紅景天提高缺氧耐受力研究及應(yīng)用進展

袁 林,吳軍林,2,吳清平,2,*

(1.廣東環(huán)凱微生物科技有限公司,廣東廣州 510663;2.廣東省微生物研究所,省部共建華南應(yīng)用微生物國家重點實驗室,廣東省菌種保藏與應(yīng)用重點實驗室,廣東省微生物應(yīng)用新技術(shù)公共實驗室,廣東廣州 510070)

紅景天提高缺氧耐受力研究及應(yīng)用進展

袁 林1,吳軍林1,2,吳清平1,2,*

(1.廣東環(huán)凱微生物科技有限公司,廣東廣州 510663;2.廣東省微生物研究所,省部共建華南應(yīng)用微生物國家重點實驗室,廣東省菌種保藏與應(yīng)用重點實驗室,廣東省微生物應(yīng)用新技術(shù)公共實驗室,廣東廣州 510070)

紅景天(Rhodiola)是一種天然的藥用植物,其主要的藥理活性成分紅景天苷能顯著提高人體的缺氧耐受力,并且具有安全性。本文闡述了紅景天提高缺氧耐受力的功能學(xué)和安全毒理學(xué)評價,總結(jié)了提高缺氧耐受力作用機理的研究進展,介紹了以紅景天為原料的保健食品開發(fā)應(yīng)用現(xiàn)狀,并且對紅景天資源的應(yīng)用前景進行了展望。

紅景天,耐缺氧,保健食品,研究進展

紅景天(Rhodiola)是名貴珍稀的藥用植物,大多數(shù)生長在海拔3500～5000 m的高地,其作為傳統(tǒng)藏藥已有千年歷史,被譽為“高原人參”[1]。在二十世紀中期,前蘇聯(lián)科學(xué)家布列赫曼研究發(fā)現(xiàn),紅景天具有“適應(yīng)原樣作用”,為紅景天的藥用價值提供了強有力的科學(xué)依據(jù)?，F(xiàn)代藥理學(xué)研究證明紅景天能顯著提高人體的缺氧耐受力,且副作用很小[2]。近年來,俄羅斯已經(jīng)將紅景天片劑、提取物以及各種飲料等應(yīng)用于潛水員、運動員、飛行員、宇航員等在特殊環(huán)境中工作人員的保健[3]。一些腦力勞動者以及用氧效率下降的老年人也易發(fā)生缺氧狀況[4]。因此,紅景天提高缺氧耐受力功能的開發(fā)應(yīng)用已成為研究熱點。本文就紅景天提高缺氧耐受力功能的研究進展進行綜述,以期為其進一步的開發(fā)利用提供參考。

1 紅景天資源概況

紅景天為景天科(Crassulaceae)紅景天屬(Rhodiola)多年生草本或亞灌木野生植物,其花、莖、根的浸出液均為紅色,故得名[5]?！吨袊幍?010版一部》中收載正品為景天科紅景天屬植物大花紅景天,藥用部位為干燥根和根莖,氣芳香,味微苦澀、后甜,性平[6]。紅景天屬植物全球已知共有96個種,主要分布在喜馬拉雅地區(qū)、亞洲西部和北部,以中國為中心,在朝鮮、日本和北美洲都有分布。我國發(fā)現(xiàn)73個種,主要生長在西北、西南、華中、華北及東北地區(qū),尤其是云南、四川及西藏高寒地區(qū)種類最豐富[7]。國內(nèi)學(xué)者對西藏、河北、長白山高山凍原帶等地的紅景天屬植物資源進行了實地考察,發(fā)現(xiàn)大多數(shù)紅景天生長在海拔3500～5000 m左右的高山上,部分生長在海拔800～2500 m高寒無污染的灌木叢林中。由于其生長環(huán)境極為惡劣,所以紅景天的遺傳基因已經(jīng)適應(yīng)缺氧、低溫、干燥、強紫外線,具有較強的生命力[8]。國內(nèi)對以下種類研究較多,有大花紅景天(R.crenulata),高山紅景天(R.cretinii),庫頁紅景天(R.sachalinensis),圣地紅景天(R.sacra),四裂紅景天(R.quadrifida),云南紅景天(R.yunnanensis),長鞭紅景天(R.fastiata),小叢紅景天(R.dumulosa)等。

2 功能性成分

2.1 化學(xué)成分

紅景天屬植物有明顯的化學(xué)一致性。國內(nèi)外學(xué)者對圣地紅景天、高山紅景天等20余種紅景天屬植物進行化學(xué)成分分析,發(fā)現(xiàn)其主要成分均為黃酮類、苷類、香豆素類、多糖類,并且也含有水溶性揮發(fā)油、生物堿、酚類化合物、鞣質(zhì)等,其中黃酮類最多;另外也含有多種氨基酸和微量元素[9]。

2.2 藥理活性成分

紅景天的藥理活性成分主要為紅景天苷(Salidroside)及其苷元酪醇(P-Tyrosol),還有酪薩維(Rosavin或Rosavidine)、超氧化物歧化酶(SOD)、二苯甲基六氫吡啶(Pyridrde)、紅景天素即草質(zhì)素-7-氧-(3-氧-β-D吡喃葡萄糖基)-α-L-吡喃鼠李糖苷(Rhodiosin)和草質(zhì)素-7-氧-α-L-吡喃鼠李糖苷(Rhodionin)[7-8]。這些活性成分使紅景天具有耐缺氧、抗疲勞、抗氧化等功能,從而實現(xiàn)改善心血管系統(tǒng)功能、增強腦機能、增強免疫力、保護器官免受自由基損傷等的藥理作用[4]。

2.3 提高缺氧耐受力功能成分

紅景天苷及其苷元酪醇為紅景天的主要功能成分,具有明顯的耐缺氧作用。其中,紅景天苷被認為是紅景天保健功效的核心成分,其含量的高低是評價紅景天藥用價值的重要指標之一[8]。紅景天苷分子式C14H20O7,化學(xué)結(jié)構(gòu)是醇苷,其相對分子質(zhì)量為300.30,為無色透明針狀結(jié)晶,熔點為158～160 ℃,溶于水、乙醇和正丁醇,微溶于丙酮和乙醚。紅景天苷在酸性條件下水浴加熱2 h后完全水解,水解產(chǎn)物為一分子的苷元酪醇和一分子的葡萄糖[10-11]。不同紅景天屬植物紅景天苷含量有差異,在植物生長的不同時期其地上部分和地下部分紅景天苷含量也不盡相同。陳志英[12]等采用高效液相色譜(HPLC)法對大花紅景天、庫葉紅景天、薔薇紅景天、狹葉紅景天及其他9種野生紅景天屬植物根莖進行紅景天苷含量測定,結(jié)果發(fā)現(xiàn)青海產(chǎn)大花紅景天含量最高,庫頁紅景天次之,云南紅景天和長鞭紅景天最低;各個時期的庫頁紅景天,地上部分紅景天苷含量均低于地下部分,其中全熟期最高,花期最低。高山在各個時期的紅景天苷含量與其類似[13]?！吨袊幍?010版》中對于紅景天的質(zhì)量要求為:按干燥品計算含紅景天苷不得少于0.50%[6]。

3 紅景天提高缺氧耐受力的功能學(xué)與毒理學(xué)研究

3.1 提高缺氧耐受力功能學(xué)評價

提高缺氧耐受力的功能學(xué)評價方法包括不同壓強下耐缺氧實驗、亞硝酸鈉中毒實驗、特異性心肌缺氧實驗和急性腦缺血性缺氧實驗等。金雪蓮[14]發(fā)現(xiàn)在常壓缺氧情況下,不同劑量水平下的紅景天苷均可明顯延長小鼠存活時間,在高壓缺氧情況下作用也較為顯著;在特異性心肌缺氧和亞硝酸鈉中毒情況下,紅景天苷可使小鼠的存活時間明顯延長,并與濃度成量效關(guān)系。吳萬征等[15]在研究西藏產(chǎn)紅景天的耐缺氧功能時發(fā)現(xiàn),3個不同劑量組均對常壓缺氧、減壓缺氧和組織缺氧小鼠產(chǎn)生保護作用,并且能夠顯著延長特異性增加心臟耗氧小鼠存活時間。陳玉滿等[16]研究顯示,與對照組相比,3個不同劑量水平下的大花紅景天均可使亞硝酸鈉中毒小鼠存活時間顯著延長;在急性腦缺血性缺氧實驗中,高劑量組可使小鼠斷頭后喘氣停止時間延長,且高劑量組能使運動后乳酸曲線下面積明顯降低,表明大花紅景天具有耐缺氧作用。劉琳等[17]使用紅景天膠囊對雌性小鼠連續(xù)30 d經(jīng)口灌胃后,觀察到中、高劑量組能明顯延長小鼠常壓耐缺氧和急性腦缺血性缺氧時間,實驗結(jié)果為陽性。從以上研究評價中可以看出,紅景天具有明顯的提高缺氧耐受力功能。

3.2 安全毒理學(xué)評價

常見的安全毒理學(xué)評價方法有急性毒性實驗,遺傳毒性實驗和大鼠30 d喂養(yǎng)實驗。其中急性毒性實驗常用最大耐受量法(maximum tolerated dose,MTD)和急性毒性半數(shù)致死量法(lethal dose 50,LD50);遺傳毒性實驗包括Ames實驗、小鼠骨髓嗜多染紅細胞微核實驗和小鼠精子畸形實驗。周元山等[18]在Ames實驗中采用鼠傷寒沙門氏菌營養(yǎng)缺陷型回復(fù)突變實驗,發(fā)現(xiàn)長鞭紅景天無誘變性;在LD50實驗中采用昆明種小白鼠,經(jīng)口灌胃,結(jié)論是長鞭紅景天以LD50毒性分級屬實際無毒級;在其水煎劑對小鼠骨髓多染性紅細胞微核率影響的實驗中,均未誘發(fā)小鼠骨髓多染性紅細胞微核率增高,表明無潛在的誘變性;其水煎劑在睪丸生殖細胞減數(shù)分裂染色體畸變分析實驗中發(fā)現(xiàn),對照組與各實驗組無明顯差異,表明在實驗的劑量范圍內(nèi)使用是安全的。李瑾翡[19]經(jīng)Wistar大鼠6周口服給藥長毒實驗結(jié)果顯示,該藥減緩了大鼠體重的增長,除此之外其余指標未見明顯毒性反應(yīng)。曹第勇[20]用不同劑量的紅景天對80只大鼠進行灌胃實驗觀察,結(jié)果表明大鼠的各項指標均無明顯變化。劉琳[17]對紅景天膠囊進行安全性毒理學(xué)評價發(fā)現(xiàn),昆明種小鼠和SD大鼠的急性經(jīng)口MTD值均大于159 kg.bw,按急性毒性分級屬無毒級;三項遺傳毒性實驗結(jié)果顯示無致突變作用;大鼠30 d喂養(yǎng)實驗表明,服用最高劑量為人體推薦量的100倍。從以上毒理學(xué)研究的評價可見,紅景天具有安全無毒的特點,可作為保健食品原料研究開發(fā)功能性產(chǎn)品。

4 紅景天提高缺氧耐受力作用機理的研究

早期對紅景天耐缺氧作用機理的研究大多數(shù)是通過動物實驗來進行器官水平上的研究。近幾年,國內(nèi)外學(xué)者通過建立細胞模型等方式對作用機理進行更深入的探討,主要集中在分子和細胞水平的研究。

4.1 在器官水平上的研究

前蘇聯(lián)科學(xué)家認為紅景天是一種“適應(yīng)原樣”物質(zhì),具顯著的耐缺氧、抗疲勞、耐低溫等藥理作用,并證實其能活化無氧糖酵解,使大腦和肌肉中糖元消耗下降,促使負荷肌肉氮代謝指數(shù)正?；痆21];也有學(xué)者[22]認為,“適應(yīng)原樣”作用可能是一種低毒興奮效應(yīng),能通過本身微量毒性,刺激機體產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng)。陳玉滿等[16]研究認為,大花紅景天能明顯延長亞硝酸鈉中毒存活時間,表明大花紅景天可能緩解細胞外液缺氧,提高細胞利用氧的效率,使紅細胞血紅蛋白含量增加,因此延長了中毒存活時間;在急性腦缺血性缺氧狀態(tài)下,大花紅景天可能通過增強有氧氧化酶的活性、提高機體組織氧的利用率來提高機體的攜氧和供氧能力;也可能通過降低耗氧量、耗氧速度,清除自由基或減少自由基對血管內(nèi)皮的損傷來實現(xiàn)耐缺氧作用,從而延長實驗小鼠斷頭后喘氣停止時間。Ip S等[23]研究發(fā)現(xiàn)紅景天可以降低缺氧誘導(dǎo)的胰腺傷害,這是因為紅景天苷影響了心血管組織腎素-血管緊張素系統(tǒng)。

4.2 在分子及細胞水平上的研究

近幾年國內(nèi)外學(xué)者對紅景天耐缺氧作用機理進行研究發(fā)現(xiàn),紅景天苷通過降低乳酸脫氫酶同工酶(isozymes of lactate dehydrogenase,LDH)的活性和丙二醛(malordiaolehyde,MDA)的含量、上調(diào)低氧誘導(dǎo)因子(hypoxia-inducible factor,HIF)-1αmRNA或使其穩(wěn)定表達、促進血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)表達、調(diào)控線粒體膜通透性轉(zhuǎn)換孔(mitochondrial permeablity transition pore,mPTP)和內(nèi)皮素-1(endothelin-1,ET-1)水平等方式來提高機體耐缺氧能力。

周海濤等[24]在紅景天對大鼠力竭游泳能力和心肌線粒體抗氧化能力影響的研究中發(fā)現(xiàn),紅景天可以通過提高線粒體SOD和GSH-Px活性,顯著降低MDA含量,從而使線粒體過氧化脂質(zhì)形成被抑制,降低體內(nèi)自由基對線粒體膜和肌漿網(wǎng)膜的損傷,從而提高機體的缺氧耐受力。龍怡等[25-26]建立體外缺氧缺糖心肌細胞損傷模型發(fā)現(xiàn),紅景天苷等可以降低LDH的活性和MDA的含量,通過減輕心肌細胞損傷程度、提高心肌細胞活力,有效地保護心肌細胞;同時運用反轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈式反應(yīng)(RT-PCR)法檢測其對心肌細胞HIF-1αmRNA表達的影響,HIF是廣泛存在于哺乳動物與人體內(nèi)的轉(zhuǎn)錄因子,在低氧誘導(dǎo)血管新生中起主要作用的是HIF-1α,結(jié)果表明紅景天苷通過上調(diào)HIF-1αmRNA的表達,發(fā)揮耐缺氧作用。同時也有研究認為紅景天對缺氧誘導(dǎo)的心肌細胞凋亡的抑制作用機制,可能是通過PI(3)K/Akt信號通路誘導(dǎo)了HIF-1α的穩(wěn)定表達途徑而實現(xiàn)的,且這種抑制作用具有劑量依賴性[27-28]。Zheng K[29]等研究也認為紅景天苷可以誘導(dǎo)HIF-1αmRNA的表達,促進HIF-1α的積累。高秀芳等[30-31]采用SYBR Green I熒光染料實時定量PCR法檢測mRNA表達水平、Western Blot 法檢測蛋白表達水平,發(fā)現(xiàn)紅景天能顯著促進低氧狀態(tài)下內(nèi)皮細胞HIF-1α、VEGF基因轉(zhuǎn)錄和蛋白表達,VEGF是最重要的促血管生成因子,從而誘導(dǎo)了低氧環(huán)境下的血管新生、促進血管生成。李婷等[32]在紅景天苷抑制低氧誘導(dǎo)的心肌細胞凋亡機理的研究中發(fā)現(xiàn),紅景天苷能夠通過調(diào)控mPTP開放來拮抗低氧誘導(dǎo)的心肌細胞凋亡。Lee S[33]等研究發(fā)現(xiàn)紅景天提取物可以有效調(diào)控低氧環(huán)境下大鼠體內(nèi)ET-1和VEGF水平,具有減輕大鼠缺氧性肺水腫癥狀的生理功能。

5 紅景天保健食品的開發(fā)應(yīng)用

5.1 原料組方

在提高缺氧耐受力功能保健食品中,較常用的中藥有:紅景天、西洋參、枸杞子、銀杏葉、人參、三七、五味子、黃芪、丹參等。常見的功效成分為:紅景天苷、皂苷、黃酮、多糖等[34]。通過查詢國家食品藥品監(jiān)督管理局官方網(wǎng)站,查閱到原料中含有紅景天提取物且保健功能為提高缺氧耐受力的國食健字保健食品61種。其中以紅景天單方為原料的13種,占21.3%;復(fù)方分為兩類:紅景天與其他中藥配伍類36種,占59%;中藥(含紅景天)與西藥成分或營養(yǎng)素復(fù)方類有12種,占19.7%(見表1)。

表1 61種紅景天提高缺氧耐受力功能保健食品的原料組分統(tǒng)計

從查詢到的原料包括紅景天且保健功能為提高缺氧耐受力的61種國食健字保健食品,可以看出復(fù)方制劑明顯多于單方制劑,其中純中藥復(fù)方制劑占一半以上。

5.2 產(chǎn)品劑型

目前已注冊成功的紅景天保健食品劑型有片劑、顆粒劑、膠囊劑、粉劑、口服液、飲料以及酒劑,極大豐富了以往藏藥散、丸等傳統(tǒng)劑型[34-35]。查詢國家食品藥品監(jiān)督管理局官方網(wǎng)站注冊的紅景天提高缺氧耐受力61種產(chǎn)品中,片劑10種,硬膠囊29種,軟膠囊8種,粉劑2種,口服液5種,飲料2種,酒劑1種、顆粒劑4種。

由表2可知,61種國食健字保健食品中,劑型主要以膠囊劑為主,其中硬膠囊最為常見,接近一半的產(chǎn)品為硬膠囊;軟膠囊屬于新劑型,也是近年來非常受歡迎的保健食品劑型。膠囊劑保質(zhì)期多定為24個月,可能與液體制劑和片劑相比,膠囊劑在加工、貯運和使用等方面具有一定的比較優(yōu)勢有關(guān)。但毒膠囊事件對膠囊劑的安全性提出了新要求[25]。片劑作為傳統(tǒng)劑型相較于飲品類、顆粒劑和粉劑占有更大的比例。

表2 61種紅景天提高缺氧耐受力功能保健食品的劑型統(tǒng)計

6 展望

隨著中醫(yī)藥現(xiàn)代化的進行,尤其是在當(dāng)代人們追求“治未病”,注重調(diào)理“亞健康”的背景下,努力開發(fā)功能確切、工藝穩(wěn)定的保健食品,對保護人類健康將大有益處[36]。紅景天曾作為藥中上品收載于《本草綱目》、《神農(nóng)本草經(jīng)》,加上我國紅景天屬藥用植物種類多、分布廣,毒性小副作用少,又可以人工栽培,具有廣闊的開發(fā)利用前景[37-38]。

目前對紅景天的功效及藥理作用研究逐步深入,為日后進一步實驗研究提供了基礎(chǔ),為紅景天保健品的開發(fā)和應(yīng)用提供了依據(jù)。不僅如此,紅景天作為原料進行產(chǎn)品研發(fā),將為保健品、藥品和化妝品等開創(chuàng)新的領(lǐng)域。另一方面,我國紅景天資源雖然相對豐富,但不斷開采導(dǎo)致野生紅景天資源緊缺,面臨竭枯。所以,加強紅景天人工栽培研究,并使其規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化將為紅景天可持續(xù)發(fā)展提供保障。

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Research and application progress in anti-hypoxia activity ofRhodiola

YUAN Lin1,WU Jun-lin1,2,WU Qing-ping1,2,*

(1.Guangdong Huankai Microbial Sci&Tech Co.,Ltd,Guangzhou 510663,China;2.Guangdong Institute of Microbiology,State Key Laboratory of Applied Microbiology(Ministry-Guangdong Province Jointly Breeding Base)South China,Guangdong Provincial Key Laboratory of Microbial Culture Collection and Application,Guangdong Open Laboratory of Applied Microbidogy,Guangzhou 510070,China)

Rhodiolais a kind of natural medicinal plant. Salidroside is the main pharmacological active ingredients that could improve the hypoxia tolerance of the body safely and significantly. Research of function and toxicological evaluation on improving hypoxia tolerance are reviewed in this paper. Research progress in the mechanism of action onRhodiolaimproving hypoxia tolerance was described. Development and application status ofRhodiolaimproving hypoxia tolerance function in health foods and prospects the application ofRhodiolaresources were summarized.

Rhodiola;salidroside;anti-hypoxia;research progress

2015-01-28

袁林(1989-)，女，碩士，研究方向：食品生物防腐劑，E-mail：yuanlincq@126.com。

*通訊作者:吳清平(1962-)，男，博士，研究員，研究方向：食品微生物安全監(jiān)測與控制技術(shù)，E-mail：wuqp203@163.com。

國家自然科學(xué)基金項目(31271940；31000762)；廣東省中國科學(xué)院全面戰(zhàn)略合作專項(2013B91500024)；廣州市珠江科技新星專項(2013J2200079)。

TS201.1

A

1002-0306(2015)23-0376-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.23.070