新疆蒼耳屬入侵種相關化學成分與生物活性研究

潘樂,何源,雷冬玉,金鹿

(1.新疆農業大學化學工程學院，新疆 烏魯木齊 830052；2.新疆醫科大學基礎醫學院，新疆 烏魯木齊 830011)

蒼耳屬(XanthiumL.)植物為菊科一年生草本植物，其干燥成熟帶總苞的果實——蒼耳子，新疆維吾爾語稱其為補都西哈克歐如合，是維醫藥的重要組成部分，主要用于白斑病、過敏性鼻炎、風濕病、癲癇等疾病的治療[1-2]。全球蒼耳屬植物約25 種，我國主要分布 5 種和2個變種[3]。 新疆分布的主要有蒼耳(XanthiumsibiricumPart)及3個入侵種：刺蒼耳(XanthiumspinosumLinn)、意大利蒼耳 (XanthiumitalicumMoretti) 和蒙古蒼耳 (XanthiummongolicumKitag)。《中國藥典》收錄蒼耳 (X.sibiricum)作為藥用，在不同區域也有將蒼耳與蒙古蒼耳并用的情況，但未見有意大利蒼耳、刺蒼耳作為藥用的報道。以上3個入侵種生態適應性強、生物量大，已經成為新疆主要的農田雜草，嚴重威脅到了作物產量[4]。但是，目前對其化學成分的挖掘和應用價值的研究還很欠缺。刺蒼耳、意大利蒼耳和蒙古蒼耳是蒼耳屬重要的種類，不僅在新疆廣泛分布，在我國乃至全球也分布廣泛，針對其化學成分的研究也比較深入。因而，通過借鑒國內外其他地域同種蒼耳的相關研究，對其化學成分與生物活性進行分析，可為新疆產3種蒼耳屬植物的深入研究與植物資源利用提供有益參考。

1 蒼耳化學成分研究進展

近年來，關于刺蒼耳、意大利蒼耳和蒙古蒼耳化學成分的研究相對深入，目前已從中分離得到揮發油類、倍半萜內酯類、甾體類、水溶性苷類、酚酸類以及其他類等六大類百余種化合物[5-6]。

1.1 揮發油類 蒼耳屬果實及全草中富含多種揮發油成分，是該屬植物化感作用的主要物質類型。果實中揮發油主要化學成分為脂肪烴、脂肪醇、不飽和烴和醛酮類等。葉中揮發油成分主要有萜烯類、高級脂肪酸、脂肪醇類等[7]。邰鳳姣等[8]分析了新疆意大利蒼耳不同部位的揮發油成分，發現主要成分有α-側柏烯、檸檬烯、月桂酸、γ-欖香烯、高級脂肪烴類等。張和平等[9]采用GC/MS對蒙古蒼耳(X.mongolicum)揮發油成分進行分析，從中發現十一烷、β-瑟林烯、甲基苯酚甲酯、2-氯正己烷、萜烯醇及紫羅蘭酮等主要成分。總體而言，蒼耳屬植物揮發油種類相近，但具體成分和含量存在種間及地域間的顯著差異。研究發現，該屬植物揮發油均具有顯著的抑菌作用，這與其在自然界中的化感作用有關。

1.2 倍半萜內酯類 倍半萜類是菊科植物重要的次生代謝物類型，蒼耳屬是倍半萜內酯類重要的植物來源。蒼耳亭、蒼耳皂素等愈創木烷型和裂愈創木烷型結構是蒼耳中倍半萜內酯的特征結構，與蒼耳廣泛的生物活性密切相關。該類化合物的主要特征結構為七元環并五元內酯環，并在C4和C5位有取代[10]。從生源途徑上來講，該類物質可由愈創木烷經C4/C5開環形成。自20世紀50年代分離首次分離得到蒼耳亭以來，現已從全球20余種蒼耳屬植物中已經分離得到蒼耳亭(xanthnon)、蒼耳皂素(xanthinosin)、蒼耳醇(xanthanol)及其二聚物等倍半萜內酯類化合物近百個[11]。目前，已從以上3個入侵種中分離得到蒼耳亭等多種倍半萜內酯類化合物，主要有：蒼耳亭(1)、蒼耳皂素(2)、蒼耳醇(3)、xanthnonl (4)、isoxanthnonl (5)、xanthanolacetate (6)、dihydroxanthumin (7)、dihydroxanthalongin (8)、ivambrin(9)、apachin (10)等(見圖1)。此外，部分倍半萜二聚體pungiolide A(11)、pungiolide B(12)、pungiolide C(13)、pungiolide O(14)等也逐漸被發現 (見圖1)[10]。

圖1 蒼耳中倍半萜內酯類化合物主要結構類型

1.3 水溶性苷類 蒼耳屬植物富含水溶性苷類物質，現已從中分離得到胡蘿卜苷、黃酮苷、蒼術苷等多種糖苷類化合物，其中羧基蒼術苷和蒼術苷在藥用蒼耳中且含量豐富，具有很強的肝腎和心臟毒性。近年來，因蒼耳子引發中毒死亡的事件時有發生，與其使用不當或長期使用出現蒼術苷引發的腎臟、心臟及肝臟損傷等有關。研究發現，蒼術苷在蒼耳屬植物中分布廣泛，田間地頭牲畜誤食導致的中毒事件也時有發生。Piacente等[2]從刺蒼耳地上部分離得到5個羧基蒼術苷類似物。王素賢等[13]對蒙古蒼耳種仁脫脂后進行水提，得到蒼術苷，但關于意大利蒼耳的報道相對較少。目前已經報道的蒼術苷類化合物主要有：羧基蒼術苷(15)、羧基蒼術苷鉀鹽(16)、羧基蒼術苷水解物(17)、蒼術苷(18)、蒼術苷鉀鹽(19)(見圖2)[12]。實驗表明，蒼耳子在炒制加工后羧基蒼術苷、蒼術苷含量會顯著降低甚至消失，毒性消失。

圖2 蒼耳中蒼術苷類化合物

1.4 酚酸類 酚酸類物質廣泛存在于各種植物中，蒼耳屬中的酚酸類化合物種類復雜多樣，除咖啡酸(20)、阿魏酸(21)、原兒茶酸(22)等酚酸類成分外，富含單咖啡酰奎尼酸和雙咖啡酰奎尼酸類化合物，目前已經從中分離到3-O-咖啡酰奎尼(綠原酸，23)、5-O-咖啡酰奎尼酸(24)、1,5-二咖啡酰奎尼酸(25)、1,4-O-二咖啡酰奎尼酸(26)、4,5-O-二咖啡酰奎尼酸(27)、1,3,5-O-三咖啡酰奎尼酸(28)等多種羥基肉桂酸類成分(見圖3)，且現已證明以上成分與蒼耳屬抗炎鎮痛的活性密切相關[14]。蒼耳屬果實中綠原酸含量種間差異較大，賈鑫等[15]采用HPLC對蒼耳子與刺蒼耳子進行測定，發現蒼耳子中綠原酸含量約為刺蒼耳子的4.8倍。明乾良等[16]研究發現蒼耳中綠原酸含量普遍高于蒙古蒼耳。此外，產地、采收時間、炮制時間和溫度等因素對蒼耳子中酚酸含量有著明顯的影響。

圖3 咖啡酰奎尼酸類化合物主要結構

1.5 甾體類 蒼耳屬植物全草富含甾體及其苷類物質，該類物質參與植物的組織構成和生物功能調節。目前已經從該屬多個種中分離得到羽扇豆醇十六酸酯(29)、豆甾醇(30)、β-谷甾醇(31)、白樺酯酸(32)、白樺酯醇(33)、麥角甾醇(34)等甾體及其苷類化合物，種間的化學成分差異相對較小(見圖4)[11]。

圖4 甾體類化合物主要結構

1.6 其他類 目前從蒼耳屬中還分離得到槲皮素(35)和水飛薊素(36)等黃酮類、大黃素(37)和大黃酚(38)等蒽醌類、東莨菪內酯(39)等香豆素類以及木質素類等多種化學成分(見圖5)。此外，趙巖等[17]運用RP-HPLC分析了意大利蒼耳子和蒼耳子中的20種氨基酸，分析發現前者的氨基酸質量分數要高于后者。

2 蒼耳生物活性研究

2.1 抗腫瘤活性 關于蒼耳屬植物的抗腫瘤活性報道較多，初期主要集中于藥用蒼耳，但后期研究發現刺蒼耳、意大利蒼耳和蒙古蒼耳等粗提物及其倍半萜內酯類成分對小鼠淋巴細胞P- 388、人肝癌細胞HepG2、白血病細胞L-1210及人支氣管表皮樣瘤NSCL-N6 細胞等有顯著的抑制和誘導凋亡的作用，蒼耳亭等化合物的IC50值可低至幾個μmol·L-1。通過進一步的機制研究發現，蒼耳亭等倍半萜內酯類可殺死腫瘤細胞周圍血管從而降低微血管密度[18]。由此可見，新疆分布的蒼耳屬3個入侵種可以作為重要植物資源用于活性天然先導物的發現與藥物開發。

圖5 蒼耳屬種其他類化合物

2.2 抗微生物活性 研究發現，蒼耳提取液及其活性成分對金黃色葡萄球菌、鏈球菌和白喉桿菌等多種致病細菌均有較強的抑制作用[19]。另外，張帆等[20]研究發現蒼耳提取物對菌番茄灰霉、辣椒絲核、黃瓜黑星等植物病菌具有較強的抑制作用。邰鳳姣等[21]研究了新疆意大利蒼耳對根際微生物的化感作用，發現其提取物對真菌和放線菌的生長存在顯著抑制作用，以上研究成果在新農藥研發中具有重要應用前景。

2.3 抗炎鎮痛的作用 抗炎鎮痛作用是蒼耳重要功效之一，現已證明該藥理活性與其富含綠原酸等咖啡酰奎尼酸類化合物有關。Wang等[22]研究發現蒼耳子中咖啡酰噻嗪雙酮苷可以顯著降低小鼠血清中炎癥因子——腫瘤壞死因子α (TNF-α) 和白細胞介素6 (IL-6) 水平，從而發揮抗炎作用。韓婷等[23]采用小鼠耳腫脹模型實驗和醋酸扭體實驗發現咖啡酰蒼耳子噻嗪雙酮苷、1,5-二咖啡酰奎尼酸和綠原酸具有很強的抗炎鎮痛活性。付小梅等[24]通過比較蒙古蒼耳子和蒼耳子的抗炎鎮痛作用發現二者的抗炎鎮痛作用無顯著差異性。刺蒼耳及意大利蒼耳也富含綠原酸類化合物，因而可以判斷新疆蒼耳屬3個入侵種可在抗炎鎮痛方面發揮重要作用，當然，關于刺蒼耳和意大利蒼耳的抗炎鎮痛活性仍需進一步驗證。

2.4 蒼耳在農業領域生物活性 邵華等[25]從新疆地區意大利蒼耳葉和果實提取物中分離得到蒼耳亭，發現在濃度為10 μg·mL-1時，該化合物可顯著抑制單雙子葉雜草毒萵苣、早熟禾、駱駝蓬和反枝莧常見雜草幼苗的生長。孟學英等[26]研究發現：蒼耳亭對二斑葉螨、黏蟲等具有顯著的觸殺活性。因而，借鑒入侵蒼耳屬的化感作用，以其次生代謝物為源頭開展綠色農藥的開發是一個可能的途徑。

3 結論

刺蒼耳、蒙古蒼耳及意大利蒼耳是新疆分布的蒼耳屬3個主要入侵種，由于其在新疆大肆蔓延，生物量大，尤其當與油葵等作物伴生時，難以有效去除，對農業生產造成危害。通過對以上3種蒼耳的化學成分及其活性進行梳理發現，刺蒼耳、蒙古蒼耳及意大利蒼耳等與藥用蒼耳在化學成分與藥理活性方面均有很大的相似性。本研究為3個入侵種的植物資源的高值化利用提供了重要參考，同時為蒼耳屬植物的化學成分及其作用機理的深入研究和進一步開發具有重要意義。