桑枝的化學(xué)成分及其藥理活性研究進展

梁會亮,田夢茵,岳家楠,李振,臧恒昌

(1.山東大學(xué)藥學(xué)院,山東 濟南 250012;2.濟寧華能制藥廠有限公司,山東 濟寧 272001)

桑枝,異名桑條,是?？浦参锷?MorusalbaL.)的干燥嫩枝。春末夏初采收去葉,曬干,亦或趁鮮切片曬干。嫩桑枝呈長圓柱形,表面灰黃色或灰棕色,有皮孔、細皺紋;其質(zhì)地堅韌不易折斷,斷面黃白色具纖維性,皮部較薄,木部黃白色,射線放射狀,髓部黃白色或白色。桑枝,氣微,味淡略苦;歸肝經(jīng)?！吨袊幍洹酚涊d桑枝具有祛風(fēng)濕、利關(guān)節(jié)、行水之功效,適用于風(fēng)寒濕痹、四肢拘攣、腳氣浮腫之病癥?！夺t(yī)說·卷第三》中也記錄桑枝有“久服輕身,聰明耳目”的效用?，F(xiàn)代藥理學(xué)研究也表明桑枝具有抗炎、抗氧化、鎮(zhèn)痛以及降血糖等多種藥理活性。

近年來,雖然關(guān)于桑枝的活性成分相關(guān)研究越來越多,但是臨床應(yīng)用以及藥理機制尚有諸多不明,同時桑枝作為傳統(tǒng)中藥,其質(zhì)量評價方法與水平均有較大的提升空間。本文主要針對桑枝的化學(xué)成分、藥理活性等方面研究進行歸納總結(jié),目的為選擇主要、特征、有效的化學(xué)成分作為桑枝質(zhì)量評價的指標成分奠定基礎(chǔ)。

1 化學(xué)成分

關(guān)于桑白皮和桑枝的差異性并不能簡單地不同藥用部位來解釋,其他原因還包括:桑枝大多來源于栽培品種(M.alba),而桑白皮部分來源于野桑(實生桑),而桑屬植物之間易于雜交,部分來源于栽培品種,而栽培方法多為嫁接,砧木多用實生桑,這導(dǎo)致桑的地下部分難以鑒別。由于對桑枝(M.alba)化學(xué)成分研究較少,因此在本綜述中還包括了其他基源的桑枝成分,而《中國藥典》規(guī)定的桑枝用白桑枝(M.alba)進行表述和區(qū)分。

1.1 黃酮類成分 桑枝中的黃酮類[1-2]化合物不僅數(shù)量龐大,結(jié)構(gòu)也復(fù)雜多樣。桑枝中的黃酮類成分主要為二氫黃酮類(見圖1)和黃酮類(見圖2)成分,其C6、C8、C2′、C4′位常有多個羥基取代,其中C環(huán)上C2′位,C4′位的羥基取代是桑枝黃酮類成分的結(jié)構(gòu)特征之一。在羥基的鄰位如C5、C7、C3′、C5′ 位常有1～2個異戊烯基或香葉基基團取代。這些五碳或十碳單元又常常與鄰位羥基形成呋喃或吡喃的結(jié)構(gòu)(見圖1中10～11、15～22、35～38)。

圖1 桑枝分離得到的二氫黃酮類化合物

圖2 桑枝中分離得到黃酮類化合物

在二氫黃酮中,C2′位羥基與A環(huán)的C3位連接,形成呋喃環(huán)的結(jié)構(gòu)也比較常見(見圖1中14～28)。

從白桑枝中發(fā)現(xiàn)的二氫黃酮類成分較少,僅有eriodictyol、aromadendrin和norartocarpanone (steppogenin)等少數(shù)化合物[3-4]。而從黑桑枝(M.nigra)中發(fā)現(xiàn)了大量的二氫黃酮類成分,且均有異戊烯基取代[5-8]。該類成分A環(huán)的C2,3位一般具手性,但近年來發(fā)現(xiàn)黑桑枝中的部分化合物如nigragenon E以消旋體形式存在[9]。長果桑枝(M.laevigata)[10]和川桑枝(M.notabilis)[11]中也存在少量的二氫黃酮類成分。

桑枝中的黃酮類成分中C2′位羥基一般不能與C3位相連,不能形成如二氫黃酮中的呋喃環(huán)。但C2′位羥基可與C3位的異戊烯基形成吡喃環(huán)。而C2′位的C10單元不僅可與C3位羥基形成跨環(huán)吡喃環(huán),還可同時與鄰位羥基形成吡喃環(huán)(見圖1中33～34)其中黑桑枝中的nigranol C形成了一個罕見的7/6/6環(huán)狀結(jié)構(gòu)[9]。

桑枝中的黃酮類成分以從白桑枝中發(fā)現(xiàn)的較多[3,12-15],而從黑桑枝[5,9]和川桑枝[11,16-17]和長果桑枝[18]中發(fā)現(xiàn)的黃酮類成分較少。

1.2 二苯乙烯類成分 二苯乙烯類成分是桑枝中的另一大類別,苯環(huán)之間的雙鍵常以開鏈形式存在,也常與鄰位羥基形成五元呋喃環(huán)。此外,苯環(huán)上一般均有間位羥基取代,羥基的鄰位常有C5或C10的結(jié)構(gòu)單元取代,且常與鄰位羥基形成五元呋喃或六元吡喃環(huán)的結(jié)構(gòu),而從非洲黑桑枝中還發(fā)現(xiàn)了形成七元氧雜環(huán)的二苯乙烯(見圖3中71～73)。

圖3 桑枝中分離得到二苯乙烯類化合物

白桑枝中以開鏈形式存在的二苯乙烯類成分桑皮苷A是其主要化學(xué)成分,含量一般在0.1%以上,也存在少量呋喃型二苯乙烯類成分。在非洲黑桑枝中存在大量的呋喃型二苯乙烯類成分。

1.3 D-A加成物 D-A加成物是桑屬植物中存在的特征性成分,是通過查爾酮與具有異戊烯基取代的化合物發(fā)生Diels-Alder加成反應(yīng),產(chǎn)生具有甲基環(huán)己烯的結(jié)構(gòu)骨架[19]。桑枝中的D-A加成物,與桑白皮比較,數(shù)量較少,類型單一。其中甲基環(huán)己烯的C4位均為2,4-二羥基苯甲?；〈?C5位均為2,4-二羥基苯基取代,C3位與異戊烯基取代化合物的結(jié)構(gòu)相關(guān),可為二氫黃酮、黃酮、查爾酮或二苯乙烯,如圖4所示。

圖4 桑枝中分離得到D-A加成物

1.4 生物堿類成分及其他成分 盡管關(guān)于桑枝中的生物堿類成分的發(fā)現(xiàn)報道較少,但1-脫氧野尻霉素(DNJ)是桑枝生物堿的主要降糖活性成分[20]。此外,經(jīng)HPLC-MS分析,桑枝中尚存在2-O-α-D-Gal-DNJ、6-O-β-D-Glc-DNJ、3-表蕎麥堿、1,4-雙脫氧-1,4-亞氨基-D-阿拉伯糖醇(DAB)、2-O-β-Glc-DAB等[21-22]。其中在桑枝的皮層中DNJ含量較高,木質(zhì)部分含量較低[23](見圖5)。

圖5 桑枝中分離得到生物堿與其他類型化合物

桑枝中尚含有香豆素類成分(如isoscopoletin、moriramuloside A &B、scopolin)、三萜類成分如β-amyrin葡萄糖苷[3]以及maclurin[24]等。

2 藥理活性

桑枝的傳統(tǒng)功效在我國很早就有記載,如《本草撮要》記載:“桑枝,功專去風(fēng)濕拘攣”,《本草圖經(jīng)》記載:“桑枝療遍體風(fēng)癢干燥,兼療口干”。目前桑枝在臨床多應(yīng)用于關(guān)節(jié)腫痛、手足麻木等疾病[25]。現(xiàn)代研究表明桑枝及其化學(xué)成分具有抗炎、鎮(zhèn)痛、降糖、抗氧化、降脂等多種作用。其中桑枝的抗炎與鎮(zhèn)痛活性與其傳統(tǒng)藥用“祛風(fēng)濕”相關(guān)[26]。一些黃酮和苯并呋喃類成分具有于保持骨關(guān)節(jié)健康的作用。

2.1 抗炎活性 桑枝能夠通過抗炎活性緩解二甲苯致小鼠耳腫脹[26]。在膠原致小鼠關(guān)節(jié)炎模型中,桑枝可能通過降低巨噬細胞中的TNF-α水平和脾細胞中的IFN-γ水平,降低關(guān)節(jié)指數(shù)評分,改善爪關(guān)節(jié)炎癥[27];壓制外周血單核細胞(PBMCs)和爪關(guān)節(jié)中免疫細胞的數(shù)量,并降低血清中細胞因子(TNF-α、IL-6和IL-17),類風(fēng)濕因子和抗II型膠原抗體的水平[27]。因而可用于類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的治療和預(yù)防。含有氧化白藜蘆醇的桑枝醇提取物可以通過抗炎和增加黏液分泌緩解急性結(jié)腸炎[28]。桑枝總黃酮部分通過MAPK中的ERK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路抑制iNOS基因和蛋白的表達從而抑制NO的產(chǎn)量,提高細胞總抗氧化能力,同時下調(diào)COX-2、IL-1β、IL-6等炎癥介質(zhì)和上調(diào)抗炎介質(zhì)HO-1的表達而發(fā)揮抗炎效果[29]。桑枝的95%乙醇提取物可顯著抑制二甲苯所致的小鼠耳腫脹[30]。在100 mg·kg-1劑量下,桑枝提取物可明顯抑制醋酸所致的小鼠腹腔毛細血管通透性增加;在200、400 mg·kg-1劑量下,能顯著抑制濾紙片誘發(fā)的小鼠肉芽組織增生[30]。桑枝乙醇提取物不同萃取部位對二甲苯所致的小鼠耳腫脹和毛細血管通透性增加有不同的抑制作用,其中石油醚和正丁醇萃取物(0.30 g·kg-1)具有較為顯著的抗炎作用,石油醚萃取物(0.15 g·kg-1)對毛細血管通透性增加有明顯的抑制作用[31]。

桑枝中的黃酮類成分10-oxomornigrol F、(7″R)-(-)-6-(7″-hydroxy-3″,8″-dimethyl-2″,8″-octadien-1″-yl)apigenin、morusin、albanin D、2-(2,4-dihydrophenyl)-5-hydroxy-8-(hydroxymethyl)-8-methyl-3-(3-methyl-2-butenyl)、3-methoxyquercetin、mulberranol,查爾酮類成分isoliquiritigenin、morachalcone A和二苯乙烯類成分mulberrofuran A均可以抑制LPS誘導(dǎo)的RAW 264.7釋放NO,其IC50在2.2～5.3 μg·mL-1,其中10-oxomornigrol F、(7″R)-(-)-6-(7″-hydroxy-3″,8″-dimethyl-2″,8″-octadien-1″-yl)apigenin、albanin D、morachalcone A和mulberranol可以降低LPS誘導(dǎo)的誘導(dǎo)型NO合成酶(iNOS)的表達,并呈現(xiàn)濃度依賴關(guān)系[3]。同時10-oxomornigrol F、albanin D和mulberranol還可抑制COX-2的表達[3]。10-oxomornigrol F可能是通過激活Nrf2/血紅素氧合酶-1途徑抑制RAW 264.7和骨髓來源巨噬細胞釋放NO、TNF-α、IL-1β、IL-6[32]。

桑皮苷A[33]、氧化白藜蘆醇[33]和cis-桑皮苷A[34]均具有抑制角叉菜致鼠足腫脹的作用。作為桑皮苷A的苷元,氧化白藜蘆醇的抗炎作用通過下調(diào)NF-κB的表達、抑制COX-2活性,與抑制iNOS的表達相關(guān)[33]。另有研究表明,氧化白藜蘆醇的抗炎活性可能涉及抑制T淋巴細胞或者其他淋巴細胞中CXCR-4介導(dǎo)的驅(qū)化作用和MEK/ERK通路[35]。

2.2 鎮(zhèn)痛活性 桑枝在用扭體法和甩尾法測定的鎮(zhèn)痛活性中,疼痛抑制率均達50%以上[26]。桑枝中的cis-桑皮苷A在25、50 mg·kg?傆b1的劑量下均可顯著抑制減少由醋酸或福爾馬林引起的小鼠疼痛反應(yīng)[34]。桑皮苷A與氧化白藜蘆醇鎮(zhèn)痛活性不顯著。桑辛素在醋酸扭體和熱板實驗中也表現(xiàn)出很強的鎮(zhèn)痛活性[36],其作用可能與桑辛素通過與mGluR1受體結(jié)合,介導(dǎo)對神經(jīng)細胞的保護相關(guān)[37]。

2.3 降血糖活性 桑枝、桑白皮、桑葉等均具有降血糖活性,其中由桑枝提取物制成的桑枝顆粒,其療效與阿卡波糖相當[38]。大量研究認為桑中的1-DNJ是其降血糖的主要活性成分[39-40]。除了以1-DNJ為代表的多羥基生物堿類成分,桑枝的醇提取物也可以促進胰島素分泌和敏感性[41],說明桑枝中的其他非多羥基生物堿類成分也具有降血糖作用。

桑枝中的黃酮類成分morusin、quercetin、sanggenon C、kuwanon G具有一定的抑制α-葡萄糖苷酶的活性,但總體較1-DNJ低約10倍[42]。從黑桑枝中分離得到的nigranol A &B以及異戊烯基取代的二氫黃酮類成分sanggenon M、nigrasin A、sanggenol F、sanggenol H、nigrasin K、nigragenon D、nigragenon B、nigragenon C、nigragenon E和sanggenon A具有顯著的α-葡萄糖苷酶抑制活性[6]。Nigragenons B &D、sanggenol F、nigrasin K 對PPAR-γ有顯著的激動活性[5]。具有罕見7/6/7環(huán)系的異戊烯基取代黃酮對映體nigranol C以及nigragenon E均具有顯著抑制α-葡萄糖苷酶活性,其IC50在9.79～30.21 μmol·mL-1之間[9]。

長果桑枝中的異戊烯基取代黃酮laevigasin A具有顯著的抑制α-葡萄糖苷酶活性[10],notabilisin E、taxifolin和hultenin具有抑制PTP1B活性[10]。

桑枝多糖不僅具有降糖活性[43],還可以有效改善鏈脲佐菌素誘導(dǎo)糖尿病腎病小鼠的腎功能,緩解受損腎組織的病變,其機制可能與增加腎皮質(zhì)中的SIRT1、FOXO1的蛋白表達,增強組織抗氧化能力[44],通過阻斷IL-1/NF-κB通路,減輕炎癥反應(yīng)有關(guān)[45]。

2.4 酪氨酸酶抑制活性 桑枝可顯著抑制酪氨酸酶和黑色素生成活性[24,46]。桑枝中的steppogenin、2,4,2′,4′-四羥基查爾酮、morachalcone A、氧化白藜蘆醇和moracin M具有顯著的抑制酪氨酸酶活性,其IC50在0.1～8 μmol·mL-1之間[4]。從黑桑枝中得到的異戊烯基取代的黃酮類成分nigragenon E、sanggenon M,D-A加成物chalcomoracin、sorocein H、kuwanon J、sanggenon C &O也具有酪氨酸酶抑制活性[7,9]。

2.5 抗腫瘤活性 桑辛素(morusin)可通過誘導(dǎo)細胞凋亡、血管生成抑制等多種機制對肝癌[47]、乳腺癌[48]有顯著的抑制作用。Maclurin可通過抗氧化和抑制Src/FAK-ERK-β-catenin途徑抑制人非小細胞肺癌細胞的遷移和侵襲[49]。桑枝提取物及其中含有的二苯乙烯(桑皮苷A、氧化白藜蘆醇、白藜蘆醇)和黃酮類成分(蘆丁、morin、槲皮素)可以保護紫外線誘導(dǎo)的DNA損傷[50]。

2.6 抗氧化活性 桑枝中含有大量的黃酮等多酚類成分,因此表現(xiàn)出良好的抗氧化作用[51]并且桑枝中的黃酮總含量與其抗氧化作用具有一定相關(guān)性。由于抗氧化活性與抗炎、抗糖尿病、抗腫瘤、神經(jīng)保護等多種藥理作用相關(guān),因此在此不多累述。

2.7 其他作用 桑皮苷A可通過降低TNF-α、IL-1β、IL-6的表達,抑制NALP3、caspase-1和 NF-κB的活化和細胞外信號調(diào)節(jié)激酶,c-Jun氨基末端激酶和p38的磷酸化,顯示出抗炎和抗凋亡作用,從而保護氧糖剝奪再灌注引起的大腦皮層神經(jīng)元的缺血性損傷[52]。桑枝中的6-geranylapigenin、6-geranylnorartocarpetin、白藜蘆醇、氧化白藜蘆醇槲皮素能夠在大鼠腦勻漿中顯著的抑制脂質(zhì)過氧化,其IC50在0.06～3.74 μmol·mL-1之間[12]。

川桑枝中的notabilisins A &C[11]和黑桑枝中的Nigrasin H &I[8]均能夠通過上調(diào)脂肪細胞特異性基因aP2和GLUT4的表達,增加3T3L1中的脂滴和甘油三酯的含量,從而促進脂肪生成。氧化白藜蘆醇具有抗紅色毛癬菌活性[53]。白藜蘆醇和氧化白藜蘆醇還可以抑制非洲豬瘟病毒的復(fù)制[54]。morin能夠通過排尿酸作用和抑制黃嘌呤氧化酶活性,可用于高尿酸血癥的治療[55]。

非洲黑桑枝中的moracin I、6,8-diprenylaromadendrin、dihydromorine具有顯著的肝細胞保護和抗氧化活性[18]。

3 討論

桑枝傳統(tǒng)藥效相關(guān)的活性成分及其分析方法目前已有比較好的研究基礎(chǔ)。隨著分析技術(shù)的不斷發(fā)展,采用HPLC法同時測定桑枝中的多種成分的含量[56-58],或采用一測多評法[59],在桑枝化學(xué)成分含量測定方面已有較多的應(yīng)用。目前已進行含量測定的成分包括:桑皮苷A[56,58,60]、綠原酸[56-59]、東莨菪素[56]、白藜蘆醇[56-57]、桑辛素[56-60]、蘆丁[57-58]、異槲皮苷[57-58]、紫云英苷[57,59]、和桑色素[57]、隱綠原酸[58]、山柰酚[58]、槲皮素[59]、氧化白藜蘆醇[60]、桑酮G[60]、桑酮H[60]、柘樹黃酮C[60]。其中桑辛素、桑色素和桑皮苷A等為桑屬植物中的特征性成分,其他成分缺乏專屬性。上述結(jié)構(gòu)中,僅桑辛素報道具有鎮(zhèn)痛[36-37]和抗炎活性[3,61],桑皮苷A[33]、桑酮C[3,62]和桑酮G[63]也在多種體內(nèi)外模型上表現(xiàn)有抗炎活性,也可作為指標性成分待選。桑枝具有祛風(fēng)濕,利關(guān)節(jié)的作用,用于肩臂、關(guān)節(jié)酸痛麻木。在桑枝傳統(tǒng)祛風(fēng)濕臨床應(yīng)用相關(guān)的鎮(zhèn)痛和抗炎活性成分基礎(chǔ)上,如果選擇鎮(zhèn)痛和抗炎活性成分作為指標成分,增加含量測定項,方法較成熟,可行性高,可以進一步提高桑枝藥材質(zhì)量的評價方法。

同時,我國桑屬資源豐富,桑枝年產(chǎn)量巨大。桑枝在我國有悠久的藥用歷史和廣泛的臨床應(yīng)用。但桑枝中很多化合物活性和藥理作用機制尚不明確。同時桑枝質(zhì)量控制水平較低,也一定程度上阻礙了其發(fā)展,故有必要進一步拓展其研究范圍,通過本文對該桑枝化學(xué)成分與藥理活性系統(tǒng)深入的研究,為桑枝的質(zhì)量控制提供一定的依據(jù),幫助進一步對桑枝藥材資源進行開發(fā)與利用。