天冬化學(xué)成分和藥理作用的研究進展及其質(zhì)量標志物的預(yù)測分析

張渝渝，魏江平，譚春斌，周 興，祝盧藝，趙 領(lǐng)，朱可欣.3，周瑩瑩.3，瞿顯友，劉 丹，陽 勇*，張小梅**

（1.重慶市中藥研究院 國家中醫(yī)藥管理局中藥化學(xué)三級實驗室/川渝共建慢病中藥新藥瀘州市重點實驗室，重慶400065；2.西南醫(yī)科大學(xué)附屬中醫(yī)醫(yī)院 川渝共建慢病中藥新藥瀘州市重點實驗室，四川 瀘州 646000；3.遵義醫(yī)科大學(xué) 藥學(xué)院，貴州 遵義563000；4.四川省內(nèi)江市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，四川 內(nèi)江 641000）

天冬又名天門冬，為百合科植物天冬［Asparagus cochinchinensis（Lour.）Merr.］的 干 燥 塊 根［1］，性甘、苦、寒，無毒副作用，具有養(yǎng)陰潤燥、清肺生津的功效，主要含甾體類、多糖類、氨基酸類等化學(xué)成分，廣泛用于治療肺燥干咳、腸燥便秘、過敏性哮喘等多種常見病證，尤其在燥熱咳嗽疾病上具有獨特的優(yōu)勢。天冬始載于《神農(nóng)本草經(jīng)》，列為上品，稱其“強骨髓……久服輕身益氣延年”［2］。天冬在我國中部、西北、長江流域及南方各地均有分布，主產(chǎn)于四川、貴州、廣西等地?！端幬锍霎a(chǎn)辨》記載：“天冬以產(chǎn)四川為上”，主產(chǎn)內(nèi)江縣（現(xiàn)內(nèi)江東興區(qū)）［3］。2020年發(fā)布的《內(nèi)江市東興區(qū)中醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2020-2030年）》中規(guī)劃用10年時間，種植天冬15萬畝［4］。近年來，大量研究集中在天冬的化學(xué)成分及藥理作用上，但在《中國藥典》2020年版中仍無含量測定指標。

實踐證明，劉昌孝院士［5］提出的中藥質(zhì)量標志物（Quality marker，Q-marker）概念，不僅體現(xiàn)了中藥安全性和有效性的標志性物質(zhì)，還大大完善了現(xiàn)有中藥質(zhì)量標準體系中的許多不足。對于大量種植和用量日趨增長的天冬，找到其質(zhì)量標志物顯得尤其重要。本文從天冬的化學(xué)成分及藥理作用等方面進行分析總結(jié)，結(jié)合質(zhì)量標志物的理論體系，對天冬的質(zhì)量標志物進行分析和預(yù)測，以期為天冬質(zhì)量標志物提供科學(xué)依據(jù)，為天冬的質(zhì)量評價和臨床應(yīng)用提供理論參考。

1 化學(xué)成分

中藥天冬的化學(xué)成分非常豐富，主要含有甾體類、多糖類、氨基酸類及木脂素類等。其中甾體皂苷和多糖是國內(nèi)外學(xué)者對天門冬屬植物化學(xué)成分研究的主要對象。

1.1 甾體類

甾體皂苷類化合物是天冬的主要活性成分之一，目前從天冬中分離得到的甾體皂苷類化合物共有60余種（表1），其結(jié)構(gòu)式母核主要有菝契皂苷元、薯蕷皂苷元、雅姆皂苷元和異菝契皂苷元等，與這些母核所連接的糖主要為D-吡喃木糖、D-吡喃葡萄糖、L-吡喃阿拉伯糖、L-吡喃鼠李糖四種（圖1）。除了甾體皂苷類化合物，還存在其他甾體類化合物，如菝葜皂苷元、薯蕷皂苷元等（表2）。

圖1 天冬中甾體皂苷類化合物結(jié)構(gòu)Fig.1 Chemical structures of steroidal saponins in Asparagi Radix

表2 天冬中其它甾體類化合物Tab.2 Other steroids in Asparagi Radix

1.2 多糖類

多糖也是天冬的主要活性成分，具有清除自由基、抗氧化的作用，多采用水提醇沉法［22］、酶法等方法獲得，化合物信息見表3。

表3 天冬中多糖類化合物Tab.3 Polysaccharide compounds in Asparagi Radix

1.3 木脂素類

木脂素類化合物見表4。

表4 天冬中木脂素類化合物Tab.4 Lignans in Asparagi Radix

1.4 其他類

天冬中含有豐富的氨基酸［29］。除此外，還分離得到辛酮糖、葡萄糖、果糖、蔗糖、低聚糖Ⅰ～Ⅶ、糖酵、黃酮類、蒽醌類、強心苷類、苯丙素類、維生素類及微量元素等成分（表5）。

表5 天冬中其他類化合物Tab.5 Other compounds in Asparagi Radix

2 藥理作用

現(xiàn)代藥理學(xué)研究表明天冬具有鎮(zhèn)咳平喘、抗菌、抗炎、增強免疫、改善胃腸道功能、降血糖、穩(wěn)定血壓、抗衰老、抗腫瘤、抗抑郁、抗慢性輻射損傷、保護中樞神經(jīng)系統(tǒng)等藥理作用。

2.1 抗氧化

早在《神農(nóng)本草經(jīng)》就明確記載天冬“久服輕身益氣延年”，現(xiàn)代藥理研究也證實天冬具有明確的抗氧化作用。天冬的脂溶性提取物和醇提物能夠明顯提高D-半乳糖誘導(dǎo)快速老化小鼠的心肌或腦組織中的抗氧化酶活性并降低氧化產(chǎn)物水平［32-33］，顯著提高D-半乳糖誘導(dǎo)的快速老化小鼠的一氧化氮合酶、過氧化氫酶、超氧化物歧化酶 （Superoxide dismutase，SOD）活性和降低丙二醛 （Malondialdehyde，MDA）水平［34-35］，并且能夠顯著增加衰老小鼠的白細胞數(shù)量［36］，其次，天冬多糖也是降低小鼠MDA 水平、提高血漿及肝腦組織SOD 活性的關(guān)鍵因素［37］。天冬的產(chǎn)地不同其抗氧化效果也明顯不同，其中貴州和湖南產(chǎn)效果較優(yōu)［35］。采用聯(lián)苯三酚法和鄰二氮菲法測定天冬多糖在體外對·O2-和·OH自由基的清除活性，結(jié)果表明其具有顯著的清除作用［38］；酸性多糖在高濃度（0.8～1.0 mg/mL）時，對·OH的清除率增速最大，達到48.43%左右，在與維生素C 對·O2-的清除率相當［26］。體外抗氧化實驗也表明天冬多糖、酸性多糖、天冬醇提液均對·O2-和·OH具有顯著的清除活性且呈濃度依賴性［25，36，38-39］。

2.2 抗腫瘤

天冬的抗腫瘤作用與其抗氧化、反突變、誘導(dǎo)腫瘤細胞凋亡、調(diào)節(jié)免疫功能等息息相關(guān)，其中細胞周期阻滯，誘導(dǎo)腫瘤細胞凋亡是抗腫瘤的重要作用機制。黃旭龍等［40］利用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的方法分析表明天冬抗腫瘤的作用機制可能與調(diào)節(jié)趨化因子、乙型肝炎病毒、癌癥、腫瘤壞死因子、有絲分裂原活化蛋白激酶、磷脂酰肌醇3 激酶/蛋白激酶等信號通路中的轉(zhuǎn)錄失調(diào)等過程有關(guān)，同時還參與RNA 聚合酶Ⅱ啟動子轉(zhuǎn)錄的正向調(diào)節(jié)、細胞炎癥反應(yīng)、蛋白質(zhì)磷酸化、胞漿鈣離子含量的正向調(diào)節(jié)、細胞氧化應(yīng)激反應(yīng)、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、細胞凋亡進程的負調(diào)節(jié)等多個生物學(xué)過程，進而起到誘導(dǎo)腫瘤細胞分化，抑制腫瘤細胞增殖或?qū)е履[瘤細胞死亡等作用，見表6～7。

表6 醫(yī)學(xué)術(shù)語的中英文對照及縮寫Tab.6 Comparison of Chinese and English medical termes and their abbreviations

表7 天冬的抗腫瘤效應(yīng)Tab.7 Anti-tumor effects of Asparagi Radix

2.3 免疫功能調(diào)節(jié)

大量研究表明天冬具有明確的免疫調(diào)節(jié)功能，其免疫活性物質(zhì)主要是天冬多糖和甾體皂苷類化合物。湯小蕾等［54-56］研究表明天冬多糖對實驗小鼠機體的細胞免疫、體液免疫和非特異性免疫等功能都有較大的提升。趙怡等［57］研究發(fā)現(xiàn)天冬多糖可提高免疫功能低下小鼠血液中三種相關(guān)細胞因子水平，恢復(fù)受損的免疫器官組織形態(tài)進而增強小鼠的免疫功能。此外，天冬甾體皂苷類化合物還具有免疫佐劑潛力，能夠活化T 細胞，調(diào)節(jié)輔助性T 細胞1/輔助性T細胞2細胞因子的活性及平衡，增加白細胞介素-12 和免疫球蛋白G 的分泌，且沒有內(nèi)在的細胞毒性［58］。

2.4 抗菌抗炎

天冬提取液是一種天然抑菌劑，對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、黑曲霉均具有較強的抑制作用［59］。天冬水提物的最小抑菌濃度為20 μg/mL 且活性最高［60］。同時，研究發(fā)現(xiàn)采用2.5 g/kg的天冬提取液可以發(fā)揮最佳的抑炎作用，對棉球所導(dǎo)致的大鼠肉芽腫抑炎率達20%以上［61］。研究表明，急性感染時，天冬提取物能顯著增加非特異性免疫調(diào)節(jié)的重要效應(yīng)細胞（單核-巨噬細胞）的百分數(shù)，增強其吞噬能力，還可以活化巨噬細胞并分泌多種細胞因子［62］。此外，天冬提取物通過調(diào)控炎性信號明顯改善洛哌丁胺誘發(fā)的橫結(jié)腸便秘模型大鼠的炎癥細胞因子和乙酰膽堿酯酶水平，并且促進肌球蛋白輕鏈的磷酸化以及調(diào)控毒蕈堿型乙酰膽堿受體及其介體的表達［63］。

2.5 鎮(zhèn)咳平喘

天冬的鎮(zhèn)咳、平喘、祛痰作用很強，《本草綱目》中記載“肺痿咳嗽，吐涎，回燥而不渴。用生天門冬搗汁一斗……”［64］。天冬乙醇提取物對由濃氨水引發(fā)的小鼠咳嗽及組胺引發(fā)的豚鼠咳嗽有明顯的鎮(zhèn)咳作用，并對由組胺引起的豚鼠哮喘有明顯的平喘作用［65-66］。天冬總皂苷可以明顯抑制氣道高反應(yīng)性并減輕肺哮喘的反應(yīng)，能夠通過抑制誘導(dǎo)型一氧化氮合酶的表達，增加巨噬細胞數(shù)量，降低支氣管周圍血管的增生和膠原蛋白層的厚度，從而抑制血管內(nèi)皮生長因子的表達。其改善哮喘也與抑制輔助性T 細胞2的免疫應(yīng)答顯著降低白細胞介素-5和白細胞介素-13基因的表達有關(guān)［67-69］。

2.6 對神經(jīng)系統(tǒng)的作用

天冬水煎劑能夠明顯降低氟中毒大鼠血清和腦中的MDA 水平，提高谷胱甘肽及SOD 水平，顯著改善大鼠的認知行為能力及學(xué)習(xí)記憶能力。進一步研究發(fā)現(xiàn)天冬水煎劑的腦保護作用可能與其上調(diào)氟染毒大鼠腦組織的沉默信息調(diào)節(jié)因子2相關(guān)酶和腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（Brain-derived neurotrophic factor，BDNF）的mRNA 和蛋白水平有關(guān)［70-74］。此外Jalsrai A［75］發(fā)現(xiàn)天冬提取物可改善由戊四氮誘導(dǎo)的大鼠抑郁和記憶缺失，而天冬提取物中的總皂苷也可促進過氧化氫誘導(dǎo)的皮質(zhì)神經(jīng)元細胞的存活，誘導(dǎo)蛋白酪氨酸磷酸酶-2 磷酸化，同時降低腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子及其主要受體原肌球蛋白受體激酶B（Tropomyosin receptor kinase B，TrkB）的表達，通過調(diào)節(jié)BDNF-TrkB 通路［76］，從而達到抗抑郁和神經(jīng)保護作用。

2.7 其他作用

天冬提取物可以顯著抑制胃腸道潰瘍的形成。此外，天冬還有降血糖、穩(wěn)定血壓、強心、抗腹瀉、緩解疲勞、殺滅蚊蠅幼蟲等作用。值得強調(diào)的是，天冬含近20 種氨基酸，具有很好的營養(yǎng)保健功效，臨床還用于引產(chǎn)、女性乳腺小葉增生和男性乳房發(fā)育等癥［77-79］。

3 質(zhì)量標志物

中藥因種類、產(chǎn)地及其加工處理方法的不同而存在質(zhì)量方面的差異，因此必須建立一套完善且能夠反映其專屬性及整體價值的質(zhì)量評估手段。劉昌孝院士首次提出了中藥質(zhì)量控制的新概念-質(zhì)量標志物，它是通過反映中藥材的安全性、有效性來進行質(zhì)量控制［5］。中藥材品質(zhì)管理的目的是保證藥物的療效，因此化學(xué)成分的有效性是作為質(zhì)量標志物的基礎(chǔ)。本文對大量文獻做了整理研究，對天冬藥材的Q-Marker做出預(yù)測，期望能建立科學(xué)有效的天冬質(zhì)量評價標準。

3.1 基于植物親緣學(xué)特征和化學(xué)成分特有屬性的質(zhì)量標志物預(yù)測分析

全球的天冬屬植物大約有三百種，除美洲外，廣泛分布于溫帶至熱帶地區(qū)，在我國有26 種，廣泛分布于南北各省。天冬中含多種化學(xué)成分，包括甾體皂苷類、多糖類、木脂素類等化合物，藥材質(zhì)量主要受其總皂苷含量影響，其次與其多糖和醇溶性浸出物相關(guān)。藥理實驗也表明天冬中皂苷類成分具有鎮(zhèn)咳平喘、抑菌抗炎、 抗癌、增強人體免疫能力等作用。其中甾體皂苷和多糖歷來被認為是天冬的主要藥效成分，也是天門冬屬植物的重要化學(xué)標志物。因此可作為天冬藥材Q-Marker篩選的依據(jù)。

3.2 基于成分有效性的天冬藥材質(zhì)量標志物的預(yù)測分析

質(zhì)量標志物是評估與控制藥材有效性的重要指標，根據(jù)其概念和特點，天冬藥材Q-Marker 的預(yù)測可以從成分及傳統(tǒng)藥效相關(guān)性和傳統(tǒng)藥性理論相關(guān)性這兩方面加以分析和確定。

3.2.1 成分和傳統(tǒng)藥效相關(guān)性

中藥傳統(tǒng)藥效是對藥物治療作用的高度概括，也是臨床用藥的依據(jù)?！吨腥A人民共和國藥典》2020年版收載天冬具有滋陰潤燥、清肺生津的功效，用以治療肺燥干咳、咽干口渴、腸燥便秘等。現(xiàn)代藥理實驗表明天冬提取物具有抗氧化、抗炎、增強免疫、改善胃腸道功能、抗腫瘤、抗抑郁、保護中樞神經(jīng)系統(tǒng)等生物活性。其中甾體皂苷類成分含量較高，被認為是天冬最主要的鎮(zhèn)咳平喘、抑菌抗炎活性成分，多糖類具有抗腫瘤、抗氧化，免疫功能調(diào)節(jié)等藥理作用。這些與天冬的傳統(tǒng)功效大致相同，可作為天冬質(zhì)量標志物的篩選參考。

3.2.2 成分與傳統(tǒng)藥性理論相關(guān)性

中藥性味歸經(jīng)是確定藥材Q-Marker 的重要依據(jù)。天冬性寒，味甘微苦，歸肺、腎經(jīng)，依據(jù)中藥傳統(tǒng)藥性理論，寒性中藥大部分具有滋陰、清熱、瀉火等功效，“甘”為中藥五味之一，主入肝、肺經(jīng)，能補、能和、能緩，主要化學(xué)成分以糖類、氨基酸類、皂苷類為主，可以強壯機體、調(diào)節(jié)免疫功能、影響神經(jīng)系統(tǒng)等?！翱唷蹦苄埂⒛茉?、能堅，苦味藥多用于治熱證、火證、喘咳、便秘等癥，其化學(xué)成分以皂苷類、黃酮類、生物堿類為主。凡苦寒藥大多是沉降藥，這些都與天冬的傳統(tǒng)功效相一致。以上分析天冬中的甾體皂苷類、多糖及氨基酸類等均可作為其QMarker的篩選參考。

3.3 不同配伍中表達成分的質(zhì)量標志物預(yù)測

天冬臨床上常與其他藥物配伍發(fā)揮藥效，因此從復(fù)方配伍環(huán)境入手確定其Q-Marker 也是很好的途徑?，F(xiàn)代臨床應(yīng)用中，以天冬為主藥的復(fù)方制劑復(fù)方天門冬多糖注射液中的天冬多糖能增強機體免疫功能［80］，天麥顆粒中的皂苷類成分具有養(yǎng)陰益肺、清火生津的功效［81］。天冬配伍生地黃，滋陰生津，應(yīng)用于煩渴多飲、熱病傷陰等癥。人參與天冬配伍，其補益作用明顯增強，適用于津氣不足等證［82］。其潛在機制與其抗炎、鎮(zhèn)咳平喘、抗氧化、調(diào)節(jié)免疫功能等作用息息相關(guān)。現(xiàn)代實驗已表明天冬具有抗腫瘤、抗血栓的作用。這些功效均是由天冬中的皂苷類成分及多糖類成分在配伍環(huán)境中起到的作用，故可將它們用作方劑配伍質(zhì)量標志物的選擇參考之一。

3.4 基于影響質(zhì)量因素的質(zhì)量標志物預(yù)測

天冬的產(chǎn)地、品種、種苗質(zhì)量及生長土壤環(huán)境等都是影響其藥材質(zhì)量的重要因素，另外還受烘干、日曬、產(chǎn)地加工等因素影響。

天冬的主要產(chǎn)地為四川、貴州、云南、廣西等，由于多糖類成分是影響天冬質(zhì)量的主要因素，因此吳靈靜等［83］對幾個產(chǎn)地天冬中的多糖含量作了比較研究，其中以四川內(nèi)江天冬的多糖含量最高達到了14.84%，其次是云南賓川、貴州習(xí)水、廣西玉林等地。在品種方面，四川的品種主要為密齒天冬、西南天冬、四川天冬等，云南天冬的種類較多且復(fù)雜，貴州品種主要是短梗天冬和西南天冬，廣西品種主要是天冬和短梗天冬等。

規(guī)范化生產(chǎn)天冬種苗，可以保證該藥材的數(shù)量與質(zhì)量。天冬種子耐脫水，自然陰干和硅膠干燥過程中種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢均未顯著變化，而抗氧化酶等活性增強［84］。不同土壤中的金屬元素和土壤酶活性不同，其中種植于黑色砂質(zhì)土的天冬中皂苷和多糖含量及塊根質(zhì)量（鮮重）均最高，且栽培時多施K 肥有利于提高天冬的產(chǎn)量和品質(zhì)；土壤的不同供氮水平與天冬莖長增長量呈正相關(guān)，塊根鮮重增長量在供氮水平16 mmol/L 時達到最大；游離氨基酸和多糖含量與塊根重量的變化規(guī)律基本一致，即供氮水平在（12 ～ 16 mmol/L）時含量最高，而皂苷含量在低氮（2 ～ 8 mmol/L）水平栽培時相對較高［85-88］。因此，皂苷類成分也是影響天冬質(zhì)量的重要因素。

由于影響天冬質(zhì)量的主要成分因素皂苷類和多糖類，因此二者可作為篩選天冬質(zhì)量標志物的篩選參考。

3.5 基于化學(xué)成分可測性的質(zhì)量標志物預(yù)測分析

化學(xué)成分的可測性是Q-Marker 確定的關(guān)鍵依據(jù)。諸多學(xué)者已對天冬藥材中總皂苷、多糖及氨基酸成分含量測定的研究進行報道，對天冬中總皂苷的含量測定多采用紫外-可見分光光度法［89］、薄層掃描法［90］及E 試劑比色法［91］，對照品多采用薯蕷皂苷元或菝葜皂苷元。我國目前中藥化學(xué)成分測定的主要方法為色譜法，因此天冬的Q-Marker就必須用色譜法來實現(xiàn)定性定量分析，以便于制定科學(xué)的質(zhì)量標準。徐從立等［92］用高效液相色譜-蒸發(fā)光散射檢測法測定了天冬總呋甾皂苷中AR-I（即aspacochioside C）的含量。Jaiswal 等［93］利用超高效液相色譜-四級桿串聯(lián)飛行質(zhì)譜和液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜對天冬中的薯蕷皂苷進行了含量測定。王貝等［94］采用超高效液相色譜-電霧式檢測器檢測11批不同產(chǎn)地天冬樣本中甾體皂苷25-epi-officinalisninⅡ（即aspacochinoside L）的含量，其方法靈敏、穩(wěn)定，可用于天冬藥材的質(zhì)量控制。靳如娜［20］采用高效液相色譜-蒸發(fā)光散射檢測法建立了天冬飲片及其標準湯劑中原薯蕷皂苷和原新薯蕷皂苷的含量測定方法。綜上所述，天冬中甾體皂苷類成分可作為其QMarker的選擇參考。

此外學(xué)者們對天冬中多糖類和氨基酸類成分的含量測定也進行了一系列的研究［95-98］，張慶紅等采用水提醇沉法提取天冬多糖并采用硫酸-蒽酮法測定天冬多糖含量；劉亮等通過紫外法建立了天冬中總氨基酸的含量測定方法。雖然天冬中的多糖類，氨基酸類等具有一定的生物活性，但由于成分的提取分離及結(jié)構(gòu)鑒定難，含量測定方法少，因此不宜選作其Q-Marker。

4.結(jié)語與展望

天冬作為藥用和食用（蜜餞）歷史悠久，療效確切，清潤之力更甚于麥冬?！吨袊幍洹?020 年版中除了檢測與其質(zhì)量相關(guān)的檢查項（水分、總灰分和二氧化硫殘留量和浸出物）外，缺乏測定與其療效和質(zhì)量相關(guān)的成分。本研究通過對天冬的化學(xué)成分及藥理作用進行了綜述，以Q-Marker的理論作指導(dǎo)，進行了系統(tǒng)性的文獻分析和論證。通過對天冬植物親緣學(xué)關(guān)系、化學(xué)成分特有性、成分有效性、不同配伍中表達成分、影響質(zhì)量的因素及成分可測性等方面進行分析，得出天冬總皂苷發(fā)揮了天冬的止咳平喘、調(diào)節(jié)免疫、抗腫瘤等多種功效作用，考慮aspacochinoside L、aspacochioside C、薯蕷皂苷、原薯蕷皂苷、原新薯蕷皂苷等甾體皂苷類成分作為天冬的Q-Marker。但目前對其“燥熱咳嗽”的單體活性成分及作用機制研究不夠深入，有待針對性研究。此外中藥材的入血物質(zhì)和代謝物質(zhì)的機體過程及單一成分的藥代動力學(xué)規(guī)律是中藥充分發(fā)揮療效的重要依據(jù)，但查閱文獻沒有發(fā)現(xiàn)關(guān)于天冬藥代動力學(xué)方面的研究，這也是天冬質(zhì)量標志物篩選過程中的遺憾。后續(xù)筆者會對以上成分及其體內(nèi)藥代動力學(xué)的研究進行持續(xù)追蹤，并對其質(zhì)量進行深入研究，為建立天冬的質(zhì)量分析評價方法及其質(zhì)量控制體系提供新思路。