全 文 :刺楸属植物化学成分及生物活性研究进展
朱 玮1 , 贾 夏1 , 张鞍灵1 , 张 檀2 , 吴 越2
(1.西北农林科技大学生命科学学院 ,陕西杨陵 712100;2.西北农林科技大学林学院 ,陕西 杨陵 712100)
摘 要:对刺楸属植物中存在的三萜皂苷类 、苯丙烷类和其它酚类化学成分以及三萜皂苷类化
合物的抗肿瘤 、抗菌 、抗炎活性和抗类风湿 、抗糖尿病作用的研究进展进行了评述 。
关键词:刺楸;化学成分;生物活性
中图分类号:S792.08 文献标识码:A 文章编号:1001-7461(2004)03-0119-06
Advances in the Research of Kalopanax
ZHU Wei1 , JIA Xia1 , ZHANG An-ling1 , ZHANG Tan2 , WU Yue2
(1.College of Life Sciences , NW Sci-Tech Univ.of Agr.and For., Yangling , Shaanxi 712100 , China;
2.College of Forestry , NW Sci-Tech Univ.of Agr.and For., Yangling , Shaanxi 712100 , China)
Abstract:Advances in the research of Kalopanax are reviewed from the respects of the chemical components , such as
triterpenoidal saponins , phenylpropanoids and other phenols and the antimutagenic activity , antifungal activity , antiin-
flammatory activity , antirheumatoidal effect and anidiabetic effect of triterpenoidal saponins.
Key words:Kalopanax;chemical component;activity
刺楸是五加科(Araliaceae)刺楸属(Kalopanax)落
叶 、阔叶乔木。在我国主要分布在东北南部 、华北 、
华东 、华中 、华南 、西北(除新疆 、宁夏)及西南等地 。
此外朝鲜 、苏联 、日本亦多产[ 1] 。刺楸生长迅速 ,材
质优良 ,用途广泛;刺楸根皮用于凉血散瘀 ,祛风除
湿 ,治跌打损伤 、风湿骨痛等[ 2] ,其嫩芽是有独特风
味的山野菜珍品 ,具有较高的营养价值[ 3] 。刺楸种
子含油量达 38%,可作为工业用油 ,树皮及叶含鞣
质 ,可提取栲胶[ 4] 。国内对刺楸属植物的研究主要
集中于林木培育及其病虫害防治 、木材结构和性能
以及山野菜资源利用等方面。国外尤其是韩国和日
本 ,近来主要研究刺楸化学成分及其药理活性 ,特别
是对皂苷成分的研究比较深入 ,国内在这方面也做
了不少工作。这些成果为评价其药用价值和开发新
药资源提供了可靠的依据 ,对于刺楸属植物资源的
保护开发利用有着重要的意义 。
1 化学成分
迄今为止 ,人们对于刺楸的化学成分研究多集
中于皂苷 ,但对苯丙烷类和酚酸及其苷 、黄酮等其它
化合物的研究也有报道。
1.1 三萜皂苷类化合物
国内外学者从刺楸属植物种分离鉴定出 30种
五环三萜类皂苷化合物 ,包括单皂苷和双皂苷两类。
其主要的皂苷元是长春藤皂苷元(Ⅰ ,图 1)和齐墩
果酸(Ⅱ ,图 2),另外还有葳严仙皂苷元(caulophyllo-
genin , Ⅲ ,图 3)和 pictogenin(Ⅳ,图 3)。早在 20世纪
60年代 ,苏联学者[ 5 ,6]就从中提取分离出两种皂苷:
刺楸皂苷 A(kalopanaxsaponin A ,也称为(α-长春藤皂
苷 ,1)和刺楸皂苷 B(2),并进行了结构鉴定 。80年
代以后在这方面的研究工作更加深入 。邵春杰等
人[ 7 ,9 ,10]先后从吉林产刺楸根部分离鉴定出 4种新
化合物刺楸皂苷 C 、D 、E和 F(3 ~ 6)以及一个已知化
合物 chikusetsusaponin Ⅳ(7),从其叶中分离鉴定出 3
种新化合物刺楸皂苷 La 、Lb 和 Lc(8 ~ 10)和刺楸皂
苷A 、B以及另外 3种已知皂苷;δ-长春藤皂苷(也称
为皂苷-K3或 akeboside Stb ,11), eleutheroside K(也称
为 β-长春藤皂 ,12)和皂苷 Pg(也称为刺楸皂苷 I[ 11] ,
13),另外还从日本刺楸叶中分离鉴定出两种新化合
物刺楸皂苷 Jla(14)和 JLb(15),同时还得到 3个已
知化合物:刺楸皂苷A 、B以及 kizuta皂苷-K11(16)。
西北林学院学报 2004 , 19(3):119~ 124
Journal of Northwest Forestry University
收稿日期:2003- 10- 10
作者简介:朱玮(1948-),女 ,陕西杨陵人 ,教授 ,博士生导师 ,主要从事有机化学及应用化学方面的教学和研究工作。
Hahn等[ 8]从韩国产变种刺楸(K .pictum var.maxi-
mowiczii)叶中分离出6 种已知长春藤皂苷类化合物 ,
其中包括两种单糖链皂苷:无患子苷 A(sapindoside
A ,17)、化合物 11和 4种双糖链皂苷:皂苷-K10(18)、
kizuta 皂苷-K8(19)以及化合物 2(也称为皂苷-K12)和
化合物 16 ,并研究了其结构和溶解性之间的关系 。
孙文基等[ 12]从刺楸根皮中分离出化合物 1 和另一
个新化合物:3-O-α-L-鼠李糖(1※2)-α-L-阿拉伯糖-
常春藤皂苷元-28-O-α-L-鼠李糖(1※2)-β-D-萄葡糖
(1※6)-β-D-萄葡糖酯苷(20)。Park Myung Ja 等[ 13]
从韩国产毛叶刺楸(K .pictum var magnificum)茎皮
中分离出刺楸皂苷 A 和 B 以及化合物 11。Cho S
H[ 14]等分离鉴定出一新化合物皂苷 F(saponin F ,21 ,
后定名为刺楸皂苷 H)和皂苷-K12 ,两者均来自韩国
产刺楸皮。Sano Kazuko 等[ 15]从日本产刺楸树皮中
分离鉴定出刺楸皂苷A 、B 、常春藤皂苷 B(22)、果皮
皂苷PJ3(Pericarpsaponin PJ3 ,即 akeboside Stb ,11)等 4
种已知化合物和一个新化合物刺楸皂苷 G(23)。
Porzel Andrea等[ 16]从朝鲜产刺楸皮中分离出刺楸皂
苷 B 和 H。王广树等[ 17]则从长白山产刺楸根中分
离得到 2种新皂苷:3-O-{α-L-阿拉伯糖(1※2)-[ β-D-
萄葡糖醛酸(1※3)]-β-D-萄葡糖}-齐墩果酸皂苷元-
28-O-β-D-萄葡糖酯苷(24)和长春藤皂苷元 3-O-[ β-
D-萄葡糖(1※3)-α-L-鼠李糖(1※2)-α-L-阿拉伯糖]
苷(25)及已知化合物威灵仙次皂苷(p7a , 26)。此
外 ,韩国产刺楸茎皮中还存在长春藤皂苷元和化合
物 13[ 18] ,刺楸皂苷 J[也称为无患子苷 C(sapindoside
C)[ 20] ,27] 和刺楸皂苷 K(28)[ 19] , pictoside A 和 B
(29 ,30)[ 21] 。
图 1 刺楸属植物中长春藤皂苷元皂苷
Fig.1 Hederagenin glycosides in Kalopanax
除了定性鉴定外 ,苏联学者[ 22]还对刺楸不同组
织中的三萜皂苷进行了定量分析 ,结果表明刺楸根 、
茎皮 、绿叶 、落叶和锯末中三萜皂苷总含量分别为:
3.3%±0.15%、2.4%±0.11%、1.87%±0.08%、1.
88%±0.09%和 0.76%±0.01%,其中根部含量最
高 。
1.2 苯丙烷类化合物
Sano Kazuko等人[ 15] 从日本产刺楸皮中不仅鉴
120 西北林学院学报 19 卷
定出 5种三萜皂苷类化合物 ,还分离得到 7种苯丙
烷类化合物 ,结构鉴定的结果表明 ,其中有 3种新化
合物:kalopanaxins A 、C 、D(31 ~ 33)(图 4)和 4种已知
化合物:芥子苷 、松柏苷 、绿原酸 、丁香酯素-4 ,4 -二-
O-葡萄糖苷。
在上述这些化合物中 ,前 6种属于苯丙醇 、苯丙
酸等简单苯丙烷类化合物 ,最后一种属于双环氧木
脂素类化合物。
图 2 刺楸属植物中齐墩果酸皂苷元皂苷
Fig.2 Oleanolic acid glycosides in Kalopanax
图 3 刺楸属植物中的葳严仙和 pictogenin 皂苷元皂苷
Fig.3 Caulophyllogenin and pictogenin glycosides in Kalopanax
图 4 刺楸属植物中苯丙烷类和其它化合物
Fig.4 Phenylpropanoids and others in Kalopanax
Porzel Andrea 等[ 16]还从朝鲜产刺楸皮中分离出
一种木脂素类化合物 liriodendrin。
1.3 其它化合物
从日本产刺楸根皮中除了分离出上述 30种三
121第 3期 朱 玮 等 刺楸属植物化学成分及生物活性研究进展
萜皂苷类化合物和 7种苯丙烷类酚酸衍生物以外 ,
还鉴定出 3 种其它酚酸及其衍生物:kalopanaxins B
(新化合物 , 34)、丁香酸-β-D-葡萄糖苷(glucosyringic
acid ,3)和 3 ,4-二甲氧基苯甲酸[ 14] 。
有关刺楸黄酮类化合物的研究较为少见 , Jung
Keum等[ 23]从刺楸叶中分离出槲皮苷(quereituin):槲
皮素-3-O-α-L-鼠李糖苷及金丝桃苷(hyperin ):槲皮
素-3-O-β-D-半乳糖苷 ,二者都属于黄酮醇苷 。
2 生物活性和药理作用
刺楸属植物提取物及其皂苷类成分的生物活性
和药理作用主要表现为:抗肿瘤 、抗菌和抗炎等活性
以及抗类风湿和糖尿病作用 ,韩国学者对此进行了
较为系统的研究 。
2.1 抗肿瘤活性
1988年 ,我国学者[ 24]用沙门氏菌/微粒体体系
研究了36种抗癌中草药的水煎液对苦酮酸和苯并
芘的抗诱变活性 ,结果表明 ,包括刺楸在内的 12种
中草药对苯并芘具有中度抗诱变活性。
Lee K T等[ 18]通过Ames试验和MTT 试验 ,探讨
了刺楸茎皮中抗诱变和细胞毒活性的基本成分 ,发
现长春藤皂苷元(Ⅰ)、单糖链皂苷[刺楸皂苷A(1)
和 I(13)] 、双糖链皂苷[刺楸皂苷 B(2)和 H(21)]对
于黄曲霉毒素 B1(AFB1)有潜在的抗诱变活性 ,但对
诱变剂 N-甲基-N′-硝基-N-亚硝基胍(MNNG)产生的
诱变作用却无抑制作用 。由此可知 ,此类皂苷能有
效阻止AFB1的代谢活性 ,或清除引起诱变的亲电
中间体 。之所以能表现出抗诱变活性 ,其基本组成
部分是长春藤皂苷元 。同时还发现 ,长春藤皂苷元
及其 3-O-糖苷对于 P-388 、L-1210 、U937 、HL-60 、SNU-
5和HepG2等各种肿瘤细胞系有细胞毒活性 ,而 3 ,
28-二-O-糖苷却无此活性 ,因此前者可作为治疗癌
症的化学预防性药物 。
Park H J等[ 25]对刺楸茎皮中存在的长春藤单皂
苷类化合物抗癌活性的研究结果表明 ,此类皂苷中
的二糖皂苷(刺楸皂苷A)、三糖皂苷(刺楸皂苷 I)和
四糖皂苷[刺楸皂苷 J(27)]对几种癌细胞都有明显
的细胞毒活性 ,但长春藤皂苷元活性较弱 ,单糖皂苷
[δ-刺楸皂苷(11)]则无活性 。这说明 C-3上的阿拉
伯糖基对长春藤皂苷元的细胞毒活性有抑制作用 ,
第二个糖基对细胞毒活性起着相当重要的作用。而
刺楸皂苷A[ 15 mg/kg ,腹膜内给药(i.p.)]和二氨二
氯络铂(3 mg/kg , i.p.)能延长患 Colon 26 和 3LL
Lewis肺癌小鼠的寿命 ,这表明刺楸皂苷A有可能作
为抗癌药物 。
2.2 抗菌活性
有研究表明 ,C-28位上有游离羧基的单糖链长
春藤皂苷类化合物对酵母菌有抑制活性 ,但刺楸属
植物中的单糖链长春藤皂苷类化合物抗真菌活性低
于双糖链皂苷[ 27] 。然而 Kim 等[ 26]用圆盘滤纸扩散
法研究了从刺楸中分离出的化合物对典型的皮肤真
菌的抑制活性 ,发现单糖链刺楸皂苷 A 和 I(13)能
有效抑制白色念珠菌(Candida albicans)KCTC 1940
和新型隐球菌(Cryptococcus neoformans)KCTC 7224
的生长 ,其最低抑制浓度为 25μg/mL。从而说明这
两种化合物对皮肤真菌有强烈的选择性抑制活性。
为了进一步证实这一结果 ,Lee 等[ 27]测定了双糖链
刺楸皂苷 B 、H 和 J 以及三者酯键水解产物单糖链
刺楸皂苷 Lb(9)、I和K(28)对犬小孢菌(Microsporum
canis)、球孢子菌属真菌(Coccidioides immitis)、须发癣
菌(Trichophyton mentagrophytes)、新型隐球菌和白色
念珠菌的抑制作用 ,发现在最低抑制浓度6.25 ~ 25
μg/mL时 ,有抗真菌活性的化合物不是双糖链皂苷 ,
而是部分水解得到的 C-28位有游离羧基的单糖链
皂苷。
2.3 抗炎活性和抗类风湿作用
Lee 等[ 28]通过对动物的血管通透性试验和血细
胞移出试验 ,测定了刺楸树皮甲醇提取物以及甲醇
提取物中正己烷 、氯仿 、乙酸乙酯 、正丁醇和水溶性
成分的抗炎和抗伤害感受活性 。研究发现:对实验
鼠血管通透性有明显抑制作用的甲醇提取物给药剂
量为1 g/kg 小鼠和3 g/kg小鼠(口服 ,p.o.),而对其
血细胞移出有明显抑制作用的给药剂量为每只鼠
0.15 g和 0.3 g(皮下 , s.c.),但甲醇提取物(0.25 g/
kg小鼠和 3 g/kg 小鼠 , p.o.)对角叉莱胶引起的实
验鼠水肿却无抗炎活性;当甲醇提取物的给药剂量
为 2.5 g/kg小鼠(p.o.)时 ,能抑制痉挛综合征 ,但对
Randall-Selitto 测定则没有表现出抗伤害感受活性;
在甲醇提取物的各种溶剂萃取部分中 ,只有乙酸乙
酯部分能抑制小鼠的血管通透性 ,且作用比甲醇提
取物更加显著 ,这说明刺楸皮甲醇提取物中的抗炎
活性成分存在于乙酸乙酯萃取物中 。在此基础上 ,
Li DW等[ 21]采用生物活性跟踪法 ,通过血管通透性
试验证实刺楸中的抗炎活性成分是刺楸皂苷 A和
pictoside A(29),而同时分离得到的 pictoside B(30)却
无活性 。前两种化合物的口服剂量为 50 mg/kg 时 ,
表现出明显的抗炎活性 。Kim 等[ 19] 的研究发现 ,刺
楸皂苷 I是从刺楸中分离出的双糖链皂苷刺楸皂苷
122 西北林学院学报 19 卷
K在人体肠道细菌的作用下经由刺楸皂苷 H 或刺
楸皂苷 J的主要代谢产物 ,然后再转化为有抗类风
湿关节炎作用的单糖链皂苷刺楸皂苷A 、I和长春藤
皂苷元 。这些细菌包括类杆菌属(Bacteroides)、双歧
杆菌属(Bifidobacterum)、梭杆菌属(Fusobacterium)、
乳酸杆菌属(Lactobacillus)和链球菌属(Streptococ-
cus)。
在发炎期间 ,动物机体内的一氧化氮合成酶诱
导异构体(iNOS)和环氧合酶(COX-2)能产生大量的
炎症前期介体 、NO 和前列腺素 E-2(PGE2)。据此 ,
Kim 等人[ 20]通过测定脂多糖诱导老鼠巨噬细胞系
RAW264.7细胞释放的 NO 、PGE2和肿瘤坏死因子-α
(TNF-α),研究了刺楸皮中分离出的长春藤皂苷元以
及单糖皂苷刺楸皂苷 A 、C(3)、I 、δ-长春藤皂苷(11)
的抗炎活性。结果表明 ,只有刺楸皂苷A 能明显抑
制NO的产生 ,显著减少 PGE2 和 TNF-α的释放 ,也
就是说该化合物的抗炎机制是抑制 iNOS 和 COX-2
的表达以及TNF-α的释放。
刺楸皮在传统的中医药中有抗类风湿性关节炎
的功效 。Choi J 等人[ 29]报导了刺楸皂苷 A对于用
费罗因德全辅助剂(FCA)处理的实验鼠具有抗类风
湿作用 ,并有可能作为患类风湿老鼠的抗氧化剂 。
以FCA诱导患类风湿老鼠为实验材料 ,刺楸中所含
单糖链长春藤皂苷类化合物对氧化胁迫和肝脏药物
代谢酶的作用研究表明 ,刺楸皂苷A 能明显减少实
验鼠肝脏非微粒体中丙二醛的形成 ,并降低黄嘌呤
氧化酶和醛氧化酶的活性 ,还能提高超氧化歧化酶 、
过氧化氢酶和谷胱甘肽过氧化物酶的活性 ,其作用
比刺楸皂苷 I更强 。这说明刺楸皂苷A有可能是通
过抗氧化机制减轻类风湿综合症。
为了证实刺楸皂苷A和 I等单糖链皂苷是否能
够调节免疫疾病方面的脂类代谢异常和血液学变
化 ,韩国学者[ 30]又进行了刺楸提取物的毒理学研
究 ,并探索了具抗类风湿活性的刺楸皂苷A 对 FCA
处理老鼠的血液学影响 。实验中发现 ,刺楸皂苷 A
不仅能明显抑制三酸甘油酯和总蛋白的增加 ,显著
降低 FCA处理诱导产生的总胆固醇含量 ,而且还能
减少 FCA处理所引起的白血球增加。同时 ,超剂量
的刺楸甲醇提取物对实验鼠体重 、湿器官重和肝功
能并无太大毒性 。由于甲醇提取物的 LD50值只有
4.033 mg/kg ,所以作为抗类风湿药物是安全的 。为
了进一步阐明刺楸中抗类风湿性关节炎的活性成
分 ,这些研究人员[ 31]还用刺楸甲醇提取物的氯仿 、
乙酸乙酯和正丁醇萃取物以及从乙酸乙酯部分分离
出的单糖链皂苷成分刺楸皂苷 A和 I 、从正丁醇部
分分离出的双糖链皂苷成分刺楸皂苷 B 、H 和 K为
药剂 ,研究了这些刺楸提取物及其皂苷成分对实验
动物抗感受伤害和抗类风湿作用 。用乙酸诱导的痉
挛试验和热板(hot plate)试验结果表明 ,甲醇提取
物 、乙酸乙酯部分(250 mg/kg , 500 mg/kg , p.o.)和刺
楸皂苷A和 I(5 mg/kg ,10 mg/kg ,20 mg/kg , i.p.)有
明显的抗感受伤害作用 。对于 FCA 诱导的实验鼠
类风湿关节炎 ,乙酸乙酯部分以及刺楸皂苷 A和 I
能抑制水肿 、凝集 、血管通透性和胰蛋白酶抑制剂。
由此可知 ,刺楸皂苷A和 I之所以有抗类风湿作用 ,
主要是通过抑制胰蛋白酶抑制剂活性来抑制激肽的
形成。
Choi L等[ 32]则对刺楸皮提取物的抗类脂过氧
化作用原理进行了研究 ,实验鼠先通过口腔给药:刺
楸皮甲醇提取物 、甲醇提取物的正丁醇萃取部分和
碱水解产物 、乙酸乙酯萃取部分 ,然后通过腹膜内给
药:长春藤皂苷元的单糖链皂苷和双糖链皂苷 ,经溴
苯处理再检测肝脏类脂过氧化物成分 。给药剂量为
10 ~ 30 mmol/kg(i.p.)后 ,单糖链皂苷刺楸皂苷A和
J有明显的抗类脂过氧化作用 ,而双糖链皂苷则无
任何活性。通过检测氨基比林脱甲基酶活性的降低
和环氧化氢酶活性的升高 ,可以确定刺楸皂苷 A的
活性。
2.4 抗糖尿病作用
为了研究刺楸皮抗糖尿病的机制 , Park H J等
人[ 33]从刺楸皮中分离出 7种长春藤皂苷元皂苷和
酚苷成分 ,其试验对象是链脲酶素诱导的糖尿病实
验鼠 。以中等活性的长春藤皂苷元为对照 , 7种化
合物中只有刺楸皂苷 A具有抗糖尿病活性 ,该化合
物还有明显的低胆固醇血症和降血脂活性 。但没有
活性的双糖链皂苷刺楸皂苷 B和 H 经人体肠微生
物区系作用可代谢为有活性的刺楸皂苷A[ 11] 。
3 结语
综上所述 ,刺楸属植物树皮和叶中富含抗肿瘤 、
抗菌 、抗炎活性和抗类风湿 、抗糖尿病作用的单糖链
皂苷成分以及能被人体肠微生物区系代谢为活性成
分的双糖链皂苷 ,有较大的药用价值 。
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124 西北林学院学报 19 卷