沙蓬的研究進展

許海燕，馮鑫紅，張金玉，馬超美,*

（1.草原家畜生殖調控與繁育國家重點實驗室，牧草與特色作物生物技術教育部重點實驗室，內蒙古大學生命科學學院，內蒙古 呼和浩特 010070；2.內蒙古阿拉善蓯蓉集團有限公司，內蒙古 阿拉善左旗 750306）

沙蓬（Agriophyllum squarrosum(L.) Moq.）為藜科沙蓬屬一年生草本植物，是干旱、半干旱荒漠地區特有的沙生植物，常見于丘間低地、流動沙丘以及半固定沙地[1-4]，尤其是水分條件較為充足的疏松沙地，在我國主要分布于內蒙古以及西北、東北等地[5]。沙蓬具有極強的抗旱、抗寒、抗鹽堿能力，生命力頑強、繁育周期短、光合效率高、繁殖速度快，對風沙等惡劣環境適應性較強，因此被譽為“固沙先鋒”[6]。

沙蓬地上部分為一種蒙藥，性平、味苦，具有祛疫、消渴、清熱、解毒、利尿的功效[5]，現代藥理學研究發現，沙蓬含有黃酮、三萜、生物堿等成分，具有保肝、護腎、降血脂的作用[7]。野生沙蓬的種子——沙米被中醫當作一種天然的減肥食品，是心腦血管和糖尿病患者的理想選擇，不僅可以促消化、降血脂，還可改善微循環、增強免疫力[8]。本文主要對沙蓬的化學成分、藥理活性及其營養成分進行綜述。

1 沙蓬的形態特征

沙蓬植株又稱作“登相子”，苗高10～150 cm不等，莖直立，多分支，幼苗時為淺綠色且全株均被分枝毛覆蓋，后隨著植株的生長分支毛逐漸脫落。葉互生，無葉柄，葉披呈針形，長約1～8 cm，寬0.1～1 cm，葉端漸尖，葉脈具有3～9 mm凸出。穗狀花序、腋生、無柄、苞片呈長卵形，端部為刺狀，花被片1～3 個，雄蕊2～3 個，花絲為錐形，花藥呈卵圓狀，子房扁平圓形，種子為褐色扁圓形，直徑約1～2 mm。沙蓬根系結構獨特，由一根長主根和多根側根組成，主根長度近似植株地上部分的高度，當主根長度長到70 cm左右時，一些側根已達到5 m，這樣的特征使其具有極強的吸水能力且能夠穩定矗立于沙漠之上。沙蓬常于4月下旬到5月上旬雨水充足時萌發，8～10月為花期，種子也在這段時期成熟，成熟后，易被風吹散。沙蓬的這種形態特征能夠適應較為惡劣的環境，降低由于極端氣候而導致滅絕的風險，是荒漠地區的先鋒植物，具有良好的防風固沙作用[3,9-12]。

2 化學成分

國內外學者對沙蓬的化學成分研究較少，僅有部分國內學者對沙蓬的二次代謝產物進行研究，結果發現沙蓬中含有黃酮、三萜、甾醇、生物堿、香豆素類等成分。

2.1 黃酮類化合物

黃酮類化合物具有廣泛的生物及藥理活性，對人體健康具有重要作用，每日攝取富含黃酮的食物可以減少一些疾病的發生。基于流行病學和營養學數據分析發現，天然產物黃酮類化合物在預防現代疾病方面具有重要作用，如抑癌[13]、抑制糖尿病[14]、抑制人類免疫缺陷病毒[15]、抗炎[16]、抑流感[17]、抑制肥胖[18]等。目前從沙蓬植株中分離鑒定出的黃酮類化合物有槲皮素、木犀草素、銀鍛苷、牡荊素-2’’-O-鼠李糖苷、芒果酚、異鼠李素-3-O-β-D-蕓香糖苷、蘆丁[19]、檉柳素-3-O-蕓香糖苷、槲皮素-3-O-β-D-吡喃葡萄糖苷、異鼠李素-3-O-β-D-吡喃葡萄糖苷、二氫木蝴蝶素A、5,2’-二羥基-6,7-亞甲二氧基二氫黃酮[20]，異黃酮類化合物有1,3-二羥基-2-甲氧基-[1]苯并呋喃并[2,3-b]苯并吡喃-11-酮、紫羅蘭酮B[21]。Xu Haiyan等[22]發現種子沙米中含有大量黃酮類成分，沙米殼中總黃酮含量僅次于黃豆，并且從沙米殼中分離得到黃酮類化合物3-O-[α-L-鼠李糖基-(1→6)-β-D-葡萄糖基]-7-O-(β-D-葡萄糖基)-槲皮素、槲皮素-3-O-β-D-芹菜糖基(1→2)-[α-L-鼠李糖基(l→6)]-β-D-葡萄糖苷、異葒草素、柚皮素以及金圣草黃素，結構式見圖1。

圖1 沙蓬黃酮類化合物結構[19-22]Fig. 1 Structures of flavonoids in A. squarrosum[19-22]

2.2 三萜類化合物

萜類化合物具有較強且廣泛的生物活性，如抗炎、抗腫瘤、抗菌、抗病毒、降血脂等，根據其不同的生物活性可分為不同的類型，從結構上，主要分為單萜（C10）、倍半萜（C15）、二萜（C20）、三萜（C30）、四萜（C40）等[23]。沙蓬植株中也發現含有萜類成分，劉紫淳[24]、龔邦[25]等先后從沙蓬中分離鑒定出6 個三萜類成分，分別是木鱉子苷IIc、偽人參皂苷RT1、齊墩果酸-3-O-[α-L-吡喃阿拉伯糖基-(1→3)-β-D-吡喃葡萄糖醛酸基]-28-O-β-D-吡喃葡萄糖基酯苷、齊墩果酸-3-O-[β-D-吡喃葡萄糖基-(1→3)-α-L-吡喃阿拉伯糖基]-28-O-β-D-吡喃葡萄糖基酯苷、羽扇豆醇、β-香樹素，之后，孔令群等[26]從沙蓬地上部分分離得到4 個齊墩果烷型三萜皂苷類化合物，分別為齊墩果酸-3-O-[β-D-吡喃木糖基-(1→3)-O-β-D-吡喃半乳糖醛酸基]-28-O-β-D-吡喃葡萄糖基酯苷、木鱉子苷Ic 6’-甲酯、3-O-{[β-D-吡喃木糖基-(1→3)-O-β-D-吡喃葡萄糖醛酸基]-O}-齊墩果-12-烯-28-酸甲酯、木鱉子苷IIc 6’-甲酯，結構式見圖2。

圖2 沙蓬三萜類化合物結構[24-26]Fig. 2 Structures of triterpenoids in A. squarrosum[24-26]

2.3 香豆素類化合物

香豆素類化合物種類繁多，用途廣泛，通常在藥理和醫學方面發揮著重要作用，由于這類化合物具有多種生物活性，因此在藥物開發過程中占有重要地位[27]。目前為止，從沙蓬內分離鑒定出3 種香豆素，分別為異莨菪亭、東莨菪亭[20]、6,7-二甲氧基香豆素[25]，結構式見圖3。

圖3 沙蓬香豆素類化合物結構[20,25]Fig. 3 Structures of coumarins in A. squarrosum[20,25]

2.4 甾醇類化合物

研究發現甾醇類化合物可以降低膽固醇水平，且無任何副作用，已被作為一種保健食品銷售于北美、歐洲等地，其適用于大量人群，特別是血脂異常者，甾醇類化合物存在于植物的各個部分，如種子、果實、植物油等[28]。龔邦等[25]研究發現，沙蓬植株中含有甾醇類成分，并從其中分離鑒定出5 個化合物：波甾醇、Δ7-豆甾烯醇、麥角甾-7,24(28)-二烯-3-醇、星魚甾醇、膽甾-7-烯-3β-醇，結構式見圖4。

圖4 沙蓬甾醇類化合物結構[25]Fig. 4 Structures of sterols in A. squarrosum[25]

2.5 生物堿類化合物

生物堿是一類含有氮原子的天然產物，種類繁多，活性廣泛，常被用于化學與生物的基礎研究[29]。化合物N-(4-(1H-吡唑-1-基)苯基)乙酰胺和N-(4-(1H-吡唑-1-基)苯基)甲酰胺是從沙蓬中分離得到的生物堿類成分[21]，結構式見圖5。

圖5 沙蓬中生物堿類化合物結構[21]Fig. 5 Structures of alkaloids from A. squarrosum[21]

2.6 其他類化合物

周雨華等[21]用體積分數70%的乙醇溶液對沙蓬全草回流提取，減壓濃縮后，制成水懸液，并用石油醚、乙酸乙酯、正丁醇依次進行萃取，結果在水相中得到對乙酰氨基酚及其3 個光解產物N-(3-氯-4-羥基苯基)乙酰胺、N-(2,5-二氯-4-羥基苯基)乙酰胺、N-(2,3,5-三氯-4-羥基苯基)乙酰胺和1 個酚苷類成分水楊苷。另外，從沙蓬中也分離鑒定出了2 個脂肪酸，棕櫚酸和順-15-十八烯酸[25]。王雅等[30]發現沙蓬中含有綠原酸，并對其提取工藝進行優化，結果表明料液比為1∶8，提取液用體積分數60%乙醇溶液，回流提取2 h，冷藏12 h，綠原酸的提取率可達到3.137%。研究發現沙米中含有化合物原兒茶酸、對香豆酸及尿囊素（圖6）[22]。嘎魯等[31]用苯酚-硫酸顯色法分析定量出沙蓬全草中多糖質量分數約為0.041%。水分質量分數約為77%，蛋白質量分數為4.4%，粗纖維質量分數為3.7%，脂肪質量分數約為0.4%，灰分質量分數約為5.1%，無氮浸出物質量分數為8.7%[32]。

圖6 沙蓬其他類化合物結構[21-22,25,30]Fig. 6 Structures of other compounds identified in A. squarrosum[21-22,25,30]

3 藥理作用

3.1 抗氧化

王雅等[30]測定沙蓬中綠原酸的還原及抗氧化能力，分析所得綠原酸對鐵氰化鉀的還原作用，結果發現濃度相同的情況下，沙蓬中的綠原酸還原能力較VC強，隨后測定了其對豬油抗氧化能力，結果發現在抗氧化作用最強的濃度（187.5 mg/L）下，其抗氧化能力優于同濃度下的VC、丁基羥基茴香醚，但較奎諾二甲基丙烯酸酯弱。采用不同溶劑（80%（體積分數，下同）乙醇、60%乙醇、60%丙酮、甲醇溶液）在不同溫度下（30、60 ℃）對沙蓬中抗氧化成分進行提取，用Fenton反應分析測定不同提取液清除羥基自由基的能力，結果顯示，在30 ℃下，用60%乙醇溶液提取所得提取液的抗氧化作用最強，半最大效應濃度（concentration for 50% of maximal effect，EC50）為17.47 mg/L[33]。

從沙米中分離所得的化合物3-O-[α-L-鼠李糖基-(1→6)-β-D-葡萄糖基]-7-O-(β-D-葡萄糖基)-槲皮素、槲皮素-3-O-β-D-芹菜糖基(1→2)-[α-L-鼠李糖基(l→6)]-β-D-葡萄糖苷、蘆丁、原兒茶酸、異槲皮素、異葒草素具有較強的1,1-二苯基-2-三硝基苯肼自由基清除活性，其EC50分別為15.9、22.2、16.9、4.6、10.8、8.9 μg/mL，同時發現它們對過氧自由基誘導的超螺旋DNA氧化損傷有較強的保護作用，進一步在細胞水平驗證這6 種化合物對叔丁基過氧化氫誘導的HepG2細胞氧化損傷的保護作用，結果發現各化合物在2.5、5、10、20 μg/mL時對細胞有不同程度的保護作用（P＜0.05或P＜0.01），在20 μg/mL時對細胞內活性氧的產生及積累具有有效的抑制作用，同時顯著上調蛋白Nrf2、pp38、pJNK、Bcl-2的表達（P＜0.05或P＜0.01）[22]。

3.2 抗糖尿病

研究發現連續灌胃沙蓬粗寡糖8 周可以改善II型糖尿病GK大鼠的糖耐量，減少飲水和攝食量，顯著降低血糖、糖化血紅蛋白、糖化血清蛋白的水平（P＜0.05或P＜0.01），增加胰島素敏感度（P＜0.05或P＜0.01）[34]，增加胰島素的釋放量以及胰島細胞的數量，改善糖尿病大鼠胰島組織的病理學變化，降低胰島素抵抗，并且效果近似，甚至優于陽性藥物格列苯脲[35]。也有相關研究報道沙蓬粗提物連續灌胃KKAy小鼠8 周，可顯著降低自發性II型糖尿病KKAy小鼠的隨機血糖水平，改善糖耐量，降低胰島素抵抗，這些變化主要涉及到IRS2/PI3K/AKT/GSK3β/GLUT4信號通路[36]。由于肝損傷及腎損傷是II型糖尿病常見的并發癥，因此，研究者連續8 周用沙蓬寡聚糖灌胃GK大鼠，每天1 次，研究藥物對肝、腎組織的保護作用，結果發現，沙蓬寡聚糖可以顯著降低糖尿病大鼠血清中丙氨酸氨基轉移酶、天冬氨酸氨基轉移酶、肌酐及尿酸的含量（P＜0.05或P＜0.01），且肝、腎組織中NF-κB的水平也得到明顯抑制[37]。沙蓬粉末的不同提取物（水提物、乙酸乙酯提取物、乙醇提取物和正丁醇提取物）對四氧嘧啶誘導的糖尿病小鼠具有顯著的降血糖作用，其中水提物與醇提物作用更為明顯，可顯著改善糖耐量，臨床實驗進一步證實其降血糖作用，17 名高血糖患者（其中5 位被診斷為糖尿病）在自愿的條件下服用沙蓬浸膏，連續一周后發現，13 名患者（2 名糖尿病患者）的血糖水平有所降低，繼續服用到第3周發現，12 名患者的空腹全血血糖濃度不高于6.2 mmol/L，8 名患者的血漿血糖濃度不高于6.8 mmol/L，5 名糖尿病患者中的4 名空腹全血血糖濃度不高于7.0 mmol/L，且患者狀態良好[38]。鏈脲佐菌素誘導的糖尿病大鼠灌胃沙蓬水提物后脂肪代謝紊亂得到明顯改善，胰島β細胞的修復能力有所增加，肝細胞的病理學變化有所減輕，脂肪細胞的堆積得到一定的抑制[39]。

3.3 降血脂

研究發現沙蓬生藥以及沙蓬水提物、醇提物具有降血脂的作用，其均可顯著降低由高脂飼料誘導的Wistar大鼠血清中總膽固醇、低密度脂蛋白膽固醇和甘油三酯的水平（P＜0.05或P＜0.01），進一步研究發現主要降血脂作用的是沙蓬粗多糖，其毒性甚微，且可緩解高脂血癥大鼠肝臟組織中脂肪的積累[7]。

4 營養成分

沙蓬種子——沙米粒小、扁圓形（圖7），平均質量約1.5 mg[40]，每顆沙蓬植株約產2 000 粒沙米[41]。約1 300多年前便有食用沙米的記載，其是一種野生純天然的綠色食品，也是一種藥食同源的食品。在敦煌文獻中提到的“草子”即為沙米，在唐代被當作一種軍糧[42]。《本草綱目》中記載“沙米，味甘性溫、清熱清風、消宿食、治噎嗝反胃、服之不饑”[43]。《康熙幾暇格物編》記載“沙蓬米、凡沙地皆有之，米似胡麻而小，性溫益脾胃，易于消化，可充餅餌茶湯之需”[32]。

圖7 小米、沙米、大米形態對比圖Fig. 7 Images of millet, A. squarrosum seeds and rice

現代研究發現，沙米具有較高的營養價值，其包括人類身體所需的所有必需氨基酸，營養價值類似于豆類作物，并且熱量較低，被中醫認為是一種綠色天然的減肥食品[12]。沙米中蛋白質量分數約為23.2%，脂肪質量分數約為9.7%，碳水化合物質量分數約為45%，粗纖維質量分數約為8.6%，灰分質量分數約為5%，其蛋白質等含量較高，營養成分比例優于小麥與大米（表1）。

表1 沙米與大米、小麥的營養成分比較[44-46]Table 1 Nutritional composition analysis of A. squarrosum seeds, rice and wheat[44-46]

王雅等[45]研究發現沙米中氨基酸種類較多，至少包括18 種，且總量高達22.03%，另外，8 種必需氨基酸的含量達到8.5%，賴氨酸、纈氨酸、嬰兒生長所必需的精氨酸以及亮氨酸含量均高于一般常見糧食作物。從氨基酸種類及含量分析，沙米足以滿足人類對飲食中蛋白質氨基酸的需求，不需要其他食物進行補充。

沙米中也含有較為豐富的微量元素，包括人體必需的鈣、鐵、鋅、碘等，且鈣、鐵含量較高，尤其是鐵，含量高于小麥粉、苦蕎麥、大米等糧食作物，長期食用沙米可預防缺乏鈣、鐵、鋅等微量元素引起的疾病[44,47]，飲食中缺鐵會導致貧血[48]、增加新生兒死亡率、喪失認知及行動能力[49]，富含豐富鐵元素的沙米可作為一種功能性食品，預防這些疾病的發生。

研究發現新疆沙米中油脂的含量約為13.7%，主要成分為不飽和脂肪酸，約占85%，且亞油酸、油酸和亞麻酸所占比例較大，分別為67.42%、16.69%、4.21%。其中亞油酸含量高于小麥，亞麻酸含量與小麥相似，油酸較小麥含量低[50-53]。用超高效液相色譜-質譜聯用儀分析內蒙古阿拉善沙米所含油脂，結果發現沙米殼是沙米油脂的主要集中部位，且1,2-二亞油酸3-油酸甘油三酯質量分數最高（30.3%），其次是三亞油酸甘油三酯（18.7%）和1,2-二油酸3-亞油酸甘油三酯（17.8%），沙米殼油脂總量達油料作物芝麻及葵花籽的四分之一以上[54]。亞油酸等不飽和脂肪酸能夠有效地降低心腦血管疾病發生的風險[55]。

在當前全球氣候變化的大背景下，聯合國糧食、農業組織曾在2015年發文“為養活世界上的龐大人口，需尋找能夠適應氣候變化的糧食作物”。沙蓬在進化過程中，有研究表明Astcl1蛋白在修改雜草特征（濃密的毛狀體）中會發揮作用，并對沙米的馴化產生重要影響，能夠擴大產量[56]。沙蓬在生長過程中不占用耕地，土地選擇性較低，常生長于荒漠地區，以其獨特的特征適應惡劣的生長環境，對氣候變化的敏感性較低，且其種子營養價值較高，可作為一種潛在的糧食作物[12,57-58]。

5 用途與價值

5.1 生態價值

沙蓬生長在干旱與半干旱的草原荒漠地區，是典型的一年生草本植物，由于其根系發達，植株生長速度快，有利于在沙流上存活，并且能夠適應極端條件（匱乏的水分和養分）而密集生長，成為防風固沙的先鋒植物。作為一種重要的自然生態資源，其生態價值還體現在沙蓬種群或群落可以有效地提高地表植被覆蓋度、抵御風力侵蝕和土地沙化、促進植物群落的交互演替和加速植株發育生長進程等一系列生態過程[59]。

5.2 飼用價值

作為一種常見的動物飼料，其植株水分質量分數約為77%，蛋白質質量分數為4.4%，粗纖維質量分數為3.7%，脂肪質量分數約為0.4%，灰分質量分數約為5.1%，無氮浸出物質量分數為8.7%，草原家畜牛、羊、駱駝等喜食其莖葉[32]，駱駝終年喜采食，牛、羊喜食其幼嫩莖葉，當植株開花時，可能會產生一些適口性差的物質，導致家畜食之不多甚至不食，正好利于沙米成熟，植株干枯后，其又成為家畜喜食的飼料；因此，牧民把沙蓬當作是家畜的催肥飼料之一[60]。另外，可將沙米打磨成粉，倒水加熱攪拌成糊狀，成為深受幼畜喜愛的母乳替代品，且經濟食用，安全可靠。所以沙米作為一種重要的飼用植物，對于荒漠地區畜牧產業的發展有積極的推動作用[59]。

5.3 經濟、食用價值

據統計，自然生長的野生沙蓬每公頃沙米產量約為66 kg，預計被馴化后的沙米產量可達到每公頃1 281 kg[58]，經濟價值可觀。在我國，食用沙米的歷史較為悠久，并且一直延續至今，在自然災害時，沙米被當作一種主要的糧食，并且在食用期間，并未有中毒、過敏等事件發生[46]。目前在內蒙古、蘭州等地，當地人將沙米做成炒面、沙米涼粉、刀轉面、羊肉面、撒飯以及點心等美食[42,61]。王曉琴等[62]研制出了一種沙米人參果復合酸奶，擴大了沙米的應用范圍。沙米也可以作為一種油原料，或直接當作一種綠色天然的蛋白功能食品。

5.4 醫藥價值

沙蓬作為一種重要的蒙藥，對多種疾病有很好的治療效果，主治感冒發燒、麻疹不透、水腫、腎炎水腫等[59]。《本草綱目》中記載“沙米，味甘性溫、清熱清風、消宿食、治噎嗝反胃、服之不饑”[43]。《內蒙古植物藥志》報道沙蓬散劑或丸劑對瘟疫、頭痛、目赤、腎熱、黃疸、牙齦潰爛及口舌生瘡等具有一定的療效[5]。張德魁等[59]報道沙蓬也可治療多種家畜相關疾病，如治療豬消化不良、嘔吐不止，還可治療牛、馬感冒發燒、腎炎水腫、腸炎腹瀉、腹下水腫等。

沙蓬作為極端沙漠條件下常見的植物，具有良好的形態和生理適應性。沙蓬的經濟重要性、營養價值和飼用價值、醫藥價值，以及在防風固沙中的應用，都強調其在人類的生產生活中扮演著重要角色[63]。

6 結 語

沙蓬用途廣泛、資源豐富，無需大量人力、物力便可獲得可觀的產量，且對土地選擇性低，在荒漠地區即可生長、繁殖，可有效地防風固沙，具有重要的生態意義，其種子——沙米營養價值堪比黎麥，可當作一種備用糧。作為一種蒙藥，沙蓬所含化學成分種類繁多，如黃酮類、三萜類、香豆素類、甾醇類、生物堿類、對乙酰氨基酚及其光解產物等[64]，并且具有抗氧化、抗糖尿病、降血脂等作用，但是沙蓬具體化學成分與生物活性方面的關系尚不明確；因此，為了較為全面且準確地把控沙蓬的質量，更高效地對其進行開發利用，極有必要對沙蓬繼續深入研究，將化學成分與生物活性研究相結合，探討沙蓬的具體藥效成分及相應的量效關系，使沙蓬的使用與開發得以進一步推廣。