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Isolation and structural elucidation of a bioactive saponin from tubers of Bolbostemma paniculatum

土贝母中1个活性皂苷的分离和鉴定



全 文 :土贝母中 1个活性皂苷的分离和鉴定
汤海峰1,张淑瑜2,易杨华2,文爱东1,赵越平1,王忠壮3
(1第四军医大学 西京医院,陕西 西安 710032;2第二军医大学 药学院,上海 200433;
3第二军医大学 长海医院,上海 200433)
[摘要] 目的:研究中药土贝母中的生物活性成分。方法:采用稻瘟霉模型生物活性追踪方法,应用多种色谱
技术进行分离,根据波谱解析和化学手段鉴定其结构。结果:分离并鉴定了1个具有诱导稻瘟霉菌丝变形活性的
双糖链皂苷:3OαL吡喃阿拉伯糖(1→2)βD吡喃葡萄糖贝萼皂苷元28OβD吡喃木糖(1→3)αL吡喃鼠李
糖(1→2)αL吡喃阿拉伯糖酯苷(Ⅰ)。结论:Ⅰ为新天然产物,对 K562和 BEL7402肿瘤细胞显示显著的细胞毒
性,但对1%兔红细胞无溶血作用。
[关键词] 土贝母;双糖链皂苷;稻瘟霉;细胞毒性;溶血作用
[中图分类号]R284.1 [文献标识码]A [文章编号]10015302(2006)03021305
[收稿日期] 20050905
[通讯作者] 汤海峰,Tel:(029)847754758303,Fax:(029)
84775471,Email:tanghaifeng71@126.com.
土贝母系葫芦科植物土贝母 Bolbostemmapanicu
latum(Maxim)Franquet的干燥块茎,始载于清代《本
草纲目拾遗》[1],具有散结、消肿、解毒之功效。1986
年中国科学院上海药物研究所徐任生课题组[2]和日
本广岛大学田中治课题组[3,4]几乎同时从中分离鉴定
了3个罕见的皂苷tubeimosidesⅠ,Ⅱ和Ⅲ,是一类结构
非常新颖的以戊二酰基为桥的双糖链环形三萜皂苷,
引起天然药化界极大兴趣。近20年来的药理研究表
明这3个化合物是其主要活性成分,具有抗肿瘤、杀
精子、抗病毒、免疫抑制、抗炎、溶血、对抗蛇毒等多种
生物活性[59],但此后未再见分离到该类化合物的报
道,仅从中获得10余个药理活性较弱的四环三萜单
糖链皂苷及其他成分[1012]。为进一步寻找新的活性
成分,作者利用稻瘟霉模型生物活性追踪方法[13],采
用色谱和波谱等手段,对土贝母中的皂苷成分进行了
研究,前文报道了天然界第 4个环形双糖链苷
tubeimosideV[14]。经对极性较大部分的仔细分离,又
获得1个新的天然产物Ⅰ,为非环形双糖链五环三萜
皂苷,并具有显著生物活性。
1 仪器与材料
北京科仪电光仪器厂 XT-5熔点仪(温度未校
正);Perkin-Elmer341旋光仪;BrukerVector22IR光
谱仪;VarianInova-400核磁共振仪;MicromassQua
tro质谱仪;FinniganVoyagerGC-MS联用仪,配 DB
-5石英毛细管色谱柱(025mm×30m);Sephadex
LH20葡聚糖凝胶(Pharmacia公司);反相柱色谱硅
胶LichroprepRP18(Merck公司);色谱用硅胶和硅
胶预制板(青岛海洋化工集团公司);惠普公司 Agi
lent1100HPLC仪,配 RID检测器,Zorbax300SBC18
柱(94mm×250mm);糖标准品为 Supelco产品;所
用试剂均为分析纯。
稻瘟霉 PyriculariaoryzaeP2b菌株,日本东京大
学分子细胞生物学研究所提供。土贝母于 2002年
12月购自陕西省渭南市,为陕西省眉县当年采收的
药材生品,经王忠壮副教授鉴定为土贝母 Bpanic
ulatum的干燥块茎。
2 提取和分离
以稻瘟霉模型进行活性追踪[13,15],活性指标为
最小菌丝变形浓度(minimummorphologicaldeformation
concentration,MMDC),以MMDC≤512mg·L-1视为具
有生物活性,阳性对照 5FU的 MMDC值为 4mg·
L-1。土贝母药材18kg粉碎,95% EtOH回流提取
3次,减压蒸干后得浸膏 280g(MMDC=256mg·
L-1),分散于1L水中,石油醚脱脂后以正丁醇萃
取得正丁醇提取物31g(MMDC=32mg·L-1),经快
速硅胶柱色谱(氯仿水饱和 nBuOH甲醇梯度洗
脱,1∶1∶0下层~0∶1∶0~0∶20∶1~0∶6∶1)分部,得
到9个组分,其中组分Ⅵ(41g,MMDC=8mg·L-1)
和Ⅶ(30g,MMDC=16mg·L-1)对稻瘟霉显示活
性,其余部分无活性。组分Ⅵ经多种色谱手段分离
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得到已知皂苷 tubeimosidesⅠ,Ⅱ,Ⅲ和新皂苷
tubeimosideⅤ[14]。组分Ⅶ经反复低压硅胶柱色谱
(氯仿甲醇水洗脱)、SephadexLH20凝胶过滤(甲
醇水2∶1)和反相硅胶柱色谱(甲醇水3∶2)分离,最
后经 RPHPLC制备,除得到已知的 tubeimosideⅢ
外,还得到化合物Ⅰ 105mg(流动相为68%甲醇,流
速20mL·min-1,tR=172min,MMDC=8mg·L-1)。
3 结构鉴定
化合物Ⅰ 为白色结晶性粉末,mp235~237
℃,[α]20D -72°(c020,MeOH),LiebermannBur
chard和 Molish反应阳性。IR中 1730cm-1吸收峰
示有酯羰基存在。由 ESIMS谱的准分子离子峰
m/z:1215[M+Na]+,1191[M-H]-推出相对分
子质量为1192,结合13CNMR,由 HRESIMS分析分
子式为 C57H92O26。1HNMR,13CNMR和 DEPT谱显
示Ⅰ为三萜皂苷类化合物,其苷元部分存在6个角
甲基,1个羟甲基,1个酯羰基,2个连氧次甲基,经
TOCSY,DQCOSY,HMQC和 HMBC解析归属了苷元
的核磁信号(见表1),与文献[16]对照确定其苷元
为贝萼皂苷元。经比较可观察到Ⅰ的13CNMR信
号存在如下苷化位移:C3(+96),C23(-25),
C28(-31),表明Ⅰ为双糖链皂苷,苷化位置分别
为3OH和28COOH。Ⅰ的 NMR谱显示 5个糖的
端基氢信号及相对应的端基碳信号,以及 1个 6
去氧糖的甲基信号。经酸水解和 GCMS分析证明
Ⅰ的糖基为1个 D葡萄糖(Glc),2个 L阿拉伯糖
(AraI和AraI),1个 L鼠李糖(Rha)和1个 D木糖
(Xyl),经碱水解及相应糖基分析表明 AraI,Rha和
Xyl组成的寡糖基连接于 28COOH,而 AraI和 Glc
组成的二糖基与苷元 3OH成苷。借助1H,13C
NMR,HMQC和 HMBC谱提供的信息,从 5个端基
氢和 Rha的甲基氢信号出发,通过 TOCSY和 DQ
COSY谱可归属所有糖基质子信号并经HMQC归属
相对应的碳信号(见表1)。与文献对比分析(端基
质子的裂分、偶合常数和13CNMR化学位移值),确
定5个糖基分别为αL吡喃鼠李糖、βD吡喃葡萄
糖、βD吡喃木糖和 2个αL吡喃阿拉伯糖,同时
GlcC2(δ833),AraIC2(δ755)和 RhaC3(δ
827)碳信号存在苷化位移,表明在相应位置与其
他糖基连接。经 HMBC谱解析(见图 1)可确定糖
基的连接顺序和位置,由以下为重要的碳氢远程
相关信号:GlcH1/C3,AraIH1/GlcC2,AraIH
1/C28,RhaH1/AraIC2,XylH1/RhaC3确定 2
条寡糖链分别为 Ara(1→2)Glc(1→3)aglycone
和 Xyl(1→3)Rha(1→2)Ara(1→28)aglycone。
综上所述,推定Ⅰ的结构为 3OαL吡喃阿拉伯
糖(1→2)βD吡喃葡萄糖贝萼皂苷元28OβD
吡喃木糖(1→3)αL吡喃鼠李糖(1→2)αL吡喃
阿拉伯糖酯苷,文献[24]曾采用 05% KOH水溶
液或 05mol·L-1 BaO的无水 MeOH溶液将
tubeimosideI温和碱水解获得过该化合物,但未见
从天然来源分离得到的报道。将波谱数据与文献
[24]对照,基本吻合,进一步确证了对化合物Ⅰ结
构的推断。
其主要波谱数据如下:IR(KBr)cm-1:3380
(OH),1730(COOR),1635(C=C),1365,1075(C
O)。ESIMS(positiveionmode)m/z:1215[M+
Na]+,921[M+Na-Ara-Glc]+,805[M+Na-Xyl
-Rha-Ara]+,771[921-Ara-H2O]+,433[Ara+
Xyl+Rha+Na]+,331[Glc+Ara+Na]+;ESIMS
(negativeionmode)m/z:1191[M-H]-,1059[M
-132-H]-,781[M-Xyl-Rha-Ara-H]-,631
[781-132-H2O]-。HRESIMS(positiveionmode)
m/z:12155767[M+Na]+(calcdforC57H92O26Na,
12155774)。1H,13CNMR数据和重要的 HMBC相
关信号见表1和图1。
表1 化合物Ⅰ的1HNMR(400MHz)和13CNMR(100MHz)数据(inC5D5N


编号 δH(J/Hz) δC(mult)1) 编号 δH(J/Hz) δ C
1 212brd(140), 104m 443t Glc
2 460m 706d 1 489d(76) 1037
3 396m 830d 2 388t(80) 833
4 430s 3 404m 779
5 153m 481d 4 392m 713
6 164m, 142m 184t 5 365m 776
7 160m,132m 333t 6 418m, 401m 625
8 404s AraI
9 155m 489d 1 497d(68) 1064
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中 国 中 药 杂 志
ChinaJournalofChineseMateriaMedica
Vol.31,Issue 3
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续表


编号 δH(J/Hz) δC(mult)1) 编号 δH(J/Hz) δ C
10 372s 2 430m 737
11 190m, 180m 236t 3 395m 744
12 530m 1239d 4 411m 694
13 1447s 5 413d(120),357d(120) 674
14 428s AraI
15 189m,113m 286t 1 625d(40) 937
16 192m, 176m 244t 2 433m 755
17 478s 3 431m 703
18 306dd(132,32) 421d 4 426m 664
19 159m,107m 467t 5 424m,373d(104) 633
20 312s Rha
21 118m, 101m 345t 1 554s 1016
22 179m, 156m 330t 2 454brs 718
23 410m,345d(108) 651t 3 429m 827
24 115s 150q 4 419m 727
25 136s 176q 5 422m 704
26 096s 180q 6 148d(52) 187
27 108s 265q Xyl
28 1769s 1 495d(76) 1068
29 071s 335q 2 383m 753
30 080s 241q 3 390m 778
 4 391m 710
5 397m,334t(100) 672
注:1)多重性由DEPT谱确定
图1 化合物I的结构和重要HMBC信号示意图
Ⅰ的酸水解和糖基分析:取 1mg样品溶于 2
mol·L-1CF3COOH1mL,封管,120℃反应2h,40℃
减压蒸干,残渣以 CH2Cl2H2O分配,水层蒸干,08
mL无水吡啶溶解,加入2mgNH2OH·HCl,90℃振荡
反应30min,冷却至室温后加入醋酐08mL,再于90
℃振荡反应1h,减压蒸干,溶于 CHCl303mL,取1
μL进行GCMS分析,并与单糖标准品按相同方法制
备的糖腈乙酸酯对照。GCMS条件:柱温 150℃保
持2min后升温至 300℃(15℃·min-1)并保持 10
min,汽化温度 250℃,载气(流量)为 N2(1mL·
min-1),分流比为30∶1,MS检测器为 EI电离源,电
离电压70eV,源温 200℃,MS标准库为 NBS,NIST
库。分析表明Ⅰ中存在 4种糖:L鼠李糖(tR=
6141min),L阿拉伯糖(tR=6266min),D木糖(tR
=6366min),D葡萄糖(tR=8022min),组成比约
为1∶2∶1∶1。
Ⅰ的碱水解和糖基分析:取样品3mg加入到1
mol·L-1NaOH溶液2mL中,100℃回流1h,以1mol
·L-1HCl中和后用水饱和 nBuOH萃取(2×2mL)。
水层减压蒸干,按与上述相似的方法用三氟醋酸酸
水解及制备相应的糖腈乙酸酯(但水解后不经
CH2Cl2萃取),GCMS分析糖的种类和比例,检测到
3种糖:Rha,Ara和 Xyl(1∶1∶1)。nBuOH层减压蒸
干,按与上述相同的方法进行三氟醋酸酸水解和制
备相应的糖腈乙酸酯,GCMS分析糖的种类和比例,
检测出2种糖:Ara和Glc(1∶1)。
对3批生药中化合物Ⅰ的检测:3批土贝母药
材于2004年12月分别购自陕西省西安市3家不同
中药店,均为陕西省当年采收的药材生品,并经王忠
壮副教授鉴定。各取 20g,分别用 95% EtOH回流
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提取3次,提取物采用硅胶预制板进行TLC制备,以
水饱和 nBuOH甲醇(6∶1)展开,晾干,刮取薄层板
上Rf03~05区域的硅胶,用甲醇回流提取 2次,
提取液浓缩至约 5mL作为供试品溶液,进行 HPLC
检测。色谱条件:DiamonsilC18柱(46mm×150mm,
5μm),流动相 36%乙腈,流速 05mL·min
-1,检测
波长206nm,柱温25℃,进样10μL。化合物Ⅰ对照
品溶液的 tR=176min。3批药材的供试品溶液在
tR=176min处均可检测到相应色谱峰,且与其他
色谱峰分离良好。
4 细胞毒和溶血活性测定
对人白血病 K562细胞和人肝癌 BEL7402细
胞的细胞毒性测定分别采用 MTT法[17]和 SRB
法[18],试验结果以 IC50值(3次试验的 x±s)表示。
结果表明,Ⅰ具有强效抑制 K562和 BEL7402细胞
生长作用,IC50值分别为(0045±0012),(044±
015)μmol·L
-1[阳性对照 10羟基喜树碱的 IC50值
分别为(017±004),(040±008)μmol·L
-1]。
溶血作用测定采用 1%兔红细胞悬液,按文献
方法操作[19],ED50值为样品作用1h后发生50%溶
血时的样品浓度。结果表明,Ⅰ对 1%兔红细胞基
本无溶血作用,ED50>40μg·mL
-1。
5 讨论
采用稻瘟霉模型生物活性追踪方法从中药土贝
母中分离并鉴定出1个具有诱导稻瘟霉菌丝变形活
性的双糖链皂苷,应用 2DNMR技术首次对其1H
NMR数据进行了全归属并对文献中13CNMR数据的
少量归属错误进行了纠正[24]。化合物Ⅰ可经由
tubeimosideⅠ温和碱水解获得,为确定其是否为提
取过程中产生的次生物质,作者对 3批生药样品进
行了HPLC检测,结果均可发现Ⅰ的存在,从而表明
Ⅰ确实为土贝母中的原生次级代谢产物,是 1个新
天然产物。
文献报道土贝母皂苷具有较强的溶血作用[9],
作者对分离获得的 4个环形双糖链皂苷单体
tubeimosidesⅠ,Ⅱ,Ⅲ和Ⅴ的溶血试验也证明了
这一点。化合物Ⅰ在保留对肿瘤细胞较强的抑制作
用同时,未发现有溶血作用,这对其进一步的开发
和临床应用具有重要意义。虽然其得率较低
(00058%),但今后开发中可考虑采用含量较高的
tubeimosideⅠ(一般 >1%)进行温和碱水解获得样
品。
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Isolationandstructuralelucidationofabioactivesaponinfromtubersof
Bolbostemmapaniculatum
TANGHaifeng1,ZHANGShuyu2,YIYanghua2,WENAidong1,ZHAOYueping1,WANGZhongzhuang3
(1DepartmentofPharmacy,XijingHospital,FourthMilitaryMedicalUniversity,Xi’an710032,China;
2SchoolofPharmacy,SecondMilitaryMedicalUniversity,Shanghai200433,China;
3DepartmentofPharmacy,ChanghaiHospital,SecondMilitaryMedicalUniversity,Shanghai200433,China)
[Abstract] Objective:TostudythebioactiveconstituentsfromtubersofBolbostemmapaniculatumMethod:Compoundswereisolated
byextractionandpartitionaswelasseveralchromatographictechniquesguidedwithPyriculariaoryzaebioassaymethodTheirstructureswere
determinedonthebasisofspectralanalysisandchemicalevidenceResult:Bisdesmoside(I)wasisolatedasactivecompoundcausingmor
phologicalabnormalityofPyriculariaoryzaemyceliaandelucidatedas3OαLarabinopyranosyl(1→2)βDglucopyranosylbayogenin28O
βDxylopyranosyl(1→3)αLrhamnopyranosyl(1→2)αLarabinopyranosideConclusion:Iisanewnaturalproductandexhibitedsignif
icantcytotoxicityagainstcancercellinesK562andBEL7402,butnohemolyticactivitytorabbiterythrocytes
[Keywords] Bolbostemmapaniculatum;bisdesmoside;Pyriculariaoryzae;cytotoxicity;hemolyticactivity
[责任编辑 李 禾]
决明毛状根化学成分研究
杨世海1,郭洪祝2,果德安2,郑俊华2
(1吉林农业大学 中药材学院,吉林 长春 130118;2北京大学 药学院,北京 100083)
[摘要] 目的:研究决明毛状根的化学成分。方法:用发根农杆菌 Agrobacteriumrhizogenes9402菌株从决明子叶
外植体上诱导产生毛状根,在MS0液体培养基中大量培养获得。并采用色谱技术和波谱手段对毛状根的化学成分
进行分离鉴定。结果:从决明毛状根95%乙醇提取物的醋酸乙酯部分分离鉴定了8个化合物,分别是白桦酯酸、大
黄酚、大黄素甲醚、豆甾醇、1羟基7甲氧基3甲基蒽醌、大黄酚8甲醚、大黄酚1甲醚和芦荟大黄素。其中芦荟大
黄素是首次从决明毛状根中分得。结论:决明毛状根能合成与原植物相似的化学成分。
[关键词] 决明;毛状根;化学成分
[中图分类号]R284.1 [文献标识码]A [文章编号]10015302(2006)03021703
[收稿日期] 20041215
[通讯作者] 杨世海,Tel:(0431)4533086,Fax:(0431)4512151,
Email:jlyangs@yahoocomcn
决明 CasiaobtusifoliaL种子为常用中药,主要
含蒽醌类化合物。现代医学证明,决明子具有保肝
作用,能显著地降低血浆胆固醇和甘油三脂的含量,
降血压,并能抑制血小板的凝聚。许多蒽醌类化合
物,如大黄素、大黄酸、大黄酚1甲醚、大黄酚8甲
醚等都具有上皮生长因子受体酪氨酸蛋白激酶抑制
剂活性[1]。
毛状根具有生长迅速,合成能力高和遗传性稳
定等优点。利用毛状根培养技术生产次生代谢物极
具工业生产潜力,已引起人们的广泛注意并得到飞
跃的发展[2]。本实验是在成功诱导决明毛状根的基
础上(另文发表),对决明毛状根中化学成分进行分
离和结构鉴定,可以从中获得有价值的活性成分,为
进一步工业化生产提供科学依据。
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第31卷第3期
2006年2月
中 国 中 药 杂 志
ChinaJournalofChineseMateriaMedica
Vol.31,Issue 3
February,2006