藥用植物蛇足石杉的化學成分與藥理活性研究進展

袁帶秀,恩特馬克·布拉提白

(1.吉首大學醫學院,湖南吉首 416000;2.吉首大學生物資源與環境科學學院,湖南吉首 416000)

蛇足石杉〔Huperzia serrata(Thunb.)Trev.〕,為蕨類植物,屬石杉科 (Huperiaceae)石杉屬 (Huperzia Bernh.),別名千層塔、金不換、虱子草等,是一種多年生小型草本植物,土生、附生或生于苔蘚層中,多生于密林下或溝谷石上,喜陰涼潮濕環境[1]。分布于我國各地,也廣布于亞洲其他地區、大洋洲、以及中美洲的古巴、墨西哥等地[2]。民間用其全草治療跌打損傷、毒蛇咬傷、淤血腫痛和精神分裂等疾病。其所含的生物堿石杉堿甲 (Hup A)是一種倍半萜生物堿,為高效、高選擇性、可逆性的乙酰膽堿酯酶(AChE)抑制劑[3],具有提高學習記憶力和改善老年人記憶功能的效果,對治療重癥肌無力和早期老年性癡呆有顯著療效[4]。石杉堿甲制劑 (哈伯因),現已應用于臨床,用于治療老年人記憶減退和早期老年性癡呆癥[5]。近年研究還證明 Hup A有神經保護和預防化學武器的潛力,引起世界各國藥學工作者的廣泛關注和研究[3]。由于蛇足石杉所具有的顯著醫療作用和潛在的市場效益,因此其野生種群被大量人為采掘和破壞,導致該物種野生資源迅速減少,有些分布地區幾近滅絕。目前世界各國同行從其生理、生物學特性、生態等不同角度對蛇足石杉這一重要藥用植物資源進行了大量的卓有成效的研究。本文對蛇足石杉在化學成分、藥理學活性以及臨床應用等方面近年的研究成果進行了綜述,這將為這一珍貴藥用植物資源的保護和可持續利用提供科學依據和參考。

1 化學成分研究

蛇足石杉植物體中含有的主要化學成分是三萜和生物堿類化合物。三萜類成分有千層塔尼醇、16氧千層塔三醇、千層塔萜二醇、21氧千層塔萜烯三醇和千層塔三醇等。生物堿成分有千層塔寧堿、石松寧堿和 Hup-A等。

早在 1881年,人們已經開始了對蛇足石杉生物堿的研究,但直到 1940年這方面的工作才得到廣泛的開展。1950年末到 1960年初已陸續研究清楚這些生物堿的結構。20世紀 80年代,我國學者從蛇足石杉中分離出一種生物堿[6],又名福定堿。化學名為 (5R,9R,llE)-5-氨基 -11-亞乙基 -5,6,9,10-四氫 -7-甲基 -5,9-亞甲基環芳辛并 (b)吡啶 -2(1H)酮,商品名為雙益平、哈伯因。研究發現,它具有強效、高選擇性的抗乙酰膽堿酯酶活性,引起人們廣泛關注。這一發現極大地推動了蛇足石杉生物堿的研究[6]。袁珊琴等[7-13]在 1988年到2004年的 10多年中先后在蛇足石杉生物堿中發現了石杉堿乙、N-甲基石杉堿乙、蛇足石杉堿、8-deoxyserratinine、lycodine、phlegmariurine B、去 -N-甲基 -β -obscurine、lycopodine、lycodoline、6-α -羥基 -lycopodine、6-β-羥基石杉堿甲、馬尾杉堿 N、蛇足石杉堿乙、馬尾杉堿M、異福定堿、石杉堿丙生物堿。王保德等[14]從蛇足石杉中分離得到一個新生物堿,為一個有內氫鍵烯醇型新的 lycopodine類生物堿,命名為石杉堿 O(huperzinine O)。之后又有學者從蛇足石杉中分離出了 Huperzine V[15],12-epilycodoline N -oxide[16],7-hydroxylycopodine[16],4,6alpha- dihydroxylycopodine[16]。Wang等[17]從蛇足石杉中分離出了 3種新型生物堿類化合物 2-chlorohuperzine E,huperzines E′和 F′。魯翠濤等[18]對蛇足石杉莖葉中黃酮類物質進行了研究,初步確定其中的黃酮類物質主要為黃酮類和黃酮醇類。楊亞濱等[19]從該植物中分離鑒定了一個黃酮苷,即為,5’-dihydroxy-2’,4’–dimethoxy-flavone-7-O-β-D-(6"-O-Z-p-coumaroyl)-glu-copyranoside。最近,蔣金和等[20]對云南屏邊的蛇足石杉化學成分進行了研究,共分離鑒定了 11個化合物,包括 6個生物堿、3個三萜和 2個甾體。波譜分析確定它們的結構分別為石杉堿甲,石杉堿乙,石杉堿庚,馬尾杉堿乙,8β-羥基馬尾杉堿乙,lycoposerramine D,serratenediol,21-episerratene-diol,serratenediol-3-acetate,β-谷甾醇和胡蘿卜甙。

2 藥理作用研究

2.1 抗膽堿酯酶作用

石杉堿甲是一種高選擇性的乙酰膽堿酯酶抑制藥,能進入中樞而發揮作用,可明顯促進神經肌肉接頭處的膽堿能傳遞,對乙酰膽堿酯酶的抑制作用為毒扁豆堿的 3倍、加蘭他敏的 30倍[21]。

2.2 抗氧自由基

以 D-半乳糖 50 mg/(kg·d)劑量皮下注射大鼠 6周后,按石杉堿甲 0.1、0.2 mg/(kg·d)劑量分別給予 2周后檢測血清和腦組織中超氧化物歧化酶(SOD)活力和丙二醛 (MDA)含量。結果表明,石杉堿甲能顯著提高大鼠血清和腦組織中 SOD的活力,同時降低MDA的含量,從而加快氧自由基的清除。減少自由基損傷是石杉堿甲抗 AD的作用機制之一[22]。

2.3 對肌肉的作用

Hup-A有加強肌肉收縮作用,在 Hup A催醒、抗肌松作用的實驗得到相似的結果,提示可用于治療重癥肌無力和拮抗非去極化肌松藥過量[23]。

2.4 神經保護作用

Hup-A除了顯著的膽堿酯酶抑制作用外還有廣泛的神經保護作用。其保護作用亦對AD治療和對抗神經毒性物質的損害起到重要作用[24]。

2.5 增強學習、記憶作用

Hup-A對學習、記憶鞏固、記憶再現效應均有增強作用。iv Hup-A 0.1 mg/kg明顯增強成年及老年大鼠學習效應[25]。成年大鼠分別 ip Hup-A 36、60、100及 167μg/kg 4個劑量 ,均明顯促進記憶再現。ip Hup-A 75～120μg/kg劑量,可翻轉小鼠經環己酰亞胺、東莨菪堿、亞硝酸鈉、電休克或缺氧造成的記憶受損[25,26]。

2.6 改善空間記憶障礙

單側損毀基底核大細胞部導致空間記憶障礙,損毀側大腦皮層膽堿乙酰轉移酶含量下降約 40%,200μg/kg試驗前 30 min iv Hup-A改善了這種空間記憶障礙[27]。

2.7 鎮痛作用

用熱板法 (熱刺激)和腹部收縮 (化學刺激)法證實了 Hup-A能夠對大鼠產生劑量依賴性提高疼痛閾的作用,說明了 Hup-A具有一定的鎮痛效果[28]。

3 臨床應用

3.1 治療阿爾海默茨病

AD又稱原發性老年癡呆 (Senile dementia),是發生在早老及老年期不可逆轉的、漸進性的、精神行為異常的老年人神經系統變性疾病,以嚴重的高級認知功能和記憶功能障礙為臨床特征,以老年斑、神經纖維纏結和神經元丟失為主要病理特征,發病晚期可危及患者生命。據報道,65～74歲的老年人中約 3%患有 AD,75～84歲的人群中患病率為 19%,而 >85歲的老年人中 AD患者則高達 47%[29],已成為老年人的第四大死因[30]。隨著世界人口老齡化的進展,這一問題將更加突出。因此,預防和治療AD已成為世界各國關注的焦點。一項試驗表明,給予 AD患者哈伯因片口服治療 3個月,能顯著改善 AD患者的記憶、認知、日常生活能力,療效明顯好于腦復康組,有極顯著性差異 (P<0.01)[31]。

3.2 治療血管性癡呆 (Vascular Dementia,VD)

王瑞萍等[32]研究 36例確診為 VD的患者口服石杉堿甲 6個月,其記憶、認知和精神神經功能改善較為明顯,優于對照組,有顯著性差異 (P<0.05)。

3.3 治療記憶障礙,改善記憶功能

陳婕等[33]研究 46例記憶力障礙患者口服雙益平片 2個月,其記憶力及記憶商提高,總有效率達60.8%,療效顯著高于腦復康組 (P<0.05)。

3.4 治療小兒智力發育遲緩

廖建湘等[34]觀察發現 40例確診為語言發育遲緩的患兒口服石杉堿甲片 3個月以上,總有效率達67.57%,表明石杉堿甲對小兒語言發育遲緩有一定療效。林立等[35]觀察發現 20例精神發育遲緩患兒口服石杉堿甲 3個月,85%的學生智商有不同程度的提高。曲成毅等[36]發現 28例缺碘地區智力低下患兒口服石杉堿甲 3個月,與安慰劑組比較,其短期視覺記憶 (P<0.01)、擺方木 (P<0.05)、記數字 (P<0.05)、迷方 (P<0.05)等記憶、空間思維、結構推理等方面均有顯著提高,但對概念及抽象思維能力方面無顯著提高 (P>0.05)。

3.5 治療重癥肌無力

夏強等[37]觀察發現 32例重癥肌無力患者口服哈伯因片 30天,臨床完全緩解者顯著高于對照組(P<0.05),血清膽堿酯酶顯著低于治療前 (P<0.01)和對照組 (P<0.05)。

3.6 治療腦卒中后的尿失禁

楊曉陽等[38]觀察發現 38例腦卒中后尿失禁患者在常規治療基礎上加服石杉堿甲治療 1個月,患者尿失禁消失及每日排尿次數減少 50%以上者 27例,有效率達 71.1%,與對照組比較有顯著性差異。

4 展 望

蛇足石杉是一種重要的藥用植物,其中所含的石杉堿甲是一種高效膽堿酯酶抑制劑,對重癥肌無力癥的冶療有效率高達 99.2%,且還能提高腦內乙酰膽堿的含量,對治療阿爾茨海默病有一定的特殊療效。由于石杉堿甲在全草中含量甚微,結構復雜,人工合成十分困難。因此,無論是結構改造還是直接作為藥品,石杉堿甲的主要來源還是對少數石杉科植物的提取,且石杉堿甲的作用持續時間長,毒副作用少,因此受到世界各國同行的矚目。目前,藥品生產完全依賴野生資源,價格昂貴,長期采掘勢必破壞蛇足石杉天然資源的保存與可持續開發。因此,研究蛇足石杉中石杉堿甲資源的新來源顯得尤為重要。

[1] 魯翠濤,梅興國,鐘 凡.千層塔生物學特性的初步研究[J].中國野生植物資源,2002,21(4):33-35.

[2] 余紅英,孫遠明,楊躍生.蛇足石杉生物堿的研究[J].時珍國醫國藥,2002,13(3):176-178.

[3] 張 磊,萬謙宏,高文遠.石杉堿甲的研究進展[J].中草藥,2005,36(9):1422-1425.

[4] Yu H Y,Sun YM,Yang Y J.Advances in studies on Huperzia serrata[J].Chinese Traditional Herbal Drugs,2001,32(3):279-281.

[5] Ma L,Wu F.A Chinese traditional drug which can enhance the memory retention Huperzia serrata[J].Plant,2000,3:151.

[6] 浙江省藥用植物志編寫組.浙江藥用植物志[M].杭州:浙江科學技術出版社,1980.

[7] 袁珊琴,魏同泰.蛇足石杉生物堿成分的研究[J].藥學學報,1988,23(7):516-520.

[8] 袁珊琴,馮 銳,顧國明.蛇足石杉生物堿成分的研究 (Ⅱ)[J].中草藥,1994,25(9):453-454.

[9] 袁珊琴,馮 銳,顧國明.蛇足石杉生物堿成分的研究 (Ⅲ)[J].中草藥,1995,26(3):115-117.

[10] 袁雪琴,趙毅民.蛇足石杉生物堿成分的研究 (Ⅳ)[J].中草藥,2000,31(7):498-499.

[11] 袁雪琴,趙毅民,馮 銳.蛇足石杉生物堿成分的研究 (Ⅴ)[J].中草藥,2001,25(1):57-58.

[12] 袁雪琴,趙毅民.蛇足石杉生物堿成分的研究 (Ⅵ)[J].中草藥,2003,34(7):595-596.

[13] 袁珊琴,趙毅民,馮 銳.蛇足石杉堿丙的結構鑒定[J].藥學學報,2004,39(2):116-118.

[14] 王保德,滕寧寧,朱大元.石杉堿 O的結構鑒定 [J].有機化學,2000,20(5):812-814.

[15] Liu H Q,Tan C H,J iang SH,ZunD Y.Huperzine a new lycopodium alkaloid from Huperzia serrata[J].Chinese Chem Lett,2004,15(3):303.

[16] Tan C H,Zhu D Y.Lycopodine-type lycopodium alkaloids from Huperzia serrata[J].Helv Chim Acta,2004,87(8):1963.

[17] Wang H B,Tan C H,Tan J J,et al.Lycopodium alkaloids from Huperzia serrata[J].Helv Chim Acta,2007,90(1):153.

[18] 魯翠濤,梅興國,鐘 凡.千層塔植物莖葉中黃酮類物質的研究[J].天然產物研究與開發,2001,14(3):27-28.

[19] 楊亞濱,楊雪瓊,徐艷群,等.千層塔中的一個新黃酮苷 (英文)[J].中國天然藥物,2008,6(6):408-410.

[20] 蔣金和,劉 瑩,王利勤,等.蛇足石杉化學成分的研究[J].云南師范大學學報,2010,30(3):59-64.

[21] 余紅英,孫遠明,楊躍進.草藥蛇足石杉的研究進展[J].中草藥,2001,32(3):279.

[22] 周永其,鄧湘平,顧振綸.石杉堿甲對氧自由基的影響[J].中國野生植物資源,2004,23(2):44.

[23] 戴體俊,郭忠民,黃卉芳,等.石杉堿甲催醒、抗肌松作用的實驗研究[J].臨床麻醉學雜志,1992,8(5)247-249.

[24] 張 磊,萬謙宏,高文遠.石杉堿甲的研究進展[J].中草藥,2005,36(9):1423-1424.

[25] 陸維華,等.石杉堿甲改善老年大鼠及實驗性識別損害大鼠的明暗分辨行為[J].中國藥理學報,1988,9:11.

[26] 朱曉東.石杉堿甲和乙對小鼠記憶損害的改善作用[J].中國藥理學報,1988,9:492.

[27] 熊志奇.石杉堿甲基底核大細胞損毀所致工作記憶障礙的影響[J].中國藥理學報,1998,3(2):128.

[28] Nicoletta G,Carla G,Cesare M,et al.Antinociceptive profile of the natural cholinesterase inhibitor huperzine A[J].Drug Deve Res,2001,54:19-26.

[29] Heinr IM,Lee T.Galanthamine from snowdrop the development of a modern drug against Alzheimer’s disease from local caucasian knowledge[J].J Ethnopharmacol,2004,92(2-3):147-162.

[30] Sonkusare S K,Kaul C L,Ramarao P.Dementia of Alzheimer’s disease and other neurodegenerative disorders——memantine,a new hope[J].Pharm acol,2005,51(1):1-17.

[31] 王子文,張航向,任 平.哈伯因治療阿爾茨海默病的臨床對比研究[J].醫學信息,2000,13(8):462.

[32] 王瑞萍,趙政凱,胡黎立.石杉堿甲對血管性癡呆患者認知功能及生活能力的影響:36例 6個月隨訪[J].中國臨床康復,2004,8(19):3892.

[33] 陳 婕,朱文炳,汪 昕,等.石杉堿甲片劑 (雙益平)治療記憶障礙的臨床研究[J].中國臨床醫學,2000,7(1):63.

[34] 廖建湘,陳 黎,黃鐵栓,等.石杉堿甲治療小兒語言發育遲緩的初步觀察[J].兒科藥學雜志,2002,8(1):26.

[35] 林 立,陳 榕,陳學水,等.精神發育遲滯的綜合治療 (附 20例石杉堿甲片治療觀察)[J].海峽藥學,1999,11(增刊 2):31.

[36] 曲成毅,王惠梅,余 文,等.石杉堿甲治療缺碘地區智力低下試驗初步報告[J].山西醫藥雜志,1995,24(1):47.

[37] 夏 強,劉才群.石杉堿甲治療重癥肌無力臨床觀察[J].實用醫學雜志,2002,19(1):31.

[38] 楊曉陽,張宏穎.石杉堿甲治療腦卒中后尿失禁的療效觀察[J].實用神經疾病雜志,2004,7(5):77.