全 文 :马先蒿属植物研究概述
褚洪标1,谭宁华2,彭才圣1
(1.井冈山大学 医学院,江西 吉安 343000;
2.中国科学院 昆明植物研究所 植物化学与西部植物资源持续利用国家重点实验室,云南 昆明 650204)
[摘要] 马先蒿属植物为半寄生草本,药用种类繁多,中国有300多种。该属植物主要含有苯丙素、环烯醚萜、黄酮等化
学成分。药理研究表明马先蒿属植物具有抗氧化、抗肿瘤、抗疲劳、DNA修复、降血糖等作用。笔者总结了马先蒿属植物的半
寄生特性、化学成分和药理活性的研究概况,为进一步开发利用该属植物提供参考。
[关键词] 马先蒿属;半寄生;化学成分;药理活性;苯丙素;环烯醚萜;黄酮
[收稿日期] 20090205
[通信作者] 褚洪标,博士,副教授,主要从事天然药物化学研究。
Tel:(0796)8324771,Fax:(0796)8324771,Email:hongbiaochu@163.com
玄参科马先蒿属植物600种以上,为双子叶植物中大属
之一,为多年生或一(二)年生半寄生草本,分布于北半球,
尤以北极和近北极地区最多,温带的高山地区亦不少。在北
美、中亚和东亚的许多国家,马先蒿属植物都有分布,我国有
300多种,占全部马先蒿属种类的一半以上[1]。马先蒿属植
物药用种类繁多,有的种类在民间应用历史悠久,疗效优良,
享有盛誉。从马先蒿属植物中,已分离出苯丙素、环烯醚萜、
黄酮等类型化合物,其中苯丙素类化合物还显示抗氧化、抗
肿瘤等生物活性。另外,又由于其花冠和叶序具有多样性,
且通过昆虫或蜂鸟进行传粉,引起了研究者的极大兴趣,做
了大量研究工作。为了更好地开发、利用和保护该属植物资
源,对马先蒿属植物的半寄生生物学特性、化学成分和药理
活性方面的最新进展进行了总结。
1 半寄生生物学特性
马先蒿属植物是具有叶绿素而又通过根寄生的半寄生草
本。一般认为,马先蒿属植物只是通过其根从寄主植物中吸
收营养成分(碳、氮等)而发育生长,而且其寄主植物的碳、氮
等营养成分含量越丰富,马先蒿属植物生长也越快。但Nilss
onCH[2]的研究结果表明,马先蒿属植物与其寄主在吸收营
养成分时是互相吸收的,并不是单方向的。另外,对于马先蒿
属植物来说,其寄主也并不一定只有一种植物,通过观察植物
的吸管以及检测来自于可能的寄主植物的碳源流动两种方
法,发现P.lapponica的寄主植物有多种。作为根寄生的马先
蒿属植物从其寄主植物上吸收次级代谢产物这种现象已有文
献报道[3]。SchneiderMJ等[4]对5种马先蒿属及其寄主植物
的关系进行了研究,该研究表明马先蒿属植物通过根从其寄
主植物中吸收次生代谢产物(例如生物碱)并不是偶然现象,
而是一种较普遍的现象。如果马先蒿属植物通过根寄生在含
有较高的生物碱寄主植物上,其生物碱的含量较高也是非常
有可能的。P.olgae,P.luwigi,P.dolichurhica等种类中喹啉
类生物碱含量较高,其中P.olgae中总生物碱质量分数高达
118%,这种现象也可从生物碱的转移上得到答案。
1 化学研究
马先蒿属植物的化学成分种类繁多,结构多样,苯丙素、
环烯醚萜、黄酮等类型化合物为其特征性成分。国内外对大
约26种该属植物进行了系统的化学成分研究,见表1。
表1 马先蒿属种类及其编号
No. 拉丁名 No. 拉丁名 No. 拉丁名
A P.armatamaxim J P.lapponica S P.resupinata
B P.alaschanica K P.lasiophrys T P.semitorta
C P.artselaeri L P.longiflora U P.silvatica
D P.chinensis M P.muscicola V P.spicata
E P.condensate N P.nordmanniana W P.striata
F P.decora O P.palustris X P.torta
G P.densispica P P.plicata Y P.tricolor
H P.dolichocymba Q P.procera Z P.verticilata
I P.kansuensis R P.rex
2 苯丙素类
苯丙素类化合物在马先蒿属植物的化学分类学上是一
类极有价值的化合物,该类化合物中多具有抗肿瘤、抗氧化、
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抗疲劳等生物活性。苯丙素类化合物按其结构特点又分成
两类化合物:简单苯丙素和木脂素。
2.1.1 简单苯丙素(包括苯乙醇类) 从马先蒿属植物中
已分离出31个该类化合物(1~31),其母核是由咖啡酰基或
阿魏酰基通过糖链与苯乙醇基相连而成,糖链多由葡萄糖、
鼠李糖、木糖或阿拉伯糖组成,苯乙醇基与葡萄糖的 C1相
连,而咖啡酰基或阿魏酰基常与葡萄糖的 C4或 C6相连。
考虑到苯乙醇基与葡萄糖的C1相连形成苯丙素类化合物,
在此把苯乙醇类化合物归入简单苯丙素类一并讨论。化合
物的名称、植物来源、参考文献见表2,结构式见图1。
表2 马先蒿属植物中简单苯丙素类(包括苯乙醇类)化合物
No. 化合物名称 植物来源 参考文献
1 verbascoside(acteoside) B,E,H,KN,P,RT,VZ [910,14,20,25,29,32,35,
38,4043,45,48,5254]
2 isoverbascoside(isoacteoside) C,F,T,W [10,16,42,48]
3 cisisoverbascoside T [42]
4 leucoseptosideA(ciatanosideC) BC,H,KL,N,P,T,X,Z [9,20,25,29,35,42,52,54]
5 cisleucoseptosideA P [36]
6 jionosideD H [20]
7 plantainosideC F [16]
8 cistanosideD C,K,L,T,X,Z [10,25,29,42,52,54]
9 martynoside BD,H,LN,P,R,Y [9,13,20,31,35,38,40,53]
10 isomartynoside R [40]
11 cismartynoside D,M,P [13,32,36]
12 echinacoside E,P,W [14,36,48]
13 artselaerosideB C [10]
14 forsythosideB N [35]
15 decafeoylacteoside F,W [16,48]
16 pediculariosideA M,V,W [32,43,45,48]
17 pediculariosideH V,W [4344,46]
18 cispediculariosideH W [46]
19 pediculariosideI L [26,29]
20 pediculariosideM W [45]
21 pediculariosideN D,W [13,45]
22 2Oacetylmartynoside H [20]
23 pediculariosideE K [25,26]
24 pedicurexosideA R [40]
25 pedicularioside M [33]
26 3,4dihydroxyphenethylalcohol P [36]
27 salidroside P [36]
28 1OβD(3,4dihydroxyβphenylethyl)glucopyranoside P [36]
29 2phenylethylOβDxylopyranosyl(1→2)βDglucopyranoside H [20]
30 artselaerosideA C [10]
31 pedicurexosideG V [44,50]
2.1.2 木脂素 木脂素是一类由苯丙素氧化聚合而
成的天然产物,通常所指是其二聚物,少数是三聚物或
四聚物。根据碳原子连接方式不同,木脂素可分为两大
类:木脂素和新木脂素。木脂素类是指 C6C3单位通过
边链 β位碳连接而成的化合物;C6C3单位不通过边链
β位碳连接而形成的化合物归为新木脂素。马先蒿属
植物中木脂素的存在非常普遍,已从中分离出 28个该
类化合物(32~59),其中化合物 40~42,57~59为木
脂素;化合物 32~39,43~50,55~56为新木脂素;化
合物 51~52为倍半木脂素;尽管原始文献将化合物 53
~54命名为新木脂素,但不符合木脂素的定义,在此也
作为木脂素讨论。化合物名称、植物来源、参考文献见
表 3,结构式见图 2。
2.2 环烯醚萜
环烯醚萜及其苷类化合物在植物界分布较广,是马先
蒿属植物的特征性成分。该类化合物多为无色针晶或无定
型粉末,易溶于甲醇,可溶于正丁醇、乙醇等亲水性有机溶
剂,化学性质活泼,在碱性或受热条件下易分解为糖和苷
元,苷元易聚合为黑色化合物,所以该属植物晒干时经常变
为黑色。
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图1 马先蒿属植物中简单苯丙素类(包括苯乙醇类)化合物结构式
表3 马先蒿属植物中木脂素类化合物
No. 化合物名称 植物来源 参考文献
32 tortosideE X [5152]
33 (+)dihydrodehydrodiconiferylalcohol4OαLrhamnoside X [52]
34 (+)dihydrodehydrodiconiferylalcohol4OβDglucoside X [52]
35 (+)dihydrodehydrodiconiferylalcohol9OβDglucoside X [52]
36 tortosideD X [5152]
37 (7R)(+)dehydrodiconiferylalcohol4OβDglucoside X [52]
38 (7S)dehydrodiconiferylalcohol4OβDglucoside X [30]
39 tortosideF X [52]
40 tortosideC X [52]
41 syringaresinolmonoglucopyranoside B,D,M,T [9,13,34,42]
42 tortosideA X [52]
43 cirtusinA B [89]
44 alaschaniosideA B [89]
45 armaoside A [56]
46 longflorosideB L [28,30]
47 verticilatosideA Z [54]
48 verticilatosideB Z [54]
49 longflorosideA L [28,30]
50 alaschaniosideC B [89]
51 longflorosideC L [30]
52 longflorosideD L [30]
53 striatosideA W [47]
54 striatosideB W [47]
55 semitortosideA T [42]
56 semitortosideB T [42]
57 lariciresinol4′Dglucoside H [20]
58 lariciresinol4Dglucoside C [11]
59 tortosideB X [52]
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环烯醚萜为蚁臭二醛(iridoidal)的缩醛衍生物。
从化学结构看,环烯醚萜是含有环戊烷结构单元、性
质具有一定特点的环状单萜衍生物。蚁臭二醛发生
烯醇化后,再进行分子内的羟醛缩合,即产生环烯醚
萜。从马先蒿属植物中分离出的环烯醚萜一般是环
戊烷骈吡喃骨架结构,裂环环烯醚萜较少。环烯醚
萜取代基的变化主要发生在 C1,4,5,6,7,8,10等
位置,目前已从该属植物中分离到55个该类化合物
(60~114),其化合物名称、植物来源、参考文献见表4,结构
式见图3。
表4 马先蒿属植物中环烯醚萜类化合物
No. 化合物名称 植物来源 参考文献
60 aucubin BF,H,J,LR,T,Z [7,10,12,1415,19,24,3132,3536,3940,42,54]
61 6Oacetylaucubin E,H [14,19]
62 10Oacetylaucubin B,H [7,19]
63 6,10diacetylaucubin H [19]
64 6Omethylaucubin C,D [10,13]
65 6Omethylepiaucubin C [10]
66 6Oethylaucubin R [40]
67 6Oethylepiaucubin R [40]
68 6Obutylaucubin D [12]
69 6Obutylepiaucubin D [12]
70 geniposidicacid B,C,LN,P,Z [910,29,32,3536,54]
71 bartsioside D [12]
72 mussaenosidicacid B,L,M,P [9,3132,36]
73 mussaenoside C,EG,J,LO,QR,T [11,14,17,24,32,35,39,40,42]
74 yuheinoside C,G,J,O,R,U,Z [11,18,24,40,54]
75 euphroside B,J,MP,R,T,U,Z [9,24,32,3536,40,42,54]
76 boschnaloside B,L,O,P,Z [9,24,31,36,54]
77 ixoroside B,C,O [910,24]
78 caryoptoside C,M,Z [10,34,54]
79 8epiloganin C,E,K,O,U,X [10,14,2425,52]
80 shanzhisidemethylester C,EF,M,O,Q,T,V,XY [10,17,24,32,39,4243,5253]
81 8epiloganicacid C,Q,Z [11,39,54]
82 7deoxy8epiloganicacid C,L,Z [11,31,54]
83 lamalbid F [17]
84 8Oacetylharpagide W [48]
85 loganicacid L,X [29,52]
86 penstemonoside M,O [24,32]
87 penstemoside O [24]
88 5deoxypalchelosideI V [43]
89 poloyosideⅡ M [34]
90 gardosidemethylester C,H,O,V,X [10,20,24,43,52]
91 7Acgardosidemethylester H [20]
92 7deoxygardoside C [10]
93 artselaeninA C [10]
94 artselaeninB C [10]
95 kansuenin I [2223]
96 kansueninB I [21]
97 pediculariosideF K [25]
98 plicatosideA P [3637]
99 plicatosideB P [3637]
100 mussaeninA G [18]
101 argyol G [18]
102 densispicninA G [18]
103 densispicninB G [18]
104 3βnbutoxy3,4dihydroaucubin D [12]
105 artselaeninC C [10]
106 pediculrislactone D [12]
107 iridoactone D,N [12,35]
108 dihydrocatalpolgenin W [49]
109 6deoxycatalpol Q [39]
110 sesamoside M [34]
111 kansuenoside I [2223]
112 vibutinal Y [53]
113 proceroside Q [39]
114 longifloroside L [29]
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图3 马先蒿属植物中环烯醚萜类化合物结构式
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2.3 黄酮类
黄酮类化合物在马先蒿属植物中的存在也很普遍,是该
属植物各种生物活性作用物质基础之一,已从中分离出16
个该类化合物(115~130),其中 pedicutriconeA(130)为双
苯吡酮类化合物。化合物名称、植物来源、参考文献见表5,
结构式见图4。
表5 马先蒿属植物中黄酮类化合物
化合物编号 化合物名称 植物来源 参考文献
115 apigenin H,L,Y [20,31,53]
116 luteolin L,R,Y [31,40,53]
117 chrysoeriol L,R,Y [31,40,53]
118 tricin L,Y [31,53]
119 3,5,7trihydroxy3′,5′dimethoxyflavonol I [21]
120 apigenin7Oglucuronide L [31]
121 luteolin7Oglucuronide L [31]
122 chrysoeriol7Oglucuronide L [31]
123 tricin7Oglucuronide L [31]
124 lagotiside I [21]
125 luteolin7Oglucoside L,R [31,40]
126 qurcetin7Oglucoside Y [53]
127 myricetin3′methylester7Oglucopyranoside Y [53]
128 3,5,4′trihydroxy3′,5′dimethoxyflavonol7Oglucoside Y [53]
129 5,4′dihydroxy3′methoxyflavone7O6″nbutyrylβDglucopyranoside R [40]
130 pedicutriconeA Y [53]
图4 马先蒿属植物中黄酮类化合物结构式
2.4 生物碱及核苷类
马先蒿属植物中生物碱主要为单萜衍生的吡啶类生物
碱,AbdusamatovA[5558]等先后从马先蒿属植物P.olage,P.
macrochila中分离出pediculine(131),indicainine(132),pe
diculidine(133),pediculinine(134),gentiananine(135),
noractinidine(136)等生物碱。TorsselK[59]从 P.olage中也
得到了2个生物碱 plantagonine(137),indicaine(138)。从
P.artselaeri,P.dolichocymba,P.longiflora中分离出6(1″,
3″dihydroxy2″propoxyl)inosine(139),adenine(140),aden
osine(141),uridine(142)四种核苷类化合物[11,20,27],结构式
见图5。
2.5 其他成分
该属植物中还含有萜类、甾类、酚类等化合物。从 P.
artselaeri中分离到 3methoxy4primeverosylacetophenone[11]。
从P.decora得到 βsitosterol,daucosterol,αDmethylgalac
toside,mannitol,sucrose[15]。从 P.kansuensis得到(E)2
hexenylβsophoroside,phenethylalcoholβsophoroside,3me
thoxy4hydroxybenzoicacid[21]。P.red,P.sriata中分离出
pedicurexoside,eremophila10,11diene7α,13diol两个倍半
萜和一个甾酮 ecdysterone3OβDgalactopyranoside[40,46,49]。
P.tricolor中含有 methyl3,4dihydroxybenzoate,3β,19αdi
hydroxy12ursen28oicacid等成分[53]。
3 药理研究
3.1 抗氧化作用
苯丙素类化合物是马先蒿属植物的特征性成分,该类化
合物具有抗氧化活性。LiJ等人对6种从马先蒿中分离提
取的苯丙素苷化合物进行了抗氧化作用研究。结果表明,该
类化合物有抑制红细胞的氧化溶血作用,抗氧化活性强度与
化合物中所含酚羟基的数目紧密相关,酚羟基的数目越多,
活性越强。一般认为,苯丙素类化合物的抗氧化活性是因为
该类化合物能与羟自由基发生反应,从而消除自由基。利用
脉冲电磁波分析技术,对从马先蒿中分离出的7种苯丙素类
化合物与羟自由基的反应进行检测,实验结果也证明了上述
结论[6061]。研究苯丙素类化合物对亚油酸自氧化的影响,
结果显示该类化合物能有效地抑制亚油酸自氧化,从而进一
步说明了该类化合物具有抗氧化活性[6263]。用 P.decra水
煎液给ICR小鼠灌胃24d后,禁食16h,随即腹腔注射四氧
嘧啶(150mg·kg-1),通过测定小鼠血液和肝脏超氧化物歧
化酶、过氧化酶、肝指数等指标,提示太白参能有效地清除自
由基,提高机体的抗氧化能力。由于已从太白参中分离出苯
丙素类等含酚羟基的化合物,其抗氧化活性也可能是苯丙素
61
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类化合物[64]。马先蒿属植物的另一类特征性成分环烯醚萜
也显示了抗氧化活性,对aucubin的抗氧化活性进行了研究,
结果表明aucubin也能有效地清除自由基,保护因自由基破
坏而损伤的细胞[65]。
图5 马先蒿属植物中生物碱及核苷类化合物结构式
3.2 抗肿瘤作用
采用抗癌药筛选 MTT法,研究6种从马先蒿中分离提
取的苯丙素苷化合物对3种不同组织癌细胞生长的抑制活
性。结果表明,该类化合物抗肿瘤活性强度与其化学结构紧
密相关,即分子中酚羟基越多,抗肿瘤活性越强,酚羟基数目
是决定它们体外抗氧化能力和抗肿瘤活性的主要因素,当酚
羟基完全被甲基化后,则对癌细胞生长无抑制活性[66]。P.
striata中分离出的 isoverbascoside能显著地诱导 SMMC7721
细胞的分化[67]。ZhangFX等人研究表明 verbascoside是端
粒酶抑制剂[68]。对从马先蒿中分离所得到的三种苯丙素类
化合物verbascoside,leucosceptosideA,martynoside进行拓扑
异构酶研究,利用拓扑异构酶Ⅱ介导的超螺旋松弛断裂反应
测定化合物的活性,verbascoside,martynoside对反应有促进
作用,说明 verbascoside,martynoside是拓扑异构酶Ⅱ的抑制
剂[69]。
3.3 抗疲劳作用
WenZJ等利用药物对运动小鼠血液学指标的影响,探
讨密穗马先蒿对运动贫血的保护作用。结果表明,密穗马先
蒿具有显著提高小鼠的运动能力,改善大强度训练所引起的
小鼠RBC,Hb,HCT,MCV等改变,对预防运动性贫血的发生
有积极的作用[70]。LiaoF等采用脉冲式电流直接刺激离体
腓肠肌作为疲劳模型,对分离自皱熠马先蒿的 verbascoside,
martynoside进行了抗疲劳活性实验,verbascoside在 20.0
mmol·L-1浓度下具有显著的抗疲劳活性[38]。
3.4 DNA修复作用
实验表明,苯丙素类化合物对由于氧自由基损坏的DNA
有修复作用。DelalandeO等采用动力学和肿瘤细胞方法,对
CistanosideC和DNA片段之间的相互作用进行了研究,利用
JUMNA软件进行计算,结果显示 CistanosideC能进入 DNA
片段的微孔中形成具有适当的空间几何体的复合物,便于鸟
嘌呤和基质之间进行电子转移。这种复合物不引起 DNA结
构的较大扭曲就能形成,进一步通过糖类侧面基团的相互作
用而更稳定[71]。ShiYM等曾对 verbascoside进行过类似的
研究,verbascoside显示了与CistanosideC相似的活性[72]。Li
WY等利用脉冲电磁波分析技术,对来自马先蒿的苯丙素类
化合物echinacoside进行了胸腺嘧啶碱基阴离子修复活性方
面的研究。从实验结果可看出,胸腺嘧啶碱基阴离子可以通
过DNA碱基阴离子与 echinacoside之间的单电子转移而得
到修复。另外,还对6种来自马先蒿的苯丙素类化合物进行
了同样的实验,进一步确认了该类化合物具有这方面的生物
活性[73]。
3.5 其他生理作用
YimDS等人的研究结果显示verbascoside能抑制由角叉
(菜)胶引起的老鼠爪水肿[41]。马先蒿属植物中的槲皮素、
芦丁、芹菜素等黄酮类成分对由四氧嘧啶诱导的糖尿病小鼠
均有明显的降血糖作用[74]。给小鼠服用过量的甲状腺素造
成“甲亢型”肾阴虚症状,用太白参给予治疗,结果显示太白
参可以显著改善小鼠的阴虚症状,证明太白参有较好的滋阴
作用[75]。通过观察太白参提取物对饥饿所致“脾虚”小鼠的
影响,显示出太白参可显著提高脾虚小鼠血液淀粉酶活力、
胸腺指数及胸腺 RNA含量,说明太白参具有提高脾虚动物
消化能力和机体免疫力的作用,能较好地改善脾虚症状[76]。
4 小结
马先蒿属植物分布广泛,资源丰富,在医药学和中医药
学中有悠久的应用历史,可用于治疗多种疾病,具有巨大的
研究开发潜力。该属植物具有特殊的半寄生生物学特性,对
其寄生机制研究以及化学成分和药理活性的分析,为进一步
探索该属植物的生长规律,开展该属植物的资源保护,进一
步寻求其有效部位,深入进行药用机理及其详细机制研究提
供可靠保证。
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ProgressinresearchonPedicularisPlants
CHUHongbiao1,TANNinghua2,PENGCaisheng1
(1.MedicalSchoolofJinggangshanUniversity,Ji'an343000,China;
2.StateKeyLaboratoryofPhytochemistryandPlantResourcesinWestChina,KunmingInstituteofBotany,ChineseAcademyof
Sciences,Kunming650204,China)
[Abstract] PedicularisL.comprisesabout300speciesinChinaandhemiparasiteisitsmostimportantcharacteristic.Many
compoundshavebeenisolatedfromthegenus,includingphenylpropanoids,iridoids,flavonoidsandsoon.Amongthem,someshowed
antioxidative,antitumor,antifatigue,repairingDNAandantidiabeticactivities.Thisreviewsummarizedhemiparasite,chemicalcon
stituentsandpharmacologicalactivitiesonPedicularisplants.TheaimwastoprovideinformationforthefurtherstudyofPedicularis.
[Keywords] Pedicularis;hemiparasite;chemicalconstituents;pharmacologicalactivities;phenylpropanoids;iridoids;fla
vonoids
[责任编辑 王亚君]
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