徐德宏,譚朝陽(yáng),鄭 慧,張芳銘,侯鳳飛,戴鑫汶,李 玲,楊 勇,3,*
(1.湖南中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院,湖南 長(zhǎng)沙 410208;2.湖南補(bǔ)天藥業(yè)股份有限公司,湖南 懷化 418100;3.湖南省茯苓工程技術(shù)研究中心,湖南 懷化 418100;4.湖南中醫(yī)藥大學(xué)人文與管理學(xué)院,湖南 長(zhǎng)沙 410208)
茯苓又稱(chēng)玉靈、松柏芋、茯菟等,主要產(chǎn)于云南、湖南、湖北、安徽、貴州等地,是多孔菌科真菌Poria cocos(Schw.)Wolf的干燥菌核,其大小不一、形塊無(wú)定,表皮深褐色或淺褐色,內(nèi)質(zhì)白色或稍帶粉紅色,中醫(yī)認(rèn)為茯苓味甘、淡、平,歸心、脾、腎經(jīng),具有利水滲濕、健脾寧心之功效,臨床主要用于治療水腫尿少、痰飲眩悸、脾虛食少、便溏泄瀉、心神不安、驚悸失眠等癥狀[1],《神農(nóng)本草經(jīng)》將茯苓列為“安魂養(yǎng)神,不饑延年”之上品,中醫(yī)有“十方九苓”之說(shuō)法,故茯苓作為食藥同源功能性原料在保健食品領(lǐng)域有著十分廣泛的應(yīng)用[2]。茯苓的保健功能涉及抗腫瘤、降血糖、改善睡眠和增強(qiáng)免疫力等方面,是具有重要開(kāi)發(fā)價(jià)值的保健食品資源。
茯苓含多糖、三萜、甾醇、揮發(fā)油、蛋白質(zhì)、氨基酸、核苷酸及微量元素等多種化學(xué)成分[3],其三萜類(lèi)物質(zhì)因種類(lèi)多樣且活性顯著而廣受關(guān)注。目前從茯苓中發(fā)現(xiàn)和鑒定的三萜類(lèi)成分按照碳骨架結(jié)構(gòu)主要分為羊毛甾-8-烯型、羊毛甾-7,9(11)-二烯型、3,4-開(kāi)環(huán)-羊毛甾-8-烯型和3,4-開(kāi)環(huán)-羊毛甾-7,9(11)-二烯型4種類(lèi)型[4]。研究顯示茯苓三萜具有抗炎、抗腫瘤、抗氧化、美白及免疫調(diào)節(jié)等多種藥理作用[5]。茯苓酸(pachymic acid,PA)為羊毛甾-8-烯型三萜(圖1),分子式C33H52O5,相對(duì)分子質(zhì)量528.763,單一純品為白色粉末,是茯苓的重要三萜成分之一,也是茯苓中除多糖外廣受關(guān)注的茯苓功效成分。本文對(duì)PA提取檢測(cè)、藥理活性、生物合成和茯苓的健康應(yīng)用等方面進(jìn)行系統(tǒng)論述,擬為PA在中醫(yī)藥健康食品領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用開(kāi)發(fā)提供參考。
圖1 PA的分子結(jié)構(gòu)Fig. 1 Molecular structure of pachymic acid
作為最受關(guān)注的茯苓三萜類(lèi)成分,PA在茯苓中的總體含量并不高,因此如何高效提取是深入研究與應(yīng)用的前提和基礎(chǔ)。馬巾媛等[6]對(duì)PA提取溶劑進(jìn)行了對(duì)比研究,結(jié)果顯示5種提取溶劑(甲醇、無(wú)水乙醇、乙醚、氯仿和丙酮)中甲醇提取PA得率最高,若輔助超聲可進(jìn)一步增加提取產(chǎn)量。蘭新財(cái)?shù)萚7]在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,采用正交試驗(yàn)法對(duì)PA的乙醇提取工藝參數(shù)進(jìn)行了考察,得到最佳工藝參數(shù)為:乙醇體積分?jǐn)?shù)85%、料液比1∶6、提取溫度55 ℃、提取時(shí)間1 h。
高效液相色譜法是目前PA含量測(cè)定的主要方法,目前常采用的分析條件一般為:C18色譜柱,檢測(cè)波長(zhǎng)為210 nm,乙腈-磷酸溶液或甲醇-磷酸溶液為流動(dòng)相梯度洗脫,流速和柱溫分別為1 mL/min和30 ℃[8-10]。該方法操作簡(jiǎn)便、專(zhuān)屬性好且穩(wěn)定可靠,可作為茯苓原料中PA含量的分析方法[10]。
茯苓產(chǎn)地和產(chǎn)品等級(jí)對(duì)其PA含量有重要影響(表1),野生茯苓一般比栽培茯苓中PA含量高,高海拔略寒冷地區(qū)比沿海、平原及熱帶地區(qū)所產(chǎn)茯苓品質(zhì)要優(yōu),所含PA含量也更高[11-15]。研究結(jié)果體現(xiàn)了“順境出產(chǎn)量,逆境促品質(zhì)”的中藥材栽培品質(zhì)規(guī)律,故在實(shí)際種植和使用茯苓時(shí),需重視茯苓藥材的道地性,以及氣溫、濕度等生態(tài)環(huán)境對(duì)茯苓規(guī)范化種植的影響。段啟等對(duì)茯苓與茯苓皮PA含量進(jìn)行了測(cè)定,結(jié)果顯示茯苓皮PA含量遠(yuǎn)高于茯苓[16],相關(guān)研究結(jié)果也支持了這一研究結(jié)論[17-19]。李蒙等對(duì)茯苓、茯神、茯神木及松根PA含量進(jìn)行比較,結(jié)果顯示茯神木PA含量最高,茯神次之,茯苓最少,而松根未有PA的檢出[20]。宋瀟比較了茯苓皮、茯神、赤茯苓和白茯苓的PA含量,結(jié)果表明PA含量為茯苓皮>茯神>赤茯苓>白茯苓[21],該結(jié)果顯示茯苓顏色越深的部位一般PA含量越高,因而市場(chǎng)價(jià)格較低的茯苓皮因其PA含量相對(duì)較高,在實(shí)際生產(chǎn)中可作為提取PA的主要原材料。
表1 不同產(chǎn)地和等級(jí)茯苓中PA質(zhì)量分?jǐn)?shù)比較Table 1 Comparison of pachymic acid contents in P. cocos from different habitats and grades
PA是茯苓三萜類(lèi)成分的重要代表,現(xiàn)代藥理研究表明其具有抗腫瘤、抗炎、抗氧化、鎮(zhèn)靜催眠等多種藥理活性[22],下面擬對(duì)其相關(guān)研究進(jìn)行分類(lèi)總結(jié)和分析。
抗腫瘤活性在PA全部藥理活性中報(bào)道最多,其抗瘤機(jī)制主要有兩種:一是通過(guò)多種機(jī)制促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡,從而實(shí)現(xiàn)直接抑瘤效果;二是通過(guò)促進(jìn)腫瘤細(xì)胞對(duì)放療和化療的敏感性,從而實(shí)現(xiàn)間接抑瘤效果(表2)。癌癥是當(dāng)今影響人類(lèi)生命健康的一種重大疾病,PA具有的抗腫瘤功效使茯苓成為中醫(yī)藥健康食品開(kāi)發(fā)利用的重要資源,可用于預(yù)防和輔助治療癌癥,同時(shí)也為研發(fā)和生產(chǎn)茯苓相關(guān)功能產(chǎn)品帶來(lái)了強(qiáng)盛的市場(chǎng)需求和可觀(guān)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
表2 PA抗腫瘤機(jī)制Table 2 Anti-tumor mechanism of pachymic acid
炎癥或氧化應(yīng)激與人體較多的慢性病和亞健康病理機(jī)制相關(guān)。由于茯苓在慢性病康復(fù)和亞健康干預(yù)方面具有較好療效,故其在保健領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛。茯苓具有良好的抗氧化和抗炎作用[3],其三萜成分PA在該方面的作用機(jī)制也備受關(guān)注,相關(guān)研究結(jié)果[47-60]顯示PA可通過(guò)抑制促炎因子分泌、調(diào)節(jié)炎性蛋白和酶類(lèi)活性、調(diào)控相關(guān)信號(hào)通路,實(shí)現(xiàn)抗炎和抗氧化作用(表3)。
表3 PA抗炎和抗氧化作用機(jī)制Table 3 Anti-inflammatory and antioxidant mechanisms of pachymic acid
Huang Yuchuan等[61]通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí),PA在6種茯苓三萜中具有最強(qiáng)的促葡萄糖吸收活力。進(jìn)一步機(jī)制研究發(fā)現(xiàn),PA可提高葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體(glucose transporters,GLUT)4在3T3-L1脂肪細(xì)胞中的表達(dá)量,刺激GLUT4從細(xì)胞內(nèi)小泡向質(zhì)膜的再分布,同時(shí)增加胰島素受體底物-1、Akt和AMP激活激酶(AMP-activated kinase,AMPK)的磷酸化,從而增強(qiáng)3T3-L1脂肪細(xì)胞對(duì)葡萄糖攝取能力。此外,PA在分化的脂肪細(xì)胞中可誘導(dǎo)甘油三酯積累并抑制其分解。另一項(xiàng)對(duì)茯苓三萜降血糖的研究顯示,PA可顯著降低db/db小鼠的血糖水平,而且對(duì)鏈脲佐菌素處理的小鼠可增強(qiáng)其胰島素敏感性[62]。PA的降血糖作用為茯苓的降血糖保健作用提供了科學(xué)支持,也為茯苓作為降血糖健康食品的應(yīng)用與開(kāi)發(fā)提供了可靠依據(jù)。
《神農(nóng)本草經(jīng)》中記載茯苓具有“安魂養(yǎng)神”之功效,其三萜成分PA對(duì)此可能發(fā)揮作用。Shah等[63]研究發(fā)現(xiàn),口服PA能顯著抑制小鼠的運(yùn)動(dòng)活力,且與其他鎮(zhèn)靜催眠藥物合用時(shí)具有協(xié)同效應(yīng),例如與麝香醇合用時(shí)可縮短入睡時(shí)間,與戊巴比妥合用時(shí)則延長(zhǎng)睡眠時(shí)間。進(jìn)一步機(jī)制研究顯示,PA可增加γ-氨基丁酸受體的α和β-亞基水平,但降低γ-亞基水平,故PA通過(guò)γ-氨基丁酸能系統(tǒng)延長(zhǎng)戊巴比妥鈉誘導(dǎo)下嚙齒動(dòng)物的睡眠行為[63]。睡眠障礙已成為當(dāng)今社會(huì)一種常見(jiàn)的“流行性疾病”,化學(xué)藥物治療睡眠毒副作用明顯,而以天然藥物成分或中藥為原料開(kāi)發(fā)改善睡眠的保健食品或藥品具有更高的安全性。PA改善睡眠作用的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果從物質(zhì)基礎(chǔ)層面驗(yàn)證了茯苓的中醫(yī)安神功能,可作為改善睡眠功能因子應(yīng)用于保健食品。
Zhang Fan等對(duì)大鼠心臟移植后,PA保護(hù)外周血淋巴細(xì)胞免于凋亡的效應(yīng)進(jìn)行了研究,結(jié)果顯示PA可通過(guò)穩(wěn)定外周血淋巴細(xì)胞線(xiàn)粒體跨膜電位來(lái)抗凋亡,其作用具有專(zhuān)一性,即穩(wěn)定外周血CD8+淋巴細(xì)胞數(shù)量百分比,避免其異常增高,而對(duì)外周血CD4+淋巴細(xì)胞既不影響其凋亡,也不調(diào)節(jié)其細(xì)胞數(shù)量百分比[64]。在此基礎(chǔ)上,李春雨等對(duì)PA抑制心臟移植急性期排斥反應(yīng)進(jìn)行了研究,結(jié)果顯示PA低劑量組、PA高劑量組和環(huán)孢菌素A組心肌病理?yè)p害較對(duì)照組明顯減輕[65]。綜合以上結(jié)果,可以證明PA對(duì)心臟移植急性期排斥反應(yīng)具有較好的抑制作用,有望將其開(kāi)發(fā)成一種抗臟器移植排斥作用的新型免疫調(diào)節(jié)藥物。
PA具有抗炎、抗氧化和降血糖等多方面的藥理作用,而多囊卵巢綜合征(polycystic ovary syndrome,PCOS)的發(fā)生受炎性細(xì)胞因子、活性氧和高胰島素血癥影響,因此現(xiàn)代研究表明,PA與PCOS的治療有關(guān)。Fu Xianpei等[66]對(duì)其治療PCOS的作用進(jìn)行了研究,結(jié)果顯示PA與陽(yáng)性藥物二甲雙胍具有相似的藥理作用,且在改善脂肪組織炎癥和線(xiàn)粒體異常方面優(yōu)于二甲雙胍,以上這些發(fā)現(xiàn)提示PA能改善PCOS小鼠的內(nèi)分泌環(huán)境和卵母細(xì)胞質(zhì)量,因而PA是具有潛在PCOS治療作用的藥物分子。
周宏超等[67]對(duì)PA治療仔豬水腫病的機(jī)制進(jìn)行了探索,結(jié)果顯示PA可通過(guò)抑制SLT-IIe誘導(dǎo)腸黏膜微血管內(nèi)皮細(xì)胞分泌的細(xì)胞因子,緩解腸道微循環(huán)障礙,阻止微血栓形成,實(shí)現(xiàn)治療水腫病之目的。袁園等[68]在血管緊張素(angiotensin,Ang)II誘導(dǎo)下,探討了PA對(duì)H9c2細(xì)胞肥大和凋亡的影響及其機(jī)制,結(jié)果發(fā)現(xiàn),5 μmol/L的PA能顯著影響1 μmol/L AngII處理24 h后的H9c2細(xì)胞,可顯著下降其細(xì)胞表面積和凋亡比例。進(jìn)一步機(jī)制研究揭示PA顯著下降JNK的磷酸化水平,但不影響細(xì)胞非信號(hào)調(diào)節(jié)激酶和p38的磷酸化,故推測(cè)PA通過(guò)抑制JNK減輕AngII誘導(dǎo)的H9c2細(xì)胞肥大和凋亡。王偉等[69]發(fā)現(xiàn)PA對(duì)改善C57小鼠梗阻性腎積水間質(zhì)纖維化具有較好效果,其機(jī)制主要是下調(diào)轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(transforming growth factor,TGF)-β1、磷酸化Smad蛋白(phospho-Smad protein,pSmad)2/3、MMP-9的表達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外,PA還具有調(diào)控5羥色胺3A受體活性[70]、抑制脂多糖誘導(dǎo)的NO生成[71]、抗枯草芽孢桿菌[72]等其他一些藥理活性。
PA具有多種重要藥理保健活性,預(yù)示其在醫(yī)藥與食品領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值較高。傳統(tǒng)提取PA的方法由于受到茯苓資源和品質(zhì)的限制很難滿(mǎn)足市場(chǎng)需求,而PA作為三萜類(lèi)化合物,其分子結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜,一般通過(guò)化學(xué)合成獲得PA的想法較難實(shí)現(xiàn)。當(dāng)前,生物合成PA已取得一系列進(jìn)展,有可能成為PA有效單體高效獲取的新途徑。
崔培梧等[73]對(duì)茯苓菌液態(tài)深層發(fā)酵進(jìn)行了研究,并探討了4種氧載體(正己烷、正十二烷、吐溫-80、Triton X-100)對(duì)發(fā)酵后菌體生長(zhǎng)、茯苓多糖和PA生物合成的影響。結(jié)果顯示,吐溫-80是最合適的一種氧載體,且發(fā)酵48 h后在10 L反應(yīng)器中添加1.0%(體積分?jǐn)?shù))吐溫-80,可使菌絲在繼續(xù)發(fā)酵168 h后PA產(chǎn)量達(dá)到989.52 μg/L,比未加吐溫-80的發(fā)酵體系提高25%[73]。余夢(mèng)瑤等開(kāi)發(fā)了兩種茯苓固體發(fā)酵菌質(zhì),兩者在發(fā)酵茯苓60 d后都可得到較高產(chǎn)量的PA[74]。Jin Jian等通過(guò)液相色譜-質(zhì)聯(lián)用手段對(duì)天然茯苓(茯苓皮和茯苓肉)和發(fā)酵菌絲體所含物質(zhì)和含量進(jìn)行比較,結(jié)果發(fā)現(xiàn)發(fā)酵菌絲體中PA含量為0.61 mg/g,顯著高于天然茯苓[75]。以上研究結(jié)果都說(shuō)明,通過(guò)對(duì)茯苓菌進(jìn)行發(fā)酵和工藝技術(shù)改進(jìn)有可能提升PA含量,因而發(fā)酵培養(yǎng)手段有希望成為傳統(tǒng)提取手段的一種較好替代方案。
Shu Shaohua[76]、陳杰[77]等研究發(fā)現(xiàn)茯苓菌絲在三萜化合物(包括PA)含量顯著高于菌核,因此對(duì)兩者進(jìn)行了比較轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究,結(jié)果顯示甲羥戊酸途徑是茯苓中三萜化合物唯一生物合成途徑,而且一些關(guān)鍵基因在菌絲階段差異性表達(dá)造成了三萜化合物含量的差別;在此基礎(chǔ)上,劉影[78]結(jié)合液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對(duì)菌核提取物進(jìn)行了定性和定量分析,從中發(fā)現(xiàn)了5種與PA碳骨架一致的化合物,分別為羊毛甾醇、栓菌酸、16α-羥基栓菌酸、齒孔酸(依布里酸)和土莫酸,并由此預(yù)測(cè)了從羊毛甾醇到PA的生物合成途徑(圖2)。在該預(yù)測(cè)途徑中,由栓菌酸生成土莫酸的途徑需進(jìn)一步確定,因?yàn)楦鶕?jù)郭繼云等報(bào)道的茯苓甾醇C-24甲基轉(zhuǎn)移酶(Poria cocossterol C-24 methyltransferse,PcSMT)1基因?qū)嶋H功能來(lái)看,其催化栓菌酸24 位碳原子甲基化生成齒孔酸[79],因而據(jù)此可推測(cè)土莫酸應(yīng)先由栓菌酸生成齒孔酸,然后再由齒孔酸16位碳原子羥基化生成土莫酸,但在劉影[78]的檢測(cè)結(jié)果中不僅發(fā)現(xiàn)了齒孔酸,還發(fā)現(xiàn)了16α-羥基栓菌酸,因此,土莫酸還可能存在先由栓菌酸在16位碳原子上羥基化生成16α-羥基栓菌酸,再由16α-羥基栓菌酸24位碳原子甲基化得到土莫酸的合成路徑(圖2)。此外,隨著對(duì)PA生物合成途徑的不斷解析,陸續(xù)有研究團(tuán)隊(duì)對(duì)該途徑中一些重要步驟的催化酶類(lèi)進(jìn)行了基因克隆和功能分析(表4)。以上研究成果為將來(lái)利用合成生物學(xué)和代謝工程方法改造茯苓或其他工程微生物,進(jìn)而利用發(fā)酵培養(yǎng)手段大規(guī)模生產(chǎn)PA奠定了一定的理論基礎(chǔ)。
圖2 PA生物合成途徑預(yù)測(cè)Fig. 2 Predicted pachymic acid biosynthesis pathway
表4 PA生物合成途徑中已克隆的酶基因及其功能分析Table 4 Cloned enzyme genes in pachymic acid biosynthesis pathway and their functional analysis
目前,單以PA作為主要成分的保健食品和藥品鮮有相關(guān)報(bào)道,但以茯苓作為主要成分的產(chǎn)品則較多,故對(duì)茯苓相關(guān)藥品和保健食品進(jìn)行總結(jié),擬從側(cè)面評(píng)估PA在大健康領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值和前景。通過(guò)檢索國(guó)家特殊食品信息查詢(xún)平臺(tái)(http://ypzsx.gsxt.gov.cn/specialfood/#/food)可以獲知,截至2021年8月,已有118種茯苓相關(guān)保健產(chǎn)品得到了批準(zhǔn)文號(hào),其涵蓋了免疫調(diào)節(jié)、睡眠改善、疲勞緩解、腸胃改善等多種保健功能(圖3)。此外,通過(guò)檢索國(guó)家藥品監(jiān)督管理局藥品查詢(xún)系統(tǒng),可以發(fā)現(xiàn)茯苓常作為原料參與一些中成藥的制備,這些中成藥多以丸、片、膠囊、顆粒等劑型出現(xiàn)。以上有關(guān)茯苓藥品和保健食品研發(fā)的報(bào)道,為日后進(jìn)一步在醫(yī)藥和食品領(lǐng)域開(kāi)發(fā)PA奠定了基礎(chǔ)。
圖3 茯苓在保健食品領(lǐng)域的應(yīng)用Fig. 3 Application of P. cocos in healthcare products
“十方九苓”說(shuō)明茯苓的中醫(yī)臨床應(yīng)用廣泛,藥理作用多樣,而以PA為代表的茯苓三萜同樣展現(xiàn)多樣的藥理活性?;诒疚乃C述的研究現(xiàn)狀,筆者認(rèn)為在醫(yī)藥與保健食品領(lǐng)域PA的基礎(chǔ)研究和開(kāi)發(fā)利用還有以下問(wèn)題值得深入探討。
首先,在未來(lái)較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi),以茯苓作為原料進(jìn)行PA提取依然是PA的主要獲取途徑,因此在茯苓的規(guī)范化種植、加工處理、飲片炮制、提取方法和工藝等方面的創(chuàng)新將有助于PA產(chǎn)量的提升。例如,李習(xí)平等考察了不同加工處理方式對(duì)茯苓和茯苓皮中PA含量的影響[83],其結(jié)果提示PA對(duì)熱壓不穩(wěn)定,故在今后改進(jìn)或創(chuàng)新茯苓的加工處理、飲片炮制、提取方法和工藝時(shí),要防止長(zhǎng)時(shí)間的高溫高壓對(duì)PA的破壞。
其次,作為食藥同源材料茯苓的功效成分,圍繞腫瘤防治、睡眠改善和血糖降低等功能食品需求,開(kāi)發(fā)以PA或茯苓為組方的保健食品或特醫(yī)食品具有很好的前景。比如,由于PA不僅可直接抑癌還可協(xié)同化療和放療進(jìn)行間接抗癌,故針對(duì)癌癥病人開(kāi)發(fā)以PA為主要成分,或直接以茯苓為主料開(kāi)發(fā)增敏化療或放療作用的特醫(yī)食品,已經(jīng)具備一定的科學(xué)性和可行性。此外,中醫(yī)記載茯苓具有寧心安神功能,而現(xiàn)代藥理研究證實(shí)PA具有鎮(zhèn)靜催眠作用,因此研發(fā)以PA或茯苓為主要原料,用于改善失眠狀況的保健食品具有一定的科學(xué)依據(jù),其在安神助眠功能性保健食品中必定具有良好的應(yīng)用前景。
最后,PA的生物合成途徑已逐漸得到解析,負(fù)責(zé)催化這些代謝途徑的酶類(lèi)也漸漸被發(fā)掘和驗(yàn)證,這為利用基因工程手段提高PA產(chǎn)量奠定了基礎(chǔ),但到目前為止鮮有通過(guò)改造茯苓菌自身生物合成途徑提高PA產(chǎn)量的直接研究,也鮮有通過(guò)異源構(gòu)建PA完整生物合成途徑代謝生成PA的報(bào)道,因此在PA生物合成研究上應(yīng)積極解決這些基礎(chǔ)研究問(wèn)題,從而早日實(shí)現(xiàn)利用代謝工程方法大規(guī)模生產(chǎn)PA的愿景。
綜上所述,食藥同源材料茯苓所含的PA具有多樣的藥理活性,是潛在的保健食品或特醫(yī)食品的功能活性成分。基于PA與茯苓整體藥理作用具有很強(qiáng)的相類(lèi)性規(guī)律,以PA為代表的茯苓三萜類(lèi)成分,很有可能成為繼茯苓多糖后在食品領(lǐng)域新的研究熱點(diǎn)。