刺桐屬植物天然成分提取研究進(jìn)展

田永花,蔣高華

(云南能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 資源與環(huán)境工程學(xué)院,云南 曲靖 655001)

刺桐屬(ErythrinaL.)植物為蝶形花科(蝶形花科植物亦有學(xué)者將其置于豆科植物L(fēng)eguminosae中作為亞科處理)植物,約200種,分布于全球的熱帶和亞熱帶地區(qū),我國有刺桐(E.variegataL.)、翅果刺桐(E.subumbrans(Hassk.) Merr.)、鸚哥花(E.arborescensRoxb.)、勁直刺桐(E.stricaRoxb.)、云南刺桐(E.yunnanensisTsai et Yu)等5種,主產(chǎn)西南部至南部,另引入栽培的約有5種[1]。

此屬植物用途廣泛,刺桐屬中幾種植物的樹皮和葉子在民間被當(dāng)作草藥用于治療牙痛、扭傷、韌帶拉傷、支氣管炎、肺結(jié)核及呼吸道感染等疾病。木材可作器具和造紙原料,樹根和樹皮可入藥,如刺桐(E.variegata)樹皮和根皮稱海桐皮,具有祛風(fēng)除濕、麻醉和鎮(zhèn)靜作用[2],刺桐屬植物花、葉片、根莖里蘊(yùn)含豐富的天然活性成分,已報道的有黃酮類、刺桐生物堿類、萜類及其他酚類等多種結(jié)構(gòu)類型的化合物。在20世紀(jì)30年代,國外學(xué)者首次發(fā)現(xiàn)刺桐生物堿具有和箭毒馬鞍子(Curare)類似的麻痹肌肉的活性[3],后來又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)刺桐生物堿有抗焦慮[4]、促進(jìn)睡眠[5]、抗痙攣[6]、乙酰膽堿酯酶抑制劑[7]、殺蟲[8]等生物活性,刺桐屬中部分化合物還具有抗菌、抗腫瘤、清除自由基、抑制PTP1B等生物活性。因此分離提取天然產(chǎn)物中的有效成分,發(fā)現(xiàn)先導(dǎo)化合物并對其進(jìn)行修飾和改造,一直是天然藥物化學(xué)研究的熱點(diǎn)。以Folkers K等[9]為主要代表,最早從刺桐(ErythrinaamericanaMill)中發(fā)現(xiàn)erythroidine生物堿,隨后又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)許多新生物堿:erythramine[10]、erythraline、erythratine[11]、erysopine[12]、erysodine和erysovine[13-14]、erysothiovine和erysothiopine[15]等,開創(chuàng)了刺桐生物堿的研究。

1 刺桐花中成分提取

楊志陽等人[16]以雞冠刺桐(Erythrinacrista-galli)花瓣為研究材料,通過單因素及正交試驗(yàn)優(yōu)化色素提取條件,提取雞冠刺桐花瓣中色素主要成分黃酮類物質(zhì)。通過超高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜(UPLC)技術(shù)對色素粗提物的黃酮類物質(zhì)組成進(jìn)行定性、定量研究。雞冠刺桐花色素提取的最佳條件為:浸提劑為pH值=6的50%乙醇溶液,70 ℃水浴加熱60 min,輔以100%(40 kHz)超聲處理40 min時,色素中總黃酮(以蘆丁計)的提取率最高。提取率最高可達(dá)71.2 mg/g干花。基于UPLC-MS/MS檢測得到雞冠刺桐花色素中黃酮類物質(zhì)的種類至少含有37種(相對含量低于0.1%的色素成分不計),它們分別是黃酮類(占82.16%)、黃酮醇類(占6.15%)、黃烷酮類(占6.07%)和花青素類(占3.08%),其中芹菜素衍生物類的黃酮是雞冠刺桐花色素的主要成分,占比達(dá)到71.6%。

肖文娜[17]將刺桐屬植物鸚哥花作為研究對象,采用和其他組類似的分離提純技術(shù)和化合物表征方法,最終從中分離提純、表征得到33個生物堿化合物,其中18個在她發(fā)現(xiàn)之前已經(jīng)有文獻(xiàn)報道,15個在查閱范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)有過報道,為新化合物,其中有一個為二聚體刺桐生物堿,15個化合物通過表征為:Erythriarborine A(1)、Erythriarborine B(2)、 Erythriarborine C(3)、 Erythriarborine D(4)、Erythriarborine E(5)、Erythriarborine F (6)、Erythriarborine G(7)、Erythriarborine H (8)、Erythriarborine I(9)、 Erythriarborine G(10)、Erythriarborine K(11)、Erythriarborine L(12)、Erythriarborine M(13)、Erythriarborine N(14)、Erythriarborine B(15),該課題組對此15個新化合物做了相應(yīng)的活性實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示不具有顯著的細(xì)胞毒活性、NF-kB信號通路抑制活性及乙酰膽堿酯酶抑制方面的活性。

中國科學(xué)院植物研究所張冰潔通過各種色譜、波譜等方法,從刺桐屬植物刺桐、雞冠刺桐、鸚哥花和翅果刺桐中分離提出、表征了119個生物堿,其中新化合物47個,包含刺桐生物堿三聚體、二聚體、骨架重排的二聚體和單體。從她得到的化合物可以看出,異喹啉生物堿結(jié)構(gòu)單一的說法并不可靠,該課題組還做了刺桐生物堿進(jìn)行腫瘤細(xì)胞毒活性評價,結(jié)果表明刺桐生物堿二聚體活性較好,能抑制NO的形成。這些新化合物的分離提純,對研究抗腫瘤藥物提供新的思考方向。

2 刺桐屬植物枝、葉成分提取研究

計余燕等人[18]對產(chǎn)于云南西雙版納的塞內(nèi)加爾刺桐進(jìn)行了生物堿成分研究,采用硅膠柱層析和SephadexLH-20凝膠柱層析,從塞內(nèi)加爾刺桐枝葉中分離得到14個生物堿,經(jīng)核磁共振波譜和理化性質(zhì)分析對化合物結(jié)構(gòu)進(jìn)行鑒定,鑒定結(jié)構(gòu)后分別命名為分離鑒定了14個生物堿,其結(jié)構(gòu)分別為:erytharbine(1)、(+)-erysotramidine(2)、erysotrine(3)、erysotrine-N-oxide(4)、(+)-1lα-hydroxyerysotrine(5)、(+)-ll-hydroxyerysotramidine(6)、orientaline(7)、erythrartine-11-O-β-D-glucose(8)、(+)-1lα-hydroxyerysotrineN-oxide(9)、laudanidine(10)、erythratinone(11)、reticuline (12)、(+)-10,11-dioxoerysotrine (13)和11β-hydroxyerythratine (14)。在計余燕的碩士畢業(yè)論文中[19]還提到她們以云南西雙版納的翅果刺桐為研究對象,采用多種分離提取技術(shù)和表征方法,最終分離提純并表征了20個化合物,分別命名為:3-demthoxylerythratine(1)、3-demthoxyl-1lβ-hydroxylerythratine(2)、1lβ-hydroxyerythratine(3)、erythratinone(4)、11β-hydroxyerythratinone(5)、8-oxoerythrinine(6)、virosecurinine(7)、(R)-2-propylhexyl-2H-1,2,3-triazole-4-carboxylate(8)、cristanine A(9)、erythraline(10)、erythrinine(11)、(+)-10,11-dioxoerythratine(12)、erythratine(13)、11-methoxyerythratine(14)、10-oxo-erythraline-11-O-β-D-glucose(15)、2-hydroxymethylN-methyltryptaminel(16)、cristanine D(17)、erythratineN-oxide(18)、erythralineN-oxide(19)和erythraline-11-O-β-glucopyranoside(20)。其中3-demthoxylerythratine、3-demthoxyl-1lβ-hydroxylerythratine兩個為新的刺桐生物堿。

同課題組的羅瑞龍[20]也通過類似的提純分離技術(shù),從翅果刺桐植物中分離提純表征得到37個化合物,主要為生物堿類、醇類和黃酮類物質(zhì)。即:(±)erysectin A(1)、alpinumisoflavone(2)、parvisoflavone B(3)、laburnetin(4)、wighteone(5)、erythrinin C(6)、erysubin A(7)、5,7,4’-trihydroxy-6-(3,3-dimethyloxyiranylmethyl)isoflavone(8)、erysubin B(9)、glabranin(10)、pinocembrin(11)、isosakuranetin(12)、4’,7-二羥基二氫黃酮(4’,7-dihydroxyflavan one)(13)、phellodensin D(14)、5,4’-二羥基7-甲氧基黃酮(5,4’-dihydroxy-7-methoxyflavone)(15)、異甘草素(isoliquiritigenin)(16)、phaseollin(17)、phaseollidin(18)、cristacarpin(19)、(3R)-erythribyssin D(20a/20b)、(3S)-erythribyssin D(20b/20a)、dolichina A(21a/21b)、dolichina B(21b/21a)、高根二醇(22)、oleanolic acid(23)、β-boswellic acid(24)、soyasapogenol A(25)、betulinic acid(26)、豆甾-5,22-二烯-3β-醇(stigmasta-5,22-dien-3β-ol)(27)、豆甾-5,22-二烯-3β,7β-二醇(stigmasta-5,22-dien-3β,7β-diol)(28)、β-谷甾醇(29)、胡蘿卜苷(30)、pinifolic acid(31)、caryolandiol(32)、cyperusol C(33)、丁香脂素(syringaresinol)(34)、1-phenylazo-2-naphthol(35)、1-[[2-methyl-4-[(2-methylphenyl)azo]phenyl]azo](36)、單棕櫚酸甘油酯(glyceroylmonopalmitate)(37)。

同樣是同課題組的龔安界[21]對產(chǎn)于云南省景洪市勁直刺桐進(jìn)行了化學(xué)成分研究,也是采用類似的分離提純技術(shù)和表征方法,分離提純、表征了28個生物堿和1個木質(zhì)素,erythristrictadines A～J(1～12)、nororientaline(13)、cristadine(14)、(R)-2-ethylhexyl 2H-1,2,3-triazole-4-carboxylate(15)、11β-methoxyerythraline-N-oxide(16)、cristanine B(17)、erybidine(18)、8-oxoerythrinine(19)、erythraline-11β-O-glucopyranoside(20)、erysotrine(21)、11-methoxyerythraline(22)、erythraline(23)、crystamidine(24)、erythrinine(25)、erysodine(26)、epierythratine(27)、cristanine A(28)和glycosmisic acid(29)。經(jīng)過波譜分析鑒定和查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn),其中前12個為新生物堿化合物,其生物活性正在探索中。

孔令平等人[22]通過對中國云南省西雙版納的翅果刺桐的干燥枝葉進(jìn)行化學(xué)成分提取,采用正、反相硅膠柱、MCI 柱和凝膠Sephadex,LH-20柱層析、flash中壓制備系統(tǒng)以及正、反相高效液相色譜(HPLC)等手段,從翅果刺桐中共分離得到27個化合物,其中有13個異黃酮類化合物、5個二氫黃酮類、6個紫檀素類、2個肉桂基苯酚類和1個螺二萘類化合物,有兩個化合物為首次報道的新化合物。他們實(shí)驗(yàn)組還對分離得到的化合物進(jìn)行抗炎、PTP1B 抑制以及神經(jīng)細(xì)胞損傷保護(hù)活性篩選實(shí)驗(yàn)。

劉保山等人[23]采用纖維素酶酶解法對刺桐葉片多糖進(jìn)行提取,在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,采用響應(yīng)面分析法對其提取工藝進(jìn)行優(yōu)化,進(jìn)一步研究刺桐葉片多糖的結(jié)構(gòu)、抗氧化活性及抗腫瘤活性。結(jié)果表明,刺桐葉片多糖的最佳提取條件是酶解pH值為7,酶用量為4.5%,酶解時間為75 min,酶解溫度為51 ℃,此時多糖的提取率達(dá)4.81%。刺桐多糖的紅外光譜呈現(xiàn)出典型的多糖吸收峰,其主要單糖成分是甘露糖、葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸、葡萄糖、半乳糖以及阿拉伯糖。

王雨雪等人[24]通過采摘成熟無病蟲害刺桐樹葉提取刺桐葉過氧化物酶,并對刺桐葉過氧化物酶降解聯(lián)苯胺的效果和反應(yīng)條件進(jìn)行研究。結(jié)果表明,刺桐過氧化物酶生物催化體系對聯(lián)苯胺有良好的降解效果。在溫度25～45 ℃,pH值7～8,H2O2與聯(lián)苯胺物質(zhì)的量比為3.0～5.0條件下,10 U/mL刺桐過氧化物酶濃度對200 μmol/L聯(lián)苯胺的3 h降解效果最佳。趙廣華等人[25]也是從刺桐葉中提取過氧化物酶,并且研究了它清除水體中雙酚(BPA)的適宜條件。李鳳秋等人[26]以勁直刺桐為研究對象,采用多種現(xiàn)代色譜技術(shù)和表征技術(shù),從勁直刺桐中分離提純、表征了15個化合物,即:loliolide(1)、phaseic acid(2)、 pinnatififidanoid A(3)、soyasapogenol E(4)、大豆皂醇B(5)、2α,3α,19α,23-tetrahydroxyurs-12-en-28-oic acid(6)、3β,22β,24-trihydroxyolean-12-en-29-oic acid(7)、(23Z)-9,19-環(huán)阿爾廷-23-烯-3β,25-二醇(8)、3,4-二羥基苯甲酸(9)、(+)-丁香脂素(10)、(E)-4-hydroxy-dodec-2-enedioic acid(11)、lutein(12)、7β-羥基豆甾醇(13)、β-谷甾醇(14)、胡蘿卜苷(15)。

3 刺桐屬植物樹皮中成分提取

畢德文[27]以勁直刺桐樹皮作為研究對象,采用常用的分離提取表征方法進(jìn)行分離提純和表征,最終得到24個化合物,它們是:馬齒莧酰胺E(1)、(+)-methoxyerythraline(2)、erythristemine(3)、erythraline(4)、8-hydroxylerysodine(5)、ersotramidine(6)、erysotrine(7)、erysodine(8),(±)-6a,11a-cis-homopterocarpin(9)、phaseollidin(10)、phaseollin(11)、fuscacarpan B(12a)和fuscacarpan C(12b)的混合物、alpinumisoflavone(13)、parvisoflavone B(14)、柚皮素(15a)和apigenin(15b)的混合物、wighteone(16)、oleanolic acid(17a)和ursolic acid(17b)的混合物、erythrodiol(18)、5α,8α-過氧-(22E,24R)-麥角甾-6,22-烯3β-醇(19)、p-hydroxybenzcic acid(20)、vanillic acid(21)、ω-hydroxyproioquaiacone(22)、3,7-dimethyloct-1-ene-3,6,7-triol(23)、β-谷甾醇(24)。

Balaji T P等人[28]從刺桐屬植物樹皮(海桐皮)中提取纖維素纖維,并進(jìn)行了熱分析(TGA)/差熱(DTG )、X射線衍射XRD )分析、傅里葉變換紅外光譜(FTIR)、掃描電子顯微鏡( SEM )、原子力顯微鏡(AFM)等形態(tài)分析。如纖維素、木質(zhì)素灰分和蠟質(zhì)量分?jǐn)?shù)含量分別為70.60%,12.70%,8.60%和0.24%。EVFs的最大拉伸強(qiáng)度和平均拉伸強(qiáng)度分別為(6.06±0.02) MPa和2.80 MPa。熱分析顯示纖維具有良好的穩(wěn)定性,其殘?zhí)繛?9.23%,最大降解溫度為349 ℃。通過X射線衍射分析計算出EVFs的結(jié)晶度指數(shù)為37.5%,結(jié)晶尺寸為36.93 nm。形態(tài)學(xué)研究證實(shí)EVFs即使在原始形態(tài)下也具有粗糙的表面。EVF的密度為1 412 kg/m3,高于Grewia damine的1 378 kg/m3,低于黃麻的1 460 kg/m3。

Gopinath R等人[29]從黃脈刺桐樹皮中提取纖維素纖維,并探索其理化、熱學(xué)、機(jī)械性能,其中對EVFs進(jìn)行化學(xué)分析發(fā)現(xiàn),EVFs中存在較高的纖維素(50.64%)和木質(zhì)素(17.44%),因而纖維具有剛性和強(qiáng)度。通過X射線衍射分析測定EVFs的結(jié)晶指數(shù)和晶粒尺寸分別為51.80%和3.00 nm。半纖維素降解起始溫度(227.99 ℃)、活化能(74.05 kJ/mol),充分說明了EVFs的熱穩(wěn)定性。

唐玉婷等人[30]從刺桐樹皮中分離得到10個二聚體和2個單體刺桐生物堿,其結(jié)構(gòu)經(jīng)核磁共振、紫外光譜和質(zhì)譜鑒定。文章指出兩個單體生物堿可能是分離得到的二聚體衍生物的前體,此線索為合成二聚體提供思路。此前半年左右[31],該團(tuán)隊就在刺桐屬皮中分離得到5個二聚刺桐生物堿,并對其進(jìn)行了碳譜、氫譜和X單晶衍射等技術(shù)表征和結(jié)構(gòu)鑒定。

4 結(jié)語

刺桐樹植物分離提取天然化合物科研工作者還在努力進(jìn)行中,從查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn),大多數(shù)是從刺桐屬植物的枝、葉、樹皮中提取,刺桐花中提取天然成分的報道相對有限。在文獻(xiàn)羅列的眾多提取化合物中生物堿、黃酮較多,其他成分產(chǎn)量相對少,對分離提取物的應(yīng)用型研究較少。文獻(xiàn)報道刺桐屬植物在醫(yī)學(xué)中有很高應(yīng)用價值,未來可以利用文獻(xiàn)中報道的這些化合物做一些應(yīng)用研究,同時為人工合成功能分子提供前體或者結(jié)構(gòu)修飾提供參考。