药物相关的毒性改变。 动物停药观察
30 d 未见迟发毒性。
8.3 致突变研究
剂量为每皿 0.5 μg~ 5 mg的松果菊提取物在有或无代
谢活化时 , 对鼠伤寒沙门氏菌 4 种菌株 TA97 、TA98、
TA100、TA1024 的回复突变率均未见影响。剂量为 0.05 ~ 5
g/L 的松果菊提取物对中国仓鼠肺成纤维细胞(CHL)染色
体的畸变率未见影响。剂量为 0.63 ~ 2.5 g/ kg 的松果菊提
取物经口灌胃未引起小鼠骨髓多染红细胞微核率增加。
8.4 生殖毒性研究
以剂量为 0.63 ~ 2.50 g/ kg 的松果菊提取物灌胃给药进
行 LACA小鼠与 SD 大鼠的生殖毒性研究 , 分别在以下 3 个
时间段给药:(1)雄性 LACA小鼠于交配前 60 d 至交配成功 、
雌性 LACA小鼠于交配前 14 d 至孕 15 d ,每天给药 1 次;(2)
孕 6~ 15 d 的雌性 SD大鼠每天给药 1 次;(3)孕 15 d 至哺乳
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期 21 d 的雌性 LACA小鼠每天给药 1 次。结果表明 , 松果菊
提取物对雌雄亲代鼠的体重增长和生殖功能未见影响 ,对母
鼠的分娩和哺乳功能未见影响 , 未见母体毒性;松果菊提取
物对胎鼠与仔鼠的存活和发育 、畸形率以及反射 、运动行为
和生殖功能等均未见明显影响。
9 小结
通过对松果菊属 3 种药用植物的生药学研究及松果菊
的药效学 、药理学和毒理学的深入研究 , 可以看出该属植物
具有重大的开发利用价值 ,我们把松果菊和中药方剂相结合
研制出了新的保健食品和中药新制剂 , 取得了可喜成果 , 相
信随着对该属植物进一步的全面和深入研究 ,将能产生重大
的社会效益和经济效益。
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(2003-10-22收稿)(本文编辑:赵 波)
Applied fundamental research of echinacea species
ZHANG Ying-tao1 , WANG Hong 1 , LIU Wen-zhi2 , TONG Wei1 , YANG Yan-fang1 , AI Tie-min1■(1.Peking University School o f Pharmaceutical Sciences , Beijing 100083 , China;2.I nstitue of Medicinal Plants in Huairou District
of Beijing)
KEY WORDS Echinacea/ tox ;Plant ex trocts/pharmacol;Chemist ry , analy tical
SUMMARY Echinacea is a most famous “ immune herb” in western countries , and continues to be the best sell-
ing herb for many years.Fo r the last five years , our research g roup has cooperated wi th Institute of Medicinal
Plants in Huairou Dist rict of Beijing , carrying out studies on Echinacea purpurea , which involved botany , cul-
tivat ion , pharmacognosy , phy tochemist ry , quality cont rol , pharmacology and toxicology of the species.Tw o
o ther species int roduced from Canada , Echinacea angusti fol ia and Echinacea pall ida , were also included in the
taxonomic , cultivated and pharmacognostic studies.The results acquired have opened up the path to introduce
Echinacea species into Traditional Chinese Medicine , thus established the possibility of developing mo re promis-
ing drug s f rom them. (J Peking Univ [ Health Sci] , 2004 ,36:90-93)
93张英涛 ,等 松果菊属药用植物的应用基础研究