何德穎,肖薇依,黎 成,鄒崢嶸*

1江西師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院;2江西省亞熱帶植物資源保護(hù)與利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,南昌 330022

蠟梅屬(ChimonanthusLindl.)是我國(guó)特有的屬,根據(jù)《中國(guó)植物志》該屬包括6個(gè)種:蠟梅(C.praecox)、山蠟梅(C.nitensOliv)、柳葉蠟梅(C.salicifolius)、西南蠟梅(C.campanulatus)、浙江蠟梅(C.zhejiangensis)和突托蠟梅(C.grammatus)[1]。Chen等[2]將突托蠟梅歸屬為蠟梅屬的變種。蠟梅不僅有較高的觀賞性,還有極高的食用與藥用價(jià)值。山蠟梅葉和柳葉蠟梅葉可制成香風(fēng)茶,又名石涼茶,具有抑菌抗炎[3]、預(yù)防感冒[4]、降血糖[5]和鎮(zhèn)咳止喘[6]的作用,其能流行起來,很大程度上是因?yàn)樗谥委熚该洝⒔档脱?、預(yù)防中暑和提高免疫力方面的功效[7]。黃酮、生物堿、香豆素、甾體和木質(zhì)素等類型的化合物是蠟梅屬中的非揮發(fā)性成分,而精油是揮發(fā)性成分,具有獨(dú)特的香氣。蠟梅屬植物精油成分復(fù)雜,化合物種類主要包括萜類化合物、芳香族化合物和脂肪族化合物等三大類型,其中單萜與倍半萜化合物的含量最為豐富。許多藥理研究都表明蠟梅屬精油具有抑菌[8]、抗炎[9]、抗氧化[10,11]、抗病毒[12]、鎮(zhèn)咳平喘[13]和減脂[14]等活性,對(duì)血管性癡呆[15]、急性肺損傷[16]和潰瘍性結(jié)腸炎[17]等疾病有較好的治療作用。

近年來,對(duì)蠟梅屬植物的關(guān)注越來越廣泛,研究主要聚焦在品種分類、種質(zhì)資源、分子生物學(xué)和病理應(yīng)用等方面,但是對(duì)揮發(fā)性成分的綜合研究有待深入。本文對(duì)新近報(bào)道的蠟梅屬植物精油成分進(jìn)行了分類整理,包括蠟梅花、蠟梅葉、蠟梅籽、蠟梅根、蠟梅果皮、突托蠟梅花、山蠟梅花、山蠟梅葉、山蠟梅嫩梢、浙江蠟梅葉、浙江蠟梅花、柳葉蠟梅莖、柳葉蠟梅花和柳葉蠟梅葉等不同種類與不同器官的研究,并概述了它們的藥理活性,以期為進(jìn)一步開發(fā)和利用蠟梅屬植物的精油資源提供有益參考。

1 蠟梅屬植物精油的化學(xué)成分

精油是從芳香植物原料中提取的油性芳香液體,是由多種類型化合物組成的混合物。作為次生代謝產(chǎn)物,植物精油可以在,花蕾、葉片、種子、樹皮和根莖等不同的器官中進(jìn)行生物合成[18]。雖然精油的組成成分復(fù)雜,但基本的化合物類型主要包括萜類及其含氧衍生物、芳香族和脂肪族及其含氧衍生物等類型。作者查閱近十年來關(guān)于蠟梅屬植物精油的研究文獻(xiàn),從中篩選出含量大于0.5%的化合物140個(gè),其中萜類占75.0%,是植物精油的主要化合物類型;脂肪族化合物占18.6%,芳香族化合物占6.4%。

1.1 萜類化合物

萜類化合物是天然產(chǎn)物中的一類非常重要的次生代謝產(chǎn)物,在自然界中分布廣泛,數(shù)量龐大,結(jié)構(gòu)類型多樣,大部分都具有重要的生物活性。從化學(xué)結(jié)構(gòu)特征看,萜類化合物是異戊二烯的聚合物及其衍生物,根據(jù)結(jié)構(gòu)中異戊二烯單元的數(shù)目可分為半萜(C5H8)、單萜(C10H16)、倍半萜(C15H24)、二萜(C20H32)等。蠟梅屬植物精油的主要組成成分是單萜、倍半萜及其含氧衍生物。

1.1.1 單萜、倍半萜化合物的生物合成途徑

單萜與倍半萜的生物合成途徑主要由3個(gè)階段組成。第一階段生成C5的前體異戊烯基二磷酸酯(isopentenyl diphosphate,IPP)及其雙鍵異構(gòu)體二甲烯丙基焦磷酸(dimethylallyl diphosphate,DMAPP)。它們由兩條途徑形成,分別是位于細(xì)胞質(zhì)的甲羥戊酸(mevalonic acid,MVA)途徑和位于質(zhì)體的甲基赤蘚醇-4-磷酸(methylerythritol phosphate,MEP)途徑(見圖1)。第二階段生成直接前體物質(zhì)焦磷酸香葉酯(geranyl diphosphate,GPP)和焦磷酸金合歡酯(farnesyl diphosphate,FPP)。第三階段是萜類化合物的生成與修飾,直接前體物質(zhì)在萜類合成酶(terpene synthases,TPS)催化下分別形成單萜和倍半萜化合物,后經(jīng)酶的修飾形成結(jié)構(gòu)多樣的萜類化合物[19-21]。

圖1 單萜、倍半萜化合物的生物合成途徑Fig.1 The biosynthesis pathways of monoterpenoid and sesquiterpenoid

在MVA途徑中,以2分子的乙酰-CoA(acetyl-CoA)為原料,在乙酰乙酰-CoA硫解酶(acetoacetyl CoA thiolase,AACT)催化下縮合成乙酰乙酰-CoA(acetoacetyl-CoA,AcAc-CoA),而后在3-羥基-3-甲基戊二酰CoA合成酶(3-hydroxy-3-methylglu-taryl CoA synthase,HMGS)作用下與第三個(gè)乙酰-CoA縮合形成HMG-CoA,隨后在HMG-CoA還原酶(HMG-CoA reductase,HMGR)作用下還原成MVA。接下來MVA依次受甲羥戊酸激酶(mevalonate kinase,MK)、磷酸戊酸激酶(phosphomevalonate kinase,PMK)和焦磷酸甲羥戊酸脫羧酶(mevalonate diphosphate decarboxylase,MVD)的催化作用,轉(zhuǎn)化為5-磷酸甲羥戊酸(mevalonate 5-phosphate,MVAP)、焦磷酸甲羥戊酸(mevalonate diphosphate,MVAPP)和IPP。而IPP可以在異戊烯基二磷酸異構(gòu)酶(isopentenyl diphosphate isomerase,IDI)的催化下發(fā)生可逆反應(yīng)生成它的同分異構(gòu)體DMAPP[22,23]。

在MEP途徑中,丙酮酸(pyruvate)和甘油醛-3-磷酸(glyceraldehyde-3-phosphate,G3P)在1-脫氧-D-木酮糖合成酶(1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate synthase,DXS)催化下生成1-脫氧-D-木酮糖-5-磷酸(1-deoxy-D-xylulose 5-phosphate,DXP),而后在1-脫氧-D-木酮糖-5-磷酸還原酶(DXP reductoisomerase,DXR)作用下還原成MEP。接下來MEP依次受2-C-甲基-D-赤蘚醇-4-磷酸胞苷轉(zhuǎn)移酶(2-C-methyl-D-erythritol-4-phosphate cytidyltransferase,MCT)、4-(5′-焦磷酸胞苷)-2-C-甲基-D-赤蘚醇激酶(4-(cytidine 5′-diphospho)-2-C-methyl-D-erythritol kinase,CMK)、2-C-甲基-D-赤蘚醇-2,4-環(huán)焦磷酸合成酶(2-C-methyl-D-erythritol-2,4-cyclodiphosphate synthase,MDS)和羥甲基丁烯酸-4-磷酸合酶(4-hydroxy-3-methylbut-2-enyl diphosphate synthase,HDS)催化作用,轉(zhuǎn)化為4-(5′-焦磷酸胞苷)-2-C-甲基-D-赤蘚醇(4-(cytidine 5′-diphospho)-2-C-methyl-D-erythritol,CDP-ME)、4-(5′-焦磷酸胞苷)-2-C-甲基-D-赤蘚醇-2-磷酸(4-(cytidine 5′-diphospho)-2-C-methyl-D-erythritol phosphate,CDP-ME2P)、2-C-甲基-D-赤蘚醇-2,4-環(huán)焦磷酸(2-C-methyl-D-erythritol-2,4-cyclodiphosphate,MEcPP)和羥甲基丁烯基-4-磷酸(4-hydroxy-3-methylbut-2-enyl diphosphate,HMBPP)。最后被羥甲基丁烯基-4-磷酸還原酶(4-hydroxy-3-methylbut-2-enyl diphosphate reductase,HDR)還原為IPP和DMAPP[24,25]。

IPP和DMAPP在短鏈戊烯基轉(zhuǎn)移酶的催化活性下頭尾相接,形成線性戊烯基二磷酸酯,作為所有萜類化合物的中心前體。GPP是所有單萜的前體,焦磷酸橙花酯(neryl diphosphate,NPP)也被證明是規(guī)則單萜類化合物的前體[26]。FPP則是倍半萜的前體物質(zhì)。

1.1.2 單萜

單萜依據(jù)碳骨架的特征,可分為鏈狀單萜、環(huán)狀單萜和變形單萜。在蠟梅屬植物精油成分中,暫未發(fā)現(xiàn)變形單萜成分。公開報(bào)道的單萜類成分有8個(gè)鏈狀單萜化合物、10個(gè)單環(huán)單萜化合物、6個(gè)雙環(huán)單萜化合物和1個(gè)三環(huán)單萜化合物,具體名稱與結(jié)構(gòu)見表1與圖2。筆者對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行認(rèn)真閱讀和整理分析,發(fā)現(xiàn)桉葉油醇(eucalyptol,18)、α-蒎烯(α-pinene,19)、莰烯(camphene,21)、樟腦(camphor,22)、龍腦(borneol,23)和乙酸冰片酯(bornyl acetate,24)等化合物在蠟梅屬植物精油研究報(bào)道中的出現(xiàn)頻率較高,在不同蠟梅屬植物的器官中都有發(fā)現(xiàn)。

表1 蠟梅屬中的單萜類化合物

圖2 蠟梅屬植物中單萜類代表化合物的結(jié)構(gòu)Fig.2 Structures of representative monoterpenoids from Chimonanthus Lindl．

1.1.3 倍半萜

倍半萜依據(jù)碳骨架的特征,可分為無環(huán)倍半萜、環(huán)狀倍半萜和薁類衍生物。倍半萜類是高沸點(diǎn)芳香植物精油的主要組成成分,雖然碳骨架只有15個(gè)碳原子,但由于生物體內(nèi)多種酶參與的次生代謝過程產(chǎn)生了許多的基本碳骨架和復(fù)雜的衍生物,數(shù)量居萜類化合物之首。

在蠟梅屬植物精油成分中,暫未發(fā)現(xiàn)薁類衍生物,公開報(bào)道的倍半萜類成分包括3個(gè)無環(huán)倍半萜、12個(gè)單環(huán)倍半萜,48個(gè)雙環(huán)倍半萜和17個(gè)三環(huán)倍半萜,涉及的基本碳骨架包括金合歡烷、沒藥烷、蛇麻烷、吉馬烷、欖香烷、桉葉烷、杜松烷、愈創(chuàng)烷、石竹烷、柏木烷、廣藿香烷、衣蘭烷、香木蘭烷、蓽澄茄烷和長(zhǎng)葉烷等[40],結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣。這些倍半萜化合物多數(shù)是在蠟梅屬植物的花和葉片的精油中發(fā)現(xiàn);而如順式-橙花椒醇(cis-nerolidol,28)、β-欖香烯(β-elemene,31)、大根香葉烯D(germacrene D,32)、石竹烯(caryophyllene,43)、γ-杜松烯(γ-cadinene,48)、石竹烯氧化物(caryophyllene oxide,66)、桉油烯醇(spathulenol,69)、杜松醇(cadinol,73)和古巴烯(copaene,91)等則發(fā)現(xiàn)于多個(gè)器官提取的精油中,其中化合物83～88是從蠟梅葉中新分離純化得到的。具體化合物名稱與結(jié)構(gòu)見表2與圖3、4。

表2 蠟梅屬中的倍半萜類化合物

圖3 蠟梅屬中的倍半萜類代表化合物的結(jié)構(gòu)Fig.3 Structures of representative sesquiterpenoids compounds from Chimonanthus Lindl.

圖4 蠟梅屬中的倍半萜類代表化合物的結(jié)構(gòu)Fig.4 Structures of representative sesquiterpenoids compounds from Chimonanthus Lindl.

1.2 芳香族化合物

芳香族化合物在精油中的分布也十分廣泛,在蠟梅屬植物精油的文獻(xiàn)中整理得到9個(gè)芳香族化合物,主要是在蠟梅花精油中發(fā)現(xiàn),此類化合物也是蠟梅植物精油中分布最少的,具體化合物名稱與結(jié)構(gòu)見表3與圖5。

表3 蠟梅屬中的芳香族類化合物

圖5 蠟梅屬中的芳香族類代表化合物的結(jié)構(gòu)Fig.5 Structures of representative aromatic compounds from Chimonanthus Lindl．

萜類、苯丙類和脂肪族衍生物是觀賞性植物的主要花香化合物,不同植物的花這三類化合物的含量也不同[41]。有研究發(fā)現(xiàn)苯甲醇(benzyl alcohol,106)、乙酸苯甲酯(benzyl acetate,108)和丁香酚(eugenol,109)是蠟梅花的典型花香化合物[42]。

1.3 脂肪族化合物

植物精油中也存在一些小分子的脂肪族化合物,包括烷烴、烯烴、酸、醛、酮、醇和酯等,從蠟梅屬植物精油相關(guān)報(bào)道中整理得到26個(gè)脂肪族化合物,具體名稱與結(jié)構(gòu)見表4與圖6。

表4 蠟梅屬中的脂肪族類化合物

圖6 蠟梅屬中的脂肪族類代表化合物的結(jié)構(gòu)Fig.6 Structures of representative aliphatic compounds from Chimonanthus Lindl．

2 蠟梅屬植物精油成分的藥理活性

2.1 抑菌作用

蠟梅屬植物精油對(duì)病原真菌表現(xiàn)出抑制作用,如禾谷鐮刀菌(Fusariumgraminearum)、核盤菌(Sclerotiniasclerotiorum)、膠孢炭疽菌(Colletorichumgloeosporioides)、玉米大斑病菌(Helminthosporiumturcicum)等[35],而不同產(chǎn)地的蠟梅精油表現(xiàn)的抑菌作用存在一定的差異[31]。研究發(fā)現(xiàn)萜類化合物是蠟梅屬植物精油具有抑菌作用的主要物質(zhì)。Lou等[43]在蠟梅莖和根中分離純化得到8個(gè)倍半萜化合物,可以抑制金黃色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)、白色念珠菌(Candidaalbicans)、大腸桿菌(Escherichiacoli)和綠膿桿菌(Pseudomonasaeruginosa)的增殖,最小抑制濃度為128～254 μg/mL。此外,蠟梅不同部位精油的抑菌效果也存有差異,Wang等[8]探究了蠟梅根、葉和果皮精油對(duì)細(xì)菌和真菌的抑制作用,對(duì)耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(methicillin-resistantStaphylococcusaureus)和人參銹腐(Cylindrocarpondestructans)的抑菌效果:蠟梅根>蠟梅葉>蠟梅果皮。而對(duì)小麥根腐病菌(Bipolarissorokinianum)的抑制率則是:蠟梅果皮精油(66.14%)>蠟梅根精油(63.21%)>蠟梅葉精油(55.53%)。

2.2 抗炎

抗炎作用是蠟梅屬植物藥理活性中研究最多的,多在香豆素、生物堿和黃酮類(如蘆丁、槲皮素和山柰酚)化合物等非揮發(fā)性成分中發(fā)現(xiàn)[44,45],但植物精油也有抗炎活性。Dai等[9]利用足腫脹模型證明了蠟梅花精油具有抗炎作用,能夠抑制足部腫脹組織中腫瘤壞死因子-α(TNF-α)和白細(xì)胞介素(IL-1β)的增殖。Yuan等[13]通過耳腫脹模型,證明高、中、低劑量的山蠟梅葉精油均能顯著抑制小鼠的耳腫脹,抑制率都大于50%,其中高劑量組效果最佳。

2.3 抗氧化

2.4 抗病毒

蠟梅屬植物精油具有抗病毒活性。Wu等[12]利用流感病毒侵染傳代犬腎細(xì)胞(madin-darby canine kidney,MDCK),使其在感染病毒48 h后出現(xiàn)病變效應(yīng)(CPE),給予山蠟梅揮精油后CPE減弱,正常形態(tài)的細(xì)胞數(shù)量明顯增加,病毒抑制率隨藥物濃度的上升而提高。這表明山蠟梅精油的組分可以穿入細(xì)胞,并對(duì)病毒基因組的釋放、復(fù)制或轉(zhuǎn)錄等過程產(chǎn)生抑制或干擾作用。

2.5 鎮(zhèn)咳平喘

蠟梅屬植物的葉片可制成香風(fēng)茶,因其具有鎮(zhèn)咳平喘的活性在民間被廣泛應(yīng)用。Yuan等[13]研究證實(shí)山蠟梅葉揮發(fā)油的低、中、高劑量組用藥均能明顯延長(zhǎng)小鼠的咳嗽潛伏期,減少小鼠咳嗽次數(shù),而中高劑量的揮發(fā)油能顯著延長(zhǎng)大鼠的平喘潛伏期,其中高劑量效果最佳,延長(zhǎng)率達(dá)109.54%。

2.6 減脂作用

Chen等[14]研究山蠟梅葉精油對(duì)小鼠脂肪的合成有干預(yù)作用,且對(duì)肌肉和體重?zé)o明顯影響。其Lee′s指數(shù)(反應(yīng)小鼠肥胖程度的參數(shù))均顯著低于正常組,總脂肪指數(shù)有下降趨勢(shì),并顯著降低血清甘油三酯和總膽固醇的含量;山蠟梅揮發(fā)油干預(yù)脂肪合成的一條途徑就是抑制脂肪合酶(fatty acid synthase,FAS)的活性,從而抑制甘油三酯的合成,40mg生藥/mL的精油即可抑制50%以上的酶活性。

2.7 其他活性

蠟梅屬植物精油對(duì)臨床上一些疾病的治療也具有一定的生物活性。Wang等[15]發(fā)現(xiàn)山蠟梅葉揮發(fā)油可以改善血管性癡呆(vascular dementia,VD)大鼠認(rèn)知功能障礙。山蠟梅葉揮發(fā)油使得大鼠逃避潛伏期縮短、穿越原平臺(tái)次數(shù)增多、垂直得分和水平得分增高,血清指標(biāo)種超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)活性升高、丙二醛(malonaldehyde,MDA)含量下降。其機(jī)制可能與糾正大鼠腦組織氧化或抗氧化失衡,保護(hù)腦組織免于氧化損傷,并減輕海馬區(qū)損傷有關(guān)。Wan等[16]研究證明山蠟梅葉精油對(duì)脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)誘導(dǎo)的大鼠急性肺損傷有保護(hù)作用,可增加大鼠白細(xì)胞計(jì)數(shù)、降低免疫器官指數(shù)以及改善肺組織病理變化。在保護(hù)過程中炎癥因子IL-1β水平明顯降低,同時(shí),精油的保護(hù)作用伴隨著脂質(zhì)氧化的減弱和抗氧化酶的升高,表明抗氧化防御的增強(qiáng)與其對(duì)肺的保護(hù)作用有關(guān)。此外,與單純應(yīng)用LPS相比,精油與LPS的組合應(yīng)用可增加丙酸、異丁酸、丁酸和異戊酸而顯著增加短鏈脂肪酸(short-chain fatty acids,SCFAs)的含量。因此,山蠟梅精油可以通過控制異常炎癥、糾正氧化還原系統(tǒng)和調(diào)節(jié)SCFAs來減輕LPS引起的急性肺損傷。He等[17]研究了蠟梅葉精油對(duì)葡聚糖硫酸鈉(dextran sodium sulfate,DSS)誘導(dǎo)的小鼠潰瘍性結(jié)腸炎(ulcerative colitis,UC)的保護(hù)作用,發(fā)現(xiàn)蠟梅葉精油可有效延遲小鼠體重減輕,明顯恢復(fù)DSS引起的大鼠結(jié)腸長(zhǎng)度縮短,且組織損傷也顯著減少。此外精油劑量組可減輕DSS對(duì)結(jié)腸上皮細(xì)胞的損傷,抑制炎性細(xì)胞的浸潤(rùn),維持腸上皮和腺體的完整性。

3 結(jié)語與展望

蠟梅屬植物為我國(guó)所特有,分布廣泛且具有很高的觀賞性與藥用價(jià)值,具有較大的開發(fā)潛力;其精油組成豐富,化合物類型多樣,具有抑菌、抗炎、抗氧化、抗病毒和止咳平喘等藥理活性,對(duì)血管性癡呆、急性肺損傷和潰瘍性結(jié)腸炎等疾病有潛在的治療作用。但是目前有關(guān)蠟梅屬植物資源研究與利用深度明顯不足,具體表現(xiàn)為:蠟梅屬植物的種質(zhì)資源和系統(tǒng)進(jìn)化需更加深入,對(duì)其種屬分類依舊存在爭(zhēng)議;其次,當(dāng)前對(duì)蠟梅屬精油藥理活性的研究大多數(shù)都是基于未經(jīng)分離純化的精油,化學(xué)成分十分復(fù)雜,這導(dǎo)致對(duì)蠟梅屬精油作用靶點(diǎn)及其作用機(jī)制等并沒有得到很好的闡明;最后,萜類化合物是精油的主要成分,現(xiàn)在有許多研究表明一些植物中的萜類化合物是對(duì)抗疾病的有效成分,如倍半萜類的青蒿素可以對(duì)抗瘧疾,環(huán)狀倍半萜小白菊內(nèi)酯可以抗亞馬遜利什曼原蟲,因此對(duì)植物精油中萜類化合物藥理作用的探究需要進(jìn)一步深入,特別是結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣的倍半萜類化合物,其不同類型碳骨架是否會(huì)對(duì)應(yīng)不同的藥理活性,這都有待研究人員去發(fā)現(xiàn)。深入研究蠟梅屬精油的化學(xué)組成、生物活性、作用機(jī)理和構(gòu)效關(guān)系將有助于更好地開發(fā)利用我國(guó)豐富的蠟梅屬植物資源。