玉竹[Polygonatum odoratum (Mill.) Druce]为百合科黄精属多年生草本植物,药用部位为根茎,是我国常用中药,已有几千年的用药历史。玉竹是我国最早纳入药食同源清单的中药材之一,其生物活性成分、药理作用和保健价值越来越受到重视。甾体皂苷类物质是玉竹中最早受到关注的天然活性成分,经过几十年的研究,其研究已取得重要进展。本文就玉竹中甾体皂苷类物质的相关研究进行综述,以期为玉竹的进一步开发利用和产业发展提供参考和帮助。
1 甾体皂苷概述甾体化合物是自然界广泛存在的一类天然化学成分,包括动植物甾醇、植物强心苷、甾体生物碱、动物激素(包括昆虫激素)、胆酸、维生素D等,在动植物的生命活动中起着重要作用。甾体化合物化学结构中都具有环戊烷骈多氢菲的母核,碳数常为27~29个(也有21个碳的甾体化合物),碳环常为四环型,D环为五元环(有时C环为五元环),在甾核上有3个侧链,C3常为羟基,可与糖基结合成苷(见图1)。由于甾体母核有7个手性碳原子(C5、C8、C9、C10、C13、C14和C17),存在较多的立体异构现象。
图1 甾体化合物的基本结构
甾体皂苷是以27碳环戊烷骈多氢菲甾体化合物为苷元的一类皂苷,主要分布于百合科、薯蓣科和茄科植物中,其他科如玄参科、石蒜科、豆科、鼠李科的一些植物中也含有甾体皂苷。甾体皂苷除直接药用外,更多地应用于医药工业生产甾体激素类药物。甾体皂苷基本骨架为螺旋甾烷(C25为S型)及其异构体异螺旋甾烷(C25为R型)和呋甾烷(F环开环),C3多有OH,常与糖结合成苷(即甾体皂苷)[1](见图2)。![]()
图2 甾体皂苷元的基本结构
A:螺旋甾烷;B:异螺旋甾烷;C:呋甾烷
2 玉竹甾体皂苷含量及其变化甾体皂苷类化合物是玉竹的主要有效成分之一,不同产地玉竹中甾体皂苷的含量变化很大。张轩铭[2]对我国主产区玉竹的生物活性成分进行了系统分析比较,发现皂苷类化合物含量在0.094%~0.278%间,其中辽宁玉竹的皂苷类化合物含量最高,黑龙江玉竹的皂苷含量最低,为0.0944%。奚广生等[3]测定了圆叶玉竹和长叶玉竹中的甾体皂苷含量,以原蜘蛛抱蛋苷(protoaspidistrin)计,平均含量为0.27%。在玉竹生长过程中,甾体皂苷水平前期增长较慢,中期(8月底~9月底)增长较快,后期增幅又变缓,可能原因是前期玉竹主要进行地上部分生长,中期进行生殖生长使主要活性成分逐渐上升,后期新陈代谢减弱使活性成分趋于稳定,含量达0.453%(以薯蓣皂苷元计);不同生长年限的玉竹,以3年生甾体皂苷含量为最高,再延长年限其含量不再增加[4]。但也有报道玉竹中薯蓣皂苷元含量很低,仅为0.0329%~0.0523%[5]。Liu等[6]研究了不同产地、不同采收期的玉竹中甾体苷类化合物的化学组成及含量,发现春、秋两季的玉竹含较高甾体皂苷类化合物,其中以蜘蛛抱蛋苷(aspidistrin)和polygonatumoside F含量较高。
3 玉竹甾体皂苷的鉴定从现有可检索到的文献来看,最早开展玉竹皂苷分离鉴定的是日本学者Sugiyama等人。他们在1984年就从玉竹中分离鉴定了5种甾体皂苷,包括1个皂苷元、2个螺甾烷皂苷和2个呋甾皂苷[7]。其后,绝大多数玉竹甾体皂苷均由我国学者分离鉴定。1994年林厚文等[8]从江苏海门玉竹中分离鉴定了7个甾体皂苷,2007年张沐新[9]分离鉴定了14个甾体皂苷,2014年Bai等[10]分离鉴定了8个甾体皂苷。2018年Liu等分离得到8个甾体糖苷,其中包括两个新化合物(玉竹皂苷F和G)[6];2020年Pang等分离鉴定了15个甾体皂苷,其中8个新化合物[11];2021年Zhou等从玉竹70%乙醇提取物中分离得到25个甾体苷类化合物,其中8个新化合物(玉竹苷H~O)[12]。至今,从玉竹中已分离鉴定出80多个甾体皂苷类化合物(含差向异构体),见表1。表1 已经鉴定的玉竹皂苷
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注:Xyl=吡喃木糖,Glc=吡喃葡萄糖,Gal=吡喃半乳糖,Ara=吡喃阿拉伯糖,Rha=吡喃鼠李糖
由表1可见,玉竹甾体皂苷元母核一般含4个甲基,C5与C6多形成双键,C12一般无取代或被羰基取代(少数被羟基取代),C14一般无取代或被羟基取代(少数被双键取代),螺甾烷醇类化合物的C22具有螺缩酮结构,而呋甾烷醇类化合物的C22一般被羟基、甲氧基或双键取代。在糖基取代方面,螺甾烷醇类皂苷糖基取代一般发生在C3位,少数发生在C1位;呋甾烷醇类皂苷,通常为双糖链皂苷,除了在C3发生糖基取代外,其C26均连有一分子葡萄糖。此外,从玉竹中分离得到的甾体皂苷类化合物,部分为25R和25S的差向异构体混合物。表1中一些代表性化合物的化学结构见图3。玉竹甾体皂苷的提取方面,采用微波提取工艺简单易行,得到的提取物中总皂苷含量较高[23];采用超声提取也可取得较好效果[24]。玉竹甾体皂苷的纯化方面,玉竹经50%乙醇超声提取、15%硫酸水解、石油醚萃取等提取、纯化步骤后,再用LSA-33型树脂纯化,玉竹浸膏中总皂苷的含量由未纯化前的12.28%提高到41.75%[23]。
4 玉竹甾体皂苷的药理作用有关玉竹的生物活性和药理作用研究,大多以玉竹提取物进行,已发现玉竹提取物具有抗氧化、降血糖、降血脂、增强免疫、抗肿瘤、抗衰老、抗疲劳、心血管保护、调节胃肠道菌群等功能。随着对玉竹甾体皂苷化学结构研究的深入,对其药理和生物活性的研究也不断增加。
4.1 抗氧化从玉竹的乙醇提取物中分离得到的甾体皂苷polygoside A对H2O2/Na2S2O4所致PC12细胞氧自由基损伤、细胞缺氧损伤均具有较好的保护作用[18]。
4.2 降血糖HepG2细胞和链脲佐菌素(STZ)诱导的糖尿病大鼠葡萄糖摄取实验表明,玉竹皂苷部位的抗糖尿病作用最强,其次是类黄酮部位和多糖部分;重度糖尿病大鼠长期(60 d)治疗实验结果显示,玉竹皂苷部位能明显改善糖尿病的临床症状;玉竹皂苷部位对α-糖苷酶具有抑制作用,其IC50值为2.05±0.32 mg/ml[25]。玉竹皂苷降血糖的机制之一是增加外周组织对胰岛素的敏感性,对胰岛素的分泌影响不显著[26]。
4.3 增强免疫玉竹能提高环磷酰胺造成免疫抑制模型小鼠胸腺质量、脾脏质量、吞噬百分率、吞噬指数,促进溶血素、溶血斑形成,提高淋巴细胞转化率,表明其具有增强免疫作用的功能,其皂苷类成分是免疫调节作用的物质基础之一[21]。玉竹甾体皂苷POD-II有诱生集落刺激因子的作用,POD-III能协同刀豆球蛋白A(ConA)和脂多糖促进淋巴细胞转化[8]。
4.4 抗肿瘤蜘蛛抱蛋苷对人肝癌细胞株HepG2具有抑制增殖活性(IC50为3.2μmol/L)[11]。Zhou等[12]对分离得到的25个甾体苷类化合物进行了细胞毒性评价。5种化合物对人非小细胞肺癌(A549)、人上皮结直肠腺癌(Caco2)和人肝细胞癌(Hep G2)细胞株均表现出一定的细胞毒性,IC5 0值在1.7~30.8μmol/L之间,polygonatumoside O的效果最好。
4.5 抑菌和抗病毒活性蜘蛛抱蛋苷对白色念珠菌JCM1542和烟曲霉JCM1738具有显著的抗真菌活性[10]。Wang等[14]测试了3种玉竹甾体皂苷即蜘蛛抱蛋苷、(25S)-螺甾-5-烯-3β,14α-二羟基3-O-β-D-葡萄糖基-(1→2)-[β-D-木糖基-(1→3)]-β-D-葡萄糖基-(1→4)-β-D-吡喃半乳糖苷和(25S)-螺甾-5,14-二烯-3β-羟基3-O-β-D-葡萄糖基-(1→2)-[β-D-木糖基-(1→3)]-β-D-葡萄糖基-(1→4)-吡喃半乳糖苷的抑菌活性,发现它们对玉米大斑病原菌有很强的抑制作用,前两种甾体皂苷对蜡样芽胞杆菌和环腐棒杆菌也有很好的抑制活性,而第三种甾体皂苷仅对大肠杆菌有一定的抑制作用。结构与活性关系研究方面,C14羟基化显著降低玉竹甾体皂苷的抑菌活性,而C-5(6)双键、C-25绝对构型和糖的结构对其活性的影响不显著。Pang等[6]从玉竹中分离到15个甾体糖苷类化合物,发现甾体皂苷polygodoraside G对甲型流感病毒有明显的体外抑制作用,IC50值为14.30μmol/L(阳性对照利巴韦林为28.4μmol/L)。
5 结语作为药食两用资源玉竹中一类重要的生物活性成分,玉竹甾体皂苷受到了广泛关注。玉竹不同品种、不同产地及同一品种在生长过程中,总皂苷含量都会发生变化。已经从玉竹中分离鉴定了80多种单体甾体皂苷,分属于螺甾烷型、异螺甾烷型、呋甾烷型和胆甾烷型。玉竹皂苷具有抗氧化、调节免疫、抗肿瘤、抑菌抗病毒等活性。目前对玉竹甾体皂苷的研究主要集中于分离纯化和结构表征方面,对其消化吸收动力学、开发利用等方面的研究较少。在玉竹甾体皂苷的命名方面,还存在体系不一等问题,出现polygoside、polygodoside、polygodoraside、polygonatumoside等多个表示“玉竹皂苷”的单词,甚至用funkioside B表示了两种结构不同的物质[11,17]。今后应更加关注玉竹中主要甾体皂苷的生物利用、生物转化修饰、加工过程中的稳定性及深加工产品开发等问题,推动玉竹在大健康产业中的开发利用和玉竹产业的发展。