藥用植物半夏生物堿類成分研究進展

劉永紅，郭建宏 ，劉文婷，梁宗鎖

(1 西安職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710077；2 西北農(nóng)林科技大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，陜西 楊凌 712100)

藥用植物半夏生物堿類成分研究進展

劉永紅1，郭建宏1，劉文婷2，梁宗鎖2

(1 西安職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710077；2 西北農(nóng)林科技大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，陜西 楊凌 712100)

生物堿為半夏藥理作用的主要有效成分之一，具有鎮(zhèn)咳、祛痰、止嘔、抗心律失常、抗炎等作用，在抗癌和對帕金森病的防治方面也有重要作用。文章對近5年來有關(guān)半夏生物堿的含量分布、代謝調(diào)控及相關(guān)藥理研究進展進行了綜述，并對相關(guān)研究現(xiàn)狀進行了展望，以期為半夏生物堿類成分的開發(fā)利用提供參考依據(jù)。

半夏；生物堿；含量分布；代謝調(diào)控；藥理作用

藥用植物半夏始載于《禮記·月令》:“五月半夏生，蓋當夏之半，故為名也”。《神農(nóng)本草經(jīng)》中稱之為“地文”、“水玉”, 并提到半夏的生境為“生川谷”。宋《圖經(jīng)本草》記載：“二月生苗一莖，頂端出三葉，淺綠色，頗似竹葉而光，江南者似芍藥葉。根下相重，上大下小，皮黃肉白”。

半夏屬(Pinelliatenore)植物屬于天南星科(Araceae)南星亞科(Aroideae)，目前，中國有10種，分別為滴水珠(PinelliacordataN.E.Brown)、盾葉半夏(P.peltataPei)、姊歸半夏(P.ziguiensis L.Li)、大半夏(P.polyphyllaS.L.Hu)、石蜘蛛(P.integrifoliaN.E.Br.)、三裂葉半夏(P.tripartiteSchot Syn.)、掌葉半夏(P.pedatisectaSchott.)、半夏(P.ternata(Thunb.) Breit.)、鷂落坪半夏(P.yaoluopingensisX.H.Guo et X.L.Liu)和五葉半夏(P.ternataBreit.var.quinquefolia S.L.Hu)。半夏是我國常用的大宗藥材，以塊莖入藥，具有鎮(zhèn)咳、祛痰、止吐、鎮(zhèn)靜催眠、抗腫瘤等作用[1]。半夏含有眾多的化學(xué)成分，但每種成分的含量均較低，主要包括生物堿、半夏淀粉、甾醇類、氨基酸、揮發(fā)油、芳香族成分、有機酸類、黃酮類、半夏蛋白、鞣質(zhì)以及多種微量元素等[2]，而生物堿被認為是半夏藥理作用的主要有效成分之一。

植物化學(xué)成分分析及現(xiàn)代藥理試驗表明，半夏含有多種具有藥理活性的生物堿類次生代謝產(chǎn)物，此類次生代謝產(chǎn)物具有抗腫瘤、抗菌、抗氧化以及糖苷酶抑制等活性[1]。本文主要基于近5年來國內(nèi)外的研究報道，對半夏生物堿的含量分布、代謝調(diào)控、藥理活性等進行了綜述，以期為藥用植物半夏生物堿類資源的開發(fā)利用提供參考依據(jù)。

1 半夏生物堿的含量分布

1.1 不同產(chǎn)區(qū)半夏生物堿的含量比較

我國陜西、甘肅、寧夏、四川、湖北、河南、貴州、安徽、江蘇、山東、江西、浙江、湖南、云南等地都生產(chǎn)半夏藥材，但對哪些產(chǎn)地的半夏可歸為道地藥材，一直存在爭議。陳洪群等[3]比較了河南唐河、四川南充、四川廣安、四川閬中、山東鄆城、山東曹縣、山東成武、山東單縣、陜西商洛、湖北恩施10個地區(qū)栽培半夏的生物堿含量，發(fā)現(xiàn)山東單縣栽培半夏生物堿含量為0.065 2%，位居第1；河南唐河的唐半夏(P.ternata(Thunb.) Breit.)生物堿含量為0.041 5%，位居第2，指出唐半夏屬優(yōu)質(zhì)種質(zhì)資源，值得大面積規(guī)范化種植和資源保護。其他研究也證實，山東單縣柳葉半夏(P.ternata(Thunb.) Breit.)的總生物堿含量最高，其次為甘肅天水和西和種植的半夏，這3個地區(qū)半夏總生物堿含量為0.013 2%～0.033 2%，高低相差 2 倍左右，且栽培半夏的生物堿含量高于野生半夏[4]。但也有報道稱野生半夏生物堿含量普遍高于栽培品種[5]，這可能與地理位置等其他外界因素有關(guān)。徐保寧等[6]發(fā)現(xiàn)，來源于不同產(chǎn)地的半夏總生物堿含量存在差異，依次為湖北產(chǎn)半夏>四川產(chǎn)半夏>云南產(chǎn)半夏>陜西產(chǎn)半夏>寧夏隆德縣六盤山道地中藥材引種馴化園半夏>寧夏徑源縣白面鎮(zhèn)半夏>寧夏徑源縣惠臺鄉(xiāng)米崗村半夏，并指出湖北作為半夏道地產(chǎn)區(qū)，所產(chǎn)半夏品質(zhì)優(yōu)良；四川及云南作為主產(chǎn)區(qū)，所產(chǎn)半夏總生物堿含量接近，品質(zhì)亦優(yōu)。這些研究都為優(yōu)質(zhì)半夏的篩選提供了依據(jù)。

1.2 不同種半夏的生物堿含量

半夏種間變異較大，即使在同一試驗小區(qū)栽培的半夏，也會出現(xiàn)葉形、葉數(shù)、珠芽位置、珠芽數(shù)量等的變異。楊小艷[7]比較了芍藥葉型、桃葉型、竹葉型、柳葉型半夏的總生物堿含量，發(fā)現(xiàn)竹葉型半夏的總生物堿含量較高,其次是芍藥葉型半夏、桃葉型半夏,而柳葉型半夏的總生物堿含量最低,表明竹葉型半夏的品質(zhì)可能優(yōu)于其他葉型半夏。另外，我國的半夏屬10個種之間，除了形態(tài)差異，化學(xué)成分也存在差異，這為目前各地存在的其他藥材混用半夏的鑒別提供了依據(jù)。歐祖蘭等[8]指出，鷂落坪半夏的化學(xué)成分與半夏不盡相同，雖然均含生物堿成分，但兩者生物堿的結(jié)構(gòu)類型或存在形式有一定差異。肖海英等[9]對半夏和水半夏進行了對比研究，發(fā)現(xiàn)半夏及其中藥制劑的水提物以甲醇∶水體積比1∶99為流動相展開時，高效液相色譜圖在保留時間32 min左右有鳥苷的特征峰，而水半夏無此峰。筆者認為，由于目前市場上其他品種混用半夏現(xiàn)象較嚴重(表1)[10]，因此將生物堿作為半夏的鑒別指標[11]，加強半夏與其易混品之間的鑒別研究，對保證半夏正品藥材供應(yīng)有重要意義。

表1 易混用半夏的藥材植物來源[10]Table 1 Sources of Pinellia ternata medicinal material

1.3 半夏及其炮制品的生物堿含量變化

半夏具低毒，使用前往往需炮制，但炮制后半夏生物堿類成分會發(fā)生一定變化。已有報道稱，硫熏后半夏總生物堿含量明顯降低[12]，因此半夏產(chǎn)地加工時應(yīng)拋棄硫熏法，探索無硫加工工藝。姜半夏在制作為顆粒劑的過程中，生物堿含量也有一定損失，表明配方顆粒的提取工藝也需要改進[13]。在姜半夏炮制品的質(zhì)量控制中，白礬用量為主要影響因素,生姜用量影響不顯著,當每100 g半夏用生姜25 g,白礬12.5 g,煮制5 h，生物堿和有機酸含量最高[14]。半夏、清半夏水提組分中，總生物堿含量表現(xiàn)為半夏>清半夏，麻黃堿含量表現(xiàn)為清半夏>半夏[15]，這為深入研究清半夏的炮制方法及傳承與規(guī)范化應(yīng)用半夏提供了依據(jù)。

1.4 半夏與其組織培養(yǎng)物生物堿含量的比較

隨著半夏野生資源的減少，組織培養(yǎng)技術(shù)成為半夏種苗繁育的主要手段之一，有關(guān)組培半夏與栽培及野生半夏化學(xué)成分的差異也有一些研究。有報道指出，野生半夏中的總生物堿含量高于組培半夏[16]，這對組培半夏的品質(zhì)提出了改進方向。西北農(nóng)林科技大學(xué)指紋圖譜中心前期已誘導(dǎo)出3種具不同生長速度、顏色、質(zhì)地、生物堿含量的半夏愈傷組織細胞系，以及1種與半夏栽培塊莖形態(tài)相似、且具有相似解剖結(jié)構(gòu)的半夏組培小塊莖(圖1)。3種愈傷組織細胞系的總生物堿含量分別為0.029 3%，0.023 4%和0.017 5%，組培小塊莖的總生物堿含量為0.014 9%～0.032 1%，均高于栽培塊莖(0.007 2%)，但由這些組培中間體誘導(dǎo)出的半夏植株的生物堿含量是否高于栽培半夏植株還有待進一步研究，但已證明，半夏愈傷組織細胞系及組培小塊莖可作為模式材料調(diào)控半夏主要生物堿的代謝合成[17]。

圖1 半夏3種愈傷組織細胞系、組織小塊莖

1.5 不同采收期、不同塊莖大小半夏的生物堿含量

半夏規(guī)范化種植過程中，需確定半夏適宜采收時間，以兼顧半夏藥材質(zhì)量和產(chǎn)量的雙優(yōu)。由于半夏在生長過程中有高溫倒苗現(xiàn)象，因此不同采收期的半夏塊莖中總生物堿和鳥苷含量存在差異，一般10月中旬采收的半夏塊莖總生物堿含量最高，11月中旬采收的半夏塊莖中鳥苷含量最高，因此確定10月中旬至11月中旬為半夏最佳采收期[18]。但不同地區(qū)有所差異，如在喀斯特溫和氣候區(qū)，以在9月上旬采收的半夏塊莖產(chǎn)量最高，為1.51 kg/m2,總塊莖數(shù)量最多，為2 880.6粒/m2,中塊莖率為56.1%；而在8月底采收的半夏總生物堿含量最高，達到0.030 3%，為兼顧產(chǎn)量和品質(zhì)，可在8月底至9月上旬適時采收[19]。另外，不同種莖大小半夏的生物堿含量也有差異，以中種莖半夏的生物堿含量最高[4]，這對半夏種植產(chǎn)業(yè)的規(guī)范化有一定參考意義。

2 半夏生物堿的代謝調(diào)控

2.1 總生物堿

生物堿在半夏中含量較低且不穩(wěn)定，這制約了半夏藥材的應(yīng)用范圍及規(guī)模。有研究發(fā)現(xiàn)，硝酸鑭和L-苯丙氨酸能夠促進半夏愈傷組織中生物堿的積累，當硝酸鑭和L-苯丙氨酸的質(zhì)量濃度分別為2.25和6 mg/L時，半夏愈傷組織的生物堿積累量最大，分別比對照提高76.89%和8.99%[20]。另外，鹽脅迫后半夏的總生物堿含量顯著降低，但經(jīng)過丙氨酸(ALA)處理后，總生物堿含量顯著提高，甚至高于正常條件下的半夏[21]。適宜質(zhì)量濃度的Ca2+(440～660 mg/L)有利于半夏類原球莖中總生物堿及鳥苷的積累[22]。誘導(dǎo)子植酸(PA )和茉莉酸甲酯(MeJA)也可顯著提高半夏類原球莖的增殖效應(yīng)，促進總生物堿和鳥苷的積累，但原球莖的增殖和生物堿的積累并不呈正相關(guān)[23]。當以蛭石+珍珠巖為栽培基質(zhì)，并應(yīng)用日本園式營養(yǎng)液栽培時，半夏總生物堿及鳥苷的含量較高[24]。栽培過程中照射藍光可促進半夏塊莖中總生物堿的累積，綠光則抑制總生物堿的積累；白光有利于鳥苷的積累，紅光次之，黃光則不利于鳥苷的積累[23]。栽培密度、有機肥、磷肥施用量等均可對半夏產(chǎn)量和總生物堿含量產(chǎn)生影響，其中栽培密度是影響半夏總生物堿含量的主要因素，其次為P2O5施用量,有機肥施用量影響較小[25]。

2.2 單一生物堿

目前，半夏中已分離到的單一生物堿有L-麻黃堿、葫蘆巴堿、膽堿、鳥苷、胸苷、肌苷、尿苷和腺苷等，針對各個單一生物堿在植物半夏中的代謝調(diào)控研究報道較為少見。有報道指出，外源NO可通過提高半夏組培苗體內(nèi)苯丙氨酸解氨酶(PAL)、谷氨酸合酶(GOGAT)、谷草轉(zhuǎn)氨酶(GOT)3種酶活性，加速無機氮的同化及轉(zhuǎn)化效率，提供更多的代謝前體物以促進總生物堿及鳥苷積累[26]。王冰潔等[27]研究發(fā)現(xiàn)，加倍體(16倍體)半夏塊莖中鳥苷含量和有機酸含量明顯高于8倍體半夏塊莖，且加倍體半夏在染色體加倍后，可以提高有效成分含量，說明加倍體半夏值得開發(fā)利用。西北農(nóng)林科技大學(xué)指紋圖譜中心在借鑒麻黃、綠豆、咖啡等植物中L-麻黃堿、葫蘆巴堿、鳥苷、肌苷代謝途徑[28-29]的基礎(chǔ)上，探討了半夏鳥苷、肌苷、葫蘆巴堿的代替調(diào)控模式，發(fā)現(xiàn)半夏內(nèi)生菌及一些非生物誘導(dǎo)子，如氯化鈣、肌醇、水楊酸、殼聚糖和前體化合物煙酸、天冬氨酸、甘氨酸、肌苷酸等都可調(diào)控這3種生物堿的合成。前體化合物甘氨酸和肌苷酸可對嘌呤生物堿代謝途徑中的關(guān)鍵酶腺苷琥珀酸合成酶(sAMP)和肌苷酸脫氫酶(IMP)的比活力產(chǎn)生影響[29]。

3 半夏生物堿的藥理作用

半夏總生物堿具有鎮(zhèn)咳、祛痰、止嘔、鎮(zhèn)靜、鎮(zhèn)痛、抗心律失常、抗炎等作用[30]。麻黃堿具有平喘、止咳等作用[31]。近幾年，關(guān)于半夏生物堿藥理作用的研究主要集中在以下幾方面。

3.1 對帕金森病的防治作用

段凱[32]研究發(fā)現(xiàn)，半夏總生物堿對抗大鼠神經(jīng)系統(tǒng)的退行性病變有一定的作用，能提高帕金森模型大鼠大腦皮質(zhì)部分及血清超氧化物歧化酶(SOD)、還原型谷胱甘肽(GSH)的活性，抑制MDA和H2O2的產(chǎn)生。

3.2 對衰老小鼠學(xué)習記憶障礙的改善作用

唐瑛等[33]研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用半夏總生物堿干預(yù)D-半乳糖誘導(dǎo)的衰老小鼠，可明顯改善其學(xué)習和記憶功能，這可能與半夏生物堿有抗氧化作用及抑制乙酰膽堿酯酶(AchE)的活性有關(guān)。

3.3 對癌細胞增殖的抑制作用

周茜等[34]研究發(fā)現(xiàn)，半夏總生物堿能明顯抑制人肺癌細胞株A549增殖，并具有一定的劑量依賴關(guān)系。其作用機制可能是半夏總生物堿損傷了癌細胞的DNA，阻止細胞的分裂，增加細胞的凋亡，進而發(fā)揮抑制癌細胞生長的作用。 陳雅琳等[35]研究發(fā)現(xiàn)，半夏總生物堿對人肝癌細胞QJY-7703具有明顯的生長抑制作用，且具有一定的劑量依賴關(guān)系。該結(jié)果有力地證明了生物堿類成分是半夏抗腫瘤作用的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，為深度開發(fā)利用半夏資源奠定了重要的基礎(chǔ)。孫歡等[36]探討了半夏總生物堿(TATP)對人乳腺癌細胞株MDA-MB-435S增殖的影響，發(fā)現(xiàn)25，50及100 μg/mL的TATP作用24 h后， TATP組細胞DNA含量、尾長及尾動量均與對照組有極顯著差異(P<0.01)，且呈現(xiàn)濃度依賴性。說明TATP對乳腺癌細胞的DNA有損傷作用，進而可能阻止細胞分裂，增加細胞的凋亡，達到抑制癌細胞生長的作用。陳雅琳等[37]觀察了半夏總生物堿(TATP)對人胃癌細胞株SGC-7901增殖抑制的影響，發(fā)現(xiàn)TATP對人胃癌細胞具有明顯的增殖抑制作用，且與藥物濃度、加藥時間呈正相關(guān)。其機理可能與阻止癌細胞分裂，增加細胞凋亡有關(guān)。

4 結(jié) 語

半夏作為一種大宗藥材，其藥理作用廣泛。生物堿是半夏藥理作用的主要有效成分之一，圍繞其分離檢測、藥理活性等已有大量研究。但縱觀現(xiàn)有研究，發(fā)現(xiàn)還存在一些問題。

1)半夏總生物堿的分離檢測方法有紫外分光光度法、酸性染料比色法、重量法、薄層掃描法等[38]。但由于半夏生物堿含量較低，提取分離操作繁雜，因此生物堿分離測定的準確率和精確率偏低。而且以麻黃堿為對照測定的生物堿含量只是一個相對值。因此需建立一種更精確的分離檢測半夏總生物堿的方法。

2)半夏生物堿含量低且不穩(wěn)定，這制約著半夏走向國際市場。為實現(xiàn)半夏生物堿含量的穩(wěn)定和可控，需更多地研究半夏生物堿的次生代謝調(diào)控機制及途徑，如各單一生物堿在半夏中的代謝途徑、代謝底物、關(guān)鍵酶等。

3)內(nèi)生菌可代謝出與宿主植物相同或相近的次生代謝物[39]。已有研究證明，某些半夏內(nèi)生真菌和細菌可產(chǎn)半夏鳥苷、肌苷和葫蘆巴堿[40]。因此，產(chǎn)半夏生物堿微生物發(fā)酵條件的優(yōu)化研究可為工業(yè)化生產(chǎn)半夏生物堿提供新的思路。

4)生物堿作為一類具有較高價值的藥用成分，對其藥理作用的研究還有很大空間。如早在《黃帝內(nèi)經(jīng)》中就有關(guān)于半夏治療失眠的記載[41]，但這一功能與生物堿類成分的關(guān)系仍需要更深一步的研究。

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Research progress on alkaloids fromPinelliaternata

LIU Yong-hong1,GUO Jian-hong1,LIU Wen-ting2,LIANG Zong-suo2

(1Xi’anVocationalandTechnicalCollege,Xi’an,Shaanxi710077,China;2CollegeofLifeSciences,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China)

Alkaloids are the main biologically active compounds inPinelliaternatawith the ability to prevent vomiting and the effects of analgesic,expectorant,antiarrhythmic and anti-inflammation.They also can resist cancer and Parkinson’s disease.In the paper,the detection,metabolism regulation,and pharmacological effects of alkaloids based on researches in last five years were summarized and future research directions were prospected to provide reference for exploitation ofPinelliaternataalkaloids.

Pinelliaternata;alkaloids;content distribution;metabolism regulation;pharmacological effects

時間:2015-08-05 08:57

10.13207/j.cnki.jnwafu.2015.09.024

2015-03-09

陜西省教育廳科研計劃項目(15JK2159)

劉永紅(1974-)，女，陜西寶雞人，講師，博士，主要從事藥用植物學(xué)研究。E-mail： 376957173@qq.com

梁宗鎖(1965-)，男，陜西扶風人，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事植物生理生態(tài)學(xué)和藥用植物學(xué)研究。 E-mail：liangzs@ms.iswc.ac.cn

S567.23

A

1671-9387(2015)09-0171-07

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