王曉雅，蒙春旺，周勤梅

1成都中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院 西南特色中藥資源國家重點實驗室;2成都中醫(yī)藥大學(xué)西南特色藥材創(chuàng)新藥物成分研究所，成都 611137

蘭科石斛屬(Dendrobium)植物目前有石斛超過1 100種，分布區(qū)域主要為亞洲赤道兩側(cè)及南至大洋洲區(qū)域；中國境內(nèi)共有81種石斛屬植物，大多分布在秦嶺以南[1,2]，其中石斛屬藥用植物有30多種，如金釵石斛(D.nobile)、鐵皮石斛(D.candidum)、霍山石斛(D.huoshanense)等[1]?！吨袊幍洹?015版中，金釵石斛(D.nobile)被列為石斛藥材的主要來源之一[3]，其藥用歷史悠久，早在《神農(nóng)本草經(jīng)》中與靈芝、冬蟲夏草、人參等被列為上品，有益胃生津，滋陰清熱的功效，用于治療熱病傷津、口渴舌燥、病后虛熱等病癥[4]，民間素有“救命仙草”之稱?，F(xiàn)代藥理研究發(fā)現(xiàn)金釵石斛在提高機體免疫能力、抗腫瘤、神經(jīng)保護等方面有明顯的作用。植物化學(xué)研究表明，金釵石斛中含有大量的倍半萜類(包括倍半萜生物堿)和茋類(聯(lián)芐和菲)成分，其他成分如酚類、甾體、黃酮、香豆素和多糖類等也有報道[5,6]。鑒于金釵石斛中倍半萜類成分結(jié)構(gòu)特殊，且其代表化合物石斛堿為該藥材的特征性成分，因此本論文查閱了近年來國內(nèi)外相關(guān)文獻，對金釵石斛中的倍半萜類成分的研究現(xiàn)狀進行梳理歸納，為金釵石斛的研究與開發(fā)提供參考。

1 化學(xué)成分

1.1 Picrotoxane型倍半萜

Picrotoxane型倍半萜成分是金釵石斛中特殊的一類化學(xué)成分，含有多個手性中心[7]，主要以picrotoxane型生物堿和非生物堿兩種形式存在。迄今為止，從金釵石斛中分離得到picrotoxane型生物堿倍半萜13個，picrotoxane型非生物堿18個。

1.1.1 Picrotoxane類生物堿倍半萜

倍半萜生物堿是金釵石斛中常見的化合物類型，其結(jié)構(gòu)類型主要是以picrotoxane母核為結(jié)構(gòu)[8]。從圖1中可以看出，文獻報道的該類型化合物的結(jié)構(gòu)中均含有由C15位羧基與C3位羥基縮合形成的五元內(nèi)酯環(huán)。金釵石斛中的picrotoxane類生物堿的變化主要在N原子及N雜環(huán)上，主要以N與Picrotoxane倍半萜的C2位與C11位形成五元雜環(huán)類型為主，且N上通常連有CH3(1～7)，部分化合物N上的乙基與C2位羥基形成五元環(huán)醚結(jié)構(gòu)(8～12)，有時還發(fā)生N環(huán)的開裂(13)。化合物多發(fā)生羥基取代，常發(fā)生在C6和C9位；C11位通常為亞甲基，個別化合物在該位置發(fā)生取代(3～5)或該位置被氧化為羰基(6)。值得一提的是，研究者發(fā)現(xiàn)了金釵石斛中部分倍半萜生物堿以季銨鹽形式存在(7,11～12)，豐富了人們對金釵石斛水溶性物質(zhì)組成的認識。

化合物絕對構(gòu)型的確定一直都是天然藥物化學(xué)研究的熱點。目前報道的由于金釵石斛中Picrotoxane類倍半萜生物堿手性中心較多，構(gòu)型的確定就成為了難點，目前僅少部分化合物如石斛堿(dendrobine，1)和(-)-(1R,2S,3R,4S,5R,6S,9S,11R)-11-carboxymethyldendrobine(3)確定了絕對構(gòu)型，絕大多數(shù)化合物只報道了其相對結(jié)構(gòu)或平面結(jié)構(gòu)。由于化學(xué)成分構(gòu)型差異可能引起生物活性的不同，因此picrotoxane類生物堿構(gòu)型確定是金釵石斛研究亟待解決的難題，Meng 等[9]綜合采用NOESY、單晶X射線衍射、圓二色性(CD)等多種技術(shù)確定了(-)-(1R,2S,3R,4S,5R,6S,9S,11R)-11-carboxymethyldendrobine(3)的絕對構(gòu)型，為這一類化合物的結(jié)構(gòu)鑒定提供了參考。

石斛堿(dendrobine，1)是在金釵石斛中首次被發(fā)現(xiàn)，且被證實的第一個picrotoxane類生物堿倍半萜[10]。石斛堿不僅是金釵石斛的特征性成分，同時具有顯著的生物活性[11,12]，因此常作為金釵石斛定性定量的重要指標[13,14]。《中國藥典》2015版中規(guī)定金釵石斛的石斛堿含量不得低于0.4%，而其他藥用石斛選擇以毛蘭素、多糖或甘露糖等為含量測定指標[3]。迄今為止，其它藥用石斛僅鐵皮石斛中發(fā)現(xiàn)含有少量石斛堿[15]，而另有研究表明金釵石斛中石斛堿的含量會隨著生長年限的增加而改變，測定結(jié)果發(fā)現(xiàn)三年生生物堿含量較一年生和二年生顯著降低[15]。Xu[16]對不同地區(qū)金釵石斛中石斛堿進行含量測定，發(fā)現(xiàn)各地區(qū)間含量差距較大，其中廣西野生金釵石斛的石斛堿含量普遍高于其他產(chǎn)地。鑒于石斛堿在金釵石斛中的特征性，picrotoxane類生物堿常被稱作石斛堿型生物堿[10,17]。

圖1 Picrotoxane類生物堿的結(jié)構(gòu)母核Fig.1 Structural skeleton of Picrotoxane alkaloids

表1 金釵石斛中分離鑒定的Picrotoxane類生物堿信息表

續(xù)表1(Continued Tab.1)

編號No.名稱Name分子式Molecularformula參考文獻Reference94-Hydroxy-dendroxineC17H25NO42310DendroxineC17H25NO323,2411N-IsopentenyldendroxiniumchlorideC22H34NO32212N-Isopentenyl-6-hydroxydendroxiniumchlorideC22H34NO42213NobilonineC17H27NO324

圖2 金釵石斛中分離鑒定的Picrotoxane類生物堿結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structure diagram of Picrotoxane alkaloids isolated and identified from D.nobile

1.1.2 Picrotoxane類非生物堿倍半萜

金釵石斛中分離得到的Picrotoxane類非生物堿倍半萜，結(jié)構(gòu)特點為含氧取代較多，形成多羥基結(jié)構(gòu)的倍半萜。羥基取代的位置和數(shù)目豐富了該類型成分，常發(fā)生C4、C9、C11、C12、C14位取代，且C11位易與葡萄糖結(jié)合成苷。少數(shù)化合物C11位被氧化成羰基(24)，或被含氧官能團取代，繼而形成環(huán)狀的半縮醛結(jié)構(gòu)(25)。C9位可形成環(huán)外雙鍵(26)，還可與C1位形成特殊的三元環(huán)(23)。其次，五元內(nèi)酯環(huán)也是picrotoxane非生物堿類倍半萜的一個典型特征，通常C3、C15位成酯，而findlayanin(27)中羧基與C12位的羥基發(fā)生酯化反應(yīng)形成新的內(nèi)酯環(huán)，同時也發(fā)現(xiàn)了不含內(nèi)酯結(jié)構(gòu)的雙環(huán)倍半萜，如化合物10,12-dihydroxypicrotoxane(28)、6α,10,12-trihydroxypicrotoxane(29)、dendronobiloside B(30)和dendronobiloside A(31)等，其C3位均為亞甲基。另外，與picrotoxane類生物堿類似的是，分離出的picrotoxane非生物堿成分缺少絕對構(gòu)型的鑒定，構(gòu)型確證問題有待進一步的深入研究。

表2 金釵石斛中分離鑒定的Picrotoxane非生物堿類倍半萜信息表

續(xù)表2(Continued Tab.2)

編號No.名稱Name分子式Molecularformula參考文獻Ref.27FindlayaninC15H24O592810,12-DihydroxypicrotoxaneC15H28O228,30296α,10,12-TrihydroxypicrotoxaneC15H28O328,3030DendronobilosideBC21H38O83131DendronobilosideAC27H48O1231

圖3 金釵石斛中分離鑒定的picrotoxane類倍半萜結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Structures of picrotoxane type sesquiterpenoids isolated and identified from D.nobile

1.2 異香木蘭(allo-aromadendrane)烷型倍半萜

金釵石斛中分離得到的allo-aromadendrane型倍半萜，結(jié)構(gòu)中五七環(huán)呈順式稠合，且具有特征的環(huán)丙烷結(jié)構(gòu)片段。該系列化合物常表現(xiàn)為C10、C11、C13位羥基取代，其C13、C15位多與葡萄糖結(jié)合成苷。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)香木蘭烷型與allo-aromadendrane型倍半萜極為相似，區(qū)別僅在于二者環(huán)的稠合方式不同，并提出二者之間存在轉(zhuǎn)換關(guān)系，如香木蘭烷型化合物(+)Aromadendrene可轉(zhuǎn)化成為allo-aromadendrane型[32]。然而在金釵石斛乃至石斛屬其他植物[33]中均只發(fā)現(xiàn)了allo-aromadendrane型倍半萜，未見有香木蘭烷倍半萜的報道，由此推測石斛中存在特殊的生物合成酶，促進了此類成分形成和穩(wěn)定存在。

表3 金釵石斛中分離鑒定的Allo-aromadendrane型倍半萜信息表

圖4 金釵石斛中分離鑒定的allo-aromadendrane型倍半萜結(jié)構(gòu)圖Fig.4 Structure of allo-aromadendrane sesquiterpenoids isolated and identified from D.nobile

1.3 Copacamphane及cyclocopacamphane型倍半萜

Copacamphane型倍半萜主要分布在紅樹科[35](Rhizophoraceae)、蕁麻科[36](Urticaceae)、松科[37](Pinaceae)及蘭科[25](Orchidaceae)等植物中，然而蘭科中目前僅在金釵石斛和細莖石斛[38]中報道該類型倍半萜。金釵石斛中copacamphane型倍半萜(40和41)均為三元倍半萜，其C2、C8位多為羥基取代，且C14位常被氧化成羰基。cyclocopacamphane型倍半萜與copacamphane型倍半萜結(jié)構(gòu)極為相似，主要差異在于cyclocopacamphane型倍半萜(42～44)的C8位和C9位環(huán)合形成了一個三元環(huán)，且其羥基取代多存在于C4、C7位。目前報道該系列化合物仍以低極性成分為主，僅化合物dendronobiloside E(44)以苷的形式存在。

表4 金釵石斛中分離鑒定的copacamphane及cyclocopacamphane型倍半萜信息表

圖5 金釵石斛中分離鑒定的copacamphane及cyclocopacamphane倍半萜結(jié)構(gòu)圖Fig.5 Structures of copacamphane and cyclocopacamphane sesquiterpenoids isolated and identified from D.nobile

1.4 其他型倍半萜

目前從金釵石斛中還發(fā)現(xiàn)了其他類型倍半萜成分，如杜松烷型倍半萜(45～47)，卡達烯型倍半萜(48)，muurolene型倍半萜(49)，emmotin型倍半萜(50)，以及axane型倍半萜(51)。

2 藥理作用

基于倍半萜類成分顯著的生物活性，金釵石斛中的倍半萜類成分備受廣大學(xué)者的關(guān)注。通過查閱國內(nèi)外文獻，發(fā)現(xiàn)金釵石斛中的倍半萜類成分具有神經(jīng)保護，免疫調(diào)節(jié)，治療糖尿病，抗腫瘤，改善急性腦缺血等作用[41,42]。

表5 金釵石斛中分離鑒定的其他型倍半萜信息表

圖6 金釵石斛中分離鑒定的其他類倍半萜結(jié)構(gòu)圖Fig.6 Structures of other sesquiterpenoids isolated and identified from D.nobile

2.1 對神經(jīng)系統(tǒng)的作用

金釵石斛中的生物堿類成分主要是以picrotoxane型倍半萜生物堿為主[10]，現(xiàn)代藥理研究發(fā)現(xiàn)該類成分具有顯著的神經(jīng)保護作用。Liu[41]研究發(fā)現(xiàn)金釵石斛總生物堿能夠抑制PC12細胞的凋亡，其機制可能與減少ROS生成從而降低細胞氧化應(yīng)激水平，繼而抑制線粒體介導(dǎo)的凋亡通路有關(guān)，為金釵石斛總生物堿延緩阿爾茲海默病發(fā)展提供了基礎(chǔ)藥理學(xué)依據(jù)。軸突退化是阿爾茲海默病早期的一個病態(tài)的信號，Li等[42]研究發(fā)現(xiàn)金釵石斛總生物堿通過促進海馬神經(jīng)元自噬體的形成和降解來增加自噬通量，從而預(yù)防Aβ25-35誘導(dǎo)的軸突退化現(xiàn)象。有研究表明金釵石斛總生物堿可緩解多種原因所致的海馬神經(jīng)元損傷：Jing等[43]研究發(fā)現(xiàn)金釵石斛總生物堿能明顯增加Aβ25-35所致的海馬和皮質(zhì)中的膠質(zhì)細胞源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(GDNF)、腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(BDNF)、纖毛神經(jīng)營養(yǎng)因子(CNTF)的表達，有效預(yù)防神經(jīng)元和突觸丟失，對小鼠的空間學(xué)習(xí)和記憶障礙具有減輕作用；Ba等[44]研究表明金釵石斛總生物堿能夠緩解脲佐菌素導(dǎo)致的大鼠學(xué)習(xí)記憶減退和神經(jīng)元損傷，其可能與激活大鼠腦內(nèi)胰島素信號通路IR/IRS-1/Akt/GSK-3β，抑制Tau蛋白的過度磷酸化相關(guān)；Jiang等[45]發(fā)現(xiàn)金釵石斛總生物堿40 mg/kg時可明顯縮短小鼠逃避潛伏期，增加小鼠在原平臺象限停留時間及原平臺象限游泳距離的百分率，明顯增加Y迷宮小鼠自發(fā)探索行為正確率，并改善模型小鼠海馬CAI區(qū)神經(jīng)元的形態(tài)和結(jié)構(gòu)、阻遏存活神經(jīng)元數(shù)量減少，對APP/PS1轉(zhuǎn)基因小鼠的空間學(xué)習(xí)記憶力具有改善作用；Chen[46]針對金釵石斛總生物堿對脂多糖誘導(dǎo)的記憶衰退的改善作用及相關(guān)機制進行了一系列的研究，證明金釵石斛總生物堿可明顯減少神經(jīng)元凋亡和壞死，降低海馬caspase3/8 mRNA表達、減少Aβ1-42產(chǎn)生，改善脂多糖誘導(dǎo)的記憶衰退；且Yao[47]在研究金釵石斛對轉(zhuǎn)基因模型小鼠的影響的實驗中發(fā)現(xiàn)，金釵石斛總生物堿有效地減輕了阿爾茲海默病的病理改變，從而為阿爾茲海默病的藥物防治提供了一個新的選擇，結(jié)果證明了金釵石斛總生物堿可以通過降低Tg2576小鼠腦內(nèi)β-分泌酶，γ-分泌酶的含量從而減少Aβ沉積，降低APP蛋白水平，促進轉(zhuǎn)基因小鼠海馬神經(jīng)元-突觸重塑，與Su等[48]的研究結(jié)果一致，金釵石斛生物總堿可提高體外低氧低糖培養(yǎng)乳鼠海馬神經(jīng)元細胞活力。此外，化合物單體dendrobine(1)能夠降低3-丙氨酸和?；撬嵴T導(dǎo)的初級傳入末端的去極化，可逆地阻斷了由青蛙腹側(cè)根的逆向條件反射刺激引起的突觸前抑制[49]。Lu等[50]應(yīng)用UPLC-MS技術(shù)發(fā)現(xiàn)dendrobine在小鼠腦組織中有一定分布，提示該化合物能夠透過血腦屏障，為其神經(jīng)保護作用的研究提供了實驗依據(jù)。

2.2 對免疫系統(tǒng)的作用

倍半萜苷類化合物如dendroside F(17)、dendroside G(18)、dendronobiloside A(31)、dendroside A(38)和dendroside D(39)等能促進T淋巴細胞和B淋巴細胞的增殖[26,31]，而dendronobiloside B(30)顯示出抑制免疫功能的作用[31]。此外，其他類型倍半萜中僅dendroside E(49)[26]顯示出免疫活性。

2.3 對心血管系統(tǒng)的作用

在治療糖尿病方面，金釵石斛總生物堿對多種動物的多種糖尿病模型均有較好的治療效果，機制研究發(fā)現(xiàn)其降血糖與促進胰島素分泌、保護胰島細胞功能、調(diào)節(jié)胰島信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，改善胰島素抵抗相關(guān)，并能改善脂肪肝變性。Huang[51]等對金釵石斛總生物堿對高脂高糖并鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的糖尿病大鼠模型的影響進行了研究，結(jié)果表明金釵石斛總生物堿能明顯增加肝臟組織中IRS-2(胰島素受體底物2)mRNA，IGF-1(胰島素樣生長因子1)mRNA的表達，減輕胰島素抵抗，直接保護胰島β細胞，從而降低糖尿病大鼠血糖而不影響正常大鼠血糖。值得一提的是，金釵石斛總生物堿對于糖尿病引起的并發(fā)癥——晶狀體混濁也有一定的改善作用，能抑制H2O2對晶狀體上皮細胞的氧化損傷[52]，其機制可能與脂溶性生物堿通過細胞膜滲入細胞內(nèi)任何一個部位，激活細胞內(nèi)氧化防御系統(tǒng)，干預(yù)LEC(晶狀體上皮細胞)氧化應(yīng)急損傷，防止LEC凋亡有關(guān)，但目前未見具體藥效成分的報道，確切機制有待進一步研究和探討。研究發(fā)現(xiàn)，10,12-dihydroxypicrotoxane(28)對KCl誘導(dǎo)的心室肌細胞Ca2+升高有抑制作用，提示該化合物可能對高血壓、心絞痛、心律失常、心肌梗死等與鈣通道關(guān)系密切的疾病有一定的預(yù)防和治療作用[30]。

2.4 抗腫瘤

金釵石斛生物堿能通過線粒體途徑抑制MCF-7細胞分裂過程中從G1期向S期的轉(zhuǎn)換從而促使MCF-7細胞凋亡[53]；在mRNA和蛋白水平上可以增加PGC1α，增加葡萄糖代謝基團Glut2和FoxO1的表達，影響肝臟葡萄糖、脂質(zhì)代謝基因和抗氧化通路基因的表達，從而在調(diào)節(jié)代謝紊亂時發(fā)揮綜合作用，調(diào)節(jié)小鼠肝臟代謝基因的表達[54]；Dendrobine(1)能通過誘導(dǎo)細胞凋亡抑制非小細胞肺癌A549細胞的增殖，聯(lián)合順鉑治療時能增強抗腫瘤效果，同時不會增強心臟毒性的副作用[55]。

2.5 改善急性腦缺血

在血液系統(tǒng)方面，Liu等[56]研究發(fā)現(xiàn)金釵石斛總生物堿對大鼠急性腦缺血模型有較好的保護作用，其機制與抗氧化應(yīng)激、清除自由基及降低大鼠腦內(nèi)的caspase-3、caspase-8 mRNA表達有關(guān)，實驗發(fā)現(xiàn)金釵石斛總生物堿40 mg/kg和80 mg/kg劑量組能夠降低腦組織內(nèi)MDA含量和提高SOD活性，降低MDA與SOD的比值，從而改善自由基與清除自由基酶之間的關(guān)系，抑制自由基的損傷及其引起的脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，對腦組織起保護作用。Chen[57]在觀察金釵石斛總生物堿對小鼠高血脂和血管動脈粥樣硬化的影響時發(fā)現(xiàn)金釵石斛總生物堿能降低小鼠血脂水平，改善小鼠動脈粥樣硬化，對其血管具有保護作用，可能與抑制炎癥因子COX-2、IL-1β、IL-6、TNF-α的產(chǎn)生，并降低其蛋白水平有關(guān)。

2.6 其他

除上述主要的藥理作用外，研究發(fā)現(xiàn)金釵石斛倍半萜還具有其他的生物活性。如金釵石斛總生物堿能夠上調(diào)Klotho蛋白，使生成Aβ代謝途徑中的APP、BACE1、PS1蛋白水平降低，Aβ降解酶IDE、NEP蛋白水平升高，而自噬相關(guān)蛋白P62蛋白水平降低，LC3B、Beclin1蛋白水平升高從而發(fā)揮延緩SAMP8小鼠衰老的作用[58]。金釵石斛水提物還可改善腎臟的氧化應(yīng)激，表現(xiàn)為抗氧化酶水平的恢復(fù)和脂質(zhì)過氧化的降低，從而對順鉑誘導(dǎo)的腎毒性具有保護作用[59]。同時研究發(fā)現(xiàn)dendrobine(1)可以與病毒核蛋白(NP)的高度保守區(qū)域結(jié)合，抑制病毒NP的核輸出及其寡聚而有效治療甲型流感，在治療流感病毒感染具有前景[60]；在高鈉鹽誘導(dǎo)心臟成纖維細胞增殖的模型中，dendrobine(1)能夠明顯降低PC-NA、p-NF-κB p65蛋白表達及MCP-1 mRNA表達，抑制心臟成纖維細胞的增殖及炎性因子的表達[61]。此外，dendronobilin B(14)顯示出良好的促進Tg(flk1:EGFP) 和Tg(fli1:nEGFP)兩種綠色熒光轉(zhuǎn)基因斑馬魚的節(jié)間血管生成作用[9]。

3 結(jié)論

金釵石斛在我國應(yīng)用歷史悠久，《本草綱目》中記載：金釵石斛可“強陰益精，厚腸胃，壯筋骨，暖水臟，補腎益力，輕身延年”。該植物為藥食兩用的常用中藥，其營養(yǎng)價值和藥用價值均較高，同時具有安全、低毒的特點，在保健食品、化妝品以及醫(yī)藥等方面應(yīng)用廣泛，開發(fā)出藥品、保健品、化妝品等多種產(chǎn)品。金釵石斛中含有大量的倍半萜類成分，包括picrotoxane類、異香木蘭烷型、cyclocopacamphane及copacamphane型、杜松烷型倍半萜等，尤以picrotoxane類倍半萜生物堿結(jié)構(gòu)最為特殊，且藥理活性也主要集中于含量較高的代表性化合物——石斛堿，而關(guān)于其他倍半萜的活性報道相對較少。因此對金釵石斛的藥效物質(zhì)基礎(chǔ)研究還有待深入。此外，還發(fā)現(xiàn)僅少數(shù)文獻報道了picrotoxane類倍半萜的絕對構(gòu)型，由于含有多個手性中心，該類型倍半萜化合物結(jié)構(gòu)的鑒定成為金釵石斛研究中亟待解決的難題。