黃花棘豆化學成分及生物活性研究進展

周康盛,田 雯,張 振,譚承建 *

1貴州民族大學化學工程學院/民族醫藥學院，貴陽 550025；2貴州理工學院食品藥品制造工程學院，貴陽 550003

黃花棘豆(OxytropisochrocephalaBunge)俗名“馬絆腸”、“團巴草”，為豆科蝶形花亞科棘豆屬多年生草本植物，廣泛分布我國新疆、青海、甘肅、西藏、四川、寧夏等西部省區，生于海拔1900～5100 m的平原草地、林間空地、山坡草地、陰坡草甸及高山草甸、沼澤地[1]。人們對黃花棘豆的認知源于放牧動物的中毒，中毒情況常發生在牧草缺乏的地方或季節，牲畜被迫采食黃花棘豆而發生中毒，給當地畜牧業造成嚴重經濟損失[2]。近年來，由于過度放牧、荒漠化和干旱等因素，使得該植物在青海、寧夏、甘肅和西藏等省迅速蔓延，甚至成為當地優勢植物，當地植物多樣性受到挑戰。然而，黃花棘豆的抗旱能力和抗寒能力卻較強，繁殖速度快，對原本脆弱的生態系統又具有一定積極意義[3]。為了探討其毒性成分、化學成分，植物化學研究工作者從中得到生物堿、黃酮類、三萜類和其他類化合物近300個，研究表明相關化合物具有抗腫瘤、抗乙型肝炎病毒、殺蟲、抑菌、抗缺氧等生物活性，具有一定的應用開發潛力。為全面綜合了解其化學成分和生物活性，以期為后續的研究和利用提供參考依據，特做以下綜述。

1 黃花棘豆化學成分

研究報道黃花棘豆中化學成分主要有生物堿類、黃酮類、三萜皂苷類等類型。

1.1 生物堿類

黃花棘豆生物堿中主要包括1個吲哚里西啶類生物堿(1)和20個喹諾里西啶類生物堿(2～21)。

1.1.1 吲哚里西啶類生物堿

Cao等[4]從寧夏海原縣采集的黃花棘豆中分離鑒定出吲哚里西啶類生物堿—苦馬豆素(swainsonine，1)，并測定其含量為0.012%，這是國內外首次將苦馬豆素從該植物中分離鑒定出來。Wang[5]、Zhao[6]也相繼從黃花棘豆中分離鑒定出該化合物。研究證明，7月采集黃花棘豆中苦馬豆素含量最高，其含量為0.035%[7]，果實中苦馬豆素含量最高(107.787 mg/kg)[8]，不同地區黃花棘豆中苦馬豆素含量也有所差異[9,10]。此外，黃花棘豆植物組織內生真菌中也可產生苦馬豆素，張蕾蕾、馬蘭波等[11,12]分別利用氣相色譜/質譜聯用、氣相色譜從黃花棘豆植物組織Undifilium屬內生真菌中檢測出了苦馬豆素。見圖1。

圖1 黃花棘豆中吲哚里西啶類生物堿Fig.1 Indolizidine alkaloids from O.ochrocephala Bunge

1.1.2 喹諾里西啶類生物堿

喹諾里西啶類生物堿是兩個哌啶環共用一個氮原子的稠環衍生物[13]。目前，從黃花棘豆提取物中分離出20個喹諾里西啶類生物堿(2～21)，主要包括9個金雀花堿型(2～10)和11個苦參堿型(11～21)。見圖2，表1。

Dong等[14]從寧夏大羅山采集盛花期的黃花棘豆，從黃花棘豆干燥全草75%乙醇提取物中鑒定出4個金雀花堿型的喹諾里西啶類生物堿(2～5)；Meng等[15,16]于寧夏海原縣采集黃花棘豆莖葉，從其80%乙醇提取物中分離鑒定出4個喹諾里西啶類生物堿(2、3、6、7)；Tan等[17-19]于青海省湟中縣采集黃花棘豆全草，從其95%乙醇提取物中分離鑒定出11個喹諾里西啶類生物堿(4、11～20)，通過波譜數據和X-單晶衍射確定了其化學結構，其中(+)-(14β)-14-ethylmatridin-15-one(19)在C-14位上連接一個乙烷基，而ochrocephalamine A(20)是一個新穎的二聚體結構，由苦參堿和槐胺堿通過C-14—C-13′連接而成；Zhao等[20]從黃花棘豆總生物堿中得到一個新穎的喹諾里西啶類生物堿(+)-13β-butoxymatrine(18)。繼續的生物堿成分研究中，Tan等[21]從黃花棘豆95%乙醇提取物中分離得到三個結構新穎的喹諾里西啶類生物堿ochrocephalamines B-D(8～10)。

圖2 黃花棘豆中喹諾里西啶類生物堿化學成分Fig.2 Quinolinisidine alkaloids from O.ochrocephala Bunge

表1 黃花棘豆中喹諾里西啶類生物堿化學成分

1.2 黃酮類

黃酮類化合物廣泛存在于棘豆屬植物中。目前，從黃花棘豆提取物中共發現34個黃酮類化合物，其中包括26個黃酮類成分(22～47)、4個異黃酮類成分(48～51)、1個查爾酮類成分(52)，3個紫檀烷類成分(53～55)。見圖3、表2。

Cheng等[22]將黃花棘豆地上部分干燥粉碎后，經70%的乙醇提取，石油醚脫脂、脫葉綠素后再經乙醚提取、乙酸乙酯提取后鑒定得到4個黃酮類化合物(22～24和42)；Li等[23]采集青海省平安縣黃花棘豆，從其二氯甲烷萃取物中分離得到2個黃酮類化合物(25和26)；同年，Li等[24]人從甘肅省天祝縣采集黃花棘豆種子，粉碎后進行酸化，取上清液部分堿化后通過半制備HPLC分離得到1個黃酮類化合物(27)，酸化后的殘渣再用95%乙醇回流提取，醇提物再酸化，酸液用二氯甲烷提取，所得水溶性部分通過μ-Bondapak C18色譜柱以及半制備HPLC分離純化得到4個黃酮類化合物(28～30)；Zhang等[25]利用HPLC-MS檢測，發現黃花棘豆中含15個黃酮類化合物(31～41和43～46)、1個異黃酮類化合物(48)、2個查爾酮類(53和54)；Li等[26]將從青海省采集的黃花棘豆進行乙醇回流提取，從其乙酸乙酯萃取物中分離得到2個黃酮類化合物(22和47)、3個異黃酮化合物(49～51)、一個查爾酮化合物(52)；Yang等[27,28]采集甘肅天祝縣黃花棘豆，將其全株乙醇回流提取，再萃取，從合并得二氯甲烷萃取相和乙酸乙酯萃取相中分離得3個紫檀烷類化合物(55～57)。

圖3 黃花棘豆中黃酮類化學成分Fig.3 Flavonoids from O.ochrocephala Bunge

表2 黃花棘豆中黃酮類化學成分

續表2 (Continued Tab.2)

編號No.化合物Compound文獻Ref.25鼠李檸檬素-3-半乳糖-4'-葡萄糖苷 Rhamnocitrin-3-galaotoside-4'-glucoside2326鼠李檸檬素-3-半乳糖苷 Rhamnocitrin-3-galaotoside23275-甲氧基-7-羥基-3-氧-β-D-半乳糖-4'-氧-β-D-葡萄糖苷 5-Methoxy-7-hydroxy-3-β-D- galaotoside-4'-O-β-D- glucoside2428鼠李檸檬素-3-氧-β-D-半乳糖-4'-氧-β-D-葡萄糖苷 Rhamnocitrin-3-O-β-D-galaotoside-4' -O-β-D-glucoside2428鼠李素-3-氧-β-D-半乳糖苷 Rhamnetin-3-O-β-D-galaotoside2430鼠李檸檬素-3-氧-β-D-半乳糖苷 Rhamnocitrin-3-O-β-D-galaotoside24315,7-二羥基-4'-羥基-甲氧基-2-苯 5,7-Dihydroxy-4'-methoxy-Hydroxy-2-phenyl2532白楊素 Chrysin25337-羥基黃酮 7-Hydroxyflavone2534木犀草素 Luteolin25353,7-二羥基-2',4' -二甲氧基異黃烷 3,7-Dihydroxy-2',4'-Dimethoxyisoflavan2536異鼠李素 Isorhamnetin2537芹菜素 Apigenin2538楊梅黃酮 Myricetin2539山奈酚 Kaempferol2540刺芒柄花素 Fermononetin25412'-甲氧基-4'-羥基黃酮 2'-Methoxy-4'-hydroxychalcone2542異槲皮苷 Isoquercitrin2243球松素 Pinostrobin2544松屬素 Pinocembrin25457-甲氧基黃酮 7-Methoxyflavanone25465,7-二羥基-4'-羥基-2-苯基-4-苯并吡喃酮-3-氧-β-吡喃葡萄糖苷 5,7-Dihydroxy-4'-methoxy-2-Phenyl-4-benzopyrone-3-O-β-galactopyranoside25473-氧-鼠李檸檬素-6-氧-苯甲酰基-β-D-吡喃葡萄糖苷 3-O-Rhamnocitrin-6-O-benzoyl-β-D-Glucopyranoside2648金雀異黃酮 Genistein2549紅車軸草素 Pratensein2650(3R)-7,3'-二羥基-2',4'-二甲氧基異黃烷 (3R)-7,3'-Dihydroxy-2',4'-dimethoxyisoflavan2651(3R)-7,2'-二羥基-3',4'-二甲氧基異黃烷 (3R)-7,2'-Dihydroxy-3',4'-dimethoxyisoflavan2652異甘草素 Isoliquiritigenin25,2653 2'-Hydroxy-4'-dimethoxychalcone2554 2',4,4'-Trihydroxychalcone2555 3-羥基- 4,9 -二甲氧基紫檀烷 3-Hydroxy-4,9-dimethoxypterocarpan27,2856 3-羥基- 9 -二甲氧基紫檀烷 3-Hydroxy-9-dimethoxypterocarpan27,2857 3-羥基-8,9-二甲氧基紫檀烷 3-Hydroxy-8,9-dimethoxypterocarpan27,28

1.3 三萜類

目前從黃花棘豆中分離出8個三萜類化合物(58～65)。Sun等[29]將甘肅天祝縣黃花棘豆地上部分75%乙醇回流提取，乙酸乙酯、正丁醇、甲醇分別萃取，從其甲醇萃取物中分離得到兩個三萜(58和59)；1989年，Sun等[30]以75%乙醇回流提取，乙酸乙酯、正丁醇分別萃取，從其正丁醇部分得到3個三萜(60～62)；Yang等[27,28]還從黃花棘豆中分離出2個三萜(63和64)。Zhang等[25]利用HPLC-MS從黃花棘豆中鑒定出一個三萜(65)。見圖4、表3。

圖4 黃花棘豆中三萜類化學成分Fig.4 Triterpenes from O.ochrocephala Bunge

表3 黃花棘豆中三萜類化學成分

1.4 其他

研究學者在研究黃花棘豆化學成分時還分離檢測出其他類型的化學成分。Li等[24]黃花棘豆中分離出2-甲基-3-羥基-4-氫-吡喃-4-酮(66)。Yang等[27,28]分離鑒定出脂肪族化合物(67～69)和甾醇類化合物(70～72)。Zhang等[25]還從黃花棘豆中檢測出甾醇類化合物7α-hydroxysitosterol(73)，苯乙胺類化合物(74～76)，苯乙醇類化合物(77)和水楊苷(78)2-monolinoleoyin(79)等9個化學成分。見圖5，表4。

此外，從黃花棘豆甲醇提取物中鑒定出200多個揮發性成分，主要涉及正構烷烴、脂肪酸、三環二萜烷、五環三萜烷、酰胺、甾族系列化合物。Deng等[31,32]對黃花棘豆地上莖葉部分和根部的甲醇提取物繼續分離，利用氣相色譜/質譜從兩者正己烷餾分、二氯甲烷餾分、甲醇餾分中共檢測出133個化學成分，地上莖葉部分正己烷餾分中主要有新植二烯(相對含量為29.034%)；甲醇餾分主要有棕櫚酸甲酯(38.214%)；根部正己烷餾分主要有正二十五烷烴(11.912%)、正二十四烷烴(10.513%)；二氯甲烷餾分主要有γ-谷甾醇(65.942%)；甲醇餾分主要有棕櫚酸甲酯(33.405%)、α-亞麻酸甲酯(11.166%)。Dong等[33,34]對黃花棘豆地下部分甲醇提取物繼續分離，利用氣相色譜/質譜從其正己烷餾分、二氯甲烷餾分、甲醇餾分中共檢測出81個化學成分，正己烷餾分主要有順式-a-檀香醇(14.869%)，以及烷烴類化合物正二十九烷(8.207%)和正三十一烷烴(7.862%)；二氯甲烷餾分主要有豆甾烯-3-醇(50.199%)；甲醇餾分主要有正十六烷酸(31.232%)，正二十四烷酸甲酯(10.070%)。

圖5 黃花棘豆中其他化學成分Fig.5 Other chemicals from O.ochrocephala Bunge

表4 黃花棘豆中其他化學成分

2 生物活性

2.1 抗腫瘤

苦馬豆素(swainsonine，1)在體外表現出抗人胃癌細胞抑制活性(IC50= 0.84 μg/mL)，在濃度分別為0.5、1.5、4.5 μg/mL處理24 h可引起凋亡抑制基因P53和Bcl-2的明顯下降，凋亡促進基因因c-myc明顯升高以及腫瘤細胞內Ca2+超載，最終誘導SGC-7901細胞凋亡[35]。Sun[36]在體外和體內研究苦馬豆素對肝癌細胞的抑制作用。結果表明苦馬豆素在劑量3、6、12 mg/kg時，對肝癌H22實體移植瘤的抑制率分別為13.2%、28.9%、27.3%；對腹水型H22的小鼠生命延長率分別為48.400%、64.160%、58.220%，病理切片顯示，用藥后腫瘤組織明顯出血、壞死和炎癥細胞浸潤。黃花棘豆植株及其植物組織內生菌中富含苦馬豆素。Zhang等[37]通過腹腔注射黃花棘豆醇提液進行小鼠肉瘤S180移植性腫瘤抑制試驗(7～10天)，80 g/kg (生藥/體重)劑量腹腔注射7次，抑制率高達64.930%。

Tang等[38]從黃花棘豆中分離出苦參堿型衍生物槐定堿，并以槐定堿為原料合成14位取代衍生物，在14位上連接4-芐氧基-3-乙氧基苯取代的衍生物表現出較強的抗腫瘤生物活性。而從黃花棘豆中分離出的喹諾里西啶類生物堿(+)-(14β)-14-ethylmatridin-15-one(19)，是在苦參堿C-14位上連接一個乙烷基的衍生物，該化合物未表現出抗腫瘤生物活性。

2.2 抗乙型肝炎病毒

Tan等[21]從黃花棘豆中分離的喹諾里西啶類生物堿ochrocephalamines B-D(8～10)，生物活性測試發現ochrocephalamine C(9)和D(10)具有一定的抗乙型肝炎病毒活性，對乙型肝炎e抗原(HBeAg)分泌的抑制率作用強于乙肝表面抗原(HBsAg)。研究表明，其他喹諾里西啶類生物堿如(+)-oxysophocarpine、(-)-sophocarpine、(+)-lehmannine、(-)-13,14-dehydrosophoridine就具有明顯的抗乙型肝炎病毒活性[39]，可見喹諾里西啶類生物堿金雀花堿型和苦參堿型都有一定的抗乙型肝炎病毒活性。

2.3 殺蟲作用

Tang等[20]從黃花棘豆中發現一種新的喹諾里西啶生物堿ochrocephalamine A(20)，采用點滴法對3齡斜紋夜蛾幼蟲進行實驗，ochrocephalamine A用3 mg/mL甲醇溶解，用量1 μL，第五天后50%的幼蟲死亡，由此可知，喹諾里西啶類化合物ochrocephalamine A在防御昆蟲方面起著重要作用。趙峰等[40]對黃花棘豆全草部分進行了提取優化實驗，發現無水甲醇的提取率最高(5.940%)，并用甲醇提取物為原材料制取植物源表面活性劑，通過田間試驗表明，在添加3.0 mL/L用量，20%的殺蟲雙水劑稀釋300倍時，對甘藍桃蚜和菜青蟲殺蟲效果有著顯著的提高，其中對甘藍桃蚜的殺蟲效果與不添加植物源表面活性劑的藥液比較由80.070%提高至88.460%，對菜青蟲的殺蟲效果與不添加植物源表面活性劑的藥液比較由76.830%提高至88.320%，黃花棘豆甲醇提取物對殺蟲劑有著很強的增效作用。

2.4 抗植物病菌作用

Yang等[27,28]利用黃花棘豆乙醇提取物、丙酮提取物進行抑制病原真菌試驗發現，乙醇提取物抑制植物病原菌的效果較丙酮高且安全；繼續對黃花棘豆乙醇提取物用石油醚、二氯甲烷、乙酸乙酯、正丁醇分別萃取后發現其二氯甲烷相和乙酸乙酯相的抑菌效果最佳，并分離鑒定出其抑菌成分為紫檀烷類化合物：3-羥基-4，9-二甲氧基紫檀烷(55)、 3-羥基-9-二甲氧基紫檀烷(56)、3-羥基-8，9-二甲氧基紫檀烷(57)，EC50值范圍為10.41～31.13 μg/mL。也有研究證明，一些紫檀烷類化合物具有很高的抑細菌、真菌的活性[41]。因此，黃花棘豆在抑制植物病原菌方面也有一定的研究意義。

2.5 化感作用

化感作用是植物或者微生物將自身產生的一些化學物質釋放到所生存的微環境中，由于微環境的改變，使周圍其他植物的生長受到抑制或促進的現象。研究表明，黃花棘豆可通過將化感物質釋放到環境中來影響周圍植物的生長。Deng[31,32]和Dong[33,34]研究發現，黃花棘豆根部中甲醇提取物具有最強的化感作用，且隨著濃度的增加，其化感作用逐漸增強。黃花棘豆根部對一些植物如油菜、燕麥、狗尾草、莧菜、垂穗披堿草和藜的生長都有著明顯的抑制作用，并采用氣相色譜/質譜檢測，發現黃花棘豆根部主要化感物質有烷烴類、甾體類、長鏈脂肪酸類化合物。Li等[42-44]通過室內培養皿法、室內盆栽法和生化分析法對黃花棘豆水提液進行分析發現，黃花棘豆水提液對燕麥和油菜全株均有一定的化感作用，根部作用較莖葉有著較高的化感抑制；并且表現出與Deng、Dong等研究中相同的化感作用，即低濃度促進作用，高濃度抑制，化感抑制作用也隨著濃度的升高而增強。Fan[45]和He[46]研究發現，在高濃度的黃花棘豆處理中，黃花棘豆對紫花苜蓿以及黑麥草表現為化感抑制，而在低濃度處理中則無顯著影響。He[46]在驗證黃花棘豆化感作用的同時，對黃花棘豆根部附近的土壤進行測序，發現其與沒有黃花棘豆生長地方的土壤比較，其生長的微環境由于化感作用有所改變。綜上所述，黃花棘豆對其他共生植物的化感作用已得到證實，并證明黃花棘豆根部提取物的化感作用強于莖和葉，但其產生化感作用的化學成分還需要進一步的實驗研究。

2.6 抗缺氧作用

Jiang[47]、Zhang等[25]將小鼠置于密閉環境和減壓條件下，研究黃花棘豆乙醇提取物的抗缺氧作用，發現在劑量為1.5 g/kg時，小鼠對比空白組存活時間更長，ELISA檢測BAX和BCL-2蛋白的表達對比空白組發現心肌和腦組織中BCL-2蛋白的含量升高，BAX蛋白的含量降低，黃花棘豆乙醇提取物增加了小鼠對缺氧的耐受性。Zhang等[25]經過HPLC-MS確定黃花棘豆乙醇提取物中抗缺氧的主要成分為黃酮類化合物5,7-dihydroxy-4′-methoxy-hydroxy-2-phenyl(31)和5,7-dihydroxy-4′-methoxy-2-phenyl-4-benzopyrone-3-O-β-galactopyranoside(46)。

2.7 其他

研究表明，黃花棘豆還具有抗氧化、抗缺氧、降低消化率、降低免疫功能等作用。黃花棘豆乙醇提取物對酥油有著較強的抗氧化作用(POV值約為1 meq/kg)[48]。Zhang等[49]將黃花棘豆粉末和2號雞飼料1∶4.5(g/g)混合打成餅曬干后作用于小鼠后，可引起小鼠免疫水平抑制或減弱。Wang等[50]用黃花棘豆處理的綿羊E-玫瑰花環發現黃花棘豆可降低綿羊的細胞免疫功能。Li等[51]發現藏系綿羊食用黃花棘豆后可降低其對中性洗滌纖維的消化率 (P< 0.01)。

3 毒性研究

3.1 神經毒性

苦馬豆素為α-甘露糖苷酶的特異性抑制劑，可導致溶酶貯積病，也可致細胞發生空泡變性，進而破壞神經系統[52]。研究證明，苦馬豆素為黃花棘豆中主要毒性成分，因此誤食黃花棘豆的動物，會產生神經中毒的癥狀。Cao等[4]每天用人工瘤胃痿管飼喂山羊黃花棘豆粉末，山羊出現不適癥狀，山羊血漿的α-甘露糖苷酶為53.880±4.700活性單位，正常對照羊為111.870±22.280 活性單位，中毒羊顯著低于正常羊(P< 0.01)，中毒羊出現精神不振、動作不穩、體重下降等癥狀，嚴重者出現死亡。Chen等[53]采集天柱縣7～8月開花期的黃花棘豆干草，每日單一給健康綿羊飼喂3次，喂養時間為39～53天，通過解剖發現試驗綿羊大腦、小腦、肝細胞、淋巴結網狀內皮細胞均出現空泡現象，小腦的浦肯野氏細胞最為嚴重，空泡直徑最大達3～4 μm，RAS陰性。Wang等[54]每日給山羊喂10 g/kg(B·W)的黃花棘豆粉末，喂養18～22天后山羊出現中毒現象，表現為搖頭、動作緩慢、腿腳無力、尿少，通過解剖發現大腦、小腦、肝細胞均出現空泡變性。王凱等[55]接著又采集八月盛花期的黃花棘豆，將黃花棘豆：牛飼料：面粉按1∶4∶1(g/g/g)加水拌勻打成餅曬干后，每天早晨按10 g/kg飼喂兔子，第15和21天均有妊娠兔子流產，45～60天出現中毒病癥，精神不振，肢體動作不穩，90天后采食困難，個別兔子視力喪失，病理學觀察發現兔子的心肌、肝臟、腎臟、胰臟都有明顯細胞空泡變性。

3.2 胚胎發育毒性

Wu[56,57]給大鼠注射黃花棘豆生物堿，在用質量濃度25、50、100、200 μg/mL時，胚胎畸形率分別為：18.200%、25.000%、43.800%、73.300%。當黃花棘豆生物堿質量濃度在50 μg/mL以上時， YS血管分化計分(2.440±0.510)低于對照組(3.000±0.000)；質量濃度在200 μg/mL 時，YS直徑(3.950±0.430 mm)低于對照組(體外對照：4.350±0.270 mm，溶劑對照：4.390±0.440 mm)。YS是胚胎發育的第一個功能胎盤，任何對YS結構和功能的損害均導致胚胎發育產生毒性。由此可知，黃花棘豆中生物堿可導致胚胎發育毒性，生物堿化學成分的確定還有待研究。

4 小結

綜上所述，從黃花棘豆中分離鑒定出的主要化學成分生物堿類、黃酮類、三萜類共計63個，利用HPLC-MS以及GC/MS檢測出的其他類成分230余種。其中有21個生物堿類化合物，主要包括1個吲哚里西啶類生物堿和20個喹諾里西啶類生物堿(分別是9個金雀花堿型和11個苦參堿型化合物)；34個黃酮類化合物(主要包括26個黃酮類成分、4個異黃酮類、1個查爾酮類、3個紫檀烷類成分)；以及8個三萜類化合物。

喹諾里西啶生物堿是一類重要的天然產物，在抗HBV，抗腫瘤和殺蟲方面有著廣泛的工業應用。該類化合物在黃花棘豆中的發現，拓展了我們對黃花棘豆化學成分的認知，同時也為該類生物堿的來源提供了另一可能的植物資源。此外，黃花棘豆中另一吲哚里西啶類生物堿苦馬豆素有著較好的抗腫瘤作用，但后續研究中其神經毒性、胚胎發育毒性應當引起關注。綜上所述，繼續深入研究黃花棘豆化學成分特別是生物堿成分，以及生物活性，不僅能發展草原毒害草循環經濟，“變毒為寶”；更具有減少當地牧民經濟損失、增強各民族安定團結的現實意義。