桑樹生物堿研究進(jìn)展

吳洪麗 郝 瑜 周洪英 孫 波

(湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所,湖北武漢 430070)

桑樹生物堿研究進(jìn)展

吳洪麗 郝 瑜*周洪英 孫 波

(湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所,湖北武漢 430070)

桑樹是生物堿含量較高的物種之一。桑樹生物堿具有降血糖、降血脂、抗病毒、抗腫瘤等重要的藥用價值，近年來在桑樹不同生長時期、生長部位生物堿含量變化的研究，生物堿高含量桑樹資源篩選，以及針對提高桑樹生物堿含量的栽培管理措施等方面均取得重要進(jìn)展。

桑樹 生物堿 藥用價值 DNJ含量

桑樹是我國古老的樹種之一，除了養(yǎng)蠶制絲以外，也是傳統(tǒng)的中藥材，桑葉、桑枝、桑椹、桑白皮作為中藥藥材，在《中華人民共和國藥典》2010年版中收錄，有200多種復(fù)方藥劑中含有上述4種原料藥，如桑麻丸、桑菊感冒片等[1]。

多羥基生物堿(Polyhydroxylated alkaloids)結(jié)構(gòu)與單糖類似，氮原子取代了單糖環(huán)中的氧原子，形成多羥基生物堿，是重要的糖苷酶抑制劑[2]。桑樹是生物堿含量較高的物種之一[3]，分布廣，易種植，對于生物堿的開發(fā)利用具有重要價值。

1 桑樹生物堿的種類

桑樹生物堿研究最多的是l-脫氧野尻霉素( 1-deoxynojirimycin，DNJ) ，此外，研究者還從桑樹中提取出以下幾種生物堿，N-甲基-l-脫氧野尻霉素( N-methyl-l-deoxynojirimycin) ，2-O-α-D-半乳吡喃糖基-1-脫氧野尻霉素( 2-O-α-D-galactopyrano-syl-1-deoxynojirimycin) ，1，2-雙脫氧野尻霉素( fagomine) ，與DNJ結(jié)構(gòu)相近。阿拉伯糖醇結(jié)構(gòu)的有2個，1，4-二脫氧-1，4-亞氨基-D- 阿拉伯糖醇[1，4-dideoxy-1，4-imino-D-arabinitol) ，1，4-二脫氧-1，4-亞氨基-( 2-O-β-D-吡喃葡糖基) -D-阿拉伯糖醇[l，4-dideoxy-l，4-imino-( 2-O-β-D-glucopyranosyl) -D-arabinitol]。結(jié)構(gòu)特殊的有1α,2β,3α,4β-四羥基-去甲莨菪( calystegine B2)，calystegine C1[4-5]。

2 桑樹生物堿的藥用價值

1)降血糖。生物堿通過與糖苷酶有效部位的結(jié)合，抑制其生物活性[7]，以1-脫氧野尻霉素( 1-deoxynojirimycin，DNJ) 為代表的桑樹生物堿具有顯著的α-葡萄糖苷酶抑制活性[8]。試驗(yàn)證明，α-葡萄糖苷酶抑制活性與DNJ的含量呈正相關(guān)，DNJ含量越高，對α-葡萄糖苷酶抑制力越強(qiáng)[9]，DNJ對α-蔗糖酶的抑制為非競爭性抑制，半抑制濃度IC50為5.67 mg/mL，抑制常數(shù)Ki為6.73 mg/mL[10]。對糖尿病小鼠降糖研究表明，DNJ通過抑制腸道葡萄糖吸收，調(diào)節(jié)糖轉(zhuǎn)運(yùn)、糖酵解及糖異生的酶，促進(jìn)肝內(nèi)葡萄糖代謝，以此降低血糖濃度[11]。DNJ及其衍生物還可以改善脂肪組織對胰島素的敏感性，通過上調(diào)脂聯(lián)素基因及受體基因表達(dá)，促進(jìn)了脂肪組織對葡萄糖的利用，提高胰島素利用率，從而降低血糖[12]。DNJ和meDNJ均可以增強(qiáng)SD大鼠有絲分裂素激活蛋白激酶(MAPK)mRNA的表達(dá)，提高白色脂肪組織和血清中的脂肪因子水平，抑制脂肪在肝臟中累積，降低氧化應(yīng)激[13]。桑葉DNJ和桑葉多糖的復(fù)合物可以調(diào)節(jié)與肝臟葡萄糖代謝的相關(guān)的酶類(葡糖激酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶、葡萄糖-6-磷酸酶)的表達(dá)，同時，對胰腺和十二指腸同源因子也能起到調(diào)節(jié)作用[14]。劉凡等[15]建立小鼠糖尿病模型，對桑葉生物堿和拜糖平進(jìn)行降血糖效果實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)桑葉DNJ對DM小鼠空腹血糖值具有顯著降低作用，并能增加胸腺指數(shù)，高劑量DNJ效果優(yōu)于拜糖平。

2)降血脂。桑葉輔助降血脂活性研究表明，桑葉總生物堿對高脂飼料造模的SD大鼠的TC(血清總膽固醇)降低達(dá)35.30% ，HDL-C(高密度脂蛋白膽固醇)提升達(dá)27.53%，降血脂活性明顯[16]。Tsuyoshi等[17]將桑葉DNJ對飼喂高脂飼料的小鼠進(jìn)行灌胃試驗(yàn)，連續(xù)灌胃12周后，發(fā)現(xiàn)小鼠內(nèi)臟脂重減輕，脂肪細(xì)胞減小，其機(jī)理為，桑葉DNJ激活了脂肪酸β-氧化酶等系列酶類，對機(jī)體脂質(zhì)及碳水化合物代謝產(chǎn)生了加速作用，以此達(dá)到減脂效果。有研究表明，桑葉DNJ能夠影響脂質(zhì)代謝酶類，提高脂肪酸合成酶、蘋果酸酶、?；o酶A的活性，抑制腸道內(nèi)膽固醇吸收，以達(dá)到降低血脂的目的[18]。

3)抗病毒。王輝等[19]利用細(xì)胞病變減少法(CPE法)，對20個桑品種進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)所有桑品種桑葉浸提組分均具有抗病毒活性，且對不同病毒的抑制活性具有一定的選擇性，推測桑葉DNJ為病毒抑制的主要活性成分。Steinman等[20]研究發(fā)現(xiàn)，在丙肝病毒( HCV)侵染細(xì)胞培養(yǎng)基中加入桑葉DNJ 后，HCV被迅速殺滅，表明DNJ對丙肝病毒具有良好殺滅作用。彭忠田等[21]在體外細(xì)胞培養(yǎng)試驗(yàn)中采用P-DNJ和NN-DNJ進(jìn)行抗HBV試驗(yàn)時發(fā)現(xiàn)，二者均具有抗HBV的效果。有研究發(fā)現(xiàn)，DNJ及其衍生物N-甲基-1-脫氧野尻霉素和N-丁基-1-脫氧野尻霉素可以抑制糖蛋白的加工，改變gp120糖基化，通過阻斷HIV-1誘導(dǎo)的合體細(xì)胞形成達(dá)到抗HIV-1的效果[22]。對莫洛尼鼠白血病毒(MoLV)的抑制實(shí)驗(yàn)表明，DNJ對MoLV具有顯著的抗逆轉(zhuǎn)錄病毒作用，IC50為1.2～2.5 μg/mL，抑制力與DNJ劑量呈正相關(guān)趨勢[23]。有研究表明，因DNJ對葡萄糖苷酶的抑制作用，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)未成熟糖蛋白大量積累，降低病毒穿透力，阻礙了細(xì)胞融合及合胞體形成，抑制病毒復(fù)制，從而達(dá)到降低病毒的致病力的目的[24]。

4)抗腫瘤。陳玉華對DNJ抗腫瘤活性研究試驗(yàn)表明，DNJ能夠抑制人胰腺癌裸鼠皮下移植瘤的生長，DNJ能調(diào)節(jié)胰腺癌SW1990細(xì)胞的生長周期，顯著降低腫瘤細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度和細(xì)胞表面α-2,6-唾液酸殘基和α-1,6-巖藻糖殘基糖基化水平，抑制腫瘤細(xì)胞的粘附能力及侵襲能力，從而抑制腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移能力[25]。對DNJ防止黑色素瘤B16F10細(xì)胞轉(zhuǎn)移機(jī)制研究表明，DNJ具有降低基質(zhì)金屬蛋白酶活性及表達(dá)、促進(jìn)金屬蛋白酶抑制劑mRNA表達(dá)及改變細(xì)胞表面結(jié)合力的作用[26]。同時，DNJ還能配合桑葉中的黃酮等其它成分，在預(yù)防癌細(xì)胞生成，提高免疫力，抑制染色體和基因突變方面發(fā)揮作用。在培養(yǎng)的人類結(jié)腸癌(HCT-15)和乳腺癌(MCF-7)細(xì)胞中，桑葉提取物能夠誘導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生毒性，顯著改變細(xì)胞外形，激活半胱天冬酶-3，最終導(dǎo)致DNA斷裂，細(xì)胞凋亡[27]。桑葉提取物能夠通過在體外抑制MMP-2活性表達(dá)，從而抑制神經(jīng)母細(xì)胞瘤的侵襲力[28]。王志雄等發(fā)現(xiàn)桑葉提取物能夠抑制與腫瘤細(xì)胞共培養(yǎng)的HUVEC-2C的增殖、遷移以及促進(jìn)HUVEC-2C的凋亡，抑制VEGF的表達(dá)，最終達(dá)到抑制腫瘤血管生成的目的[29]。

3 生物堿高含量桑樹品種的篩選

為了篩選生物堿含量高的桑樹品種，研究者對大量的品種資源進(jìn)行了測定。劉凡等[30]測定了98個桑樹品種桑葉總生物堿及1-脫氧野尻霉素含量，發(fā)現(xiàn)總生物堿和DNJ含量符合正態(tài)分布特征，不同品種資源間含量差異明顯。白桑種的育7803桑葉中的總生物堿為3.74 mg/g，DNJ為1.54 mg/g，含量最高。肖洪等[31]測定了15個桑品種桑葉中的1-脫氧野尻霉素含量， DNJ質(zhì)量比在0.672 0～1.232 5 mg/g干物質(zhì)之間，差異呈極顯著水平，樂山花桑桑葉中的DNJ含量最高。梁貴秋等[32]測試了廣西21個桑品種，1-DNJ含量前三為，桂誘M200、農(nóng)桑14、桂62，分別為1.77 mg/g、1.73 mg/g、1.69 mg/g。施新琴等[33]測定了山東59個桑樹品種，發(fā)現(xiàn)不同桑樹品種間春季桑葉DNJ含量呈極顯著差異，最高與最低相差3.2倍，沂源黃魯和紅瑪瑙的DNJ含量較高，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別達(dá)到0.4097% 和0.3828%。葉晶晶等[34]測定了18個桑品種的摘芯芽，DNJ含量以秋雨和沙2×倫教109最高，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3280%左右。買買提依明等[35]測定了藥桑桑葉，其DNJ質(zhì)量比為1.893 3 mg/g。

4 不同條件下桑樹生物堿含量的變化

研究發(fā)現(xiàn)桑葉DNJ在嫩芽中含量最高，后隨葉片老化而降低，但光照可顯著提高桑樹中DNJ含量[36]。7、8月份氣溫較高時桑葉DNJ含量最高，9、10月份含量隨著氣溫下降而降低，霜后桑葉DNJ含量更低[37]。不同成熟度的桑葉中DNJ的含量為嫩芽>嫩葉>成熟葉>老葉，嫩芽和嫩葉DNJ含量以晚秋最高，成熟葉以夏季最高，老葉則以春季最高，桑枝皮DNJ含量以中晚秋期最高,夏季最低[38]。桑樹乳汁中DNJ的含量受桑品種、倍數(shù)性、生長季節(jié)、光照強(qiáng)度、枝條部位等影響，7—8月份含量最高，枝條中部極顯著高于上部及下部[39]。桑椹的DNJ隨果實(shí)成熟時間的推移含量逐漸減少，品種間差異顯著[40]。肥培條件也能影響桑樹DNJ含量，有研究發(fā)現(xiàn)，N、P、K的施肥水平及配比均能顯著影響桑葉中DNJ含量，研究發(fā)現(xiàn)，桑葉中總DNJ最佳經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量為23.23 kg/hm2，推薦施肥指標(biāo)為N 286.11 kg/hm2、P2O595.22 kg/hm2、K2O 159.62 kg/hm2[41]。丁俊男等[42]采用鹽脅迫研究桑葉DNJ含量的變化，發(fā)現(xiàn)不同濃度鹽脅迫下桑葉DNJ含量均高于對照，而以50 mmol/L NaCl處理結(jié)果最高，該處理下第三十一天桑葉DNJ達(dá)到最大值，為1.51 mg/g，在相同處理中上部葉的DNJ含量大于下部葉。

5 展望

生物堿在降血糖、降血脂、抗病毒、抗腫瘤等方面具有很高的藥用價值，其開發(fā)利用研究蓬勃興起。桑樹是生物堿含量較高的物種之一，但對桑樹生物堿的開發(fā)研究才剛起步，在高含量資源及品種的篩選和育成、配套的栽培管理技術(shù)研究、生物堿提取生產(chǎn)工藝研究等方面還需要深入進(jìn)行。研究利用桑樹藥用成分，充分發(fā)揮桑樹的藥用價值，對桑樹產(chǎn)業(yè)具有十分重要的意義。

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Research Progress on Study of Mulberry Alkaloids

WU Hongli，HAO Yu*，ZHOU Hongying，SUN Bo

(Institute of Economic Crops, Hubei Academy of Agricultural Sciences, 430064,Wuhan, China)

Mulberry is rich in alkaloids, which is a component be of great medicinal value in hypoglycemic, antiviral and antitumor. Important progress has been made in many fields, such as alkaloids content changes in different growth stages and parts of mulberry, screening of mulberry resources with high content of alkaloids, improving cultivation management for high mulberry alkaloid yield and so on.

mulberry; alkaloid; medicinal value; DNJ content

* 資助項目：現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系武漢綜合試驗(yàn)站項目(CARS-22-SYZ15)

吳洪麗(1963-)，女，研究員，從事蠶桑資源多元化利用及蠶病學(xué)相關(guān)研究。

郝瑜(1962-)，男，研究員。E-mail: jbphao@163.com