黃精的化學組成及藥理作用的研究進展

劉 爽，胡舒婷，賈巧君，梁宗鎖,*

1西北農林科技大學生命科學學院，楊凌 712100；2浙江理工大學生命科學與醫藥學院，杭州 310018

2020年版《中國藥典》中收載黃精3種，分別為黃精(PolygonatumsibiricumRed)、多花黃精(PolygonatumcyrtonemaHua)和滇黃精(PolygonatumkingianumColl.et Hemsl.)。根據根部形狀俗稱為“雞頭黃精”“姜形黃精”“大黃精”[1]。黃精屬植物分布廣泛，我國就有79種[2]。在海拔800～2 800 m的山上都可以生長，黃精主要產自我國的東北三省，以及西北、河北、安徽東部、浙江等地；多花黃精主要產自四川、安徽、貴州、江蘇、浙江、福建、湖南、湖北、廣東、廣西等地；滇黃精主要產自云南、四川、貴州等地。

黃精，始載于《名醫別錄》，“其味甘，平，無毒。主補中益氣，除分濕，安五臟。久服輕身、延年、不饑”。因此，人們認為黃精是“長生不老和延年益壽藥”[3]，為補益之品，廣泛應用于保健食品的開發中。Chen等[4]以現代藥理作用的角度歸納了黃精具有抗脂肪肝、抗糖尿病、保護腎臟、抗阿爾茲海默癥、保護心臟及抗癌等作用。然而這些藥理作用的不同與黃精中的化學成分密切相關，比如黃精多糖、生物堿、皂苷、黃酮、蒽醌類化合物、揮發性物質、植物甾醇、木脂素以及多種對人體有用的氨基酸等化合物[5]，其中，多糖和皂苷是黃精中研究最廣泛的化學成分。與已有綜述[4]相比，本文將黃精的藥理作用重新歸類并補充了抗動脈粥樣硬化，抗HIV，抗氧化等作用，除此之外，還將藥典規定的三種黃精已鑒別出的化學成分，黃精多糖和皂苷的合成通路以及黃精相關產品進行整理歸納，旨在為黃精治療與預防現代疾病及保健品開發研究提供思路。

1 化學成分

1.1 多糖

黃精多糖是黃精化學組成的重要成分，也是衡量黃精質量的重要指標。2020年藥典規定黃精多糖的含量不能低于7.0%。在不同生長環境下，不同炮制方法及不同齡節的黃精多糖含量也有較大差異[6,7]。

黃精多糖主要由單糖組成，包括甘露糖、葡萄糖、半乳糖、果糖、半乳糖醛酸、阿拉伯糖和葡萄糖醛酸等。Fang等[8]通過水提醇沉法獲得黃精多糖(PSP)，并分離純化得到PSPI，其主要含有葡萄糖，化學結構分析表明PSPI結構的主鏈為β-(1→2)鍵相連的酮糖，酮糖主鏈上連接著α構型的葡萄糖。Li等[9]通過實驗制備了4種多花黃精多糖(PCP)，分別為DASS、CASS、HBSS、CHSS，都是β-糖苷鍵連接的吡喃型酸性多糖；此外，4種多糖均含鼠李糖、甘露糖、阿拉伯糖、木糖、葡萄糖、半乳糖和半乳糖醛酸。Wang[10]通分離純化得到3種PCPs。PCPs-l和PCPs-2主要由半乳糖和葡萄糖組成，PCPs-3主要由半乳糖組成。Wu等[11]從滇黃精中首次提取分離出滇黃精多糖(PKP)，即一個大約含有50個葡萄糖單元的中性多糖PKPI。

研究表明，PSP生物合成可分為三個主要階段。首先，蔗糖在β-呋喃果糖苷酶(SacA)的作用下轉化為葡萄糖-6-磷酸(Glc-6P)和果糖(Fru)[12]，Glc-6P通過磷酸葡糖苷酶(PGM)異構化為葡萄糖-1-磷酸(Glc-1P)[13]，果糖通過己糖激酶(HK)和果糖激酶(Scrk)合成果糖-6-磷酸(Fru-6P)[14,15]。其次，尿苷二磷酸葡萄糖(UDP-Glc)立即衍生自Glc-1P[16]，而Fru-6P間接轉化為鳥苷二磷酸甘露糖(GDP-Man)[17]；UDP-Glc和GDP-Man通過核苷二磷酸(NDP)糖相互轉化酶(NSEs)的作用進一步轉化成一些NDP糖[18]。最后，各種NDP糖在糖基轉移酶(GTs)的作用下形成不斷增長的多糖鏈[19]。在植物中，UDP-Glc是NDP糖的關鍵前體[20](見圖1)。

圖1 黃精多糖的生物合成Fig.1 The biosynthesis of PSP

1.2 皂苷

皂苷是黃精中另一主要化學成分，主要分為甾體皂苷和三萜皂苷。目前發現黃精、多花黃精以及滇黃精中共有77種甾體皂苷類化合物(化合物1～77)[21-33]，其中，黃精中有43種，滇黃精有31種，多花黃精4種。而黃精和滇黃精中共有12種三萜皂苷(化合物78～89)(見圖2、圖3、表1)。

圖2 3種黃精中皂苷化合物的結構Fig.2 Structures of saponins in three kinds of Polygonatum

續表1(Continued Tab.1)

續表1(Continued Tab.1)

續表1(Continued Tab.1)

黃精皂苷主要以甾體皂苷為主，其生物合成分為3條代謝途徑[34,35]，第一條途徑是萜類化合物骨架生物合成，即由MEP(2-C-甲基-D-赤蘚醇-4-磷酸途徑)和MVA(甲羥戊酸途徑)通過IPPI(異戊烯基二磷酸異構酶)介導最終生成DMAPP(二甲丙烯焦磷酸)和IPP(異戊烯基焦磷酸)；第二條途徑是倍半萜和三萜的生物合成，DMAPP和IPP通過縮合反應合成FPP(法尼基焦磷酸)，再通過SS(角鯊烯合酶)、SM(角鯊烯環氧化酶)的催化形成OS(2，3-氧化角鯊烯)；第三條途徑是甾體生物合成，OS在CAS(環阿屯醇合酶)的催化下形成CA(環阿屯醇)，隨后在一系列酶的作用下合成甾體皂苷元，最后在甾體皂苷糖基轉移酶合成甾體皂苷(見圖4)。

圖4 黃精甾體皂苷的生物合成途徑Fig.4 The biosynthetic pathway of steroidal saponin biosynthesis in Polygonatum注：黑實線箭頭代表已識別的酶反應；黑色虛線箭頭代表省略的一系列合成步驟。Note:the solid black arrows represent identified enzyme reactions;The dotted black arrow represents a series of synthetic steps that have been omitted.

1.3 黃酮

黃酮類化合物廣泛存在于植物體內，是指以2-苯基色原酮為母核而衍生的一類色素。在3種黃精中分離得到了20種黃酮類化合物(化合物90～109)[31,36-42]，根據母核結構的不同，可分為6種，分別為高異黃酮類、異黃酮類、查耳酮類、二氫黃酮類、紫檀烷類和黃酮類(見圖5、表2)。

圖5 3種黃精中黃酮化合物的結構Fig.5 Structures of flavonoids in three kinds of Polygonatum

表2 3種黃精分離得到的黃酮類化合物Table 2 Flavonoids isolated from three kinds of three kinds of Polygonatum

續表2(Continued Tab.2)

1.4 生物堿及蒽醌類化合物

生物堿類化合物在黃精屬植物中含量較低。Kun等[43]從黃精中分離得到了腺苷(112)，Sun等[44]從黃精中共分離得到polygonatine A(110)和polygonatine B(111)。Sun等[41]還從黃精中分離得到一種神經鞘苷類同系物，黃精神經鞘苷A～C(117)。Wang[45]從黃精中分離出11種生物堿，其中有3種化合物是第一次從天然植物中分離得到。滇黃精中分離得到的生物堿類有kingaone(123)、N-trans-p-coumaroyloctopamine(116)[38,46]。Ren等[47]從多花黃精生品及酒制品中共鑒定6種生物堿(見圖6、表3)。

表3 3種黃精中的生物堿Table 3 Alkaloids in 3 kinds of Polygonatum

圖6 3種黃精生物堿的結構Fig.6 Structures of alkaloids in 3 kinds of Polygonatum

多花黃精中還含有毛地黃精苷和吖啶-2-羧酸等蒽醌類化合物，且這類化合物與抗病毒、抗菌、免疫調節等生物活性相關[48]。

1.5 木脂素

木脂素是植物的次級代謝產物，廣泛存在于植物體中，一般由兩分子苯丙素氧化聚合而成的。2001年，Sun[41]第一次分離得到了4個黃精木脂素化合物分別為右旋松脂醇-O-β-D-吡喃葡萄糖基(6→1)-β-D-吡喃葡萄糖苷、右旋丁香脂素、鵝掌楸堿和右旋丁香脂素-O-β-D-吡喃葡萄糖苷；直到2020年，Chen等[49]從黃精中分離出1個新型苯駢呋喃型木脂素，并將其命名為黃精新木脂素苷A。

1.6 揮發性物質

黃精中的揮發性物質研究較少，目前只在多花黃精根狀莖中發現具有精油成分，占總揮發油的95.97%，并通實驗鑒定出16種化合物，如正癸烷、乳酸正丁酯和正十二烷等[50]。

1.7 植物甾醇

植物甾醇通常指的是植物固醇，廣泛存在于各種植物的細胞膜中。黃精和滇黃精中發現了4種植物甾醇類化合物，分別為β-谷甾醇、棕櫚酸-3β谷甾醇酯、胡蘿卜苷、(22S)-cholest-5-ene-1β,3β,16β,22-tetrol 1-O-α-L-rhamnopyranosyl16-O-β-D-glucopyranoside[37,51]。

1.8 氨基酸和微量元素

黃精屬植物中還存在大量氨基酸和微量元素。研究表明測得黃精根莖及其須根中均含有14種微量元素，以及4種常量元素(K、Ga、Mg、P)，與此同時，還發現根莖中有16種氨基酸[52]。此外，Wang等[53]發現黃精中丙氨酸和蘇氨酸較為豐富。Li[54]在對黃精游離氨基酸成分分析中發現，黃精中富含11種游離氨基酸，其中含有賴氨酸、苯丙氨酸、組氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸6種人體必需氨基酸。

2 黃精的藥理作用

2.1 降血糖作用

目前，黃精對糖尿病及其并發癥有明顯的改善作用的活性成分為多糖、皂苷和總黃酮，其中，黃精多糖研究最廣泛。Wang[55]發現PKP和PSP均對α-葡萄糖苷酶有抑制作用，且PSP的抑制作用強于PKP，隨后作者利用PSP對鏈脲佐菌素(STZ)誘導的患病小鼠實施了體內降血糖實驗，結果發現使用PSP后，小鼠飲水量、飲食量、血糖無變化，體重稍微升高，糖化血清蛋白含量降低，血清胰島素升高。Shu等[56]發現黃精總黃酮(TFP)對1型和2型糖尿病都有明顯的降血糖作用，與對照組相比，100和200 mg/kg TFP對STZ誘導的T1DM小鼠的降血糖作用與20 mg/kg阿卡波糖相似。在四氧嘧啶和高脂飲食誘導的T2DM小鼠中，200 mg/kg的TFP具有與15 mg/kg的格列齊特相似的降血糖作用。

Wang等[57]發現黃精多糖可降低STZ誘導的糖尿病小鼠血漿中的空腹血糖和糖化血紅蛋白水平，升高其血漿胰島素和C肽水平，同時增加了血漿中丙二醛含量及降低超氧化物歧化酶活性，因此黃精多糖可能通過降低血糖和抑制氧化應激反應以減輕了視網膜血管病變。黃精多糖通過降低細胞凋亡蛋白Bax、表皮生長因子EGF、血管內皮生長因子VEGF、轉化生長因子TGF-β和p38 MAPK的信號轉導作用，對糖尿病性視網膜損傷具有保護作用[58]。此外，還有研究發現黃精皂苷能夠通過抑制Wnt/β-catenin信號通路激活而保護腎臟[59]。

2.2 降血脂作用

黃精可以調節與脂質代謝相關的相應基因和蛋白質的表達水平，對高脂血癥、肥胖和脂肪肝的預防起到至關重要的作用。滇黃精多糖通過增加短鏈脂肪酸(SCFAs)的產生調控腸道微生物群落的相對豐度和多樣性，促進腸道通透性屏障恢復，抑制LPS(脂多糖)進入循環系統，減輕炎癥反應，最終預防脂質代謝紊亂[60]。

Kong等[61]研究表明，與對照組相比，黃精多糖組小鼠體內血清TC(總膽固醇)、TG(甘油三酯)、LDL-C(低密度脂蛋白-膽固醇)的含量明顯降低，HDL-C(高密度脂蛋白膽固醇)的含量顯著增加；肝臟中的PPAR-γ(過氧化物酶體增殖物激活受體-γ)、SREBP-1c(膽固醇調節元件結合蛋白1c)、IL-6(白介素-6)和TNF-α(腫瘤壞死因子-α)的表達下調，PPAR-α(過氧化物酶體增殖物激活受體-α)表達上調，因此多糖對脂類代謝相關因子具有調節作用，并能抑制肝臟脂質氧化，從而預防高脂血癥。滇黃精可通過調節脂類代謝因子、降低氧化應激反應以及抑制細胞凋亡等發揮抗非酒精性脂肪肝的作用[62]。

2.3 抗腫瘤

Li等[9]分離純化得到4種多花黃精多糖，進一步研究了其是否抑制宮頸癌Hela細胞抑生長，結果表明4種多糖都具有誘導凋亡、抑制癌細胞增殖的效果。Long等[63]發現黃精多糖可以激活TLR4信號通路，尤其是選擇性上調MyD88依賴通路，引起TRAF6(腫瘤壞死因子受體相關蛋白6)增加，并誘導下游MAPK/NF-κB信號通路發揮其抗癌作用；在此過程中，白介素IL-6、IL-1β、IL-12p70和腫瘤TNFα等細胞因子的分泌被強烈誘導。此外，多花黃精凝集素(PCL)誘導細胞凋亡和自噬的機理是通過調節Bax和Bcl-2蛋白，引起線粒體去極化，細胞色素c釋放和胱天蛋白酶激活，隨后PCL能夠終止谷胱甘肽抗氧化系統并誘導線粒體產生活性氧積累，從而導致p38-p53活化[64]。

2.4 抑菌抗炎作用

Cao等[65]發現黃精多糖對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、枯草芽孢桿菌等都有明顯的抑制作用。Debnath等[66]發現黃精水提取物能夠降低小鼠巨噬細胞系中的NO，并抑制了iNOS(誘導型一氧化氮合酶)和TNF-α蛋白的表達，以證實抗藥作用。

2.5 免疫調節

Yelithao等[67]利用RAW264.7細胞和NK細胞評估黃精多糖硫酸化和水解衍生物的免疫刺激作用，并發現RAW264.7細胞通過MR(甘露糖受體)和TLR4(Toll樣受體)介導的信號通路激活，CR3(β葡聚糖受體)和TRL2在刺激NK細胞中起主要作用。Yong[68]通過MTT實驗分析多花黃精多糖PCP-1的免疫調節作用，結果發現PCP-1濃度在25-400 ug/mL之間，不僅對巨噬細胞RAW264.7的生長無害，且有利于它的生長；隨后，通過中性紅實驗發現PCP-1能夠明顯加強細胞吞噬，PCP-1還能使巨噬細胞RAW264.7產生NO。

2.6 抗氧化及抗衰老

Li等[69]通過清除ABTS和DPPH自由基和總還原力等測定，表明多花黃精多糖具有一定的抗氧化作用，多糖對四種革蘭氏陰性均具有抑菌作用，對枯草芽孢桿菌(B.subtilis)抑制作用最強。Yong[68]通過體外抗氧化實驗驗證多花黃精多糖PCP-1具有抗氧化和清除自由基的功能，PCP-1清除DPPH能力隨著PCP-1值升高而升高。Jiang等[70]通過對黃精多糖進行動物實驗驗證，得知黃精粗多糖對CCl4引發的大鼠肝氧化損傷具有一定抑制作用。

2.7 抗阿爾茲海默病

學習記憶能力衰退是阿爾茲海默癥(AD)的主要特征之一，黃精水煎劑可明顯縮短β-淀粉樣蛋白誘導的AD模型大鼠的逃避潛伏期，并通過降低CA1區在Thr231位點tau蛋白的磷酸化改善海馬病理損傷，增強大鼠學習記憶能力，最終預防阿爾茲海默病[71]。

2.8 抗動脈粥樣硬化

Yang等[72]通過建立兔子動脈粥樣硬化模型，結果表明多糖的抗動脈硬化作用可支持其低脂活動，改善大動脈形態，減少動脈粥樣硬化兔模型中泡沫細胞數量和內皮細胞損傷。

2.9 心肌保護作用

Zhu等[73]研究黃精多糖對大鼠急性心力衰竭的保護作用，通過檢測大鼠心率、左室收縮壓、超氧化物歧化酶、丙二醛含量等指標，可知多糖可預防阿霉素所致急性心力衰竭。

2.10 抗骨質疏松作用

研究表明多糖在不影響BMP(骨形態發生蛋白)信號通路的情況下，可抑制骨質疏松；多糖通過增加成骨細胞分化因子的表達或者堿性磷酸酶的活性以增強骨髓間充質干細胞(BMSCs)的成骨分化[74,75]。

2.11 其他作用

此外，黃精還具有促進睡眠、抗疲勞及抗HIV等多方面的藥理活性。黃精根部的水提物促進睡眠的作用與NREM(非快速眼動睡眠)的延伸以及GABAA-R2(G氨基丁酸A型受體2)和5-HT1A(5-羥色胺受體)的上調相關，并通過與脊椎動物模型中的GABAA受體結合而被介導[75]。而多花黃精鮮品可以通過增加肌糖原和肝糖原含量，降低乳酸含量，從而起到抗疲勞作用，提高小鼠游泳時間[77]。另外多花黃精凝集素是一種新型抗HIV甘露糖結合凝集素[78]。

3 黃精產品應用

《食療本草》曾記載：“黃精根、葉、花、實，皆可食之?！秉S精除了藥用外，還可作為食物食用。此外黃精也被列入在“藥食同源”名錄中[79]。隨著人們對健康食品的要求升高，黃精被廣泛的應用在保健食品的開發中，目前，黃精保健產品有450種，包括黃精酒、黃精糖、黃精茶、黃精固體飲料、黃精果脯、黃精豆腐等[80-82]。黃精中還含有多種天然美容活性成分，具有抗氧化、防輻射、亮澤容顏、烏須黑發等美容功能，黃精保健化妝品10種，有洗發水、護發素、沐浴露、洗面奶等；此外，現代研發的黃精中成藥處方有204種，如三蛇藥酒、丹田降脂丸、養胃舒顆粒；市場上黃精藥品有10種，黃精贊育膠囊、黃精養陰糖漿、益元黃精糖漿、黃精丸等[83]。

4 展望

黃精作為我國傳統中藥材，具有非常高的藥用價值和醫療保健功效。然而，就2020版《中國藥典》規定的3種黃精，化學成分和藥理作用方面的研究主要集中在黃精和滇黃精，而對多花黃精的研究較少；黃精的化學成分研究也主要集中在多糖、皂苷和黃酮，對其他微量成分研究甚少；其藥理作用的研究也只集中在藥用部位和簡單的藥效驗證，并未做出深入的藥理作用機制研究。因此，應該從黃精單個化學成分及其結構入手，研究其深入的作用機制，尋找其藥物作用靶點，闡明其藥效基礎，為黃精藥品、保健食品、化妝品的進一步開發利用提供基礎。