新疆蒼耳屬入侵種相關(guān)化學(xué)成分與生物活性研究

潘樂,何源,雷冬玉,金鹿

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052；2.新疆醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830011)

蒼耳屬(XanthiumL.)植物為菊科一年生草本植物，其干燥成熟帶總苞的果實——蒼耳子，新疆維吾爾語稱其為補都西哈克歐如合，是維醫(yī)藥的重要組成部分，主要用于白斑病、過敏性鼻炎、風(fēng)濕病、癲癇等疾病的治療[1-2]。全球蒼耳屬植物約25 種，我國主要分布 5 種和2個變種[3]。 新疆分布的主要有蒼耳(XanthiumsibiricumPart)及3個入侵種：刺蒼耳(XanthiumspinosumLinn)、意大利蒼耳 (XanthiumitalicumMoretti) 和蒙古蒼耳 (XanthiummongolicumKitag)。《中國藥典》收錄蒼耳 (X.sibiricum)作為藥用，在不同區(qū)域也有將蒼耳與蒙古蒼耳并用的情況，但未見有意大利蒼耳、刺蒼耳作為藥用的報道。以上3個入侵種生態(tài)適應(yīng)性強、生物量大，已經(jīng)成為新疆主要的農(nóng)田雜草，嚴重威脅到了作物產(chǎn)量[4]。但是，目前對其化學(xué)成分的挖掘和應(yīng)用價值的研究還很欠缺。刺蒼耳、意大利蒼耳和蒙古蒼耳是蒼耳屬重要的種類，不僅在新疆廣泛分布，在我國乃至全球也分布廣泛，針對其化學(xué)成分的研究也比較深入。因而，通過借鑒國內(nèi)外其他地域同種蒼耳的相關(guān)研究，對其化學(xué)成分與生物活性進行分析，可為新疆產(chǎn)3種蒼耳屬植物的深入研究與植物資源利用提供有益參考。

1 蒼耳化學(xué)成分研究進展

近年來，關(guān)于刺蒼耳、意大利蒼耳和蒙古蒼耳化學(xué)成分的研究相對深入，目前已從中分離得到揮發(fā)油類、倍半萜內(nèi)酯類、甾體類、水溶性苷類、酚酸類以及其他類等六大類百余種化合物[5-6]。

1.1 揮發(fā)油類 蒼耳屬果實及全草中富含多種揮發(fā)油成分，是該屬植物化感作用的主要物質(zhì)類型。果實中揮發(fā)油主要化學(xué)成分為脂肪烴、脂肪醇、不飽和烴和醛酮類等。葉中揮發(fā)油成分主要有萜烯類、高級脂肪酸、脂肪醇類等[7]。邰鳳姣等[8]分析了新疆意大利蒼耳不同部位的揮發(fā)油成分，發(fā)現(xiàn)主要成分有α-側(cè)柏烯、檸檬烯、月桂酸、γ-欖香烯、高級脂肪烴類等。張和平等[9]采用GC/MS對蒙古蒼耳(X.mongolicum)揮發(fā)油成分進行分析，從中發(fā)現(xiàn)十一烷、β-瑟林烯、甲基苯酚甲酯、2-氯正己烷、萜烯醇及紫羅蘭酮等主要成分?？傮w而言，蒼耳屬植物揮發(fā)油種類相近，但具體成分和含量存在種間及地域間的顯著差異。研究發(fā)現(xiàn)，該屬植物揮發(fā)油均具有顯著的抑菌作用，這與其在自然界中的化感作用有關(guān)。

1.2 倍半萜內(nèi)酯類 倍半萜類是菊科植物重要的次生代謝物類型，蒼耳屬是倍半萜內(nèi)酯類重要的植物來源。蒼耳亭、蒼耳皂素等愈創(chuàng)木烷型和裂愈創(chuàng)木烷型結(jié)構(gòu)是蒼耳中倍半萜內(nèi)酯的特征結(jié)構(gòu)，與蒼耳廣泛的生物活性密切相關(guān)。該類化合物的主要特征結(jié)構(gòu)為七元環(huán)并五元內(nèi)酯環(huán)，并在C4和C5位有取代[10]。從生源途徑上來講，該類物質(zhì)可由愈創(chuàng)木烷經(jīng)C4/C5開環(huán)形成。自20世紀(jì)50年代分離首次分離得到蒼耳亭以來，現(xiàn)已從全球20余種蒼耳屬植物中已經(jīng)分離得到蒼耳亭(xanthnon)、蒼耳皂素(xanthinosin)、蒼耳醇(xanthanol)及其二聚物等倍半萜內(nèi)酯類化合物近百個[11]。目前，已從以上3個入侵種中分離得到蒼耳亭等多種倍半萜內(nèi)酯類化合物，主要有：蒼耳亭(1)、蒼耳皂素(2)、蒼耳醇(3)、xanthnonl (4)、isoxanthnonl (5)、xanthanolacetate (6)、dihydroxanthumin (7)、dihydroxanthalongin (8)、ivambrin(9)、apachin (10)等(見圖1)。此外，部分倍半萜二聚體pungiolide A(11)、pungiolide B(12)、pungiolide C(13)、pungiolide O(14)等也逐漸被發(fā)現(xiàn) (見圖1)[10]。

圖1 蒼耳中倍半萜內(nèi)酯類化合物主要結(jié)構(gòu)類型

1.3 水溶性苷類 蒼耳屬植物富含水溶性苷類物質(zhì)，現(xiàn)已從中分離得到胡蘿卜苷、黃酮苷、蒼術(shù)苷等多種糖苷類化合物，其中羧基蒼術(shù)苷和蒼術(shù)苷在藥用蒼耳中且含量豐富，具有很強的肝腎和心臟毒性。近年來，因蒼耳子引發(fā)中毒死亡的事件時有發(fā)生，與其使用不當(dāng)或長期使用出現(xiàn)蒼術(shù)苷引發(fā)的腎臟、心臟及肝臟損傷等有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，蒼術(shù)苷在蒼耳屬植物中分布廣泛，田間地頭牲畜誤食導(dǎo)致的中毒事件也時有發(fā)生。Piacente等[2]從刺蒼耳地上部分離得到5個羧基蒼術(shù)苷類似物。王素賢等[13]對蒙古蒼耳種仁脫脂后進行水提，得到蒼術(shù)苷，但關(guān)于意大利蒼耳的報道相對較少。目前已經(jīng)報道的蒼術(shù)苷類化合物主要有：羧基蒼術(shù)苷(15)、羧基蒼術(shù)苷鉀鹽(16)、羧基蒼術(shù)苷水解物(17)、蒼術(shù)苷(18)、蒼術(shù)苷鉀鹽(19)(見圖2)[12]。實驗表明，蒼耳子在炒制加工后羧基蒼術(shù)苷、蒼術(shù)苷含量會顯著降低甚至消失，毒性消失。

圖2 蒼耳中蒼術(shù)苷類化合物

1.4 酚酸類 酚酸類物質(zhì)廣泛存在于各種植物中，蒼耳屬中的酚酸類化合物種類復(fù)雜多樣，除咖啡酸(20)、阿魏酸(21)、原兒茶酸(22)等酚酸類成分外，富含單咖啡?？崴岷碗p咖啡?？崴犷惢衔?，目前已經(jīng)從中分離到3-O-咖啡酰奎尼(綠原酸，23)、5-O-咖啡?？崴?24)、1,5-二咖啡?？崴?25)、1,4-O-二咖啡?？崴?26)、4,5-O-二咖啡酰奎尼酸(27)、1,3,5-O-三咖啡?？崴?28)等多種羥基肉桂酸類成分(見圖3)，且現(xiàn)已證明以上成分與蒼耳屬抗炎鎮(zhèn)痛的活性密切相關(guān)[14]。蒼耳屬果實中綠原酸含量種間差異較大，賈鑫等[15]采用HPLC對蒼耳子與刺蒼耳子進行測定，發(fā)現(xiàn)蒼耳子中綠原酸含量約為刺蒼耳子的4.8倍。明乾良等[16]研究發(fā)現(xiàn)蒼耳中綠原酸含量普遍高于蒙古蒼耳。此外，產(chǎn)地、采收時間、炮制時間和溫度等因素對蒼耳子中酚酸含量有著明顯的影響。

圖3 咖啡?？崴犷惢衔镏饕Y(jié)構(gòu)

1.5 甾體類 蒼耳屬植物全草富含甾體及其苷類物質(zhì)，該類物質(zhì)參與植物的組織構(gòu)成和生物功能調(diào)節(jié)。目前已經(jīng)從該屬多個種中分離得到羽扇豆醇十六酸酯(29)、豆甾醇(30)、β-谷甾醇(31)、白樺酯酸(32)、白樺酯醇(33)、麥角甾醇(34)等甾體及其苷類化合物，種間的化學(xué)成分差異相對較小(見圖4)[11]。

圖4 甾體類化合物主要結(jié)構(gòu)

1.6 其他類 目前從蒼耳屬中還分離得到槲皮素(35)和水飛薊素(36)等黃酮類、大黃素(37)和大黃酚(38)等蒽醌類、東莨菪內(nèi)酯(39)等香豆素類以及木質(zhì)素類等多種化學(xué)成分(見圖5)。此外，趙巖等[17]運用RP-HPLC分析了意大利蒼耳子和蒼耳子中的20種氨基酸，分析發(fā)現(xiàn)前者的氨基酸質(zhì)量分數(shù)要高于后者。

2 蒼耳生物活性研究

2.1 抗腫瘤活性 關(guān)于蒼耳屬植物的抗腫瘤活性報道較多，初期主要集中于藥用蒼耳，但后期研究發(fā)現(xiàn)刺蒼耳、意大利蒼耳和蒙古蒼耳等粗提物及其倍半萜內(nèi)酯類成分對小鼠淋巴細胞P- 388、人肝癌細胞HepG2、白血病細胞L-1210及人支氣管表皮樣瘤NSCL-N6 細胞等有顯著的抑制和誘導(dǎo)凋亡的作用，蒼耳亭等化合物的IC50值可低至幾個μmol·L-1。通過進一步的機制研究發(fā)現(xiàn)，蒼耳亭等倍半萜內(nèi)酯類可殺死腫瘤細胞周圍血管從而降低微血管密度[18]。由此可見，新疆分布的蒼耳屬3個入侵種可以作為重要植物資源用于活性天然先導(dǎo)物的發(fā)現(xiàn)與藥物開發(fā)。

圖5 蒼耳屬種其他類化合物

2.2 抗微生物活性 研究發(fā)現(xiàn)，蒼耳提取液及其活性成分對金黃色葡萄球菌、鏈球菌和白喉桿菌等多種致病細菌均有較強的抑制作用[19]。另外，張帆等[20]研究發(fā)現(xiàn)蒼耳提取物對菌番茄灰霉、辣椒絲核、黃瓜黑星等植物病菌具有較強的抑制作用。邰鳳姣等[21]研究了新疆意大利蒼耳對根際微生物的化感作用，發(fā)現(xiàn)其提取物對真菌和放線菌的生長存在顯著抑制作用，以上研究成果在新農(nóng)藥研發(fā)中具有重要應(yīng)用前景。

2.3 抗炎鎮(zhèn)痛的作用 抗炎鎮(zhèn)痛作用是蒼耳重要功效之一，現(xiàn)已證明該藥理活性與其富含綠原酸等咖啡?？崴犷惢衔镉嘘P(guān)。Wang等[22]研究發(fā)現(xiàn)蒼耳子中咖啡酰噻嗪雙酮苷可以顯著降低小鼠血清中炎癥因子——腫瘤壞死因子α (TNF-α) 和白細胞介素6 (IL-6) 水平，從而發(fā)揮抗炎作用。韓婷等[23]采用小鼠耳腫脹模型實驗和醋酸扭體實驗發(fā)現(xiàn)咖啡酰蒼耳子噻嗪雙酮苷、1,5-二咖啡?？崴岷途G原酸具有很強的抗炎鎮(zhèn)痛活性。付小梅等[24]通過比較蒙古蒼耳子和蒼耳子的抗炎鎮(zhèn)痛作用發(fā)現(xiàn)二者的抗炎鎮(zhèn)痛作用無顯著差異性。刺蒼耳及意大利蒼耳也富含綠原酸類化合物，因而可以判斷新疆蒼耳屬3個入侵種可在抗炎鎮(zhèn)痛方面發(fā)揮重要作用，當(dāng)然，關(guān)于刺蒼耳和意大利蒼耳的抗炎鎮(zhèn)痛活性仍需進一步驗證。

2.4 蒼耳在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域生物活性 邵華等[25]從新疆地區(qū)意大利蒼耳葉和果實提取物中分離得到蒼耳亭，發(fā)現(xiàn)在濃度為10 μg·mL-1時，該化合物可顯著抑制單雙子葉雜草毒萵苣、早熟禾、駱駝蓬和反枝莧常見雜草幼苗的生長。孟學(xué)英等[26]研究發(fā)現(xiàn)：蒼耳亭對二斑葉螨、黏蟲等具有顯著的觸殺活性。因而，借鑒入侵蒼耳屬的化感作用，以其次生代謝物為源頭開展綠色農(nóng)藥的開發(fā)是一個可能的途徑。

3 結(jié)論

刺蒼耳、蒙古蒼耳及意大利蒼耳是新疆分布的蒼耳屬3個主要入侵種，由于其在新疆大肆蔓延，生物量大，尤其當(dāng)與油葵等作物伴生時，難以有效去除，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成危害。通過對以上3種蒼耳的化學(xué)成分及其活性進行梳理發(fā)現(xiàn)，刺蒼耳、蒙古蒼耳及意大利蒼耳等與藥用蒼耳在化學(xué)成分與藥理活性方面均有很大的相似性。本研究為3個入侵種的植物資源的高值化利用提供了重要參考，同時為蒼耳屬植物的化學(xué)成分及其作用機理的深入研究和進一步開發(fā)具有重要意義。