桔梗化學成分的提取方法和藥理作用概述

孫 萍，徐 慧，黃艷紅，李澤潤，聶玉鵬，王珊珊，劉建軍

（齊魯工業大學（山東省科學院）山東省食品發酵工業研究設計院，山東 濟南 250013）

桔梗（Platycodon grandiflorum）是桔梗科植物桔梗的干燥根，為藥食同源品種，其性平，味苦，主要分布于我國的東北、華北、華東等地區，此外朝鮮、日本等國家也有。桔梗因具有很好的藥用價值而被廣泛關注，其化學成分主要包括齊墩果酸型五環三萜皂苷、多糖、黃酮、酚類、甾醇類、脂肪酸、氨基酸等，這些成分具有宣肺、祛痰止咳、抗菌消炎、抗氧化、抗腫瘤、降血糖、降血壓等作用[1]。近年來國內外對于桔梗化學成分提取分離和藥理作用研究的越來越多，發現其藥理作用發揮在許多方面。目前關于化學成分提取方法主要分為傳統提取法和輔助提取法，對其藥理作用的研究主要是通過構建模型，解析其產生的生物活性效果。本文通過對桔梗化學成分的分離提取方法及其藥理作用進行概述，為桔梗資源的開發與利用提供理論基礎。

1 桔梗的化學成分

桔梗化學成分包括皂苷類、多糖類、黃酮類、酚類、甾醇類、脂肪酸及其他類等多種物質，這些化學成分發揮著不同的作用及影響，使得桔梗的藥理作用應用更加廣泛。

1.1 皂苷類

桔梗中含有大量的三萜皂苷，它們是藥理活性中的主要成分。桔梗皂苷的種類繁多，包括桔梗皂苷A、桔梗皂苷B、桔梗皂苷D、遠志苷D、遠志苷D2等。桔梗皂苷中主要的苷元有3種，分別是桔梗酸、桔梗二酸和遠志酸。桔梗皂苷中的糖基配體主要是由D-葡萄糖、L-鼠李糖、L-阿拉伯糖、D-木糖和D-芹糖以及其衍生物組成的[2]。桔梗皂苷的主要功效是抗氧化、祛痰止咳、抗炎、鎮痛解熱等[3]，此外，桔梗皂苷由于其強溶血作用而具有毒性，所以不可注射給藥，口服時消化道的分解破壞使其失去溶血作用，因此可以口服的形式給藥[4]。

皂苷是桔梗的主要化學成分，目前已知的從桔梗中提取的皂苷大約有89種，具體分為如下幾種類型[5]：桔梗酸型、桔梗二酸型、遠志酸型、桔梗皂苷內酯型和其他非典型三萜化合物，結構如下：

1.2 多糖類

多糖是一種由單糖連接而成的天然高分子化合物，又稱多聚糖，大多由10個以上單糖通過糖苷鍵連接而成。桔梗多糖是由果糖連接而成的桔梗聚糖和菊糖，桔梗多糖在增強免疫功能、抗腫瘤、降血糖、抗衰老、抗病毒等方面具有顯著的藥理作用[6]。不同年限桔梗的多糖含量是不同的，去皮桔梗多糖含量比帶皮桔梗多糖的含量要高，并且去皮桔梗多糖含量是隨著生長年限的增長呈現先下降又上升的趨勢，在種植第二年的時候桔梗多糖的含量最高，桔梗中的多糖大多集中在根部，剛發芽時桔梗多糖的含量是整個生長期最低的，盛花時期多糖含量最高[7]。

1.3 黃酮類

黃酮類物質主要存在于桔梗的地上部分，主要為二氫黃酮、黃酮及黃酮苷類化合物[8]，從日本產的桔梗花中得到一種花色素：飛燕草素-二咖啡酰蘆丁醇糖苷，是最早從桔梗中分離得到的黃酮類化合物[9]。目前已經分離得到蜜桔素、槲皮素-7-O-葡萄糖苷、槲皮素-7-O-蕓香苷、飛燕草苷-3-蕓香苷-7-葡萄糖苷等十余種黃酮類成分[10]。通過研究表明，桔梗中黃酮類物質含量由高到低依次是葉片、莖、根，根中的黃酮含量特別少，所以研究桔梗黃酮類物質時，盡可能的使用葉的部分[11]。

1.4 酚類

酚類化合物是指芳香烴中苯環上的氫原子被羥基取代所生成的化合物，是芳烴的含羥基衍生物，根據其分子所含的羥基數目可分為一元酚和多元酚。桔梗的酚類在桔梗的根部及地上部分都含有，沒食子酸類、鞣花酸、苯丙酸類等是主要的組成部分[12]。其中在桔梗的地上部分分離得到大約12種游離型或結合型酚酸類及其衍生物[13]，在根部石油醚提取物中分離得到了兩種具有抗氧化的酚類化合物，分別為棕櫚酸和油酸[14]。在根部甲醇提取物中分離鑒定21個酚類成分的結構，包括2個新的和4個已知的木質素、4個酚類、1個新木質素、9個包括2個烷基芳醚型、2個呋喃型、3個苯并呋喃型、1個四氫呋喃型和1個二芐基丁烷型的木質素[15]。多酚同樣具有抗炎、抗腫瘤、防治糖尿病等生物活性作用，但酚類最顯著的生物活性表現在其具有良好的清除超氧陰離子和羥基自由基的能力，所以具有很好的抗氧化能力[16]。

1.5 甾醇類

甾醇是廣泛存在于生物體內的一種重要的天然活性物質，是一類含有羥基的類固醇，均以環戊烷多氫菲為基本結構。按其原料來源分為動物性甾醇、植物性甾醇和菌類甾醇等三大類。桔梗中含有菠菜甾醇，α-菠菜甾醇-β-D-葡萄糖苷，δ-7-豆甾烯醇，白樺脂醇以及β-谷甾醇等[17]。桔梗甾醇有預防心血管疾病、抑制腫瘤、促進新陳代謝、調節激素水平等生理功能。

1.6 脂肪酸

研究表明，桔梗脂肪油中含有多種脂肪酸，其中不飽和脂肪酸含量高，且相比于其他的脂肪酸，亞油酸、軟脂酸的含量較高，亞油酸含量為63.24%，軟脂酸含量為29.51%[18]。此外還含有其他油脂，如亞麻酸和硬脂酸、油酸、棕擱酸等，不飽和脂肪酸含量高的優點是它可以與腫瘤細胞膜結合，使腫瘤細胞膜上的脂肪酸發生改變，從而具有殺傷腫瘤細胞的作用[19]。

1.7 其他類

與其他草本植物一樣，桔梗同樣含有一些維生素和無機元素，其中胡蘿卜素、維生素B1、尼克酸、維生素C含量最為豐富[20]，無機元素中含必需元素有22種以上，其中Cu、Zn、Mn在必需元素中含量較高，此外還含有必需元素Ni、Cr、Sr、Fe[21]。桔梗根中含有16 種以上的氨基酸，包括8種必需氨基酸，占氨基酸總量的6.42%，總氨基酸含量高達15%，其中包括一種γ-氨基丁酸，是一種神經傳導的化學物質，在人腦能量代謝過程中起到了重要作用[22]。

2 桔梗化學成分的提取方法

2.1 桔梗皂苷的分離提取方法

目前對于桔梗皂苷的提取方法大多為浸漬法，此外再利用現代工藝輔助提取提高提取率，現代工藝包括超聲波提取、微波輔助萃取、超高壓提取、超臨界二氧化碳萃取法等，我國對于桔梗的提取大多是利用現代技術的輔助提取方法，然后通過實驗設計進行條件優化。

蔣征奎等[23]通過正交試驗確定桔梗莖葉總皂苷的最佳提取工藝為在100 ℃條件下，加12倍量的水，提取2次，每次1.5 h。并采用大孔吸附樹脂對桔梗莖葉總皂苷進行純化，最終得到的桔梗總皂苷質量分數為48.18%，桔梗皂苷D含量為9.18 mg/g，二者含量比純化前提高5倍以上。崔洪珊等[24]以桔梗為原料，采用微波提取方法提取桔梗皂苷，通過單因素及正交試驗得到微波提取桔梗皂苷的最佳工藝條件為乙醇體積分數80%、微波功率420 W、微波時間260 s和固液比1∶14（g∶mL）。在最佳的提取條件下，桔梗皂苷的得率4.59%。WU K J等[25]利用機械化學輔助提取法從桔梗根中提取桔梗皂苷D，確定最佳提取方法固體堿為NaOH，加入5%NaOH，磨削時間5 min，提取時間20 min，材料與水料液比1∶30（g∶mL），酸化pH值3.5。此優化條件下，桔梗皂苷D的提取率為7.16 mg/g。

通過目前已知的對于桔梗皂苷的提取方法的研究，可以明顯的看出現代技術的輔助提取效果明顯高于傳統提取方法，并且現代技術的加入可以在節約成本、縮短時間等方面有很高的提升，相比較于輔助提取法傳統提取方法如水提法、醇提法的可行之處是操作簡單，所需設備少。

2.2 桔梗多糖的提取方法

水浸法、微波輔助提取法和超聲波提取法是目前提取桔梗多糖的常用方法，這幾種方法都具有各自的特點。熱水提取法具有方便易行，操作簡單等優點，超聲波輔助提取是在水浸提的同時加超聲波輔助，此法不僅縮短提取時間，提高提取率，同時避免高溫對有效成分的影響，而微波輔助法是把超聲波轉變為微波，此法具有高效、快速、節能的優點。利用不同的提取方法可以達到不同的提取效果。

于侃超等[26]利用熱水浸提法、超聲波提取法、微波提取法和復合酶提取法提取桔梗多糖時對其活性所產生的影響。結果表明，微波法提取的桔梗多糖體外抗氧化效果最好，此方法提取的桔梗多糖對羥自由基、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）自由基的清除和對脂質過氧化的抑制作用均具有較強效果。除現代技術的應用外，復合酶法提取桔梗多糖也應用廣泛，向麗[27]通過研究復合酶法提取工藝研究，確定了復合酶輔助提取的最佳條件為酶解時間90 min、酶解溫度50 ℃、酶解pH值5.30，此優化條件下的提取率為5.64%，相比于熱水提取法（5.09%）有所提高。

2.3 桔梗黃酮的提取方法

對于桔梗黃酮的提取大多和皂苷、多糖類似，都有超聲波和微波提取法，值得一提的是將兩種現代技術的聯合，桔梗黃酮的提取率明顯提高。許一平等[28]將纖維素酶解和超聲波兩種方法進行聯合研究桔梗莖葉黃酮的最佳提取工藝，利用纖維素酶破壞細胞壁，利于桔梗莖葉中的黃酮的溶出，提高其中黃酮提取率，并且采用最適的酶濃度及溫度等條件以保證黃酮的活性，采用單因素試驗和正交試驗優化提取工藝，最終結果為在超聲溫度50 ℃、超聲時間40 min、乙醇體積分數為60%，酶用量0.6%，酶解溫度55 ℃，料液比l∶20（g∶mL），酶解時間1.5 h條件下桔梗莖葉中黃酮提取率最高，為6.35%。聯合提取技術作為一種新型的提取方法，對桔梗黃酮的提取提供了更加方便快捷的技術。此外還有微波輔助雙水相提取法和微波表面活性劑提取法，均有提高桔梗黃酮提取率的作用[29]。

2.4 桔梗多酚的提取方法

桔梗中的有效成分性質大多一致，提取方法也類似，包括傳統方法或者是現代技術如超聲波提取法和微波提取法，多酚的提取也不例外，采用這兩種方法進行提取并對這兩種方法的工藝條件進行優化從而進一步提高提取率[30]。許瑞如等[31]通過單因素與響應面試驗，得出微波輔助提取桔梗多酚的最佳工藝為：微波功率210 W、料液比1∶30（g∶mL）、微波時間60 s、乙醇體積分數50%、提取次數2次。在此條件下，桔梗根多酚提取率達6.49 mg/g。得到的桔梗多酚有很好的抗氧化活性。

3 桔梗化學成分的藥理作用

3.1 抗腫瘤作用

桔梗化學成分具有多種生物活性，其中桔梗皂苷藥理作用的最初研究就是在抗腫瘤方面。而作為傳統中藥材，桔梗皂苷是其最主要的化學成分，許嚴偉等[32]研究桔梗皂苷D對阿霉素治療小鼠肺癌的引導機制，通過單獨體外加入小鼠Lewis肺癌（Lewis lung carcinoma，LLC）細胞或者是聯合加入，檢測細胞的增值情況以及對阿霉素的攝取情況，通過對實驗結果的分析，表明桔梗皂苷對小鼠LLC肺部實體瘤生長無影響，但桔梗皂苷的加入能夠增加肺組織攝取阿霉素，從而達到更好的治療效果，說明桔梗皂苷D對其有很好的引導作用。此外，桔梗皂苷還具有抑制子宮內膜癌細胞的增值、遷移和侵襲以及誘導其凋亡的作用，同時對肝癌及胃癌等癌癥具有相同的作用，由此可以證明中藥可以治療癌癥[33]。

LI Y等[34]研究發現，桔梗能夠通過降低磷脂酰膽醇3激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）/蛋白激酶B（pro tein kinase B，PKB）信號通路，從而使得順氯氨鉑（diamminedichloroplatinum，DDP）更好的治療肺癌（DDP是治療癌癥的化學藥物）。目前許多研究表明阻斷PI3K/PKB 通路可以有效抑制癌癥，而桔梗能夠發揮這種作用，桔梗聯合DDP可以抑制磷脂化蛋白激酶（phospholipid protein kinase，p-Akt）和基因Bcl-2（B淋巴細胞瘤-2基因）的表達，促進基因Bax（人體最主要的凋亡基因）和切割基因caspase-9的表達。從而增強腫瘤細胞對DDP的敏感性，使DDP更好的發揮作用。

3.2 抗菌消炎作用

桔梗中的化學成分在抗菌消炎方面有很好的效果，特別是對于治療類風濕性關節炎有很好的作用，楊欣等[35]通過建立模型檢測桔梗提取物對類風濕性關節炎的作用，將55只模型分別設5只作正常組，其余50只建立類風濕性關節炎模型，分為模型組、藥物對照組、低、中、高濃度組，觀察他們的各種指標來確定桔梗提取物的成分對關節炎的有效控制，研究表明，濃度越高，對關節炎的影響越大，高濃度的桔梗提取物能夠有效減輕大鼠足部腫脹程度，使大鼠關節炎指數下降，緩解類風濕性關節炎大鼠炎癥反應的嚴重程度。在抗真菌方面，王世佳等[36]研究桔梗多糖脫蛋白和未脫蛋白對根霉、青霉和黃曲霉的抑制效果，結果表明兩者對這三種霉都有明顯的抑制效果。對根霉的抑制效果是脫蛋白的多糖作用小于未脫蛋白，而另外兩種霉則是相反。朱立芬等[37]研究桔梗皂苷D對于預防口腔黏膜上皮細胞感染白色念珠菌的作用，結果表明，隨著桔梗皂苷D濃度的加大，白色念珠菌黏附數、菌活力和菌絲轉換率逐漸下降，由此可以推測了桔梗皂苷D在抑制細菌方面也有很好的效果。

桔梗中的化學成分對骨關節炎也有很好的作用，骨關節炎是由于關節不穩定而引起的，一般通過抗炎型藥物治療。QU Y L等[38]研究發現，桔梗皂苷D對關節炎有一定的作用，關節炎的癥狀中表現在白細胞介素-1（interleukin-1，IL-1）和腫瘤壞死因子（tumour necrosis factor，TNF）-α上升，由于先前已驗證了桔梗皂苷D可以抑制細菌脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）誘導的TNF-α的細胞的產生，研究了IL-1對于炎癥的影響，研究表明，桔梗皂苷D可以通過抑制前列腺素E2（prostaglandin E2，PGE2）、一氧化氮（NO）和基質金屬蛋白酶（matrix metallo proteinases，MMPs）的產生，顯著抑制了IL-1引起的炎癥反應，從而達到治療關節炎的目的。

3.3 抗氧化作用

桔梗中的功效中研究較多的包括桔梗的抗氧化性，桔梗中含有的皂苷、黃酮、多酚等都具有良好的抗氧化性，許瑞如等[39]在石油醚、正丁醇、乙酸乙酯和正己烷中提取多酚、黃酮并確定在這幾種溶劑中提取的多酚、黃酮的抗氧化活性，其中在石油醚中提取的含量最高，但在正丁醇溶液中的抗氧化活性最高，綜合考慮，對于桔梗抗氧化活性的利用來說，醇溶液是良好的提取溶劑。而勞軍等[40]探究的是桔梗皂苷在不同濃度和溫度pH值下的抗氧化性的改變，桔梗皂苷的濃度越高，其清除自由基的能力就越好，但是溫度和pH值是有一定要求的，溫度越高抗氧化性越低，pH值呈現先升高在降低的趨勢，在pH值為4時，桔梗皂苷的抗氧化活性最高。

此外，除了桔梗根和桔梗植株具有抗氧化活性以外，桔梗的其他部位也具有抗氧化活性，KIM T Y等[41]認為桔梗的種子也具有抗氧化活性，對比桔梗根和桔梗種子兩者的抗氧化活性結果表明，桔梗種子展現了更好的清除DPPH等自由基的能力，并且可以更有效的抑制氮氧化合物和PGE2的生產，腫瘤壞死因子也下降了31%。由此可以說明桔梗種子也有很好的抗氧化和抗炎活性。

3.4 免疫調節作用

桔梗的化學成分在免疫調節方面同樣展現了良好的生物活性，李敬雙等[42]通過研究桔梗皂苷D對小鼠淋巴細胞和巨噬細胞免疫功能的影響，證明桔梗皂苷D具有免疫調節作用。結果表明，桔梗皂苷D對吞噬細胞、巨噬細胞及這兩種細胞所分泌的細胞因子的有顯著的影響，桔梗皂苷D的生物活性機理是通過促進淋巴細胞的增值，增強巨噬細胞的吞噬功能。桔梗皂苷D通過刺激淋巴細胞而使IL-2、IL-4分泌，同樣刺激巨噬細胞使其分泌TNF-α、IL-12，這些細胞因子可以通過參加機體的免疫調節作用，對人體免疫能力的增強起作用。由此可以說明桔梗皂苷D可以增強小鼠淋巴細胞和巨噬細胞的免疫調節功能。呂夢等[43]在探究桔梗多糖的最佳提取工藝的基礎上，研究桔梗多糖體外刺激淋巴細胞增殖的效果，結果表明，桔梗多糖可以刺激淋巴細胞增殖，有較強的體外免疫活性。

WANG C等[44]認為桔梗多糖對于羰基氰化物氯苯腙（carbonyl hydride chlorophenylhydrazone，CCCP）誘導豬肺泡巨噬細胞3D4/21凋亡的保護作用，巨噬細胞是抵御外部微生物侵入肺部的重要防御，細胞凋亡的一般路徑為線粒體路徑，線粒體是細胞生命活動控制中心和細胞凋亡調節的中心。細胞在凋亡信號的刺激下，一系列蛋白質級聯反應會被激活，導致線粒體受損，并發生凋亡。而CCCP可以造成線粒體膜電位發生改變，產生以上的反應，從而誘導細胞凋亡。桔梗多糖可以恢復線粒體膜電位（mitochondrial membrane potential，MMP）、保護核形態、增加抗凋亡蛋白Bfl-2，減輕CCCP引起的損傷。已確定的桔梗多糖的劑量為200 μg/mL。

3.5 降血壓血脂作用

LIN Y C等[45]研究發現，桔梗提取物可減少血管緊張素II（angiotensin II，Ang II）誘導的胰島素樣生長因子-Ⅱ受體（insulin-like growth factor-Ⅱreceptor，IGF-IIR）表達，桔梗通過c-Jun氨基末端激酶（c-jun n-terminal kinase，JNK）信號轉導通路的（c-jun n-terminal kinase sirtuin1 heat shock factor 1insulin-like growth factor-Ⅱreceptor caspase 3，JNKSIRT1-HSF1-IGF-IIR-caspase 3）信號抑制IGF-IIR活化和凋亡，防止心肌細胞凋亡，而減少IGF-IIR表達可降低高血壓引起的心力衰竭的發生率。由此可以證明桔梗在降血壓方面也有一定的功效。除了高血壓以外高血脂也是危害人類健康的重大隱患，高云芳等[46]通過喂養高血脂模型大鼠發現，越高濃度的桔梗皂苷可以顯著性地降低高脂血癥大鼠的血清總膽固醇（serum total cholesterol，TC）、低密度脂蛋白（low densitylipoprotein，LDL-C）、高密度脂蛋白（high density liptein，HDL-C），相比于陽性對照物更加明顯，說明桔梗總皂苷具有很好的降血脂作用。

3.6 保護肝臟和心臟的作用

肝臟和心臟的損傷對人體的傷害是很大的，有研究表明桔梗具有保護人體肝臟和心臟的作用，KIM S R等[47]研究了桔梗發酵提取物對內毒素致小鼠急性肝損傷的保護作用，對于小鼠進行口服桔梗發酵提取物，親炎細胞因子凋亡和脂質過氧化都減少了由此說明桔梗提取物有很好的護肝功能。孟慶雯等[48]探究了桔梗皂苷D對于急性心肌梗死（acute myocardial infarction，AMI）大鼠心肌損傷的影響及機制，通過建立大鼠模型對實驗進行研究，分別給與不同的劑量，從低濃度到高濃度，與模型大鼠相比較，給予藥物的大鼠心肌損傷有明顯的減緩，并且心肌細胞凋亡減少，一些凋亡基因及表達通路水平下調，表明桔梗皂苷D在保護心肌方面也有一定的作用。此外QI C X等[49]研究發現，桔梗多糖對于由D-氨基半乳糖（D-galactosamine，D-GalN）誘導的小鼠急性肝損傷具有保護作用，通過檢測氧化應激、炎性細胞因子和細胞凋亡指標解析了桔梗多糖可能是與下調切割的基因caspase-3和Bax，上調基因Bcl-2有關，并且相關表達蛋白也受到抑制。

4 結論

桔梗所含有的多種化學成分具有很好的藥理作用，提取分離桔梗的化學成分是值得研究的內容，目前對于桔梗化學成分的傳統提取方法中存在的問題是提取率不高、時間長、提取條件控制不當導致化學成分失活等問題，而現代技術提取其化學成分不僅可以在時間、效率等方面有所提高，而且更安全、環保，更有利于保持化學成分所特有的生物活性，應該綜合利用現代提取分離技術有效地提取分離各種化學成分并提高其提取率，此外對于桔梗藥理作用方面應該深入的研究，不僅要知道它作用于那些方面，更要明確其作用的機理，同時開展多領域的應用，目前已知的各種功效，如抗菌消炎抗腫瘤等的應用大多在醫藥方面，另外可以開展保健食品及護膚等領域的應用。新的藥理作用的挖掘可以利用酶轉化功能，制備活性高、易吸收、低毒性的單體成分，同時對化學成分的藥理特性、在體內、體外的作用機理、代謝途徑等開展研究。