青海省天然草地害草鐵棒錘的開發(fā)前景

馬 敏 何旭光 王 敏 劉 鑫 葉 菊*

1.青海民族大學(xué)藥學(xué)院，青海 西寧 810008；2.青藏高原植物資源化學(xué)研究重點實驗室，青海 西寧 810008

青海省天然的草地害草主要來源于11科15屬34種的有毒植物，其中，以龍膽科龍膽屬(35種)、豆科棘豆屬(17種)、杜鵑花科杜鵑屬(12種)、罌粟科紫堇屬(11種)、毛茛科毛茛屬(10種)和蕁麻科蕁麻屬(10種)植物數(shù)量大、分布廣[1]。然而，害草作為人工草地退化的重要指標(biāo)，在三江源區(qū)改建“黑土型”退化草地的人工植被已表現(xiàn)存在草地退化的問題，研究[2]表明該區(qū)域生長的鐵棒錘、馬先蒿和黃帚橐吾是引發(fā)三江源區(qū)人工草地退化的3種主要危害性植物。因此，鐵棒錘作為家畜不食或不愿采食以及采食以后對家畜造成損害的植物被草地經(jīng)營者視為毒雜草加以去除，使得野生鐵棒錘資源減少。另一方面，民族醫(yī)藥典籍均記載鐵棒錘的根可用于風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、關(guān)節(jié)痛、跌打損傷的治療，民間習(xí)用野生草藥外敷治療腰腿痛、關(guān)節(jié)痛、頭痛和牙痛，進而延伸出市售的藏藥鐵棒錘止疼膏。在我國，鐵棒錘亦是一種具有明確藥用價值的常用藥材，在寧夏伏毛鐵棒錘(AconitumflavumHand.-Mazz)已成為當(dāng)?shù)刂匾拇笞谒幉模捎谄浔涣袨閲夜芸厮幉暮蛧覍χ胁厮幉馁Y源的保護促使其價格逐年走高，導(dǎo)致野生鐵棒錘資源枯竭。然而，作為藏醫(yī)、蒙醫(yī)、回醫(yī)和羌醫(yī)等少數(shù)民族地區(qū)就地取材、自采自用的有毒藥材，加之烏頭屬植物形態(tài)變異極為復(fù)雜是分類較為困難的植物類群，目前鐵棒錘的基源植物已多達11種，市場存在同名異物、同物異名和混偽品充斥的現(xiàn)象，對鐵棒錘的用藥安全性和有效性均產(chǎn)生極大隱患。

《中國人民共和國衛(wèi)生部藥品標(biāo)準(zhǔn)·藏藥》(第一冊)規(guī)定藏藥榜那，漢語藥物名稱為鐵棒錘，基原藥材為毛茛科植物鐵棒錘(AconitumpendulumBusch)和伏毛鐵棒錘(AconitumflavumHand.-Mazz)的干燥塊根。在文獻調(diào)研中，自1980年起就已發(fā)表了78篇關(guān)于寧夏的伏毛鐵棒錘化學(xué)成分、藥理活性、殺蟲活性方面均有相關(guān)的科學(xué)研究和專利文獻報道，而截止2020年僅有1篇關(guān)于青海的鐵棒錘化學(xué)成分的研究報道。因此，本文旨在對鐵棒錘基源鑒定、化學(xué)成分、藥理活性和殺蟲活性以及存在問題等方面進行文獻調(diào)研，以期挖掘青海鐵棒錘(AconitumpendulumBusch)的藥用價值和生態(tài)價值，為平衡青海省害草資源的經(jīng)濟效益與生態(tài)效益提供一條科學(xué)途徑。

1 植物背景

毛茛科(Ranunculaceae)烏頭屬(AconitumGenus)植物在全世界約350種，主要分布于亞洲，其次為歐洲和北美洲。在我國該屬約167種，以云南北部、四川西部和西藏東部的高山地帶為其主要的分布區(qū)域[3]。烏頭屬植物的藥用歷史始載于《神農(nóng)本草經(jīng)》，列為治療疾病并且有毒的下品[4]，現(xiàn)有約40余種該屬植物列入常用藥材，現(xiàn)來源于該屬植物分離得到的化合物高烏甲素、草烏甲素等已作為藥品應(yīng)用于臨床，但其對神經(jīng)系統(tǒng)和循環(huán)系統(tǒng)會產(chǎn)生毒性[5]。

青海省內(nèi)分布的鐵棒錘(AconitumpendulumBusch)，民族藥名為榜那、曼欽、榜阿那保(藏族)；哈日泵阿(蒙古族)[6-7],其植物標(biāo)本如圖1所示。《中國藏藥》記錄其塊根可用于防疫、蟲病、黃水病、麻風(fēng)和癲狂等癥?！恫乇静荨酚涗浧涓陀酌缈捎糜陲L(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、關(guān)節(jié)痛、跌打損傷、流行性感冒、瘟病時疫和毒熱腫毒[8]。藥理研究表明，該植物在抗癌[9]、鎮(zhèn)痛[8]、抗炎[8]和局部麻醉[8]具有顯著活性?！吨腥A本草》記載鐵棒錘的藥用部位包括幼苗和塊根，其幼苗具有解毒、消腫止痛的功效；塊根具有祛風(fēng)止痛、散瘀止血和消腫拔毒的功效?！痘厮幈静荨酚涊d回醫(yī)以當(dāng)?shù)氐牡赖厮幉姆F棒錘的塊根為慣用藥材使用[10]。蒙醫(yī)藥用烏頭屬植物約13種，將它們的干燥塊根統(tǒng)稱為泵阿(草烏)，除北烏頭外，開紫藍色花，具有塊根者均視為草烏入藥[6]。羌醫(yī)常用鐵棒錘根用于跌打損傷和風(fēng)濕疼痛等疾病的治療[11]?！吨腥A人民共和國衛(wèi)生部藥品標(biāo)準(zhǔn)·藏藥》(第1冊)中收載的成藥方劑中，有31個處方中都使用鐵棒錘[9]，該植物是藏醫(yī)藥記載的15種烏頭屬植物中使用最廣泛的藥材[12]，藏醫(yī)使用前采用水浸泡3～4 d 后，煎煮4～6 h 后切片、烘干，用于治療踝關(guān)節(jié)疼痛、關(guān)節(jié)炎、跌打損傷、流行性感冒、癤癰和腫瘤的治療[12]。

圖1 青海省鐵棒錘植物標(biāo)本(圖片來源：中國植物志)

2 化學(xué)成分的研究

2.1 生物堿類成分 二萜生物堿(diterpenoid alkaloids, DAs)成分是烏頭屬植物的主要活性成分并且大部分具有毒性。至今，從該屬得到的二萜生物堿數(shù)量已超過1500個化合物，根據(jù)母核其類型分為C18、C19、C20-二萜生物堿和雙二萜生物堿(如圖2所示)。由于二萜類生物堿骨架結(jié)構(gòu)類型復(fù)雜多樣，取代基團和手性中心較多，其合成路線錯綜復(fù)雜具有較大挑戰(zhàn)性，從天然來源挖掘潛在具有活性的二萜生物堿成分成為烏頭屬植物的研究熱點。

圖2 鐵棒錘(Aconitum pendulum)中分離得到的二萜生物堿類化學(xué)成分圖

Wang Y J等[13-14]從鐵棒錘的根部95%乙醇提取物中分離得到N-去乙基-3-乙酰烏頭堿N-deethyl-3-acetylaconitine(1), N-去乙基-去氧烏頭堿N-deethyldeoxyaconitine(2)和secoaconitine(3) 3個C19降二萜生物堿類化合物以及烏頭堿aconitine(4)、去氧烏頭堿deoxyaconitine(5)、3-乙酰烏頭堿3-acetylaconitine(6)、尼奧靈neoline(7)、15α-OH-neoline(8)、苯甲酰烏頭原堿benzoylconitine(9)、polyschistine A(10)、多裂烏頭堿polyschistine D(11)、苯甲酰去氧烏頭堿benzoyldeoxyaconitine(12)和烏頭原堿aconine(13)。Zhang S M等[15]從鐵棒錘根中分離得到2-hydroxydeoxyaconitine(14)、 12-epiacetyldehydrolucidusculline(15)、12-epiacetyldehydronapelline(16)、12-epidehydronapelline(17)。Wang J L等[16]從鐵棒錘(A.pendulum)根中分離得到12-epi-aconicarmichinium A(18)、songorine(19)、napelline(20)、ducloudine C(21)、napelline(22)、magnoflorine(23)、8-acetyl-15-hydroxyneoline(24)、14-benzoyl-8-O-methylaconine(25)、次烏頭堿hypaconitine(26)和雪烏堿penduline(27)。劉永玲等[17]采用高速逆流色譜技術(shù)首次從鐵棒錘根的提取物中分離得到一種咪唑類生物堿1H-imidazole-2-carboxylic acid butyl ester(30)。

Chen L L等[18]采用UHPLC-Q-TOF/MS技術(shù)對烏頭屬鐵棒錘(AconitumpendulumBusch)、烏頭(AconitumcarmichaeliDebeaux)、顯柱烏頭(AconitumstylosumStapf)、高烏頭(AconitumsinomontanumNakai)、黃草烏(Aconitumvilmorinianum)、甘青烏頭(AconitumtanguticumKom.)和露蕊烏頭(AconitumgymnandrumMaxim.) 7種植物的各部位進行了化學(xué)成分的研究，結(jié)果共識別出126種生物堿成分。其中，鐵棒錘總二萜生物堿中約84.6%的化合物類型為C-19DAs，如condelphine，14-acetyltalatisamine，talatisamine，talatizidine，isotalatizidine，14-acety-8-methyltalatisamine，chasmanine和nevadenine。以下11種生物堿成分karakolidine, isotalatizidine, karakomine, karakoline, talatizidine, 12-Epi-napelline, talatisamine, condolphine，atisine, 14-O-acetylsachaconitine和 14-acetyletalatisamine在研究的7種植物中普遍存在。在鐵棒錘的根、莖、葉和花均檢測到C-18DAs化合物sinomontanine D和化合物lannaconitine，并且該類代謝產(chǎn)物在鐵棒錘的花中的含量較豐富，這一點值得研究人員關(guān)注。2-hydroxyaconitine、aconitine、aconitine和lucidusculine在鐵棒錘中的含量比其他6種植物中的含量相對較高，以上化合物對植物生長扮演著重要作用，也為研究代謝途徑的研究提供了重要參考。

2.2 揮發(fā)油成分 楊長花等[19]采用微波法與超聲波法對鐵棒錘中的揮發(fā)油成分進行提取時發(fā)現(xiàn)，以上2種方法提取和GC-MS計算檢索所得的鐵棒錘揮發(fā)油成分均有30余種，但化學(xué)成分組成上有差異，部分揮發(fā)油成分具有毒性。王凱等[20]采用水蒸氣蒸餾和超聲萃取—水蒸氣蒸餾法從鐵棒錘(中藥名：鐵牛七)中提取揮發(fā)油，采用GC-MS聯(lián)用技術(shù)比較分析和鑒定其揮發(fā)油成分以有機酸和烷烴類化合物為主。鐵棒錘中揮發(fā)油化學(xué)成分見表1。

表1 鐵棒錘中揮發(fā)油化學(xué)成分[19-20]

表1(續(xù))

3 藥理研究

3.1 鎮(zhèn)痛活性 關(guān)于烏頭屬二萜類生物堿化學(xué)成分與鎮(zhèn)痛活性構(gòu)效關(guān)系的研究表明，N原子C8位上的乙酰氧基或O-烷基化，C14上的苯酯基是鎮(zhèn)痛活性的必需基團[20]。由于烏頭二萜類成分既是Na+離子通道的激活劑也是Na+離子通道的抑制劑。當(dāng)C-18DAs和C-19DAs存在1個酯基時可通過抑制Na+離子通道產(chǎn)生鎮(zhèn)痛作用[21]。當(dāng)C-18DAs和C-19DAs存在2個酯基時，由于Na+離子通道結(jié)合位點的親和力將提高，則可通過激活電壓依賴性Na+通道導(dǎo)致去極化從而抑制疼痛傳導(dǎo)[22]。Angelica M[23-24]等通過OSAR分析方法針對基本骨架相似的12種烏頭類生物堿進行了結(jié)構(gòu)與鎮(zhèn)痛活性之間的構(gòu)效關(guān)系研究，結(jié)果表明芳酰基的取代位置在R14位時，該分子的鎮(zhèn)痛活性是在R4位時的30倍。黃先菊等[25]在對鐵棒錘(AconitumpendulumBusch)氯仿部位進行毒-效關(guān)系研究時，結(jié)果表明鐵棒錘氯仿部位具有顯著的鎮(zhèn)痛活性，效果優(yōu)于阿司匹林，對炎性疼痛的療效強于中樞性疼痛。黃青等[10]以吲哚美辛為陽性對照對鐵棒錘提取物各極性部位進行抗炎鎮(zhèn)痛活性評價，結(jié)果表明其50%乙醇洗脫部位對小鼠痛閾值明顯延長，醋酸扭體反應(yīng)次數(shù)減少，并且該部位對角叉菜膠致小鼠足趾腫脹有抑制，提示其具有顯著的鎮(zhèn)痛抗炎活性。

3.2 抗腫瘤活性 生物堿可以直接通過調(diào)控細胞周期來控制癌細胞的增殖擴散即當(dāng)細胞被阻滯在某階段，細胞會對DNA損傷進行修復(fù)，如果是失敗，則會發(fā)生細胞凋亡。目前，多數(shù)抗癌藥物對腫瘤細胞的生長抑制主要作用于細胞周期的S期的DNA合成和G2/M期的細胞有絲分裂兩個時相的調(diào)控，這兩個時期對對于維護腫瘤細胞的惡性增殖尤為重要[26-27]。Fan Y等[26]研究同名異物植物鐵棒錘(AconitumszechenyianumGay)中的生物堿類成分時，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該類成分是一種強效的抗癌物質(zhì)，其抗癌機理是鐵棒錘生物堿可以上調(diào)p38的表達水平，激活p38MAPK信號通路，并因此上調(diào)TNF-R1和DR5的表達，激活caspase8，由死亡受體途徑進入細胞凋亡，對Hela細胞和A549細胞具強效抑制增殖作用，另外，其還通過線粒體途徑進入細胞凋亡來發(fā)揮抗腫瘤作用。

3.3 局部麻醉 劉力敏等[28]開展中國烏頭之研究XIX-四川金沙江畔雪上一枝蒿生物堿類成分，結(jié)果表明該植物中主要生物堿為烏頭堿且含量約為0.14%，其中，雪烏堿成分對動物具有鎮(zhèn)痛局麻作用。唐希燦等[29-30]研究烏頭堿分別用家兔角膜、小鼠坐骨神經(jīng)、豚鼠皮內(nèi)丘樣進行活性測試時，結(jié)果表明鐵棒錘中的烏頭堿類成分鎮(zhèn)痛局麻作用明顯，雖然鎮(zhèn)痛作用起效時間較長，但持續(xù)時間相對延長，且未見成癮性。

3.4 抑菌活性 董開忠等[31]將鐵棒錘水提物和醇提物對常見腸道致病菌體外抑制作用進行研究時，發(fā)現(xiàn)鐵棒錘的超聲水提物對金黃色葡萄球菌、大腸埃希菌和枯草芽孢桿菌的抑菌圈直徑分別為(15±0.57)mm、(22±1.34)mm和(18±1.19)mm,陽性對照組的抑菌圈直徑分別為(18±0.23)mm、(26±0.42)mm和(22±0.31)mm，其水提物的抑菌效果明顯好于醇提物，再進一步對不同質(zhì)量濃度鐵棒錘水提物的7種腸道病原菌進行抑制作用測試，結(jié)果表明其水提物對宋內(nèi)氏痢疾桿菌、傷寒沙門氏菌、產(chǎn)氣桿菌、大腸埃希菌、糞腸球菌、變形桿菌和金黃色葡萄球菌均具有抑制作用。比較鐵棒錘不同濃度的醇提物對金黃色葡萄球菌、大腸埃希菌和枯草芽孢桿菌的抑菌效果時，發(fā)現(xiàn)隨乙醇濃度的升高其抑菌效果呈下降趨勢，其中50%醇提物對以上3種受試菌的抑菌圈直徑(mm)分別為(10±0.63)mm、(14±0.48)mm和(11±0.59)mm，其抑菌效果較好。

3.5 其他 劉永玲等[17]從鐵棒錘根的95%酸性乙醇提取物中分離得到的咪唑類生物堿1H-imidazole-2-carboxylic acid butyl ester。咪唑類生物堿主要來源于海洋產(chǎn)物，研究發(fā)現(xiàn)該類成分在抗菌、抗病毒、釋放Ca2+、鎮(zhèn)痛、抗炎癥、細胞毒活性和細胞周期蛋白依賴性激酶4和c-erbB-2蛋白酶活性[32]方面表現(xiàn)出較好的生物活性。由于其在海洋產(chǎn)物中含量低微，是該類生物活性多樣的成分產(chǎn)業(yè)化受到限制的主要原因。此次，首次從植物中發(fā)現(xiàn)該類成分將為咪唑類生物堿的發(fā)現(xiàn)提供新的資源途徑。

4 毒性研究

烏頭屬植物生物堿類成分如烏頭堿含量在0.12 mg即可使人中毒，3～5 mg將致人死亡[33]?！毒е楸静荨酚涊d榜阿那保為不流動毒之首，若不炮制去毒，入藥甚險。藏醫(yī)在使用該藥材前需要通過煎煮或蒸汽加熱的方法降低毒性從而保證其臨床應(yīng)用的安全性，該處理過程中強毒性雙酯型烏頭類生物堿成分的C8位上的乙?；饣蚍纸?，失去一分子醋酸轉(zhuǎn)化為毒性小的苯甲酰單酯型生物原堿如苯甲酰烏頭原堿(benzoylaconines)、苯甲酰新烏頭原堿(benzoylmesaconine)、苯甲酰次烏頭原堿(benzoylhypaconine)，進一步C14位苯甲?；饣蠓纸?，失去一份子苯甲酸，得到烏頭原堿(aconines)、新烏頭原堿(mesaconine)、次烏頭原堿(hypaconine)[34]。關(guān)于鐵棒錘的研究多集中于具有高毒性和多樣的生物活性特點的化學(xué)成分如C19DAs骨架的雙酯型二萜生物堿成分，C8位的乙?；?，C13位羥基，C1、C6、C16和C18位的甲氧基，C14位苯甲酰酯是其產(chǎn)生高毒性的必須基團。

5 存在問題

5.1 物種鑒定困難 二萜生物堿是烏頭屬植物的重要的活性成分，也是主要的毒性成分。但是，該屬植物種類繁多，該成分的含量和分布在不同種間不同，因此毒性也存在差異。化學(xué)鑒定是中藥材鑒定的一種重要方法，直接與中藥材的藥效相關(guān)。目前，通過性狀、顯微以及薄層色譜均不能對烏頭屬植物的種類進行精確的區(qū)分，如露蕊烏頭植物形態(tài)與鐵棒錘地上部位極為相似，極易混淆[35]。

5.2 藥材的基源混亂 《回藥本草》記載鐵棒錘的基源植物為伏毛鐵棒錘的塊根，寧夏回族自治區(qū)廣泛使用鐵棒錘，已成為該地大宗商業(yè)藥材之一。藏醫(yī)藥以鐵棒錘為主藥的經(jīng)典驗方達65種，但各地藏醫(yī)就地取材，收錄的基源較為繁雜，例如《中華人民共和國衛(wèi)生部頒藥品標(biāo)準(zhǔn)·藏藥》(第一冊)以鐵棒錘和伏毛鐵棒錘的塊根收錄；《西藏自治區(qū)藏藥材標(biāo)準(zhǔn)》(第二冊)以工布烏頭(AconitumkongboenseLauener)收錄；《晶珠本草》以細葉草烏(AconitumrichardsonianumLauener var)收錄；《中華藏本草》以曼欽項下以鐵棒錘和伏毛鐵棒錘、短柄烏頭(AconitumbrachypodumDiels)收錄，榜那項下以展毛尖萼烏頭(AconitumacutiusculumFletcher et Lauener var. aureopilosum W.T.Wang)、顯包烏頭(AconitumbracteolosumW T Wang)、長柱烏頭(AconitumdolichorhynchumW. T. Wang)、麗江烏頭(AconitumforrestiiStapf)和工布烏頭(AconitumkongboenseLauener)7種植物收錄。藏醫(yī)所用的榜那阿保，蒙藥名哈日泵阿，《蒙藥學(xué)》以伏毛鐵棒錘、鐵棒錘和黃花烏頭(Aconitumcoreanum(Lévl.) Rapaics)收錄。川、青、甘多用鐵棒錘或伏毛鐵棒錘；云南多用展毛工布烏頭(Aconitumkongboensevar. villosum W.T.Wang)和顯柱烏頭(AconitumstylosumStapf)；西藏多用工布烏頭(AconitumkongboenseLauener)[36]。鐵棒錘在不同地域的使用較為廣泛，但是異名同物或同名異物混亂的現(xiàn)象極為突出，鐵棒錘用藥的有效性和安全性存在隱患。

5.3 藏藥鐵棒錘的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)亟待完善 鐵棒錘的藥材基源復(fù)雜，不同種的該屬植物活性成分類型、含量和分布不同，較難建立共有指標(biāo)性成分的含量測定方法[37]。因此，通過薄層色譜或高效液相色譜法建立單一或者多個評定指標(biāo)評價藥材鐵棒錘中生物堿含量的測定方法值得研究。同時，不同種的該屬植物其毒性，由于所含生物堿類型不同，其毒性存在顯著差異，臨床用藥的規(guī)范性和安全性缺乏合理用藥指導(dǎo)依據(jù)。因此，開展鐵棒錘化學(xué)成分的系統(tǒng)研究，將從化學(xué)分類學(xué)的角度對烏頭屬植物種的區(qū)分方法加以補充和完善，通過明確其活性成分、毒性成分為建立符合要求的現(xiàn)代藥品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)奠定科學(xué)依據(jù)。

5.4 鐵棒錘在民族醫(yī)藥領(lǐng)域的現(xiàn)狀 我國分布的167種毛茛科植物中約70%的植物資源來源于青藏高原[7]。根據(jù)鐵棒錘的研究報道，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域關(guān)于植物鐵棒錘的資源調(diào)查、化學(xué)成分、藥理學(xué)和毒理學(xué)研究基礎(chǔ)不深入。鐵棒錘作為回、藏、蒙醫(yī)的習(xí)用藥材，其野生資源價格和市場前景較好。由于缺乏鐵棒錘資源儲量的調(diào)查，加之藥用部位、有效成分研究不深入，難以對該植物的年采收量做出合理限制，造成過量采收。同時，鐵棒錘作為毒雜草被草地經(jīng)營者視為導(dǎo)致人工草地極度退化的入侵者，加劇了野生資源趨于枯竭的現(xiàn)狀[38]。因此，加強鐵棒錘資源的合理利用和資源保護，具有促進經(jīng)濟效益和生態(tài)效益同步發(fā)展的重要意義。