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稻绿核菌次生代谢产物的研究进展
杨永红 ,孟 飞 ,孙新华
(云南农业大学 云南省植物病理重点实验室 , 云南 昆明 650201)
稻绿核菌 Ustilaginoidea virens ( Cke. ) Tak.属于瘤座
孢目 ,瘤座孢科 ,绿核菌属 ,寄生于玉米和稻花器上 ,形成稻
曲 ,引发稻曲病。稻曲病又称伪黑穗病、绿黑穗病、假黑穗病、
青粉病、谷花病 ,我国和日本称其为“丰收病” [1, 2]。 但对其病
原菌稻绿核菌的命名争议很大。 Hashioka ( 1971)根据黑色的
菌核、圆桶状的子囊及丝状多隔的子囊孢子将其命名为
Clav iceps oryz ae-sativae。现在一般采用 U . v irens作为稻曲
病菌的无性态学名 , Clav iceps v irens Sakurai作为有性态学
名 [2]。 我国《本草纲目》中 “粳谷奴 ,谷穗煤者”即指稻曲菌子
实体 ,用于治走马喉痹 [3]。
稻绿核菌次生代谢产物到目前为止 ,大致可分为两类:
一类叫黑粉菌素 ( ustila ginoidin) ,为脂溶性有色物质 ;另一
类叫稻曲菌素 ( ustilo xin) ,为水溶性无色物质。
1 次生代谢产物的提取
Ustilag inoidin是 1937年 Yuba ta从稻绿核菌子实体的
乙醚浸提物中分离到的一种有色物质 , 1963年 Shibata等从
子实体的丙酮浸提物中分离到 ustilag inoidin A, B, C。 1988
年 Koyama等采用柱色谱、高压液相色谱从稻绿核菌子实体
中分到 ustilaginoidin A, B, C,同时还分到了另外的 7种单
体 ,分别称为 ustilaginoidin D , E, F, G, H, I, J。 1992—
1998年 Yukiko等对稻绿核菌水浸提物进行柱色谱、高压液
相色谱分析 ,分离到 6种物质 ,分别称为 ustilo xin A, B, C,
D, E, F。
2 次生代谢产物的结构
1937年 Yuba ta确定 ustilaginoidin分子式为 C19 H16O7 ,
并根据从锌粒馏分中得到的蒽认为黑粉菌素应属于蒽醌类 ,
未对黑粉菌素的结构进一步验证 [4, 5 ]。 1963年 Shibata等发
现 ustilaginoidin没有羟蒽醌类所具有的颜色反应 ,重新对
其进行研究 ,根据黑粉菌素的红外光谱、核磁共振谱及其降
解产物、降解产物的衍生物 , 确定 ustilag inoidin A是 2, 2′-
二甲基 -5, 5′, 6, 6′, 8, 8′-六羟基-9, 9′-双 (四氢 -萘骈 [ 2, 3-b ]
吡喃 -4-酮 ) ( 2, 2′-dimethy1-5, 5′, 6, 6′, 8, 8′-hexahydroxy-9,
9′-bis( 4H-naphtho [2, 3-b ]puran-4-one) ) 。对 ustilaginoidin
B, C的紫外光谱、核磁共振谱进行分析并与 ustilaginoidin A
相比较得出: ustilagino idin B, C与 ustilaginoidin A具有相同
的碳骨架 ,都属于萘骈 -吡喃 [6, 7]。 1988年 Koyama等通过紫
外光谱、红外光谱、 C-谱、 H-谱分析 ,分别确定 ustilaginoidin
D, E, F, G, H, I, J为 C30 H26O10 , C29 H24 O10 , C28 H22O10 ,
C28 H20O10 , C28 H20O11 , C28 H20O11 , C28 H21 O12的含萘 -γ-吡喃发
色团的同系物 (见图 1) , 1992— 1998年 Koiso等通过元素分
析、氨基酸分析、 X-射线晶体衍射及 C-谱、 H-谱分析 ,确定
ustilo xin A, B, C, D, F为含一醚支链的十三元环缩氨肽
同系物 (见图 2)。 稻曲菌素加 15 mo l PtO2在氢压下搅拌 3
h ,可分别转化成 ustilox in D, F[8, 9]。
图 1 黑粉菌素 A～ J的结构
Fig. 1 Structures of ustilaginoidins A— J
·283·中草药 Chinese T raditional and Herbal Drug s 第 34卷第 3期 2003年 3月
收稿日期: 2002-05-31基金项目:云南省科技厅 ( 98C008G)和教育厅 ( 0111351)资助课题作者简介:杨永红 ( 1965— ) ,女 ,理学博士 ,教授 ,硕士生导师 ,主要从事真菌次生代谢产物及其应用研究。 Tel: ( 0871) 6772422
图 2 稻曲菌素 A～ D, F的结构
Fig. 2 Structures of ustiloxin A— D and F
3 次生代谢产物的活性
1915年 Suw a用稻绿核菌子实体的水浸提物进行试验 ,
发现对家兔有毒性。 Koiso等用不同浓度的稻曲菌素 A对稻
种萌发进行试验。当其浓度为 100μg /mL时 ,几乎完全抑制
胚根和胚芽的生长 ; 10μg /m L时抑制作用减弱 ; 1μg /m L时
无明显抑制作用 [10]。同时他们用稻曲菌素 A和 B对人的胃、
肺、心脏、结肠和肾的癌细胞系进行试验 ,发现对供试的癌细
胞系都有抑制作用 ;但抑制力有差异 ,如稻曲菌素 A对心脏
癌细胞系 M CF-7的中等有效抑制浓度为 0. 87μmo L / L,对
结肠癌细胞系 SW-480为 6. 08μmo l /L;稻曲菌素 B对肺癌
细胞系 SBC-5的中等有效抑制浓度为 0. 39μmo l / L,对胃癌
细胞系 MKN-74为 17. 05μmol / L。 Richard等通过稻曲菌
素 A与牛微管蛋白相互作用的实验发现: 稻曲菌素 A与长
春花碱、拟茎点素 A一样 ,对 β-微管蛋白的链内交链键的形
成和微管蛋白的烷基化有抑制作用 ;对微管蛋白外露的疏水
区亦有抑制作用 ,对秋水仙素与微管蛋白的结合具稳定作
用 [11]。 Li通过生化分析和电镜观察 ,测得稻曲菌素 A～ D强
烈抑制猪脑微管蛋白的组装和解聚 ,它们的中等有效抑制浓
度分别为 0. 7, 2. 8, 4. 4, 6. 6μmol / L,稻曲菌素 A对微管蛋
白的潜在抑制作用是目前所知物质中最强的 ;稻曲菌素 A,
B, C对羽扁豆素与微管蛋白结合的抑制常数为 0. 08,
0. 13, 0. 23μmol / L,亦能强烈抑制拟茎点素 A与微管蛋白
的结合 ;对秋水仙素与微管蛋白的结构起稳定作用。同时 Li
等发现稻曲菌素与羽扁豆素和拟茎点素 A一样 ,通过与微
管蛋白的某些结合位点相结合 ,从而起到抑制微管组装的作
用 , A , B, C与微管蛋白的 RZX或 M AY位点结合 ,而 D, E,
F与微管蛋白的结合位点目前未见报道 [12]。Morisaki等测得
稻曲菌素 A, B, C, D, F对微管蛋白组装的中等有效抑制浓
度为 1. 0, 1. 8, 4. 4, 2. 5, 10. 3μmo l /L[13]。上述研究表明: 稻
曲菌素通过对微管蛋白的组装和解聚潜在的抑制作用 ,从而
起到抗有丝分裂循环的作用。 Morisaki等通过对稻曲菌素
A～ D, F的衍生物及人工合成的几种简单的含稻曲菌素核
心结构的化合物对微管蛋白组装的抑制能力大小的分析认
为: 1) CH3N H官能团和酚羟基在与微管蛋白结合上起重要
作用 ; 2)甘氨酸残基的羧酸基团对稻曲菌素的生物活性起一
定的积极作用 ,但不是根本的 ; 3) C2和 C6位烷基起重要作
用 [11]。 另外 , Koiso等认为稻曲菌素 F的支链官能团和烷基
部分加强了其与微管蛋白的亲和性 [14]。
我国对稻绿核菌次生代谢产物的活性成分及其药理作
用研究相对日本而言 ,较少且浅。 朱风美指出稻绿核菌含有
C9H6O7的有毒色素 ,牛吃后反刍停止 ;高峻等用含稻绿核菌
子实体的稻谷喂鸡、兔、猪 ,发现禽畜中毒 ,但未探究其机
制 [12, 13] ;王疏等用甲醇浸提稻绿核菌子实体 ,提取其粗毒素 ,
并测得粗毒素对稻种萌发有抑制作用 ,初步认为该毒素为生
物碱类化合物 [7];同时王疏等利用人工分离到的稻绿核菌进
行液体和固体培养 ,提到粗毒素的生物活性随浓度的降低而
减小 ,且在稻种萌发过程中对胚根的抑制率强于对胚芽的抑
制率 [5 ]。 但是对于稻绿核菌粗毒素的活性成分、活性成分的
作用机制、活性成分单体的提取及其在致病过程中的作用 ,
未见报道。杨永红等用 80%的乙醇浸提稻绿核菌子实体 ,得
到绿色素 ,为黑色胶状固体 ,耐光、耐热 ,水溶性较好 ,不含铅
和砷等有毒物质 , 50%的色素生理盐水对小鼠 ig ,无异常 ,表
明绿色素无毒性 [15]。同年 ,杨永红等测定稻绿核菌子实体中
18种氨基酸和 9种元素 ,氨基酸总含量为 9. 026% ,其中包
括 7种人和动物的必需氨基酸 ,占 34. 92% ,几乎不含对人
体和动物有害的元素 ,铁含量较高 ,达 80. 33 mg /kg [3]。
4 结语
综上所述 ,稻绿核菌次生代谢产物在治疗癌方面 ,有一
定的潜力 ,但目前所报道的提取方法对设备要求较高 ,所用
试剂较贵 ,产率极低 ,且自然界中稻绿核菌子实体有限 ,采摘
不便 ,制约了对稻绿核菌次生代谢产物在医药学方面的深入
研究和应用。 有效提取稻绿核菌的次生代谢产物 ,解决稻绿
核菌子实体短缺问题 ,就尤为重要。 人工分离培养稻绿核菌
为解决以上问题的有效方法。 因此对稻绿核菌进行固体培
养、液体培养 ,筛选利于稻绿核菌次生代谢产物生长的培养
条件 ,可为稻绿核菌次生代谢产物的提取及应用研究提供前
提条件 ,起到变害为宝、化害为利的作用。
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葡萄中抗氧化物质的作用及其机制研究进展
黄 梅 1 ,赵余庆 2 ,吴春福 1
( 1. 沈阳药科大学 中药药理教研室 , 辽宁 沈阳 110016; 2. 辽宁中医学院 , 辽宁 沈阳 110021)
近年来 ,有关葡萄和葡萄酒中的抗氧化物质的研究逐渐
深入 ,并日益得到人们的重视。研究表明 ,葡萄果肉、果皮、葡
萄籽以及葡萄酒中均含有抗氧化的活性物质 ,因此兴起了以
饮用葡萄酒代替乙醇类饮品的保健举措。葡萄中含有的抗氧
化活性成分对许多与之相关的疾病有一定的预防和改善作
用。 已有研究表明 ,葡萄籽提取物具有抗炎、抗风湿、抗变态
反应、抗肿瘤、减轻缺血再灌注损伤、延缓衰老、减慢早老性
痴呆和帕金森氏病发展进程、以及调节血管细胞功能、抑制
低密度脂蛋白氧化和降低血小板凝聚等保护作用 [1, 2]。 体外
实验表明 ,此类抗氧化剂对自由基的捕获能力 ,甚至要大于
经典的维生素类抗氧化剂。 Bagchi的研究证明 ,在 100 mg /L
的相同浓度下 ,原花青素对超氧阴离子和羟自由基的抑制率
为 78% ～ 81% ,远高于维生素 C ( 12% ～ 19% )和维生素 E
( 36% ～ 44% )的抑制率 [3]。对烟草提取物所导致的脂质过氧
化、色素 C还原、 DNA损伤和细胞凋亡的抑制作用 ,原花青
素也高于维生素 C和 E [4]。儿茶素对 ABTS自由基的捕获能
力大于维生素 C[5]。白藜芦醇具有和 Vit C, V it E的协同作
用 ,联合应用抗氧化活性增强 [6]。 本文将近年来国内外在这
一方面的研究进展作一综述 ,以期全面深入地认识葡萄中这
些物质抗氧化的作用及可能的作用机制。
1 葡萄中的主要抗氧化活性成分
在化学结构上 ,葡萄中的主要抗氧化物质为一系列的多
酚类化合物 ,主要包括两类: 其一为黄酮醇 ( flav ono ls )和花
色 素 苷 ( a nthocyanins ) , 包 括 儿 茶 素 单 体 ( ca techin
monomers)和低聚体原花青素 ( proanthocyanidins)等黄酮类
化合物 ;第二类物质属于 类 ,即 1, 2-二苯乙烯类化合物
( stillbenes) ,主要包括白藜芦醇 ( r esv era tro l)和其糖苷类化
合物。 这些化合物具有相似的化学结构 ,即在共轭苯环上含
有酚羟基 ,参与化学电子转移过程。 结构上的特点使这些多
酚类化合物可以作为质子供体参与自由基的电子转移过程 ,
从而发挥抗氧化的作用 [7]。
2 葡萄中抗氧化物质的抗氧化作用机制
2. 1 抑制活性氧的产生: 研究表明 ,所有这些活性物质均可
以抑制各种自由基的产生。如儿茶素可明显抑制胶原引起的
过氧化氢产生 ,从而抑制血小板凝集 [8]。 在大鼠脑呼吸链反
应中 ,白藜芦醇可以和辅酶 Q竞争 ,降低复合物Ⅲ 的生成 ,
而这一复合物恰恰是活性氧物质产生的位点 ,从而减少了活
性氧的产生 [9]。白藜芦醇还明显抑制炎症反应中由脂多糖或
佛波醇酯引发的巨噬细胞释放超氧阴离子和过氧化氢的反
应 [10]。已知重金属离子参与促发自由基的产生 ,抗氧化物质
的活性还体现在其对金属离子具有一定的螯和作用 ,从而减
少自由基的产生 [11]。
2. 2 对自由基的直接捕获作用: 体外实验证明 ,儿茶素对过
氧化氢、羟自由基和超氧阴离子均具有直接显著的捕获作
用 ,自身参与自由基的电子转移而灭活自由基 [12]。 同样 ,原
花青素也可以直接和羟自由基、过氧化氢反应 ,减少氧化应
激引起的细胞损伤 [13]。 类化合物白藜芦醇也具有显著的
捕获以氧或碳为中心的各类活性集团的生物活性 [14 ]。 葡萄
籽的总提物亦可和超氧阴离子、羟自由基和甲基自由基直接
作用 ,淬灭活泼的自由基基团 [15]。
2. 3 影响酶生物的活性: 在作用机制的研究中 ,相当一部分
实验结果表明 ,葡萄籽中的抗氧化活性物质可以影响酶类的
·285·中草药 Chinese T raditional and Herbal Drug s 第 34卷第 3期 2003年 3月
收稿日期: 2001-11-23基金项目:教育部青年骨干教师基金资助作者简介:黄 梅 ( 1975— ) ,女 ,河北省石家庄市人 ,沈阳药科大学药理学博士研究生 ,方向为神经药理学。
* 通讯作者 教授 ,博士生导师 ,校长。 Tel: ( 024) 23843711-3280 E-mai l: w uchunf@ 21cn. com