木豆化學成分和藥理活性研究進展

蔡佳仲，戴 灣，張嫩玲

1廣州中醫藥大學科技創新中心，廣州 510405；2廣州中醫藥大學脾胃研究所，廣州 510405；3貴州醫科大學藥學院，貴陽 550025

木豆(Pigeon pea,Cajanuscajan(L.) Millsp.)也叫樹豆、三葉豆，為豆科(Leguminosae)木豆屬(Cajanus)植物，我國主要分布于海南、云南、福建、臺灣、廣東、廣西、四川等地。原產地或為印度，現熱帶和亞熱帶地區普遍有栽培[1,2]。木豆作為中藥，始載于《陸川本草》和《泉州本草》。木豆具有清熱解毒、補中益氣、利水消腫、止血止痢、排癰腫等功效，民間常用于治療血淋、痔血、痢疾等腸道疾病以及水腫、癰疽、腳氣等疾患。而木豆葉也具有解毒消腫之功，可用于治療小兒水痘以及癰疽腫毒等[2,3]。木豆作為一種藥食兩用植物，綜合價值較高，在醫藥領域也具有良好的應用前景。其含有豐富的黃酮和茋類成分，在治療骨質疏松和股骨頭壞死、治療高血糖和高血脂、神經損傷保護、心腦缺血損傷保護以及抗氧化、抗腫瘤等方面具有很好的藥理活性。現將木豆化學成分和藥理活性的研究進展進行綜述，以便對其藥用資源更好地進行開發和利用。

1 木豆化學成分研究

從上世紀七八十年代開始，國內外學者對木豆的活性成分進行了一系列的研究表明，其主要化學成分為黃酮(flavonoids)和茋類(stilbenes，二苯乙烯類)化合物，同時還含有香豆素、甾體、三萜類等其他成分。黃酮和茋類化合物被認為是木豆葉的主要活性成分。

1.1 黃酮類化學成分

迄今為止，木豆中已報道了分離鑒定的黃酮類化學成分有30多個(見表1和圖1)，主要包括黃酮類(flavones)(5個，1～5)[4,5]、異黃酮類(isoflavones)(14個，6～19)[6-12]、二氫異黃酮類(isoflavanones)(3個，20～22)[9,13,14]、二氫黃酮類(flavanones)(8個，23～30)[4,10,12,15-17]、黃酮醇類(flavonols)(3個，31～33)[18]和查爾酮類成分(chalcones)(2個，34和35)[19,20]。

表1 木豆中黃酮類成分

1.1.1 黃酮和異黃酮類成分

木豆葉中黃酮類和異黃酮類成分由于其廣泛的生理活性而備受學者關注。1999年，Lin等[4]從對金黃色葡萄球菌具有較強抑制作用的木豆葉乙酸乙酯部位分離得到apigenin(1)、luteolin(2)、isovitexin(3)和vitexin(4)4個黃酮類化合物。Wu等[5]從木豆葉乙醇提取物中分離得到另一個黃酮類成分orientin(5)。

本課題組近年從木豆葉乙酸乙酯部位分離并鑒定出3個異黃酮成分，分別為genistin(6)、sissotrin(7)和ononin(8)[6]。早在1979年，Bhanumati等[7,8]就從木豆中分離得到兩個新異黃酮類成分cajaisoflavone(9)和5,7,2′-trihydroxy isoflavone-7-O-β-D-glucoside(10)，其中化合物(9)含有木豆化學成分普遍特有的異戊烯基。隨后，Dahiya等[9]也從木豆中分離鑒定出兩個新異黃酮類化合物11、12和一個已知異黃酮成分cajanin(13)。其中化合物11也含有異戊烯基結構，而化合物12則在黃酮母核6/7位上連接一個呋喃環。Duker-Eshun等[10]采用活性追蹤法從木豆中得到3個具有抗瘧活性的異黃酮類化合物2′-hydroxygenistein(14)、biochanin A(15)和genistein(16)并確定其結構。近年，Liu等[11]也從木豆葉中分離到異黃酮prunetin(17)和pratensein(18)。Neeraj等[12]也從木豆葉中分離到具有一定抑制TNF-α和IL-1β活性的異黃酮genistein-8-C-β-D-glucoside(19)。

1.1.2 二氫黃酮和二氫異黃酮類成分

從上世紀七十年代開始，就有學者陸續從木豆中發現一系列具有顯著生物活性的二氫黃酮和二氫異黃酮類化合物。1977年，Preston等[13]從木豆根的甲醇提取物中分離鑒定了1個具有抗真菌活性的二氫異黃酮化合物cajanone(20)。隨后，Dahiya等[9]也從木豆中得到1個二氫異黃酮類成分cajanol(21)。Bhanumati等[14,15]也從中分離得到1個二氫異黃酮2′-O-methylcajanone(22)和1個二氫黃酮cajaflavanone(23)并確定其結構。其他學者也相繼從木豆中分離并鑒定了一系列二氫黃酮類化合物，包括naringenin-7,4′-dimethyl ether(24)[4]、pinostrobin(25)[10]、7,4′-dimethoxy flavanone(26)[12]和7-methyl glabranin(27)[12]等。本課題組近年也從木豆葉中分離并鑒定了3個二氫黃酮類成分，分別為naringenin-7-methyl ether(28)[16]、5,7-dihydroxy-8-prenylflavone(29)[16]和naringenin-3′-isoprenyl-7-methyl ether(30)[17]，后兩個化合物均連接異戊烯基。

1.1.3 其他黃酮類成分

Green等[18]基于核磁共振(NMR)和高效液相色譜(HPLC)技術從木豆莢甲醇提取物中分離得到3個黃酮醇類成分 quercetin(31)、quercetin-3-methyl ether(32)和quercitrin(33)。而Cooksey和Ajaiyeoba等[19,20]則分別從木豆中分離得到2個查爾酮pinostrobin chalcone(34)和cajachalcone(35)，并確定其結構。

1.2 茋類化學成分

茋類化合物是木豆中的主要活性成分之一，也是木豆的特征性化合物。由于其獨特的藥效和生物學功能，近年成為國內外研究的熱點。該類化合物具有二苯乙烯母核，木豆中的茋類化合物的取代基分布在A環，尚未見到B環有取代基的情況。取代基主要為異戊烯基、甲氧基和羥基。目前有報道的木豆中茋類及其衍生物將近30種(36～62，見表2和圖2)。

表2 木豆中茋類成分

續表2(Continued Tab.2)

編號No.化合物Compound name分子式Formula參考文獻Ref.49Cajanusin AC21H23O32550Cajanusin BC21H21O32551Cajanusin CC25H31O22552Cajanusin DC25H31O22553Cajanstilbenoids AC40H44O42654Cajanstilbenoids BC35H36O42655(+)-CajanusineC35H36O42756(-)-CajanusineC35H36O42757(+)-Cajanusflavanols A C37H34O92858(-)-Cajanusflavanols A C37H34O92859(+)-Cajanusflavanols B C32H28O62860(-)-Cajanusflavanols BC32H28O62861(+)-Cajanusflavanols C C32H28O72862(-)-Cajanusflavanols CC32H28O728

1982年，Cooksey等[19]從木豆葉甲醇提取物中發現了2個具有抗真菌活性的木豆茋酸類化合物6-hydroxy-4-methoxy-3-prenyl-2-styrylbenzoic acid(36)和cajaninstilbene acid(37)，并確定其結構。天然茋酸在自然界較為少見，這些化合物多為植物防御素(phytoalexins)。隨后中國醫學科學院Chen等[21]從木豆葉乙醇提取物中分離得到了茋類成分longistylin A(38)和longistylin C(39)以及木豆茋酸(37)。本課題組也從木豆葉中分離得到3個新茋類化合物，分別命名為cajanstilbene H(40)[22]、cajanolactone A(41)[23]和木豆茋酸cajanonic acid A(42)[23]。其中(40)結構中具有(38)的5-羥基取代和1-氯代-2,3-丙二醇單元結構，并顯示出促進骨髓間充質干細胞成骨分化的潛能。這種含有鹵素的茋類成分在天然產物中并不多見，也是從木豆里面發現的第一個含鹵素化合物。而(41)則在母核結構7、8位雙鍵和芳環上的鄰位羧基之間形成了內酯結構，也屬于異香豆素成分。隨后課題組又從木豆葉中分離得到另外2個新茋類化合物，分別命名為cajanotone(43)和cajanamide A(44)，以及一系列的已知茋類及其類似物3-methoxy-2-(3-methylbut-2-enyl)-5-(2-phenylethyl)-phenol(45)、amorfrutin A(46)、pinosylvin monomethyl ether(47)[16]。其中，化合物44在母核結構7、8位雙鍵和芳環上的鄰位酰胺之間形成了內酰胺結構，而化合物45和46是茋類類似物，其母核結構7、8位雙鍵發生氫化加成。He等[24]也從木豆葉中分離得到另一個木豆茋酸2-hydroxy-4-methoxy-6-(2-phenylcinyl)-benzoic acid(48)。Wu等[25]從木豆葉中分離得到3個新茋類及其類似物cajanusin A(49)、cajanusin B(50)、cajanusin C(51)和一個已知茋類cajanusin D(52)，并確定其化學結構。化合物49母核結構7、8位雙鍵也發生了氫化加成。

此外，國內學者也陸續報道了木豆葉中一系列結構新穎的茋類二聚物和黃酮茋類雜合化合物。本課題組從木豆葉中發現了兩個新的的茋類二聚物cajanstilbenoids A(53)和cajanstilbenoids B(54)[26]。暨南大學Ye等[27,28]也從木豆葉中分離得到1對互為對映異構體并具有新化學骨架結構的茋類二聚物(+)-cajanusinehe(55)和(-)-cajanusine(56)，并發現了3對互為對映異構體的黃酮茋類雜合化合物(+)-cajanusflavanols A(57)、(-)-cajanusflavanols A(58)、(+)-cajanusflavanols B(59)、(-)-cajanusflavanols B(60)、(+)-cajanusflavanols C(61)和(-)-cajanusflavanols C(62)，并確定其化學結構。

1.3 其他成分

除了黃酮和茋類成分，木豆中還有許多三萜類化合物lupeol(63)[8]、α-amyrin(64)[8]、β-amyrin(65)[8]、betulinic acid(66)[10,12]等，甾體類化合物β-sitosterol(67)[4,21]、stigmasterol(68)[6]、β-daucosterol(69)[29]等，以及其他成分salicylic acid(70)[6]、catechol(71)[6]、uracil(72)[6]、p-hydroxybenzoic acid(73)[29]、n-docosane(74)[29]、stearic acid(75)[29]、laccerol(76)[21]等(化合物63～76，見圖3)。

圖2 木豆中茋類化合物結構Fig.2 The structure of stilbenes from C.cajan

2 藥理活性

現代研究表明，木豆具有多種藥理活性，包括治療骨質疏松和股骨頭壞死、治療高血脂和糖尿病、神經損傷保護、心腦缺血損傷保護、抗氧化、抗腫瘤等。

2.1 治療骨質疏松和股骨頭壞死

骨質疏松是以成骨不足、骨量低、骨組織微環境退化和骨折可能性增加為特征的全身代謝性骨疾病，常見于老年人。骨質疏松性骨折也成為嚴重影響老年人健康的公共健康問題。而中醫藥在這方面應用歷史悠久，前景廣闊。

以木豆葉為主要成分的“通絡生骨膠囊”(生脈成骨膠囊)是廣州中醫藥大學第一附屬醫院袁浩教授結合多年臨床實踐聯合企業研發的治療股骨頭壞死的有效中藥制劑。其療效在臨床和實驗均得到多次驗證。Yuan等[30]通過600例股骨頭壞死患者的多中心隨機、雙盲、雙模擬和陽性藥對照臨床研究設計，證明了“通絡生骨膠囊”在臨床上能更好地改善患者的髖關節功能，促進股骨頭壞死的修復，且安全可靠。而Liu等[31]也通過實驗驗證了“通絡生骨膠囊”對大鼠應力缺失性骨質疏松模型的改善作用。結果表明，與模型組比較，通絡生骨膠囊用藥組的血清堿性磷酸酶含量、骨小梁面積、成骨細胞個數以及骨小梁個數顯著升高，骨小梁厚度顯著增加。提示了“通絡生骨膠囊”具有促進骨生成作用，可用于應力缺失骨質疏松防治。

圖3 木豆中其他成分化學結構Fig.3 The structure of other compounds from C.cajan

另有研究表明，木豆葉提取物在不提高血清雌二醇水平、不引起子宮內膜增生的情況下，能顯著改善雌激素缺乏導致的骨丟失[32]。而木豆葉茋類提取物可抑制由雌激素缺乏或維甲酸導致的大鼠股骨頭骨丟失，表現為明顯增加大鼠骨小梁數量、骨小梁面積、改善骨小梁的結構等，與雌激素的作用接近[33,34]。這些研究表明，木豆葉抗雌激素缺乏或維甲酸導致的骨丟失作用可能是通過促進成骨細胞功能和抑制破骨細胞形成來實現的。茋類化合物是木豆葉治療骨質疏松的主要活性成分之一。

基于此，本課題組也開展了木豆茋類單體成分抗骨質疏松的藥理研究。結果發現cajanstilbene H(40)和cajanolactone A(41)在劑量和時間依賴條件下能夠顯著促進人骨髓間充質干細胞成骨分化[22,35]。機制研究表明，化合物41是通過激活Wnt/LRP5/β-catenin信號通路，增加細胞堿性磷酸酶活性和胞外鈣沉積促進骨髓間充質干細胞成骨分化[35]。由此可見，木豆茋類成分具有潛力研發成抗骨質疏松的候選新藥。

2.2 治療高血脂和糖尿病

木豆提取物和單體成分在體內外均顯示出顯著的治療高血脂和糖尿病活性。

Luo等[36]研究了木豆葉茋類提取物對高脂模型小鼠血脂和肝臟脂質的影響。結果顯示，木豆茋類提取物可顯著降低異常升高的血清和肝臟中總膽固醇和甘油三酯含量，并上調肝臟組織CYP7A1和LDL-R的基因表達水平，抑制肝臟脂質的蓄積，其作用可能與促進肝臟LDL-R表達和增加肝臟膽固醇向膽汁酸轉化有關。另有研究報道，木豆提取物在體內能夠通過促進高脂飲食誘導的肥胖倉鼠膽固醇轉化為膽汁酸，從而發揮降血脂作用[37]。其甲醇提取物在體外能夠通過下調HepG2細胞PCSK9基因表達，增加細胞中LDLR蛋白而起到調節脂質平衡和降膽固醇作用[38]。

本課題組邱聲祥和沈小玲教授等[23]發現了木豆茋酸成分cajanonic acid A(42)在體內能顯著降低db/db小鼠血糖和ob/ob小鼠血脂，其機制可能與抑制PPARγ和PTP1B活性，提高胰島素信號通路敏感性相關，從而起到降糖減肥雙重功效。隨后，沈小玲教授團隊進行了化合物42對脂質代謝和2型糖尿病的作用機制研究。實驗結果表明，化合物42能明顯降低誘導分化成熟的小鼠3T3-L1脂肪細胞總脂肪和甘油三酯含量，通過抑制脂肪吸收與合成相關基因表達，減少脂肪細胞甘油三酯的合成，抑制細胞過度肥大，減少游離脂肪酸的釋放，從而起到改善脂肪細胞脂質代謝平衡作用[39]。同時，其能夠通過恢復胰島素抵抗、抑制脂肪細胞分化、調節體內外脂質平衡而治療2型糖尿病[40]。

2.3 神經損傷保護

由于木豆在傳統中醫中可用于緩解疼痛而作為鎮靜劑，因此Nicholson等[41]進行了黃酮成分pinostrobin(25)對小鼠大腦中突觸神經節去極化的抑制作用研究。結果表明，(25)作為電壓門控鈉離子通道抑制劑，能夠抑制鈉通道激活的小鼠大腦突觸神經節去極化，降低神經細胞興奮性，起到鎮靜緩解疼痛作用，其鎮靜作用優于卡馬西平。同時，有學者報道[42]，木豆葉水提物能抑制腦疼痛并增加抗氧化能力，對睡眠剝奪大鼠記憶損傷和記憶障礙具有保護作用。

Liu等[43-45]也通過實驗證明了木豆葉醇提物在體外能夠促進皮質酮誘導的PC12神經細胞增殖，逆轉皮質酮對PC12細胞造成的損傷，而起到神經細胞損傷保護作用。該團隊進一步揭示了木豆茋酸cajaninstilbene acid(37)保護皮質酮誘導的PC12神經細胞損傷的作用機制。其能夠通過抑制線粒體凋亡通路、氧化和內質網應激介導的細胞凋亡，降低胞內鈣離子濃度和caspase-3活性，防止皮質酮誘導的PC12細胞凋亡，從而起到保護皮質酮誘導的PC12神經細胞損傷作用。

以上研究結果表明木豆及其茋類活性成分對阿爾茨海默病認知缺失和記憶喪失可能有一定治療效果。

2.4 心腦缺血損傷保護

木豆葉水提物對大、小鼠腦缺血缺氧損傷具有一定的保護作用。木豆葉水提物可顯著降低急性腦缺血再灌注模型小鼠腦內MDA含量，提高SOD活力，顯著減少急性腦缺血再灌注模型大鼠腦組織的含水量及腦指數。提示木豆葉水提物對腦缺血時腦組織中細胞膜及微血管膜的穩定性有一定的保護作用[46]。

木豆葉提取物對心肌缺血再灌注損傷大鼠也有保護作用。木豆葉提取物能夠顯著降低大鼠缺血性心律失常的嚴重程度和發生率，縮小心肌梗死范圍，減輕心肌細胞腫脹和炎性細胞浸潤，對抗心肌缺血-再灌注引起的大鼠心功能紊亂[47,48]。

這些作用對開發以木豆葉為主的復方防治心腦血管病新藥具有重要意義。

2.5 抗氧化

Wu等[5,49]采用DPPH法測定了木豆葉醇提物和水提物的體外抗氧化活性。實驗結果顯示醇提物抗氧化活性優于水提物，而乙酸乙酯部分則顯示出更優活性，其IC50值為194.98 μg /mL。與白藜蘆醇相比，木豆茋酸成分(37)具有更強的抗氧化性能、DNA損傷保護活性和黃嘌呤氧化酶抑制活性。(37)對DNA氧化損傷具有良好的保護作用。Lai YS等[50]也通過實驗發現木豆醇提物對過氧化氫和脂多糖處理的RAW264.7巨噬細胞具有顯著的抗氧化和抗炎作用。木豆醇提物可防止巨噬細胞的抗氧化酶活性降低和脂質過氧化，抑制巨噬細胞中TNF-a、IL-1b和IL-6等炎癥因子產生。

這些結果表明，木豆具有良好的抗氧化作用，可作為天然的氧化劑應用于食品、藥品、保健品以及化妝品等領域。

2.6 抗腫瘤

木豆活性成分對多種腫瘤細胞的生長具有明顯抑制作用。課題組測試了4個新茋類成分cajanotone(43)[16]、cajanamide A(44)[16]、cajanstilbenoid A(53)[26]和cajanstilbenoid B(54)[26]對人肝癌細胞HepG2、乳腺癌細胞MCF-7、人肺癌細胞A549的細胞毒作用。實驗結果表明，(53)對上述3種腫瘤細胞的抑制活性明顯強于其他3個化合物，其半數抑制濃度IC50為2.14～2.56 μM之間。Luo等[51]也報道了黃酮類成分cajanol(21)在體外對人乳腺癌細胞MCF-7的細胞毒機制。化合物21在24、48和72 h的半數抑制濃度IC50分別為83.42、58.32和54.05 μM，其機制可能是通過細胞周期阻滯和ROS介導的線粒體依賴信號通路誘導腫瘤細胞凋亡。隨后，Liang等[52]也研究發現(21)可通過干擾雌激素受體相關的PI3K信號通路抑制人前列腺癌PC-3細胞增殖。Fu等[53]揭示了木豆茋酸成分(37)抗乳腺癌增殖機制，可能與其影響腫瘤細胞DNA損傷反應和引起細胞周期阻滯和凋亡相關。

2.7 其它作用

此外，其他研究表明，木豆提取物及其活性成分還具有抗瘧[10,20]、抗菌[13]、抗病毒[54]、松弛血管平滑肌[55]等藥理活性。

3 結語

中藥木豆始載于《陸川本草》和《泉州本草》，因其清熱解毒、補中益氣、利水消腫、止血止痢、排癰腫之功，民間常用于治療血淋、痔血、痢疾以及水腫、癰疽、腳氣等疾病，具有較高的藥用價值[2,3]。我國木豆資源豐富，作為藥食兩用的植物，一方面富含黃酮和茋類等活性物質；另一方面具有治療骨質疏松和股骨頭壞死、治療高血糖高血脂、神經損傷保護、心腦缺血損傷保護、抗氧化、抗腫瘤等藥理活性，有很高的醫藥價值。迄今為止，國內外學者對木豆進行了大量的化學研究，分離到的黃酮和茋類化合物有六十多個，并進行了多種藥理作用和臨床制劑研究。廣州中醫藥大學袁浩教授結合多年臨床實踐聯合企業開發了以木豆葉為主要成分的“通絡生骨膠囊”(生脈成骨膠囊)，在治療股骨頭壞死方面療效顯著，廣泛應用于臨床。雖然木豆在骨科醫學具有較大的的應用前景，然而目前對其研究還有諸多不足，缺乏中醫藥的系統性和整體觀，缺乏藥效物質群之間作用機制的系統研究。近年網絡藥理學已成為中藥藥理機制研究的熱點。通過整合木豆化學成分和生物數據庫，結合生物信息學、化合物-蛋白靶點“鉤釣技術”、分子對接和構效關系等技術，構建“木豆活性成分-蛋白靶點-疾病網絡”的預測模型，從“整體觀”系統分析木豆在中醫骨科及其他藥理的作用靶點和網絡機制，并通過體內外實驗驗證木豆成分結構與活性之間、活性與疾病之間的相關性，系統闡明其中醫藥作用機制和物質基礎。

中藥木豆中蘊藏著巨大的新藥創制資源。然而，目前對于木豆民間傳統應用于血淋、痔血、痢疾等消化道疾病的現代藥理研究仍少見報道。因此，作者預測，關于木豆的消化藥理應用可能是今后該中藥資源研發的一個重要方向。綜上，當前木豆的藥用開發仍需大量的基礎研究，但其藥用開發前景十分廣闊。