非洲馬鈴果化學(xué)成分及其活性最新研究進(jìn)展

仝 艷，鄭志忠，林 毅，明艷林

(1.華僑大學(xué)化工學(xué)院，福建 廈門 361021；2.廈門華僑亞熱帶植物引種園/廈門市植物引種檢疫與植物源產(chǎn)物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 廈門 361002；3.福建省亞熱帶植物研究所/福建省亞熱帶植物生理生化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 廈門 361006)

非洲馬鈴果Voacanga africana又名非洲伏康樹，為夾竹桃科馬鈴果屬多年生喬木[1—2]，10～25 m高。主要分布于非洲塞內(nèi)加爾到蘇丹、安哥拉之間，西非、剛果及坦桑尼亞等地。非洲馬鈴果各個(gè)器官均可入藥，多用于治療兒童痙攣、瘧疾、痢疾、瘋病等疾病[1—3]。研究表明，非洲馬鈴果的生物堿提取物可用于治療多種病癥，如缺血性高血壓病癥、中風(fēng)后遺癥、腦血管病引起的抑郁、情緒不穩(wěn)定、焦慮不安等癥狀。非洲馬鈴果中含有大量的具有抗菌、抗?jié)儭⒖寡趸雀鞣N生物活性的吲哚類生物堿[4—5]。目前非洲馬鈴果被廈門華僑亞熱帶植物引種園、中國科學(xué)院華南植物園、海南熱帶經(jīng)濟(jì)植物園等科研單位引種馴化。近年來，傳統(tǒng)天然醫(yī)藥的現(xiàn)代化研發(fā)競(jìng)爭(zhēng)激烈，使得非洲馬鈴果成為國內(nèi)外醫(yī)療保健領(lǐng)域的研究焦點(diǎn)。作者課題組已證明非洲馬鈴果種子各分離部位中總生物堿的細(xì)胞毒活性最強(qiáng)，其對(duì)人的胃癌細(xì)胞株SGC7901、肝癌細(xì)胞株SMMC7721和正常肝細(xì)胞株Changliver均有細(xì)胞毒性；各分離部位中正丁醇相的抗氧化活性最強(qiáng)[6]。

1 主要化學(xué)成分

對(duì)非洲馬鈴果化學(xué)成分的研究最早見于20世紀(jì)50年代[7]。近年來明艷林課題組對(duì)非洲馬鈴果的種子化學(xué)成分進(jìn)行了系列研究，并有新的發(fā)現(xiàn)。就目前文獻(xiàn)報(bào)道情況，從非洲馬鈴果中分離得到的化學(xué)成分主要是生物堿類化合物和揮發(fā)油類化合物，此外還有黃酮、類固醇、萜類、強(qiáng)心苷、皂苷、蒽醌類、淀粉類、單寧類，以及少量赭樸鞣質(zhì)、醋酸酯、神經(jīng)酰胺類、苯甲酸類、香草醛類、硫醇類。目前非洲馬鈴果中多種化合物已被鑒定(表1)。由于報(bào)道有限且中英文存在差異，部分化合物的中文名僅供參考，有待進(jìn)一步考證。

1.1 生物堿類

據(jù)報(bào)道，非洲馬鈴果中生物堿的分布最為廣泛。最早從非洲馬鈴果中發(fā)現(xiàn)老刺木靈，且具有強(qiáng)心效果[8]。隨后，大量生物堿類化合物被分離并鑒定[9](表1)。

老刺木胺(Voacamine)、伏康京堿(Voacangine)、柳葉水甘草堿(Tabersonine)和老刺木堿(Vobasine)是馬鈴果中主要存在的生物堿。其中柳葉水甘草堿受關(guān)注較多，已經(jīng)具有一定程度的工藝化制備[32—34]。柳葉水甘草堿是從非洲馬鈴果中獲取的天然活性物質(zhì)，是用于癌癥化療的長春新堿的前體，在血液-大腦屏障中滲透的生物相容性和小尺寸使它成為治療癌癥的潛在治療藥物。長春新堿具有多種藥理作用，如預(yù)防和治療缺血性心腦血管疾病，改善視力等。由于柳葉水甘草堿具有豐富的藥物作用，學(xué)者對(duì)其獲得方法進(jìn)行了探索。徐英[33]通過對(duì)柳葉水甘草堿的探索，研究其酯交換反應(yīng)性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)用碳酸銫交換柳葉水甘草堿是一種簡(jiǎn)單、強(qiáng)效的獲得方法，并合成了一系列C-16-柳葉水甘草堿結(jié)構(gòu)類似物。此方法具有反應(yīng)時(shí)間短、試劑易得及無毒性、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)[33]。王榮等[34]通過正己烷熱回流法提取的非洲馬鈴果中柳葉水甘草堿含量較高且雜質(zhì)較少。近年來，廈門華僑亞熱帶植物引種園和天醫(yī)堂(廈門)生物工程有限公司合作，對(duì)非洲馬鈴果主要活性成分的分離鑒定和工業(yè)化提取技術(shù)等進(jìn)行一系列探索，目前，天醫(yī)堂(廈門)生物工程有限公司已完成柳葉水甘草堿的制備工藝研究，產(chǎn)品純度達(dá)98%。

表1 非洲馬鈴果中的化合物Table 1 The compounds in Voacanga africana

近年也有新分離生物堿類化合物，如Chen等[28]從非洲馬鈴果中分離出兩種新的單萜類吲哚生物堿化合物，經(jīng)光譜分析確定為 16-羧酸伊波加木胺(Ibogamine-16-carboxylic acid)，17,20-雙脫氫-5,6-二氧代-10-甲氧基乙酸甲酯(17,20-didehydro-5,6-dioxo-10-methoxy-methyl este)，并通過X射線晶體分析證實(shí)了該化合物。Harada等[30]從非洲馬鈴果中得到一種新型的環(huán)己酮類吲哚生物堿-伏康京內(nèi)酯(Voacangalactone)。Kitajima等[10]從非洲馬鈴果中得到老刺木胺、3,6-氧代伏康京堿(3,6-oxidovoacangine)和 5-氫基-3,6-氧代伏康京堿(5-hydroxy-3,6-oxidovoacangine)，并驗(yàn)證出這三種物質(zhì)均具有大麻素 CB1受體拮抗作用，此為首次在天然產(chǎn)物中發(fā)現(xiàn)大麻素CB1受體拮抗活性。

1.2 揮發(fā)油類

非洲馬鈴果種子揮發(fā)油類豐富，有制造和修復(fù)細(xì)胞膜的作用，可以加強(qiáng)細(xì)胞抵御能力，避免皮膚炎癥，可應(yīng)用于化妝品及醫(yī)療保健用品。非洲馬鈴果種子揮發(fā)油的提取采用水蒸氣蒸餾法，并有不同提取階段的分析[21,35]。GC-MS分析鑒定得出，非洲馬鈴果樹籽揮發(fā)油中含有80.93%脂肪酸類、15.51%酯類、1.13%烴類以及少量酚類。由此可知，非洲馬鈴果樹籽揮發(fā)油中多為脂肪酸類，其中油酸相對(duì)含量最高(30.46%)，其次為棕櫚酸(28.65%)和亞油酸(12.31%)。目前的化學(xué)成分分析中，確定并量化了其中27種化合物，占總揮發(fā)油的86.69%～95.03%。精油主要成分為萜類、醇類和脂肪酸，分別占總揮發(fā)油的 15.03%～24.36%、21.57%～34.43%和 33.06%～57.37%。此外，不同提取階段的精油具有不同的抗菌抗氧化能力[36]。油酸、亞油酸等脂肪酸有促進(jìn)膜再生和修復(fù)細(xì)胞膜的作用，可以控制炎癥和加強(qiáng)細(xì)胞抵御能力，用于增強(qiáng)皮膚免疫。綜上，非洲馬鈴果種子揮發(fā)油類可以開發(fā)應(yīng)用于化妝品及醫(yī)療保健用品，但相關(guān)研究鮮有報(bào)道。

1.3 其他成分

近年來，非洲馬鈴果成分分離方面有較多新的進(jìn)展，但是僅停留在化合物的分離鑒定層面，對(duì)于分離得到的新化合物是否有生物活性，又是否有藥用價(jià)值仍需進(jìn)一步探索。Tona等[36]用TLC檢測(cè)法發(fā)現(xiàn)非洲馬鈴果根皮中存在黃酮、類固醇、單寧、萜類等化合物；強(qiáng)心苷、皂苷、蒽類、蒽醌、單寧類物質(zhì)也用顯色法相繼發(fā)現(xiàn)；非洲馬鈴果種子所含成分與果皮大致相同，不同的是種子含有赭樸鞣質(zhì)不含皂苷。岳加蕊[37]從非洲馬鈴果乙醇提取物中的非生物堿部分分離得到17個(gè)化合物，經(jīng)鑒定分別為香樹脂醇乙酸酯(β-amyrin acetate)、3-hydroxy-12-taraxasten-28-oic-acid、12-烯-27-油酸-3β-香葉木素(3β,28-dihydrox-yurs-12-en-27-oicacid )、石竹素(Oleanolic acid)、異丁烯醋酸(Isolupenyl acetate)、胡蘿卜苷 (Daucosterol)、Stigmasterol、β-谷甾醇(β-sitosterol)、5,22-二 烯 -3,7-二 醇豆甾烷醇(stigmasta-5,22-diene-3,7β-diol)、熊果酸(Ursolic acid)、三羥基十八烷羥丁卡因[N-(2-hydroxytetracosyl)-2-amino-1,3,4-trihydroxyoctadecane]、二羥基二十六烷醇 -1,3,4-三 醇 [N-(2′,3′-dihydroxy-hexacosanoyl)-hexadecane-1,3,4-triol]、鄰苯二甲酸二異丁酯(Dissobatyle phthalate)、3-m-乙氧基 4-羥基苯甲醛(3-m-ethoxy- 4-hydroxybenzaldehyde)、1-硫代癸烷(1-Decanethiol)。其中化合物香樹脂醇乙酸酯為醋酸酯類，3-hydroxy-12-taraxasten-28-oic-acid、12-烯-27-油酸-3β-香葉木素、石竹素、異丁烯醋酸、胡蘿卜苷、β-谷甾醇、5,22-二烯-3,7-二醇豆甾烷醇、熊果酸為甾(苷)類，化合物三羥基十八烷羥丁卡因、二羥基二十六烷醇-1,3,4-三醇為神經(jīng)酰胺類，鄰苯二甲酸二異丁酯為苯甲酸類，3-m-乙氧基4-羥基苯甲醛為香草醛類，1-硫代癸烷為硫醇類。除 β-谷甾醇外，其他化合物均為首次從該植物中分離得到。目前，該部分化合物具體功能仍不清楚。

2 生物活性研究

在非洲民間使用中，非洲馬鈴果的果、樹皮、葉可治療淋病、睪丸炎、麻風(fēng)病、腹瀉、全身水腫、兒童痙攣，根用于治療早產(chǎn)、疝氣。鑒于其諸多民間效用，近年來各界學(xué)者對(duì)非洲馬鈴果的藥理藥效等生物學(xué)活性開展了廣泛的工作。

2.1 細(xì)胞毒性

非洲馬鈴果提取物對(duì)肝癌細(xì)胞、乳腺癌細(xì)胞、結(jié)腸癌細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞瘤細(xì)胞均有抑制作用，且對(duì)肝毒性可以忽略，或可成為新型小分子抗癌藥物之一[38]。在提取方法上，其果籽丙酮提取物、正己烷提取物對(duì)癌細(xì)胞具有增殖抑制作用，二氯甲烷、乙酸乙酯、乙醇有機(jī)相提取物則不存在抑制腫瘤細(xì)胞增殖的活性[39]。非洲馬鈴果丙酮提取物、正己烷提取物都對(duì)癌細(xì)胞存在抑制作用，其中正己烷提取物對(duì)HeLa人宮頸癌細(xì)胞具有相對(duì)較明顯的抑制活性，對(duì)SMMC7721癌細(xì)胞藥理活性不顯著；丙酮提取物對(duì)SMMC7721癌細(xì)胞、HeLa癌細(xì)胞具有明顯的抑制增殖作用[39]。已證明化合物老刺木胺和長春新堿對(duì)人肝癌細(xì)胞HepG2、人惡性黑色素瘤細(xì)胞A375、人乳腺癌細(xì)胞MDA-MB-231、神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞SH-SY5Y、小鼠結(jié)腸癌細(xì)胞CT26五種癌細(xì)胞均表現(xiàn)出明顯的抑制作用，老刺木堿、伏康京堿對(duì)上述五種癌細(xì)胞有中度抑制作用，而16-羧酸伊波加木胺、17,20-雙脫氫-5,6-二氧代-10-甲氧基乙酸甲酯和海內(nèi)寧則無顯著抑制作用[27]。本課題組同樣證明了老刺木胺對(duì)腫瘤細(xì)胞具有顯著的抑制效果，細(xì)胞核出現(xiàn)濃聚和偏移現(xiàn)象，但老刺木胺對(duì)正常肝細(xì)胞 Changliver 同樣具有較強(qiáng)的抑制作用，使得老刺木胺在抗腫瘤藥物制備應(yīng)用中受到較大局限，因此可以考慮對(duì)其化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾，從而降低對(duì)正常細(xì)胞的毒副作用，類似于紫杉醇和多烯紫杉醇[39]。伏康京堿是一種強(qiáng)有力的與人相關(guān)的基因通道阻斷劑，在此基礎(chǔ)上成功地開發(fā)了一種種群藥物動(dòng)力學(xué)模型，模型分析表明，伏康京堿有低生物可利用性，故其心臟毒性風(fēng)險(xiǎn)在健康的消費(fèi)者中可能是可忽視的，但也可能會(huì)產(chǎn)生藥物與藥物間的相互作用從而對(duì)健康狀況產(chǎn)生嚴(yán)重的損害[40]。硫黃酮熒光分析、原子力顯微鏡、圓二色性、尺寸排除色譜、表面等離子體共振和細(xì)胞毒性試驗(yàn)證實(shí)從非洲馬鈴果中提取的柳葉水甘草堿擾亂了淀粉樣蛋白的聚合，改善了淀粉樣蛋白聚合誘導(dǎo)的細(xì)胞毒性。少量的柳葉水甘草堿可以有效地抑制淀粉樣蛋白形成的纖維，或者將成熟的纖維轉(zhuǎn)化成基本上無害的無定形的聚集物[41]。

2.2 抗氧化、抗菌作用

非洲馬鈴果提取物抗菌效果顯著，或可成為新型的抗菌劑[33,36]。從非洲馬鈴果果實(shí)提取的老刺木辛(Voacafricines) A和B兩種化合物對(duì)金黃色葡萄球菌和傷寒沙門氏菌都有較強(qiáng)的抑菌活性，且其活性優(yōu)于著名的抗菌劑黃連素(Berberine)和黃藤素(Fibrauretine)[33]。2015年Liu等[35]研究了不同提取階段的非洲馬鈴果揮發(fā)油。在抗氧化評(píng)估中，所有被分析的成分都顯示出相似的抗氧化行為，而提供 50%抑制自由基清除活性(IC50)的揮發(fā)油的濃度約為 25 g·L-1；在抗菌實(shí)驗(yàn)中，不同提取階段的精油表現(xiàn)出不同的抗菌活性，揮發(fā)油的抗菌活性受提取階段的影響。

2.3 神經(jīng)保護(hù)作用

伏康京堿可以促進(jìn)一種新型的刺激選擇性TRPM8阻斷劑的發(fā)展。Currais等[42]研究藥用植物的神經(jīng)系統(tǒng)(治療精神障礙、止痛劑)抗炎作用時(shí)，經(jīng)過表型篩選試驗(yàn)，制備并測(cè)試了植物水乙醇提取物，反映海馬神經(jīng)細(xì)胞出現(xiàn)的多種神經(jīng)毒性途徑、體外缺血、細(xì)胞內(nèi)淀粉樣蛋白毒性、微膠質(zhì)炎癥的抑制和神經(jīng)細(xì)胞分化，發(fā)現(xiàn)一種來自非洲馬鈴果樹皮的提取物比其他任何植物提取物都更具有保護(hù)作用(EC50≤2.4×10-3g·L-1)，并經(jīng)過HPLC發(fā)現(xiàn)其中主要成分為老刺木堿，并證實(shí)老刺木堿具有神經(jīng)保護(hù)作用。Terada等[43]針對(duì)熱敏性TRP通道抗藥活性進(jìn)行研究，主要利用TRP通道表達(dá)HEK細(xì)胞和鈣成像技術(shù)對(duì)通道活動(dòng)進(jìn)行評(píng)價(jià)，伏康京堿可競(jìng)爭(zhēng)性抑制薄荷醇對(duì)TRPM8的結(jié)合，但它顯示對(duì)TRPM8的離子通道激動(dòng)劑1-(2-羥基苯基)-4-(3-硝基苯基)-1,2,3,6-四氫嘧啶-2-酮非競(jìng)爭(zhēng)性抑制。此外，該化合物有選擇性地廢除化學(xué)激動(dòng)劑誘導(dǎo)的TRPM8激活，并且不影響冷誘導(dǎo)激活。在這些影響中，伏康京堿對(duì)TRPM8抑制特性是獨(dú)特而值得注意的，因?yàn)槠駷橹惯€沒有發(fā)現(xiàn)其他天然來源的TRPM8薄荷醇競(jìng)爭(zhēng)抑制劑。伏康京堿可以促進(jìn)一種新型的刺激選擇性TRPM8阻斷劑的發(fā)展。

2.4 抗血管生成

非洲馬鈴果所含的伏康京堿是一種新型抗血管生成化合物。Kim等[44]研究發(fā)現(xiàn)，伏康京堿在體外血管生成方面有明顯的抑制作用，如血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)誘導(dǎo)的管狀形成和化學(xué)侵入，且在無毒性劑量的絨膜尿囊膜中抑制體內(nèi)血管生成，并且以一種劑量依賴性的方式，降低缺氧誘導(dǎo)因子1 alpha及其目標(biāo)基因VEGF的表達(dá)水平。綜合來看，自然產(chǎn)生的化合物伏康京堿是一種新型的抗血管生成化合物。Lo等[45]認(rèn)為，從非洲馬鈴果中分離出來的伊博加類生物堿可以抑制辣椒素誘導(dǎo)的老鼠直腸收縮，可能是通過抑制瞬時(shí)受體電位香草酸亞型1(Transient Receptor Potential Vanilloid 1, TRPV1)介導(dǎo)的途徑。這種抑制可能與非洲馬鈴果的抗痢疾作用有關(guān)。

3 國內(nèi)引種研究

1963年西雙版納植物園從非洲引入非洲馬鈴果，1974年將非洲馬鈴果苗種植于樹木園，目前僅存4株[46]。近年來，廈門華僑亞熱帶植物引種園明艷林等[47]從非洲加納引種非洲馬鈴果，并在我國福建等地試種植成功，已作為藥用植物規(guī)?；N植和開發(fā)利用。初步研究發(fā)現(xiàn)，西雙版納引種的馬鈴果和廈門華僑引種的馬鈴果，屬于不同品種，二者從植物形態(tài)到化學(xué)成分差異較大，前者果型大活性成分較低，適合作為觀賞植物，而后者果型小活性成分高，適合作藥用植物。此外，肖春芬等[46]通過測(cè)定非洲馬鈴果種子的植物功能屬性，探討溫度、光照、含水量及貯存條件對(duì)種子萌發(fā)的影響，認(rèn)為非洲馬鈴果種子發(fā)芽的適宜溫度為20～25 ℃，最適發(fā)芽溫度為25 ℃；光照對(duì)種子發(fā)芽沒有影響；非洲馬鈴果種子發(fā)芽率隨種子含水量下降而下降，隨貯存時(shí)間延長而降低，并綜合非洲馬鈴果種子脫水和低溫貯藏分別與萌發(fā)的相關(guān)性，認(rèn)為其種子為頑拗性種子，在種植上應(yīng)盡可能縮短種子保存時(shí)間，或現(xiàn)采現(xiàn)播，以提高種子萌發(fā)率。

4 展望

作者前期研究已證實(shí)非洲馬鈴果種子各分離部位中總生物堿的細(xì)胞毒活性最強(qiáng)，其對(duì)正常肝細(xì)胞株Changliver、胃癌細(xì)胞株SGC7901 和肝癌細(xì)胞株SMMC7721均具有體外細(xì)胞毒性[6]。此外，對(duì)非洲馬鈴果種子所含柳葉水甘草堿作了進(jìn)一步研究，將在后續(xù)研究中深入探討柳葉水甘草堿對(duì)癌細(xì)胞的細(xì)胞毒性作用機(jī)制。

通過對(duì)非洲馬鈴果藥理作用研究，發(fā)現(xiàn)其對(duì)肝癌細(xì)胞、乳腺癌細(xì)胞、結(jié)腸癌細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞瘤細(xì)胞均有抑制作用，且對(duì)肝毒性可忽略，或可成為新型小分子抗癌藥物之一。非洲馬鈴果提取物抗菌效果顯著，或可成為新型的抗菌劑，在抗氧化、抗血管生成等方面也均有獨(dú)特療效。非洲馬鈴果具有龐大的市場(chǎng)開發(fā)價(jià)值。

當(dāng)前，國內(nèi)已有制藥公司對(duì)非洲馬鈴果的它波寧和總生物堿進(jìn)行提取和開發(fā)，但交通運(yùn)輸成本巨大，并且原材料大量依賴于非洲進(jìn)口，若能建設(shè)國內(nèi)非洲馬鈴果原材料生產(chǎn)基地，將有利于其科研與醫(yī)藥市場(chǎng)的發(fā)展。目前的研究仍存在以下主要問題：(1)針對(duì)非洲馬鈴果植物系統(tǒng)分類及植物功能屬性的研究較少。當(dāng)前不同科研機(jī)構(gòu)研究的非洲馬鈴果品系差異較大，需對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)比較研究，尤其比較基因組學(xué)研究。(2)現(xiàn)有研究未能深入探明非洲馬鈴果主要化學(xué)成分的藥理活性及作用機(jī)理，此外非洲馬鈴果主要成分的合成生物學(xué)需要進(jìn)一步研究。(3)開發(fā)利用研究少，對(duì)已知活性成分未能進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造及工藝制備優(yōu)化。今后仍需進(jìn)一步探明非洲馬鈴果的藥理活性、作用機(jī)制，促進(jìn)非洲馬鈴果發(fā)揮更大的價(jià)值。