全 文 :·专题综述· 北方园艺2014(21):202~205
第一作者简介:牛天羽(1989-),女,硕士研究生,研究方向为植物
天然产物开发。E-mail:niutianyudyx@163.com.
责任作者:刘洪章(1957-),男,博士,教授,博士生导师,研究方向
为植物资源。E-mail:lhz999@126.com.
基金项目:吉林省科技厅资助项目(20100254)。
收稿日期:2014-07-14
桑属植物化学成分及药理作用研究进展
牛 天 羽,刘 洪 章,刘 树 英
(吉林农业大学 生命科学学院,吉林 长春130118)
摘 要:总结了桑属植物从形态学分类到分子生物学分类的发展,分析了近年来对桑属植物
的化学成分、结构、药理作用的研究,并从促进胰岛素作用、控制血糖含量2个方面对桑属植物有
效成分治疗糖尿病机制进行阐述。
关键词:桑属植物;化学成分;胰岛素;糖尿病
中图分类号:S 567.1+9 文献标识码:A 文章编号:1001-0009(2014)21-0202-04
1 桑属植物分类
1.1 桑属植物的分布
桑属(Morus)是温带、暖温带植物,北半球的亚热带
地区到南半球的热带地区,例如东亚、西亚、北美、南美、
欧洲、非洲间断分布。在中国,云南、贵州、四川、西藏等
西南部地区桑属植物种类比较丰富[1]。
1.2 形态学研究
由于桑属植物地理分布广,生态环境复杂,既能异
花授粉,又能无性繁殖,形成了许多的过渡类型,在不同
的生态条件及长期的自然选择和人工培育下,形成了许
多种、变种和亚种,在形态分类上缺少系统发育的信息,
因此难以准确对其种属关系进行判定。陈仁芳[1]、杨文
宇等[2]研究表明,1753年林奈将桑属分为5种,至今有
260多年历史,在此期间,众多学者提出了不同的分类方
法。目前,在形态分类学上基本沿用小泉源一提出的分
类方式。中国的桑属植物分为15种,4个亚种,其中12
种桑是源于中国,包括蒙桑(Morus mongolca K.Sehn.)、
鸡桑(M.australis Poiret.)、华桑(M.cathayana Hem-
si.)、白桑(M.alba L.)、长穗桑(M.witorum Handelb-
mazett.)等[1,3]。
1.3 分子系统学研究
由于20世纪DNA的发现及PCR技术的开创,学
者们开始从分子水平上进行桑属植物的分类及种间关
系研究,由形态学分析进入到了分子学分析。分子系统
学是目前比较流行的试验分类手段,通过DNA检测方
式检测各桑种植物系统间的差异,从分子水平上分析植
物遗传本质,为桑属植物资源的系统进化和遗传多样性
的研究开辟了新途径[4]。
2 桑属植物化学成分
据文献报道,桑属植物中成分包括黄酮类化合物、
茋类化合物、生物碱、香豆素类、甾类、多糖、挥发油及一
些微量元素。
2.1 黄酮
桑属植物黄酮类化合物主要为:黄酮和黄酮醇[5]:
槲皮素(quercetin)及衍生物,山奈酚(kaempferol)及衍生
物,桑色素(morin hydrate),芦丁(rutin),环桑皮素(cy-
clomorusin),桑根皮素(morusin)等。二氢黄酮和二氢黄
酮醇[6-7]:桑根酮A、D、G、L、Q(sanggenol A,D,G,L,Q),
桑酮醇C、D(kuwanol C、D)等。花青素[8-9]:矢车菊素,天
竺葵素等。
2.2 茋类化合物
桑呋喃E、F、O(mulberrofuran E,F,O),桑辛素A、
C、M、P(moracin A、C、M、P),桑皮苷(cmulberrosidec),白
藜芦醇(resveratrol),氧化白藜芦醇(oxyresveratrol)
等[10-11]。
Abstract:Salvia miltiorrhizais an important traditional Chinese medicine,the rhizome of which has been used for the
treatment of diseases.Secondary metabolites of Salvia miltiorrhiza is its main eficacy components.This paper
summarized the light,water,temperature,salinity and mineral elements on secondary metabolism of Salvia miltiorrhiza,
in order to provide reference for optimizing the breeding of Salvia miltiorrhizaand improving the quality of herbs.
Keywords:environmental factors;medicinal plant;secondary metabolites
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2.3 生物碱
根据结构特点将多羟基生物碱类化合物分为哌啶
类,吡咯类和去甲托品烷类。其中降糖效果最明显的为
Fagomine、1-脱氧野尻霉素(1-deoxynojirimycin)[12]。
2.4 甾醇类
主要甾醇类有β?谷甾醇(β?sitosterol)、豆甾醇(stig-
masterol)等[13]。
2.5 香豆素
东莨菪苷(bergapten)、香豆素(scopoletin)等[6,14-15]。
2.6 多糖
D-阿拉伯糖、L-鼠李糖、D-半乳糖、D-葡萄糖等。
2.7 脂肪酸和挥发油
肉豆蔻酸、硬脂酸、油酸、棕榈酸和十九碳烯酸;己
醛、壬醛、己醇、3-甲基-丁醇、2,3-丁二醇、苯乙醇和3-羟
基-2-丁酮等[16-17]。
2.8 微量元素
钾为主,另含氮、磷、钙、镁、钠、铁、锰、锌和铜。
3 桑属植物药理作用
3.1 降血糖
桑属植物活性成分涉及胞内信号通路,参与胰岛素
信号转导,调节体内葡萄糖平衡,可改善糖尿病并预防
继发性糖尿病并发症[18]。
研究表明,桑的有效成分能使糖尿病小鼠体内血液
中的血糖、糖化血红蛋白、甘油三酯、天冬氨酸转移酶
(AST)及丙氨酸转氨酶(GPT)水平显著降低,体重及血
浆中的胰岛素水平显著增加,在多糖和黄酮类物质治疗
的糖尿病小鼠体内观察到低密度脂蛋白的存在,通过清
除自由基及修复受损的胰腺β细胞来保护小鼠胰岛防
止氧化损伤,保证了胰岛素分泌正常血清。DNJ可以被
胃肠粘膜吸收并迅速扩散到肝脏中,使餐后血糖降低,
缓解由持续超生理葡萄糖导致的胰腺细胞的毒性反应。
桑有效成分还可通过调节限速酶(葡萄糖激酶、磷酸烯
醇丙酮酸和葡萄糖-6-磷酸酶)的表达来调节肝脏中的糖
代谢及糖异生,上调胰腺和胰腺中十二指肠同源盒因子-
1(PDX-1),调节胰岛素-1和胰岛素-2的表达[19-20]。Han-
sawasdi等[21]通过Caco-2细胞培养试验表明,桑叶水提
物能够有效抑抑制在Caco-2细胞单层的结合绒毛膜的
α?葡萄糖苷酶活性,减少Caco-2细胞顶端及基底细胞膜
两侧释放的葡萄糖含量,延迟葡萄糖通过细胞层转运至
基底层,缓解由于持续超生理葡萄糖的胰细胞毒作用。
He等[22]对桑的5种成分即1-脱氧野尻霉素、矢车菊素-
3葡糖苷、矢车菊素-3-芸香糖苷、白藜芦醇和氧化白藜芦
醇对糖苷酶抑制活性进行研究比较,利用光谱方法来比
较其α?葡萄糖苷酶的抑制机制,结果表明,1-脱氧野尻霉
素(竞争)、白藜芦醇、氧化的白藜芦醇(非竞争)对α?糖苷
酶抑制作用强于阿卡波糖,而矢车菊素-3-葡萄糖苷和矢
车菊素-3-芸香糖苷(混合竞争和非竞争性)活性相当。
研究表明,DNJ和OXY是桑叶中主要降糖成分,C2G和
C3G是桑葚中主要成分,它们可延迟饭后血糖上升,预
防糖尿病。
3.2 降血脂
桑属植物有效成分能促进脂联素分泌,调节酶的活
性,影响脂肪代谢从而起到降血脂作用并预防动脉粥样
硬化及非酒精性脂肪肝等疾病[23]。Naowaboot等[24]通
过小鼠3T3-L1前脂肪细胞为试验模型,桑叶水提物提
高脂联素信使RNA的表达,从而引起脂联素分泌增加。
此外,研究发现分化的3T3-L1细胞中,脂质的积累和信
使RNA转录因子的表达增加,如CCAAT/增强子结合
蛋白α和PPAR?γ,脂肪酸结合蛋白AP2。通过上调脂
肪细胞发生转录因子和下游基因的表达,刺激脂肪细胞
的增值与分化。Chang等[25]以人肝癌细胞HepG2为细
胞模型,桑葚花色苷能够抑制脂肪酸的合成,改善油酸
诱导的脂质积累。此外,桑葚花色苷通过刺激腺苷酸活
化蛋白激酶,抑制乙酰辅酶A羧化酶(ACC)活性,降低
固醇调节元件结合蛋白-1(SREBP-1)的表达从而减少脂
肪酸合酶的合成;降低甘油三酯和胆固醇生物合成酶
(GPAT、HMGCoR、A-FABP和SREBP-2)的表达;增加
PPAR?α表达的脂解酶和肉毒碱酯酰转移酶1(CPT1)含
量。研究表明,桑葚花色苷是通过AMPK磷酸化,抑制
脂质生物合成,刺激脂肪分解达到降血脂的作用。Hsu
等[26]以四氯化碳诱导的肝损伤小鼠为试验模型,桑叶水
提物能够通过降低酶活性减少脂质过氧化、抑制促炎症
基因,例如iNOS、COX2和NFκB的表达保护四氯化碳
诱导的肝损伤及纤维化。
3.3 抗氧化
Shih等[27]以衰老的小鼠为试验模型,花青素能通
过ERK上调和JNK及p38下调,促进Nrf2活化,来调
节抗氧化酶的表达。Katsube等[28]研究发现,动脉粥样
硬化与低密度脂蛋白的氧化有关,桑叶醇提物对铜诱导
的人低密度脂蛋白(LDL)氧化有明显的抑制作用,并预
防动脉粥样硬化。通过LC-MS和NMR测定槲皮素、芦
丁、异槲皮苷为主要的抗LDL氧化成分。Chang等[29]
研究了桑枝乙醇提取物的抗氧化和抑制酪氨酸酶的活
性,桑枝醇提物能清除自由基,降低氧化和亚铁离子螯
合能力,且能保护磷脂防止自由基氧化,桑枝醇提物抗
氧化能力强于桑根。通过高效液相色谱分析,桑枝醇提
物中存在的酚类成分为芦丁、槲皮素、白藜芦醇、桑色素
为主要抗氧化成分。
3.4 抗炎
Park等[30]以LPS诱导的巨噬细胞为试验模型,由
于促炎基因通过NF?κB和 MAP通路被转录。通过抑
制IκBα磷酸化使得NF?κB活性降低,而对MAPK磷酸
化水平没有影响,有效抗炎浓度的桑叶提取物显示细胞
毒性。结果表明,桑叶提取物是通过抑制NF?κB介导的
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炎症反应来达到抗炎作用。Liu等[31-32]以LPS诱导的原
代小鼠脾细胞为试验模型。研究表明,桑葚中的香豆
素、芦丁、花色苷和槲皮素能有效对脾细胞进行免疫调
节的作用。Lim等[33]以小鼠脂多糖诱导的气道炎症为
试验模型,桑根醇提物的黄酮类成分如桑皮酮E、G、nor-
artocarpanone能有效抑制肺上皮细胞分泌IL-6和肺巨
噬细胞产生NO。
3.5 抗肿瘤
桑属植物的有效成分能够治疗乳腺癌[17,34]、胃
癌[35]、结肠癌[36]、肝癌[37]、卵巢癌[38]等,其作用机制是抑
制肿瘤细胞生长,促进细胞凋亡达到抗癌作用。通过调
节外在的(p38/Fas/FasL/caspase 8signaling)和内在的
(p38/p53/Bax signaling)细胞凋亡信号转导通路,增加亚
G0-G1期细胞数量,抑制细胞生长和癌变。增强凋亡相
关蛋白如半胱天冬酶活性,诱导细胞凋亡,治疗癌症。
3.6 其它
桑属植物的有效成分能够抗疲劳[39],提高学习和认
知能力,提高记忆力,预防阿兹海默症[27],改善脑出血症
状[40],抑制变形链球菌活性及其它致龋菌,例如远缘链
球菌、血链球菌和牙龈卟啉单胞菌引起的牙周炎[41]。对
单纯疱疹病毒Ⅰ型(15577)株,Vero细胞具有抗病毒活性
及细胞毒性作用[42-43]。
4 桑属植物有效成分协同降糖作用
4.1 降低胰岛素抵抗,保护胰岛细胞
胰岛素抵抗是糖尿病发病的主要因素之一。胰岛
素抵抗是指对胰岛素含量绝对或相对不足所引起的糖
代谢、脂肪代谢的紊乱[44]。引起胰岛素抵抗的主要原因
有游离脂肪酸、炎症反应、氧化应激、细胞内在机制
等[45]。桑属植物有效成分能在转录水平上调节过氧化
物酶体增殖物激活受体(PPAR)表达,控制脂肪酸代谢,
减少游离脂肪酸[46];能抑制IκBα磷酸化,降低NF?κB活
性,抑制炎症因子分泌,降低胰岛素抵抗[47];桑属植物黄
酮、多糖等活性物质具有抗氧化作用,减少氧化应激损
伤细胞[29]。
4.2 调节糖代谢途径,控制血糖含量
桑属植物有效成分能通过调节限速酶的表达,调节
肝脏中的糖代谢及糖异生作用,减少血液中葡萄糖含
量;DNJ、氧化的白藜芦醇能抑制α?葡萄糖苷酶活性,减
少水解的单糖,并延迟单糖转运,降低饭后血糖含量。
5 展望
现阶段应用的降血糖药物多属于西药,作用单一且
具有副作用,胰岛素价格昂贵,而植物天然产物,如黄
酮、生物碱、多糖等能通过不同降糖作用协同治疗糖尿
病及预防并发症,因此,对于中药降糖的应用越来越受
到重视。桑属植物中含有大量的次生代谢产物,除了能
够降糖,还有抗肿瘤等其它功效,且我国桑属植物种类
多,种植面积广,有较长的应用研究历史,是最有潜力的
治疗糖尿病及癌症的植物之一。
目前对桑属植物有效成分降糖作用研究比较多,但
多是针对单一成分的降糖作用研究,对其不同成分协同
降糖作用的研究较少,对其系统研究不够完善,有待更
深入研究。
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Research Advances in Chemical Constitution and Pharmacological Activities of Morus
NIU Tian-yu,LIU Hong-zhang,LIU Shu-ying
(Colege of Life Science,Jilin Agricultural University,Changchun,Jilin 130118)
Abstract:Summarized the developing of classification on Morusfrom morphology to molecular biology,in recent years,the
research on chemical constitution,structure and pharmacological activities of Morus was elaborated.Hypoglycemic
mechanism of Morus was elaborated from two impacts,which were promote insulin activity and control blood sugar
levels.
Keywords:Morus;chemical constitution;insulin;diabetes
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