摘要：生物堿(Alkaloid)是一類具有特異生理活性的天然產(chǎn)物，是許多藥用植物的有效成分之一。隨著科學(xué)的發(fā)展，人們對(duì)生物堿藥用價(jià)值的認(rèn)識(shí)、研究與應(yīng)用在不斷的提高。植物生物堿的生物合成途徑、提取、分離與鑒別及其生物學(xué)功能隨之成為當(dāng)前國(guó)際上研究的焦點(diǎn)問題之一。重點(diǎn)論述了植物生物堿的生物合成途徑(色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、賴氨酸、精氨酸)與其生物學(xué)功能之間的關(guān)系，從而加深人們對(duì)生物堿的認(rèn)識(shí)，對(duì)其開發(fā)利用提供一定理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：次生代謝物；生物堿；生物合成途徑；生物學(xué)功能

中圖分類號(hào)：S188

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

生物堿(Alkaloid)為一類含氮的有機(jī)化合物，存在于自然界(一般指植物，但有的也存在于動(dòng)物)，又似堿的性質(zhì)，所以過去又稱為贗堿。大多數(shù)生物堿均有復(fù)雜的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，氮素多在環(huán)內(nèi)，具有光學(xué)活性。但也有少數(shù)生物堿例外，如麻黃堿是有機(jī)胺衍生物，氮原子不在環(huán)內(nèi)；咖啡因雖為含氮的雜環(huán)衍生物，但堿性非常弱，或基本上沒有堿性；秋水仙堿幾乎完全沒有堿性，氮原子也不在環(huán)內(nèi)等。由于它們均來源于植物的含氮有機(jī)化合物，又有明顯的生物活性，故仍包括在生物堿的范圍內(nèi)。而有些來源于天然的含氮有機(jī)化合物，如某些維生素、氨基酸、肽類，習(xí)慣上又不屬于生物堿，所以“生物堿”一詞到現(xiàn)在還未有嚴(yán)格而確切的定義。

生物堿是自然界中廣泛存在的一大類堿性含氮有機(jī)化合物，是許多藥用植物的有效成分。目前用于臨床的生物堿藥品已達(dá)百種，如黃連中的小檗堿(黃連素)，麻黃中的麻黃堿，蘿芙木中的利血平，喜樹中的喜樹堿，長(zhǎng)春花中的長(zhǎng)春新堿等。而且，一些生物堿作為植物源農(nóng)藥有其獨(dú)特的功效，并已取得良好的效果，因此對(duì)天然生物堿的研究、開發(fā)、利用引起了人們廣泛的關(guān)注。本文對(duì)生物堿的結(jié)構(gòu)、合成途徑、分離純化技術(shù)及生物學(xué)功能等做了詳細(xì)的綜述，以期為促進(jìn)植物次生代謝物——生物堿的研究提供一定的理論基礎(chǔ)。

1 生物堿的分布與分類

生物堿是天然有機(jī)化學(xué)中最大的一類化合物。含有生物堿的植物有100多個(gè)科，其中豆科、蕓香科、夾竹桃科、罌粟科、防己科、小檗科、毛茛科、茜草科、馬錢科、茄科、石蒜科等都含有生物堿。一種植物中常含數(shù)種乃至數(shù)十種結(jié)構(gòu)類似的生物堿，生物堿在植物體內(nèi)不同部位的分布不一致，植物在不同生長(zhǎng)階段所含生物堿成分常有不同。不同科的植物中也可能含相同生物堿，如一些小檗科、毛茛科、防己科、罌粟科、蕓香科植物都含小檗堿，說明某種有效成分確定后，尋找更多、含量更高的植物資源是可能的。

已知生物堿種類很多，約在2000種以上，有一些結(jié)構(gòu)式還沒有完全確定。它們結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，可分為59種類型。隨著新的生物堿的發(fā)現(xiàn)，分類也將隨之而更新。生物堿按照結(jié)構(gòu)類型分類主要有：毗啶類、莨菪烷類、異喹啉類、吲哚類、萜類、甾體、有機(jī)胺類等。按照物理性質(zhì)分類主要有：液體生物堿、揮發(fā)性的生物堿、升華性的生物堿、甜味的生物堿、有顏色的生物堿等。

2 生物堿合成途徑

20世紀(jì)50年代，在人們可以用放射性標(biāo)記的有機(jī)分子進(jìn)行假設(shè)以后，生物堿合成變成了一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)。而生物堿合成中，合成途徑的分析是最為關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)。生物堿主要由色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、賴氨酸、精氨酸等前體物質(zhì)合成。這些氨基酸在不斷的轉(zhuǎn)化過程中，可從初級(jí)的代謝產(chǎn)物轉(zhuǎn)變成為物種高度特異性的生物堿代謝底物。如：L-色氨酸在一系列酶的催化作用下可產(chǎn)生長(zhǎng)春堿、番木鱉堿、阿馬里新、長(zhǎng)春花胺、育亨賓堿、阿嗎靈、奎寧等生物堿；以賴氨酸為前體可產(chǎn)生石松堿、毒芹堿等；以鳥氨酸為前體可產(chǎn)生古柯堿、東莨菪堿等；以酪氨酸為前體可產(chǎn)生多巴、去甲烏藥堿、烏藥堿、網(wǎng)狀番荔枝堿、苯并菲啶生物堿、罌粟堿、可待因、血根堿、前托品、嗎啡、延胡索堿、黃連素、蒂巴因等生物堿。部分生物堿的具體生物合成途徑見圖1。

3 生物堿提取、分離與鑒定

生物堿的提取方法主要有3種：①酸水提取法。主要采用0.1％～1％HCl，H₂SO₄，HAc的酸性溶液進(jìn)行浸泡或滲漉提取，此法提取效率高，但水提取液較難濃縮，水溶性雜質(zhì)多，應(yīng)結(jié)合強(qiáng)酸性或弱酸性離子交換樹脂、沉淀法等方法進(jìn)行分離。②醇類溶劑提取法。以甲醇或乙醇-水溶液為提取劑，再經(jīng)氯仿或乙醚萃取，進(jìn)一步濃縮得較純的總堿。此法易濃縮，水溶雜質(zhì)少，但脂溶性雜質(zhì)較多。③堿化-有機(jī)溶劑提取法。將堿化后的溶液用石油醚、CHCl₃，CH₂Cl₂、苯等浸泡或滲漉提取，提取液再用稀酸水萃取。此法選擇性強(qiáng)，產(chǎn)品純度高，但浪費(fèi)溶劑且不安全。

生物堿的分離方法主要有6種，分別為：①利用分步結(jié)晶法進(jìn)行混合生物堿的分離。②生成生物堿的衍生物進(jìn)行分離。③利用生物堿的堿性強(qiáng)弱不同進(jìn)行分離。④根據(jù)生物堿的不同官能團(tuán)，利用化學(xué)法進(jìn)行分離。⑤利用分餾方法進(jìn)行分離。⑥采用色譜法進(jìn)行分離。

生物堿單體的純度鑒定方法主要有：薄層色譜檢查必須是單一斑點(diǎn)；結(jié)晶經(jīng)重結(jié)晶后晶體均勻，色澤均勻，熔距短(1～2℃以內(nèi))；H-NMR及MS譜中無雜質(zhì)信號(hào)；必要時(shí)再經(jīng)GC與HPLC檢查純度。

4 生物堿的生物學(xué)功能

4.1 在醫(yī)藥方面的活性及應(yīng)用

在醫(yī)藥方面的活性及應(yīng)用為：①抗腫瘤活性。生物堿是一類具有很大開發(fā)前景的活性物質(zhì)，目前已經(jīng)成功開發(fā)了多種抗腫瘤生物堿藥物，并在臨床上取得了良好療效。如精瞇類生物堿具有抗分裂活性，秋水仙堿可抑制癌細(xì)胞的增生，雷公藤生物堿、長(zhǎng)春堿具有抑制腫瘤細(xì)胞增殖和活性的作用，喜樹堿在抗腫瘤、結(jié)腸癌和白血病等多種惡性疾病中均有顯著的療效。②對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)作用。大量臨床實(shí)驗(yàn)證明異喹啉生物堿，具有鎮(zhèn)靜和止痛作用；蝙蝠葛蘇林堿，其溴甲烷衍生物具有肌肉松弛作用；瓜葉菊堿甲、瓜葉菊堿乙、豬屎豆堿，均具有阿托品樣作用；從山莨菪中分離得到的樟柳堿，可用作中藥復(fù)合麻醉劑等；延胡索總生物堿能使D-半乳糖所致衰老模型小鼠記憶恢復(fù)正常，能升高腦組織中SOD，CAT，ChAT的含量，降低AChE的含量，具有抗衰老的作用。③對(duì)心血管系統(tǒng)作用。生物堿對(duì)心血管系統(tǒng)具有重要作用，如抗心律失常、抗心肌缺血、抗高血壓、降血壓、對(duì)腦缺血的保護(hù)作用等。④抗菌活性。生物堿作為抗菌資源極具應(yīng)用前景，如苦參堿對(duì)痢疾中的變形桿菌、大腸桿菌、滌膿桿菌等有明顯抑制作用；砂生槐子生物堿具有抑制G+金黃色葡萄球菌、G-大腸埃希菌生長(zhǎng)繁殖的藥效等。

4.2 在農(nóng)藥方面的活性及應(yīng)用

隨著有機(jī)農(nóng)藥使用過程中帶來的諸多環(huán)境問題，人們將目光重新投向天然源農(nóng)藥，特別是植物源農(nóng)藥的研發(fā)。植物源農(nóng)藥具有使用安全、高效、低毒、環(huán)境友好型等優(yōu)點(diǎn)。因此利用易降解、對(duì)作物安全的植物源殺蟲劑代替有機(jī)殺蟲劑已經(jīng)成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究的焦點(diǎn)問題。無公害農(nóng)藥生物堿來源非常廣泛，它們具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和多種多樣的生物活性、選擇性等優(yōu)點(diǎn)。植物學(xué)家在不斷發(fā)現(xiàn)新的生物堿種類的同時(shí)，也在不斷研究它們的活性成分。如，①殺蟲活性：天然產(chǎn)物苦參堿、煙堿、番茄植物堿、小檗堿、雷公藤總生物堿、莨菪堿、博落回堿、馬錢子堿、雷公藤堿、百部堿、甾醇生物堿等多種生物堿對(duì)不同種類害蟲具有較強(qiáng)的麻醉、忌避、拒食、觸殺、熏蒸、抑制生長(zhǎng)發(fā)育等活性。②抑菌活性：吡咯里西啶類生物堿能干擾細(xì)胞的有絲分裂，達(dá)到殺菌目的。鹽酸血根堿、博落回堿、鹽酸小檗堿及博落回總堿等都具有不同程度的抗菌活性。③抗病毒活性：7-脫甲氧基娃兒藤堿具有抗煙草花葉病毒(TMV)活性。④抗生育活性：雷公藤總堿可引起不同程度的睪丸生精細(xì)胞的損傷，其靶細(xì)胞主要是精子細(xì)胞和精母細(xì)胞，而精原細(xì)胞未見明顯傷害。番茄植物堿對(duì)菜粉蝶有明顯的產(chǎn)卵忌避作用。⑤除草活性：橋氧三尖杉?jí)A、三尖杉?jí)A及圣基三尖杉?jí)A對(duì)反枝莧種子根、莖生長(zhǎng)具有明顯的抑制作用。

4.3 在保健方面的應(yīng)用

生物堿在生物保健方面也具有重要的作用，如肉堿是產(chǎn)生能量和脂肪代謝必需的生理物質(zhì)。魔芋生物堿通過微生物產(chǎn)生的衍生化作用，增加體內(nèi)肉堿的含量，加速脂肪的消耗，從而達(dá)到減肥、降脂的目的等。

4.4 在飼料中的應(yīng)用

生物堿在畜禽飼料中的應(yīng)用較廣泛，如膽堿是動(dòng)物機(jī)體內(nèi)維持生理機(jī)能所必需的低分子有機(jī)化合物，能促進(jìn)氨基酸的再形成，提高氨基酸的利用。甜菜堿是可用作水產(chǎn)動(dòng)物誘食劑、營(yíng)養(yǎng)性添加劑、動(dòng)物減肥劑等?？鄥A對(duì)提高雛雞的生長(zhǎng)速度、增強(qiáng)免疫功能以及防治球蟲感染有顯著作用。

5 展望

生物堿是一類重要的植物次生代謝物，具有多種生物活性，在植物體內(nèi)分步廣泛且輸導(dǎo)能力強(qiáng)，是高效、低毒、無污染、對(duì)人畜安全的天然產(chǎn)物。由于生物堿本身所具有的強(qiáng)大功能，致使其在醫(yī)藥和農(nóng)藥領(lǐng)域等方面具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。近年來國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者致力于植物生物堿的提取、分離、純化并取得了一定的成果，但在生物堿活性機(jī)理、吸收代謝機(jī)制、生物合成途徑等方面的研究仍然存在著一些不足。深入研究生物堿藥理活性及其生物合成機(jī)理對(duì)于進(jìn)一步開發(fā)生物堿類新藥具有重要意義。

(責(zé)任編輯、校對(duì) 安春華)