柴胡的化學成分與藥理作用研究進展

李艷鳳,劉雅舒,李艷生

黑龍江中醫藥大學藥學院,教育部北藥基礎與應用研究重點實驗室,哈爾濱 150040

1 柴胡的淵源

柴胡始載于《神農本草經》[1],漢朝《名醫別錄》中記載其名為山菜、茹草和蕓蒿[2],魏晉南北朝時期的《吳普本草》和《博物志》對柴胡也均有記載,稱謂與漢時相同[3-4],《雷公炮制論》中則稱柴胡為茈胡[5],唐代《新修本草》首次將其稱為柴胡[6],后又被稱為柴草,至明代,李時珍在《本草綱目》中正式命名為柴胡,沿用至今[7-8]。

唐代以前,關于柴胡生長環境以及形態特征的記載均具有一定的相似性[9],但《新修本草》中關于柴胡的描述為“根紫色”,后世認為有誤,唐之后再無此項記載[10]。宋代,從《圖經本草》、《證類本草》、《本草別說》及《紹興本草》的記載中,可見這一時期更加重視柴胡的品種、產地以及品質與基原的關系[11-13],不單是從形態論差異,更是冠以地名進行區分。

李達等[14]通過查閱各歷史時期關于柴胡的記載,得出結論:宋及以前歷代官方本草均認為柴胡之正品有2種,分別為狹葉柴胡BupleurumscorzonerifoliumWild.(紅柴胡)和銀州柴胡BupleurumyinchowenseShan et Y.Li.,并且認為古銀州地區為柴胡的道地產區;銀州柴胡為柴胡中的優良品種,其用于治療傷寒效果最佳。近代,受西方植物學的影響,歐洲植物學界認為東亞的柴胡B.scorzonerifolium、B.chinense和B.komarovianumLincz.是B.falcatum 的亞種或變種[15]。隨著研究的深入,中國的植物學家發現中國與歐洲的B.falcatum完全不同。現行《中華人民共和國藥典》(以下簡稱《中國藥典》)規定柴胡來源為傘形科植物柴胡BupleurumchinenseDC.及狹葉柴胡BupleurumscorzonerifoliumWilld.的干燥根[16]。

2 柴胡的化學成分

柴胡主要含有皂苷、揮發油、黃酮、多糖、炔類以及微量元素等成分,且不同產地、不同藥用部位其成分和含量不同。

2.1 皂苷類

柴胡皂苷在結構上屬于五環三萜類化合物,同時也是齊墩果烷型衍生物,柴胡中常見的皂苷類成分見圖1至圖4。柴胡皂苷的苷元有環氧醚(1)、異環雙烯(2)、12-烯(3)、同環雙烯(4)、12烯-28-羧酸(5)、異環雙烯-30-羧酸(6)和18-烯型(7)7種不同的類型[17],柴胡皂苷的其他類化學結構見表1。柴胡皂苷中一般只含葡萄糖、呋喃糖、鼠李糖和木糖,此外還有戊糖醇[18]。柴胡中含量最高的皂苷是柴胡皂苷a、柴胡皂苷c和柴胡皂苷d,活性較強的是柴胡皂苷a和柴胡皂苷d,因而柴胡皂苷a和柴胡皂苷d的含量是檢驗柴胡質量的標準之一[19]。對于竹葉柴胡而言,柴胡皂苷a和柴胡皂苷d在根、莖、葉、花中均有分布[20],全草入藥更能充分體現其藥用價值,節約藥用資源。王雋[21]對不同炮制品、產地及采收時間的柴胡進行了有效成分含量對比,結果顯示,各產地中均為8月采收的柴胡總皂苷含量最高,柴胡生品、麩炒品以及炒制品總皂苷含量依次位列各炮制品第1、2、3位。因此,在使用柴胡時應注意產地及采收時間,以保證藥材質量。

表1(續) 其他類型柴胡皂苷結構Tab.1(Continued) Structure of saponins of other kinds of Bupleurum

圖1 柴胡皂苷a、柴胡皂苷d、柴胡皂苷e和柴胡皂苷cFig.1 Saikosaponin a,saikosaponin d,saikosaponin e and saikosaponin c

圖2 柴胡皂苷b1 和柴胡皂苷b2Fig.2 Saikosaponin b1 and saikosaponin b2

圖3 柴胡皂苷b3 和柴胡皂苷b4Fig.3 Saikosaponin b3 and saikosaponin b4

圖4 柴胡皂苷u和柴胡皂苷vFig.4 Saikosaponin u and saikosaponin v

2.2 炔類

方媛等[22]采用硅膠柱色譜、Sephadex LH-20和制備色譜等方法對柴胡中多炔類化學成分進行分離純化,從柴胡950 mL·L-1乙醇提取物的石油醚部位中分離得到4個多炔類化合物,分別鑒定為(2Z,8Z,10E)-2,8,10-十五烷三烯-4,6-二炔-1-醇(1)、(2Z,8E,10E)-2,8,10-十五烷三烯-4,6-二炔-1-醇(2)、(2Z,8Z,10E)-2,8,10-十七烷三烯-4,6-二炔-1-醇(3)和柴胡炔醇(4),4個化合物兩兩互為順反異構體,且以異構體組合物存在時較穩定,其中化合物1和3為新化合物,分別命名為柴胡炔醇A 和柴胡炔醇C。

黃海強[17]從柴胡中分離鑒定出10個全新的多炔類化合物,分別為 (2E,4E,8E,10E)-heptadecatetraene-6-yn-1-yl acetate;(2E,4E,9Z)-heptadecatriene-6-yn-1-yl acetate;(2E,4E,9Z)-octadecatriene-6-yne-1,18-diyl diacetate;(2E,4E,9Z)-1-hydroxyoctadecatriene-6-yn-18-yl acetate;(2E,4E,9Z)-octadecatriene-6-yne-1,18-diol;(2Z,8E,10E)-14S-hydroxyheptadecatriene-4,6-diyn-1-yl acetate;(2Z,8E,10E)-pentadecatriene-4,6-diyn-1-ol;(2Z,9Z)-octadecadiene-4,6-diyne-1,18-diol;(2Z,8Z,10E)-heptadecatriene-4,6-diyne-1,14-diol;(2Z,8Z,10E)-1-hydroxyheptadecatriene-4,6-diyn-14-yl acetate。方媛等分別 從柴胡 中分離 鑒定了 bupleurotoxin[23]、acetylbupleurotoxin[23]、bupleuronol[23]、bupleurynol[23-24]、(2Z,9Z)-heptadecadiene-4,6-diyn-1-ol[25-26]、(2Z,9Z)-pentadecadiene-4,6-diyn-1-ol[27]和(7E,9E,15E)-17-hydeoxy-heptadecadiene-11,13-diyn-4-one[28]等炔烴類成分。

2.3 黃酮類

王寧等[29]從柴胡中分離鑒定了山柰酚-3-O-α-L-阿拉伯糖苷(kaempferol-3-O-α-L-arabinofuranoside)和山柰酚-3,7-二-O-α-L-鼠李糖苷(kaempferol-3,7-di-O-α-L-rhamnopyranoside)2種黃酮類化合物。柴胡莖、葉、花及幼嫩果實是黃酮類化合物主要的分布器官,且葉中含量最高。在開花前期經盛花期、果期、果熟期到枯萎前期的生長發育過程中,黃酮類化合物含量呈波動變化趨勢,變化過程為從低到高、再降低、再從低到高[30]。樊秦娥[31]采用熒光光度法也證實柴胡花、葉、莖中都含有黃酮類化合物,且花、葉中含量較高,提示柴胡若以黃酮類成分入藥時,應在開花期采收。

2.4 揮發油類

韓曉偉等[32]利用水蒸氣蒸餾法提取北柴胡藥材中的揮發油,利用氣相色譜-質譜(GSMS)法鑒定出55 種揮發油成分,其中L-壞血酸-2,6-二棕櫚酸酯、2,4-癸二烯醛、炔醇與順,順-9,12-十八碳二烯-1-醇的含量較高。河北產柴胡中揮發油成分較多,但相對含量不高。霍夢逸等[33]采用色譜法分離得十一烷、庚醛、α-蒎烯、β-蒎烯等44種柴胡揮發油成分,并采用內毒素致兔體溫升高模型證實,月桂醛、γ-古蕓烯和 2,4-癸二烯醛可能為柴胡退熱作用的物質基礎。

2.5 多糖類

L-阿拉伯糖、核糖、D-木糖、L-鼠李糖、D-葡萄糖和D-半乳糖等為柴胡已分離鑒定出多種多糖的主要組成成分[34]。盧嬌嬌[35]研究得出,淀粉樣多糖和果膠是柴胡多糖的主要組成成分,果膠中所含的結構域有HG、RG-I和RG-II 3 種,其中所占比例較大的是HG 型果膠結構域,且部分被酯化,各種類型果膠結構域之間共價連接。

2.6 其他類

許枬等[36]從柴胡中分離得到去氧蟲膠紅素(deoxyerythrolaccin)鄰苯二甲酸二(2-乙基)己酯(bis(2-ethylhexyl)benzene-1,2-dicarboxylate)。柴胡中還含有一些微量元素:鈣(Ca)、鎂(Mg)、鈉(Na)、鉀(K)、鐵(Fe)、錳(Mn)、銅(Cu)和鋅(Zn)。此外,周利兵[37]采用因子分析方法研究得知,柴胡不同部位中8種微量元素含量高低順序為:根＞葉＞花＞莖。王寧等[29]首次分離出7-羥基-2,5-二-甲基-色原酮(7-hydroxy-2,5-dimethyl-chromnone)。

3 柴胡的藥理作用研究進展

3.1 抗腫瘤

經過近幾年的不斷深入研究,中藥在抗癌領域中具有廣闊的前景[38],柴胡在腫瘤治療領域具有重要地位。柴胡的抗腫瘤作用主要體現在抗乳腺癌、肝癌、腸癌、骨肉瘤以及對抗腫瘤藥物的耐受性方面。

3.1.1 抗乳腺腫瘤作用 乳腺癌的抗腫瘤免疫與T 輔助細胞1型(Th1)/T 輔助細胞2型(Th2)平衡息息相關,X ZHAO等[39]證實柴胡皂苷A(SSA)可以促進乳腺癌Th1/Th2平衡向Th1反應,以此抑制乳腺癌,因此SSA 或其衍生物可用于乳腺癌治療。王冰等[40-41]研究證實,柴胡皂苷D(SSD)可明顯阻滯人乳腺癌SK-BR-3細胞株的增殖,可阻滯三陰性乳腺癌TNBC細胞周期于G2期,并促使其凋亡。此外還發現,在不影響表皮生長因子受體和神經降壓素受體的同時,SSD 能明顯抑制β-catenin 及其下游靶基因,導致細胞凋亡。提示SSD 和SSA 可用于乳腺癌臨床治療。

3.1.2 抗肝腫瘤作用 和水祥等[42-44]用不同濃度的柴胡皂苷d分別干預經脂多糖(LPS)誘導的肝癌SMMC-7721細胞株和大鼠原發性肝癌模型,研究表明,SSD 可通過血管內皮生長因子(VEGF)和血管生成素-2(Ang-2)信號通路顯著抑制肝癌SMMC-7721細胞的生長、增殖,誘導自噬形成來增強細胞的放射敏感性,且劑量依賴性地抑制肝癌大鼠腫瘤生長,改善大鼠肝功能,調節免疫功能,提高抗腫瘤能力。

3.1.3 對其他腫瘤的對抗作用 黨鋒等[45-47]通過劃痕實驗和Transwell遷移實驗證實SSD 可通過抑制上皮-間充質轉化(EMT)和細胞干性抑制人結直腸癌細胞SW480的遷移和侵襲,還可以通過誘導自噬抑制人結直腸癌細胞SW480的增殖;同時證實SSD 是一種功能性腫瘤抑制因子,通過激活p53信號通路抑制OS增殖,可用于未來骨肉瘤的治療。

3.1.4 抗腫瘤藥物的耐藥性 C LI等[48-50]分別建立MCF-7/ADR 細胞移植模型,以觀察SSD 在體內逆轉多藥耐藥性(MDR)的作用,研究表明,SSD 在體內外均能有效逆轉MDR,證實了SSD 在肝癌化療耐藥中的重要作用,為中藥在肝癌耐藥中的應用提供了新的前景,此外,研究顯示,柴胡皂苷a、柴胡皂苷c和柴胡皂苷d對藥物轉運蛋白有廣泛的影響,其作用強度和方向取決于轉運體的表達水平,柴胡皂苷a、柴胡皂苷c和柴胡皂苷d通過調節藥物轉運蛋白增強抗癌藥物的肝靶向作用。

3.2 抗抑郁癥

X SUN 等[51-52]分別采用強迫游泳實驗(FST)、小鼠尾懸實驗和利血平拮抗實驗,得出柴胡皂苷具有抗抑郁和抗焦慮作用,增加突觸蛋白的表達,這可能是通過誘導AMPA 受體和隨后的mTOR 信號通路介導的,柴胡總皂苷中、高劑量組均能拮抗利血平所致小鼠缺乏癥和上瞼下垂,低劑量組拮抗作用不明顯,可見其具有一定的劑量依賴性。

3.3 抗纖維化作用

管淑紅等[53-56]建立了特發性肺纖維化(IPF)模型小鼠,并給予博來霉素(BLM)和SSD 進行干預,結果表明,SSD 可以明顯減輕肺纖維化和肺泡上皮細胞凋亡的程度,同時下調半胱天冬酶-3(Caspase-3)蛋白的表達,SSdWnt/β-catenin 信號傳導通路負向調節EMT 過程的抑制作用可能是其治療機制之一。SSD 抑制肺纖維化進展的機制可能與下調VEGF 和上調人色素上皮衍生因子(PEDF)的表達有關。柴胡皂苷d對人胚肺成纖維細胞增殖抑制作用的機制可能與阻滯細胞周期及抑制轉化生長因子-β1(TGF-β1)分泌有關,由此可見,SSD 對肺纖維化有一定的抑制作用,并對肺泡上皮細胞過度凋亡起保護作用。同時,柴胡皂苷d可調節克雷伯桿菌肺炎大鼠免疫功能,緩解大鼠肺組織損傷和纖維化。

Y LIU 等[57]采用主動脈帶化術建立小鼠心臟重構和纖維化模型,結果顯示,SSA 可減輕心功能不全和心肌纖維化的長期負荷;且SSA是一種新型治療心肌纖維化的靶點藥物,不同劑量具有不同的靶點效應。大劑量SSA 可阻斷心臟成纖維細胞 (CFS)的轉化,抑制TGF-β誘導的成纖維細胞增殖和活化,抑制膠原分泌;小劑量SSA 可阻斷轉化生長因子-β(TGF-β)處理的心肌細胞的端MT 過程和壓力超負荷所致的心臟重構;高劑量SSA 可抑制CFS中Smad信號的磷酸化和激活。

3.4 對帕金森病細胞模型的神經保護作用

楊軍等[58]建立MPP+誘導的SH-SY5Y 細胞模型,給予不同濃度的SSD 進行培育,結果表明,SSD 對該細胞模型具有神經保護作用,MPP+作用會導致氧化應激增強,而SSD可以減弱MPP+導致的氧化應激增強,使凋亡細胞增多以及caspase-3的活性增強,進一步顯示,這一作用是SSD 通過上調線粒體去乙酰酶sirtuin-3(SIRT3)表達得以實現。

3.5 降血脂作用

王少平等[59]通過高血脂模型SD 大鼠實驗證實,柴胡總皂苷各組分均能下調肝臟中3-羥基-3甲基戊二酸甲酰輔酶A還原酶(HMGCR)和乙酰輔酶A 羧化酶(ACC)的mRNA 表達量,對于長期高脂飲食造成的高血脂具有明顯的治療作用,柴胡總皂苷可以降低高血脂大鼠血清內總膽固醇(TC)、三酰甘油(TG)和低密度脂蛋白(LDL)的含量,使高密度脂蛋白(HDL)含量增加;此外,柴胡總皂苷還可升高血清內超氧化物歧化酶(SOD)、一氧化氮(NO)和組織性纖溶酶原激活物(t-PA)含量,降低丙二醛(MDA)水平,降低由于高血脂誘導造成動脈粥樣硬化的發病率;同時對TC和TG 的直接限速酶ACC、HMGCR 以及促纖溶酶t-PA 的mRNA 表達情況進行實驗,結果發現,柴胡皂苷可上調t-PA 的表達,下調ACC 和HMCGR 基因的表達量直接參與到機體脂肪合成中。

3.6 對肝、肺損傷的保護作用

HW WANG 等[60]采用高潮氣量法建立大鼠肺損傷(VILI)模型,結果顯示,SSD 和柴胡多糖均對肝損傷具有一定的保護作用,SSD 可以通過抑制炎癥反應、氧化應激和凋亡,有效減輕呼吸機引起的肺損傷。林波等[61]通過失血/回輸和氣道滴注LPS從而建立大鼠急性肺損傷(ALI)模型,證實柴胡總多糖減輕大鼠ALI程度作用可能與抗氧化有關。此外,張冬等[62]證實了柴胡總多糖通過抑制炎癥反應,減輕LPS誘導的內毒素血癥(ETM)大鼠肺損傷。

Y CHEN 等[63]證實SSD 可以通過抑制炎癥反應、氧化應激和凋亡來減輕呼吸機引起的肺損傷。郝健亨等[64]選用Agilent-085631芯片篩選自身免疫性肝炎(AIH)小鼠差異表達基因,證實SSD 可通過調節白細胞介素-10(IL-10)、細胞毒T 淋巴細胞相關抗原-4(CTLA-4)、白細胞介素-17(IL-17)的表達,改善AIH 小鼠肝臟炎癥反應。

3.7 其他藥理作用

3.7.1 治療內毒素血癥 張冬等[62]通過尾靜脈注射LPS建立內毒素血癥大鼠模型,并采用酶聯免疫吸附試驗(ELISA)法測定肺組織勻漿炎癥因子、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、白細胞介素-1β(IL-1β)、白細胞介素-6(IL-6)水平,考察柴胡總多糖對LPS誘導的內毒素血癥大鼠肺損傷的影響;與模型組相比,柴胡總多糖高劑量組可明顯降低肺組織TNF-α、IL-1β和IL-6水平,通過抑制炎癥反應減輕肺組織結構損傷。

3.7.2 乙型肝炎病毒(HBV) Y PAN 等[65]研究發現,SSC能夠刺激IL-6表達,導致肝細胞核因子-1α(HNF1α)和肝細胞核因子-4α(HNF4α)表達衰減,從而進一步調解抑制HBVpgRNA 合成。通過RNA 干擾,在 HepG2 細胞中擊倒HNF1+或HNF4+會廢除柴胡皂苷C(SSC)的反HBV 作用。此外,SSC對野生型和耐藥性乙肝突變體都有效。這些結果表明,SSC 在HBV 感染的治療策略中具有很好的調控pgRNA 轉錄的作用。

3.7.3 常染色體顯性多囊腎病(ADPKD) ADPKD 是一種常見的遺傳性疾病,近年來抑制自噬在ADPKD 中的作用日益引起人們的關注,W SHI等[66]研究表明,SSD 通過ADPKD細胞中的CaMKKβ-AMPK-mTOR 信號通路誘導自噬,表明SSD 可能是ADPKD 的潛在療法,心肌肌漿網Ca2+-ATP(SERCA)可能是ADPKD 治療的新靶點。

3.8 柴胡的毒理作用

柴胡雖然被《本經》列為上品,但在應用過程中,一些醫家逐漸認識到柴胡亦有一定的毒性和不良反應,尤以葉天士在《幼科要略》中提到“柴胡劫肝陰”為后世所重視[67]。近年來,中藥誘發的肝損害已成為臨床藥物性肝損傷的主要原因之一[68]。ZHANG Q Q 等[69]研究證實,SSD 是柴胡的保肝成分,同時也與肝毒性有關。使用caspase抑制劑可減輕SSD對小鼠造成的肝損傷程度。進一步分析炎癥與代謝產物之間的潛在聯系,結果表明,膽汁酸和溶血磷脂酰膽堿在減輕SSD引起的炎癥相關肝損傷中最為顯著。

4 結語

綜上所述,柴胡有良好的研究前景,柴胡中的某些單一成分,如柴胡皂苷在很多現代疾病中有著潛在的藥用價值,而目前臨床用于治療很多疾病多采用中西醫聯合用藥;柴胡的化學成分多樣,發揮藥效的成分也復雜,可能是多種成分共同作用發揮某一藥效,也可能是一種成分發揮多種作用,故研究藥效和藥效成分之間的相互關系很有價值;多數中藥具有一定的毒性和不良反應,柴胡也不例外,研究柴胡成分-藥效-毒性三者間的關系,可為臨床安全用藥提供諸多保障。