芫根的有效成分及代謝通路研究

摘要 芫根為十字花科，是一種肉質根的具有食、飼、藥三用的草本植物。現代醫學研究表明，芫根中含有多種化學成分，主要有多糖類、硫代葡萄糖類、黃酮類、皂堿類、酚類和揮發性物質等，具有抗缺氧、抗疲勞、抗腫瘤、提高免疫功能、降血糖、減肥和抗衰老、促進骨質形成、調節腸道微生物等多種生物活性。研究表明，芫根化學成分、生長與地域及海拔有關，芫根有效成分通過多種信號通路發揮作用。本研究對芫根傳統作用、新產品開發、有效成分、生物活性及代謝通路進行綜述，為其進一步的藥用價值研究提供參考。

關鍵詞 芫根；中藥化學成分；代謝通路；綜述

Research on the Active Ingredients and Metabolic Pathways of Brassica rapa L.LI Mingke1，HAO Lijuan2

（1 Graduate School of Qinghai University，Xining 810000，China; 2 Otolaryngology of Qinghai Red Cross Hospital，Xining 810000，China）

Abstract Brassica rapa L.is a herb with fleshy roots for food，fodder and medicine in Cruciferae family.Modern medical research shows that Brassica rapa L.contains many types of chemical components，mainly including polysaccharides，thioglucosides，flavonoids，saponins，phenols and volatile substances，etc.，which have the functions of anti-hypoxia，anti-fatigue，anti-tumor，immune-enhancing，blood glucose-lowering weight loss，anti-aging，bone formation-promoting，intestinal microorganisms-regulating，etc.Studies have shown that the chemical composition and growth of Brassica rapa L.are related to geography and altitude，and that the active ingredients of Brassica rapa L.work through a variety of signaling pathways.In this paper，we review its traditional effects，new product development，active ingredients，bioactivity，and metabolic pathways，to provide a reference for further research on its medicinal value.

Keywords Brassica rapa L.; Chemical composition of herbs; Metabolic pathways; Review

中圖分類號：R282.71/.770.5文獻標識碼：Adoi：10.3969/j.issn.2095-7130.2024.11.072

芫根，又名蕪菁、蔓菁、根頭菜、圓根、灰蘿卜，屬于十字花科蕓薹屬植物，藏語稱其“紐瑪”，維吾爾語稱其“恰瑪古”，蒙古語稱其“沙吉木兒”^［1］，且只指植物芫根的塊根，起源于地中海西部，經過馴化作為蔬菜以及飼料作物傳播到亞洲及歐洲，在我國芫根的栽培歷史最早可追溯到新石器時代^［2］，且產地廣泛，但以西藏、青海、四川、新疆等地的研究為主^［3］。青海芫根通常是一年成熟一次^［4］，其播種時間受海拔影響較大，在海拔3 700 m左右的玉樹地區，人們常在6～7月進行播種，10～11月進行收獲。文獻報道，如果海拔在2 500 m左右，人們常在4～5月播種，7月左右即可收獲^［5］。研究顯示，芫根具有多種用途，且含有多種化學成分，并可通過多種代謝通路發揮抗疲勞、抗腫瘤等多種生物活性作用，現綜述如下。

1 芫根的用途

1.1 芫根的傳統作用及新產品開發 芫根作為傳統的蔬菜有著悠久的歷史。其在浙江溫州市是具有地方特色的塊根類冬季時令蔬菜^［6］，與蘿卜和大頭菜相比，溫州盤菜的營養價值最高^［7］，它既可供熟食，也可生食、腌制、醬制以及加工罐頭。在青藏高原地區，芫根作為一種耐寒、耐貯藏的塊莖類蔬菜，是藏區人民獲取維生素的重要來源之一，牧民們通常把芫根作為湯和面的配菜^［5］。此外，芫根作為藏區所特有的多汁類飼料作物，也是藏區畜牧養殖重要的飼料來源^［4］，在其生長期間其葉子可用于喂豬，也可用于青貯^［5］，收獲后其根可切碎或打漿混入其他飼料后喂各種豬、牛和羊，也可凍藏或切片曬干^［8］。芫根還可與蘋果^［9］、檸檬^［10］、山楂^［11］、沙棘^［12］、枸杞子^［13］等原料制成復合抗疲勞飲料。同時芫根可通過干燥加工成為脆片，作為一種重要的可抵抗高原反應的休閑即食食品，口感好并且便于攜帶^［14］。

1.2 藥物 芫根廣泛分布于青藏高原，傳統上常用作民間藥物和食品，用于緩解缺氧、疲勞和水土不服^［8，15］。在《四部醫典》《千金·食治》等醫學典籍中記載了芫根味甘性溫，功效利濕解毒，清熱消積、滋補增氧，針對細胞缺氧、疲勞乏力等高原性缺氧癥狀均能起到明顯的緩解作用^［16］，所以芫根是藏民對付“山毒”的隨身必需品，所謂“山毒”即高原反應^［17］。現代藥理學研究表明，芫根中含多種活性物質，主要有多糖類、硫代葡萄糖類、黃酮類、皂堿類、吲哚類、含硫化合物、酚類和揮發性物質（主要是萜烯、酯、醛和酮）^［3］，這些成分具有抗缺氧^［18］、抗衰老^［19］、抗疲勞^［1］、抗氧化^［20］、降血糖^［21］、抗腫瘤^［22］、抗輻射^［23］、提高免疫力^［24］、改善腸道菌群^［25］、止咳祛痰^［26］等功效，因此芫根是藏區民眾生活中不可缺少的藥食兩用綠色天然植物，藏醫主要將其作為藥丸、湯劑、浸膏等配伍的藏藥材^［17］。

2 芫根有效成分及其生物活性作用

2.1 芫根中營養成分

2.1.1 黃酮類化學成分 黃酮類化合物廣泛存在于植物的皮、根、莖、葉、果實和種子中，具有抗炎、抗氧化、降低氧化應激、保護腸黏膜、改善腸道菌群結構、促進生長和調節免疫等多種生物活性^［27］。研究表明，黃酮類化合物可通過調節血糖水平、抑制醛糖還原酶活性等改善糖尿病周圍神經病變^［28］。王文寧^［25］采用分光光度法測定新鄉芫根粉的總黃酮含量為0.25%。海力茜·陶爾大洪^［29］以回流提取法提取和紫外可見分光光度法測得新疆阿克蘇、喀什、托克遜、伊犁、博樂5個不同產地芫根的總黃酮含量分別為0.28%、0.261%、0.237%、0.257%、0.264%。譚亮等^［30］利用紫外分光光度法測得青海玉樹州芫根總黃酮平均含量為0.45%～0.74%。

2.1.2 多糖類 芫根含有豐富的多糖，現代醫學研究表明，芫根多糖具有抗缺氧^［31］、抗疲勞^［32］、抗氧化^［33］、降血糖^［21］等功能。呂明等^［34］通過微波法提取西藏芫根多糖，提取率為9.13%，譚秀娟^［31］采取冷凝回流，以加熱提取的方法，多糖獲得率可達9.156％。譚亮等^［30］對青海玉樹州新鮮芫根測定多糖平均含量為22.40 mg/100 g。拜年^［35］采用苯酚-硫酸法分析阿克蘇白皮芫根多糖含量為10.21%，紅皮芫根多糖含量為10.07%。楊永東^［36］采用1-苯基-3-甲基-5-吡唑啉酮（PMP）、柱前衍生化高效液相色譜法（High Performance Liquid Chromatography，HPLC）分析芫根多糖由甘露糖、鼠李糖、葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸、葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖7種單糖組成，其中半乳糖醛酸在芫根多糖中含量最高，這與唐偉敏等^［32］的研究結果相一致。

2.1.3 硫代葡萄糖苷類 硫代葡萄糖苷是一種含硫的陰離子親水性植物次生代謝產物，廣泛分布于十字花科植物中^［37］。宋曙輝等^［38］從芫根中檢測出8個種類硫代葡萄糖苷，其中以苯乙基硫苷含量最高。陳新娟等^［39］對芫根硫代葡萄糖苷含量的比較研究發現，新疆芫根、溫州盤菜和溫州紅盤菜3個品種芫根都以脂肪族硫苷含量最高。

2.1.4 皂苷 皂苷（Saponin）是由皂苷元與糖構成的一類糖苷，是許多植物藥和民間醫藥的主要成分，具有較多的藥理活性。劉浩等^［40］研究發現，芫根粗總皂苷對四氧嘧啶所致糖尿病小鼠有顯著的降血糖作用。楊玲玲等^［41］采用芫根干粉得到芫根總皂苷含量為（6.347±0.627）%.并發現芫根能降低肥胖大鼠的Lee′s指數（相當于人的體質量指數），減少肝臟質量及脂肪質量，降低血清三酰甘油（Triglycerides，TG）、總膽固醇（Total Cholesterol，TC）、丙二醛（Malondialdehyde，MDA）的濃度，升高血清高密度脂蛋白膽固醇（High Density Lipoprotein Cholesterol，HDL-C）濃度，提高超氧化物歧化酶（Superoxide Dismutase，SOD）活力，表明芫根總皂苷對高脂飲食誘導的肥胖大鼠具有減肥、抗氧化作用。譚亮等^［30］研究發現，玉樹芫根總皂苷平均含量為0.31 mg/100 g。

2.1.5 蛋白質及氨基酸 芫根含有豐富的蛋白質和氨基酸。王永剛等^［42］對新疆柯坪芫根的研究發現，柯坪芫根包含16種氨基酸。張旭等^［20］在川西凍干芫根粉中共測出17種氨基酸，其中必需氨基酸占總氨基酸含量的24.79%。譚亮等^［30］研究發現，青海玉樹芫根蛋白質含量為2%左右，各批次樣品中均檢出17種氨基酸，含量排前3位的氨基酸依次是苯丙氨酸（4.08%）、谷氨酸（1.50%）、天門冬氨酸（1.06%）。王文寧^［25］發現新鄉芫根干粉總氨基酸含量為14.08 g/100 g，必需氨基酸含量為3.40 g/100 g，非必需氨基酸含量為9.6 g/100 g。任延靖等^［43］對來自不同地區，并種植于青海大學農林科學院試驗基地內的50份芫根研究發現，種源來自青海的芫根中氨基酸總量、人體必需氨基酸、非必需氨基酸含量均最高，分別為23.99、5.56、18.43 g/100 g。從數據對比發現，青海芫根氨基酸總量、人體必需氨基酸含量、非必需氨基酸含量均高于新鄉芫根^［25］。

2.1.6 礦物質元素 芫根含有豐富的礦物質。任延靖等^［43］研究在青海種植的不同地區種源的50份芫根發現礦質元素含量存在較大差異，青海種源總礦物質含量較高，且以鉀（K）、鈣（Ca）、鎂（Mg）為主，平均含量均超過2 g/kg。譚亮等^［30］研究發現，青海玉樹地區曲麻萊縣、稱多縣、囊謙縣、雜多縣4個不同產區的12批次芫根含有豐富的礦物質，且屬于典型的高鉀低鈉植物，其中K、Ca、鐵（Fe）元素平均含量均高于北京芫根^［38］，玉樹芫根K、Fe、銅（Cu）元素含量（依次為270.5、1.22、2.10 mg/100 g）均顯著高于西藏芫根含量（依次為200.8、0.949、0.029 mg/100 g）^［30］。可見不同地區芫根營養成分含量差別較大^［25］，產地是影響營養成分含量的關鍵因素。此外，李曉娟等^［44］對不同來源的13份芫根為材料，比較分析青海省西寧市（海拔2 261 m）、青海省海南藏族自治州貴南縣（海拔3 100 m）和青海省玉樹藏族自治州玉樹市小蘇莽鄉（海拔3 750 m）３個不同海拔地區芫根營養成分發現，不同海拔地區芫根營養成分存在顯著差異，隨著海拔升高，芫根總糖含量越高，可溶性糖含量越低，其中西藏昌都芫根和玉樹芫根在不同海拔的試驗地中總糖含量較高。研究表明，多糖是芫根發揮抗缺氧作用的關鍵成分^［31］，同時也是芫根發揮抗疲勞作用的主要成分^［45］。

2.2 芫根生物活性作用

2.2.1 抗缺氧、抗疲勞 譚秀娟等^［46］采用低壓低氧艙模擬海拔4 000 m的高原環境，研究發現，與常壓常氧組比較，低壓低氧模型組小鼠腦組織海馬區、肺組織出現明顯的病理損傷，而經芫根總多糖給藥處理后，高劑量組小鼠腦、肺組織的病理損傷得到緩解，進一步證明了芫根總多糖具有抗高原缺氧的作用，且可能主要是通過提高機體自身抗氧化能力、減輕氧自由基損傷、調節自身能量代謝來發揮抗高原缺氧的作用^［20］。浙江大學進行了7 d的人類試食芫根粉單盲試驗，研究結果表明，受試者血清SOD（女性）和過氧化氫酶（Catalase，CAT）（男性）顯著增加，MDA降低，男性受試者血紅蛋白濃度增加，進一步驗證了芫根的抗低氧作用^［47］。王辭婉等^［3］、趙文瑾^［1］通過小鼠負重力竭游泳實驗發現，芫根多糖可明顯延長小鼠的游泳時長，且存在劑量依賴效應，趙文瑾還發現服用高劑量的芫根多糖的小鼠力竭游泳時長優于服用紅景天苷的小鼠，并進一步研究了可能是多糖在抗疲勞中起了主要作用。

2.2.2 抗炎、抗腫瘤和提高免疫功能 卡地爾亞·庫爾班等^［48］研究發現，芫根酸性多糖能明顯抑制肺損傷小鼠血清中腫瘤壞死因子-α（Tumor Necrosis Factor α，TNF-α）、白細胞介素-6（Interleukin-6，IL-6）、IL-10、γ干擾素（Interferon-γ，IFN-γ）濃度，說明其能夠調節受損肺組織抗炎-促炎免疫平衡、改善免疫因子過度釋放狀態，對小鼠的炎癥反應有顯著調節作用，其機制可能與調節核因子κB（Nuclear Factor Kappa-B，NF-κB）/核苷酸結合寡聚化結構域樣受體蛋白3（Nucleotide-Binding Oligomerization Domain-Like Receptor Protein 3，NLRP3）信號通路有關。研究表明，腫瘤相關巨噬細胞（Tumor-associated Macrophage，TAM）是腫瘤微環境的關鍵組成部分，并協調癌癥的各個方面，M1巨噬細胞可能有抗腫瘤作用，而M2巨噬細胞與腫瘤有關^［49］。GUO等^［50］研究表明，芫根多糖可將巨噬細胞轉變為M1樣表型來抑制腫瘤生長，同時促進信號轉導子與轉錄活化因子1（Signal Transducers and Activators of Transcription 1，STAT1）/NF-κB磷酸化和抑制STAT3/STAT6激活，進一步抑制肺癌小鼠腫瘤細胞的進展和轉移。AIPIRE等^［51］通過制備芫根正丁醇亞組分，發現其可能通過誘導細胞周期阻滯和線粒體依賴性細胞凋亡來抑制A549肺腺癌細胞增殖，從而發揮抗腫瘤作用。

2.2.3 降血糖 《本草綱目》記載芫根出自西番土谷渾，根葉苦溫無毒，利五臟，輕身益氣，常食通中，令人肥健，消食下氣，治嗽，止消渴。研究發現，芫根乙醇提取物可改善糖尿病小鼠的葡萄糖和胰島素耐量，降低糖化血紅蛋白、血漿胰島素、C肽和胰高血糖素水平，并可逆轉糖尿病小鼠的肝葡萄糖調節酶活性，并增加了胰島素/胰高血糖素比值和肝糖原含量^［52］。還有研究發現，青海玉樹芫根不同提取物及芫根揮發油對糖尿病模型小鼠均有比較明顯的降血糖作用^［53-54］。張發斌等^［55］發現青海玉樹芫根對鏈脲佐霉素造成的糖尿病小鼠模型有提高胰島素和降血糖作用。另外，有研究發現芫根乙醇提取物可減輕實驗誘導的糖尿病大鼠早期肝損傷^［56］，其保護作用與芫根乙醇提取物的抗氧化作用有關^［57］。

2.2.4 其他 芫根還有促進骨質生長、減肥、抗衰老和調節腸道菌群的作用。骨鈣素是一種相對較小的非膠原蛋白，由成骨細胞在成骨過程中產生，是骨形成的關鍵標志物。研究發現，芫根乙醇提取物使給藥大鼠的血清骨鈣素顯著增加，與骨形成的合成代謝劑大豆苷元相比，芫根乙醇提取物對人成骨細胞樣MG-63細胞分化有顯著的增強作用，因此證明含有硫代葡萄糖苷的芫根水提取物對年輕大鼠的骨形成具有刺激作用^［58］。王花等^［59］研究發現青海玉樹芫根對D-半乳糖誘發的亞急性衰老模型小鼠有明顯的延緩衰老作用。王文寧^［25］研究發現，芫根粉能增加小鼠腸道雙歧桿菌、乳酸桿菌數量，且在第7天時即有效果，在第14天時效果更為明顯。最近研究表明，芫根多糖經模擬胃腸消化后，多糖未發生降解，當多糖被腸道菌群發酵后，短鏈脂肪酸含量增加，雙歧桿菌、糞桿菌屬相對豐度增加，普氏菌、考拉桿菌屬相對豐度降低^［60］。這些數據表明，芫根多糖通過調節腸道菌群發揮益生作用，并可通過維持腸道健康來預防疾病和改善健康。

3 芫根抗睡眠剝奪損傷的作用

睡眠剝奪是指由于現代生活及工作的需要、周圍環境或其他無法避免的原因導致的睡眠不足。睡眠不足與多種疾病有關，一項回顧性縱向研究報告稱，每晚睡眠時間少于6 h的個體具有更高的非致命性心血管事件，并且與肥胖有關^［61］。另外，睡眠剝奪與認知功能下降有關，可導致記憶力下降^［62］。研究表明，芫根水提取物可部分緩解睡眠剝奪小鼠的外周能量代謝水平降低，并顯著降低血清和海馬中炎癥介質水平，同時芫根水提取物的神經保護作用也在谷氨酸處理的海馬神經元細胞（HT22）中得到證實，芫根水提取物可能通過抑制神經炎癥和恢復海馬線粒體能量代謝來預防睡眠剝奪誘導的認知障礙^［63］。

4 芫根有效成分代謝通路的研究

4.1 抗缺氧代謝通路 缺氧誘導因子（Hypoxia-inducible Factors，HIFs）是一種可以對細胞內氧氣濃度變化做出響應的轉錄因子，通過調節一系列下游基因表達參與細胞代謝、生長死亡、增殖及糖酵解、免疫反應、微生物感染、腫瘤發生和轉移等多個過程。此外，缺氧信號轉導因子還與其他細胞通路相互作用，如磷脂酰肌醇3-激酶（Phosphatidylinositol 3-Kinase，PI3K）、哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（Mammalian Target of Rapamycin，mTOR）信號轉導、NF-κB通路、細胞外信號調節激酶（Extracellular Signa1-related Kinase，ERK）信號轉導和內質網（Endoplasmic Reticulum，ER）應激等。HIF家族包含2個不同的亞基α和β，α部分由HIF-1α、HIF-2α和HIF-3α組成，β部分含有一種蛋白質即HIF-1β。HIF-1α在所有機體組織中廣泛表達，而HIF-2α和HIF-3α僅在少數特定組織中檢測到^［64］。研究表明，HIF利用存在時間變化，其中HIF-1α主要在缺氧適應的急性期活躍，而HIF-2α在后期、更慢性的缺氧期占主導地位^［65］。鄺婷婷^［66］研究發現，芫根多糖可通過激活HIF-1α/microRNA210/ISCU 1/2（COX10）信號通路改善和預防急性高原缺氧引起的腦損傷，同時發現芫根多糖通過HIF-1α調節低氧下細胞代謝，降低檸檬酸循環減少的水平，并減輕活性氧對線粒體的損傷，從而達到低氧保護的作用。另外，有研究發現，芫根總提取物在神經元氧-糖剝奪再灌注的海馬神經元（HT22）細胞損傷中通過PI3K/絲氨酸-蘇氨酸蛋白激酶B（Protein Kinase B，AKT）通路發揮抗缺氧作用^［67］。

4.2 抗疲勞代謝通路 ZHU等^［68］通過網絡藥理學和廣泛靶向代謝組學研究發現，芫根可通過調節能量代謝穩態和炎癥相關信號通路發揮抗疲勞作用。趙文瑾^［1］研究發現，游泳空白對照組小鼠由于機體缺氧和能量缺乏導致磷酸化mTOR信號分子在肌肉組織內表達量下降，而芫根多糖可通過激活PI3K/AKT/mTOR信號通路，上調游泳小鼠肌肉組織內磷酸化mTOR信號分子表達，促進機體蛋白質合成和營養平衡，調節能量代謝，從而發揮緩解疲勞的作用。李紫琳^［69］研究表明，芫根主要通過調控蛋白質磷酸化、三磷酸腺苷（Adenosine Triphosphate，ATP）合成、調節蛋白激酶活性發揮抗疲勞作用；京都基因與基因組百科全書（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes，KEGG）代謝通路富集結果表明，參與芫根抗疲勞的信號通路為PI3K/AKT、絲裂原活化蛋白激酶（Mitogen-activated Protein Kinase，MAPK）、mTOR、胰島素信號通路、TNF和磷酸腺苷激活的蛋白激酶（AMP-activated Protein Kinase，AMPK）等信號通路，表明芫根發揮抗疲勞作用是多成分、多靶點、多途徑的。

5 展望

芫根中含有多種化學成分，主要有多糖類、硫代葡萄糖類、黃酮類、皂堿類、酚類和揮發性物質等，具有抗缺氧、抗疲勞、抗腫瘤、提高免疫功能、降血糖、減肥和抗衰老、促進骨質形成、調節腸道微生物等多種生物活性。研究表明，芫根化學成分及含量與生長地域及海拔有關，多項研究提示，青海玉樹芫根總黃酮、多糖、氨基酸總量、人體必需氨基酸含量、非必需氨基酸、鉀、鐵、銅元素含量均較高。傳統上芫根常作為藏民進入超高海拔（4 500～5 500 m）和極高海拔（5 500 m以上）時對抗高原反應的隨身必備品。對芫根有效成分及對睡眠與抗缺氧的關系深入研究，將有助于芫根藥物價值的開發，也有助于為高原睡眠障礙的干預尋找新的方法和思路。

利益沖突聲明：無。

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基金項目：青海省衛生健康委科研基金項目（J20230011）作者簡介：李明科（1994.11—），男，碩士，研究方向：睡眠醫學，E-mail：lmk192@outlook.com

通信作者：郝麗娟（1964.12—），女，本科，主任醫師，研究方向：睡眠醫學，E-mail：haoli599@sina.com