杜仲松脂醇二葡萄糖苷的體內合成、分布、積累與提取純化研究進展

劉 倩，肖深根，陳陽峰，譚潔瑩，李師陽

（湖南農業大學園藝園林學院，長沙410128）

杜仲松脂醇二葡萄糖苷的體內合成、分布、積累與提取純化研究進展

劉 倩，肖深根*，陳陽峰，譚潔瑩，李師陽

（湖南農業大學園藝園林學院，長沙410128）

綜述了松脂醇二葡萄糖苷合成、分布、積累以及提取純化等方面的研究進展，以期為提高杜仲原藥用部位松脂醇二葡萄糖苷含量及擴大藥源提供參考，達到杜仲資源高效、全面、綜合利用的目的。

杜仲；松脂醇二葡萄糖苷；合成；分布；積累；提取純化

杜仲（Eucommia ulmoides Oliv.）是我國特有的一種孑遺經濟落葉喬木，含豐富天然活性物質，這些物質廣泛分布在杜仲各個器官中。松脂醇二葡萄糖苷［（+）-1-pinoresinol 4，4′-di-O-β-D-glucopyranoside］是杜仲中一類以一些初生代謝產物為“原料”，經一系列酶催化而形成的杜仲非生長所必需的小分子有機化合物，對杜仲在復雜環境中生存、適應和發展起著重要作用。

松脂醇二葡萄糖苷（Pinoresinol Diglucoside，PDG）屬雙環氧木脂素類，由2個四氫呋喃型木脂素（tetrahydrofuran）中脂肪烴鏈上的羥基縮合以順式相駢而形成［1］。結構中含4個手性碳，屬順式結構，遇酸后易發生異構化，從而改變其旋光活性。PDG分子式為C32H42O16，分子量682.66628，熔點為225～227℃；PDG含糖基，因而易溶于水，易溶于甲醇、乙醇等有機溶劑，在丙酮或三氯甲烷中溶解，不溶于氯仿、乙醚及石油醚；呈白色或類白色粉末或結晶性粉末，無臭［2］。PDG的分子結構式如圖1。

圖1 PDG結構式圖［3］

《中國藥典》2015年版中將PDG含量作為杜仲藥材質量控制指標，其作為杜仲皮的關鍵功能成分，能調節骨代謝、減輕腦缺血—再灌注損傷等［4，5］，而最受關注的在于它是杜仲中發揮降壓作用的主要藥效成分，具有雙向調節血壓這一特殊功效。目前研究發現其存在3種可能的降壓機制，認為主要是通過誘導血管內皮產生舒血管物質，從而發揮舒張血管作用來實現降壓［6］。生產上，PDG主要從多年生長的杜仲干皮中獲得。盡管后期發展起來的杜仲環剝皮再生技術一定程度上實現了杜仲資源的可持續利用，但也需4～5年的生長周期才能進行二次剝皮。由于原材料的限制，提取所得的PDG遠不能滿足醫藥事業迅速發展的需求。筆者綜述了杜仲PDG體內生物合成、分布、積累及提取純化幾個方面的研究成果，以期為擴大杜仲藥用部位選擇范圍及提高原藥用部位PDG含量提供參考，達到杜仲資源高效、全面、綜合利用的目的。

1 杜仲PDG體內生物合成途徑

當前的研究成果已基本建立起PDG體內生物合成的結構，大致分為3個階段：1）杜仲中葡萄糖類物質轉化形成苯丙氨酸，再經苯丙烷途徑合成一種活性木脂素的前體物質—松伯醇（coniferyl alco-hol）［7］。2）2分子松柏醇單體經松脂醇合酶催化，通過嚴格的立體特異性選擇聚合生成1分子松脂醇（pinoresinol）［8］。該反應是木脂素生物合成的限速步驟，促使木脂素單體代謝流趨向木脂素的生源合成方向，由此進入木脂素代謝途徑，但反應涉及的酶體系還未完全鑒定出來［9］。3）松脂醇在酶的作用下發生特定的糖基化修飾生成PDG，在植物細胞和組織中積累貯存［10］。但其糖基化途徑相關代謝酶類并不清楚，需要再進一步探索。

2 杜仲PDG體內分布

PDG是杜仲在適應環境過程中與環境應力（生物的和非生物的）相互作用的結果，存在生育期差異和部位差異，本身及前體合成呈區域化分布［11］。杜仲不同部位、不同采收期各成分分布有明顯差異，就PDG而言，各部位分布并不均勻。王麗楠等［12，13］測定出杜仲不同部位PDG含量：內皮＞栓皮＞枝＞葉，另于4月至9月6個時間點分別對杜仲干皮、枝、葉PDG含量進行考察，發現干皮中PDG含量在5、6月較高，葉中4月較高。楊林軍等［14］采用RPHPLC法也測得杜仲干皮中PDG含量大于枝皮，與前人研究結果相符，為傳統上以干皮入藥提供了科學依據。由于PDG形成及儲藏位點都嚴格地限制在杜仲一定的發育期或特殊器官中［11］，但目前所涉及到的研究部位還不夠全面，可以考慮實行對杜仲更多部位一整年不同生育期PDG含量的動態監測，以更好地探索PDG分布規律。

3 杜仲PDG積累

PDG是杜仲中一種特殊植保素，其積累與杜仲遺傳基因、發育程度等有關，環境刺激也能通過影響杜仲體內生物合成基因表達而控制PDG積累。目前闡述環境條件誘導次生代謝產物積累機制假說有多種，存在較多爭議，較為被接受的幾種假說之間也有部分觀點存在差異，甚至彼此矛盾，但普遍認為一定程度的環境脅迫有利于植株體內次生代謝產物量的積累和釋放［15］。馮鎖民等［16］報道了杜仲首次環剝皮的再生皮中PDG含量略高于原生皮，推測是受傷刺激加快了再生皮的生長速度，杜仲以PDG含量和分布部位變化產生生理補償效應。

也有研究證實，不利于杜仲初生代謝的脅迫生態環境利于次生代謝產物的積累，其機制可能是由于脅迫刺激誘導體內某些酶的表達，增加了代謝過程中前體物質消耗，從而促進次生代謝產物的積累［17］。因此，可以考慮人為地對杜仲生長環境創造脅迫條件，營造具有一定環境壓力的次適宜生態環境，在保證杜仲能正常生長的前提下，使PDG盡可能多積累，或者更確切地向某些部位積累。吳茜等［18］發現經裸根莖和露曬根脅迫處理后的杜仲，處理部位皮中PDG含量都有一定程度提高，雖仍未達入藥標準，但由此說明通過干預措施可使各部位PDG積累情況發生改變，也為未來研究指明了改進方向。在此基礎上，可以篩選并優化促進積累的脅迫處理條件，延長處理時間，考察PDG與前體物質平衡關系等，力求在提高杜仲干皮部位PDG含量的同時，使更多其它部位也能達到藥用標準。

4 PDG提取方法

4.1 常規溶劑提取法

PDG是一種極性較強的水溶性成分，溶劑提取法經濟簡單，能利用PDG易溶于甲醇、乙醇等極性溶劑的特性，將其從植物中提取出來，產品得率高。陳曉青等［19］用60%乙醇水溶液提取PDG，所得提取率為90.21%。但此法提取時間較長，且對提取溫度也有一定要求。

4.2 超聲波輔助提取

超聲波的空化、振動等效應能有效地破壞杜仲膠，擊碎細胞壁，增強PDG在溶劑中的釋放速率，同時在提取過程中溫度升高不明顯，可抑制揮發，從而最大限度地提取PDG。潘亞磊等［20］采用二水平實驗及正交實驗對PDG提取工藝進行優化，超聲波輔助技術的加入縮短了傳統提取工藝所需時間。鄧伶等［21］采用60%甲醇作為提取溶劑，在頻率40 kHz的超聲提取器中于60℃下提取20 min。此方法過程簡單，耗時短，且能達到比常規提取方法更理想的效果。

4.3 微生物發酵

劉超等［22］在前人研究的基礎上從杜仲中篩選出PDG高產菌株擬莖點霉屬（Phomopsis sp.）菌株XP-8，利用其具備的多種生物轉化能力，使發酵轉化在較溫和的條件下進行，最大限度保護PDG成分免遭破壞，增強藥理作用，但產物得率還較低。其相關研究尚在繼續深入，試圖通過代謝調控來增加PDG得率［23］。

5 PDG純化方法

5.1 溶劑萃取法

杜仲中所含的杜仲膠極性較低，而PDG有一定極性，可采用溶劑萃取法進行兩相萃取，除去大量雜質和固體物質，在短時間實現分相［24］。王月茹等［25］認為采用氯仿對杜仲提取液萃取3次，能夠有效地去除提取液中脂溶性雜質的干擾。溶劑萃取法可進行連續操作，富集比高、產量高、成本低，適合于大規模工業化生產。

5.2 大孔樹脂柱吸附法

大孔吸附樹脂是一種親脂性固體吸附劑，不含交換基因，適合于分離提純水溶性化合物，其多孔性的高分子吸附劑能對混合物中待分離物質進行吸附、解析和篩選，從而達到分離和富集的目的。彭密軍等［26］通過使用大孔吸附樹脂-C18反相硅膠柱層析—正相硅膠柱層析聯用技術，很大程度上提高了杜仲PDG的純度。但該方法較為耗時，且樹脂材料的清洗也存在難度。

6 結語

關于杜仲PDG的前期研究主要集中于提取純化、藥理作用等方面。用以提取、純化PDG的技術方法除了一些相對成熟且常用方法外，還包括許多新興技術，而各種方法既有優點，又存在局限性。因而在選擇方法的過程中，需要從研究設備條件、生產成本等多方面來綜合優選最適工藝，同時也可以采用多種技術聯用的方式，以提高PDG的提取純化率，增加原料的利用率。

當前對杜仲PDG體內生物合成與代謝途徑的認識仍不完整，關于其合成、積累機制與調控靶點也還處于探索當中。隨著鬼臼類結構木脂素生物合成途徑的逐步解析［27］，人們對PDG生物合成途徑的了解也將更深入。未來的研究工作應全面認識杜仲PDG的代謝網絡，一方面，掌握PDG合成和積累變化以及分布變化的機制和規律，明確與前體物質的平衡關系，找準調控靶點，以獲取大量的PDG合成與積累；另一方面，通過分析PDG積累機制，采用簡單可行且易于推廣的輔助措施來提升杜仲其它部位PDG含量，以擴大藥源，充分發揮杜仲資源的利用潛力。

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2017-04-11

劉 倩（1991-），女，碩士研究生，Email：393244971＠qq.com。*通信作者：肖深根，博士，教授，Email：2395265030＠qq.com。