天南星的研究進展及其質量標志物的預測分析

王連睿，苗明三（河南中醫(yī)藥大學藥學院，河南 鄭州 450046）

天南星為天南星科植物天南星Arisaemaerubescens（Wall.）Schott.、異葉天南星ArisaemaheterophyllumBlume.或東北天南星Arisaema.amurenseMaxim.的干燥塊莖[1]，具有散結消腫、燥濕化痰、祛風定驚的功效，用于治療頑痰咳嗽、風痰眩暈、中風痰壅、口眼歪斜、半身不遂、癲癇、驚風、破傷風等疾病[2]。唐代之前的本草著作均以虎掌命名，首次以“虎掌”之名載于《神農本草經》[3]中，列為下品。宋代《本草拾遺》中首次以“天南星”之名出現，主治金創(chuàng)、瘀血和傷折[4]。天南星具有一定的毒性，古代其生品僅外用，經炮制后可口服[2]。

目前天南星的質量標準體系有待完善，如含量測定項較單一，僅測定總黃酮含量；缺少對毒性物質的檢驗；缺少毒效關聯特點研究等，限制了其藥用資源的充分開發(fā)和應用。中藥材的質量與其所含化學成分密切相關，是其發(fā)揮藥理活性的物質基礎[5]。故本文通過對天南星化學成分、藥理作用的概括總結，并基于劉昌孝院士提出的質量標志物（quality marker，Q-marker）理論[6]對天南星質量標志物進行預測分析，以期為天南星的質量控制方法提供科學依據和研究思路。

1 化學成分研究

天南星的化學成分復雜，主要含有黃酮類、生物堿類、苷類、酯類、木脂素、萜類、甾醇類成分，以及豐富的氨基酸和微量元素。

1.1 黃酮類目前從天南星中分離出的黃酮類化合物主要有夏佛托苷、異夏佛托苷及芹菜素糖苷類化合物。見表1。

表1 天南星中的黃酮類化合物Table 1 Flavonoids in Arisaematis Rhizoma

1.2 生物堿類生物堿類化合物是天南星發(fā)揮藥理活性的主要物質基礎，但目前從天南星中分離得到的生物堿較少。見表2。

表2 天南星中的生物堿類化合物Table 2 Alkaloids in Arisaematis Rhizoma

1.3 苷類和酯類近年來從天南星中分離出的苷類和酯類化合物較多，主要包括腦苷脂類化合物、二?；视突肴樘擒疹惢衔锖透视突视蛢弱パ苌?。見表3。

表3 天南星中的苷類和酯類化合物Table 3 Glycosides and esters in Arisaematis Rhizoma

1.4 木脂素、苯丙素和苯環(huán)衍生物1995年首次從天南星塊莖中發(fā)現苯環(huán)衍生物丹皮酚（paeonol），近年來關于天南星中的木脂素、苯丙素和苯環(huán)衍生物報道較多。見表4。

表4 天南星中的木脂素、苯丙素和苯環(huán)衍生物Table 4 Lignans，phenylpropanoids and benzene derivatives in Arisaematis Rhizoma

1.5 甾醇和萜類目前從天南星中發(fā)現的甾醇和萜類化合物較少，但其中的β-谷甾醇、豆甾醇、甘露醇等成分具有顯著的抗炎、鎮(zhèn)痛藥理活性。見表5。

表5 天南星中的甾醇和萜類化合物Table 5 Sterols and terpenes in Arisaematis Rhizoma

1.6 氨基酸天南星中氨基酸含量豐富，目前已從天南星中共提取分離出39種氨基酸化合物[26-29]。見表6。

表6 天南星中的氨基酸化合物Table 6 Amino acids in Arisaematis Rhizoma

1.7 微量元素天南星中含有豐富的微量元素。季申等[26]采用ICAP9000 型電感偶合等離子體光譜儀從天南星中檢測出Ca、P、Mg 等21 種微量元素?？灯G萍[30]通過火焰原子吸收光譜法在天南星藥材及其水煎煮液中檢測出Zn、Cu、Mn、Fe、Mg、Cr 等微量元素。

1.8 其他居羚等[31]使用超高效液相-高分辨串聯質譜法從天南星中分離出檸檬酸、丁二酸、壬二酸、癸二酸等有機酸。蘇振麗和王廣樹等[32-33]先后均從東北天南星塊莖中提取出蔗糖和松二糖。Rozema 等[34]從東北天南星中分離出脂肪鏈糖苷arisaenosides A，B，C。Liu 等[35]從天南星中分離出凝集素，并進行進一步純化，采用高效液相色譜和聚丙烯酰胺凝膠電泳法鑒定其分子量為12 kDa。楊嘉等[36]使用水蒸氣蒸餾法和氣質聯用法在天南星中分離鑒定出了52 個新揮發(fā)油成分。

2 藥理作用

天南星具有抗腫瘤、抗菌、抗炎、鎮(zhèn)痛、鎮(zhèn)靜、祛痰等藥理作用。

2.1 抗腫瘤近年來對天南星的抗腫瘤活性已有廣泛報道。李鳳等[37]發(fā)現天南星水提物通過調控丙酮酸激酶M2型（pyruvate kinase M2，PKM2）、哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）的表達，抑制胃癌大鼠細胞的生長。張志林等[38]報道天南星醇提物對移植性腫瘤細胞株肉瘤S180 和肝癌H22具有明顯抑制作用。劉雪嬌等[39]報道天南星提取物通過逆轉肺癌細胞順鉑耐藥性，促使肺癌細胞凋亡，其機制可能與調控微小RNA-320（microRNA-320，miR-320），進而靶向下調細胞周期相關轉錄因子1（E2F transcription factor 1，E2F1）表達有關。趙重博等[40]實驗發(fā)現制天南星多糖在濃度0.2 mg·mL-1時開始抑制人肺癌細胞株A549 細胞的生長。Feng等[41]從異葉天南星中分離出凝集素（Arisaema heterophyllum agglutinin，AHA），發(fā)現其對人肺癌細胞株A549 具有一定的細胞毒性。董微等[42]建立子宮纖維瘤模型，連續(xù)15 d 對實驗組小鼠腹腔注射劑量為4 mg·mL-1的鮮天南星水提液，模型組、正常組小鼠注射等體積生理鹽水。結果發(fā)現鮮天南星水提取物對小鼠子宮纖維瘤具有一定抑制作用。

2.2 抗菌作用李楊等[43]報道天南星生藥和飲片提取物均具有不同程度的抑菌活性，其中乙酸乙酯提取物抑菌作用最強。劉芳等[44]發(fā)現天南星不同部位醇提物對供試菌的抑制作用有所差異，塊莖優(yōu)于葉，葉優(yōu)于莖。袁建軍[45]通過皿內對峙法初篩和牛津杯法復篩發(fā)現天南星中4株內生細菌對耐甲氧西林金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、金黃色葡萄球菌3種標靶菌具有較強的抑菌活性。Wang 等[10]測定天南星中所含化合物尾孢素酰胺、木霉素、（3S）-3，6，7-三羥基-α-四氫萘酮、β-谷甾醇對4種植物病原真菌（氧化假單胞菌、茄形假絲酵母菌、炭疽菌和稻瘟病菌）及2 種植物病原菌（黃單胞菌和米黃單胞菌）的抗菌活性，發(fā)現（3S）-3，6，7-三羥基-α-四氫萘酮對氧化假單胞菌和茄形假絲酵母菌具有顯著的抑制作用。

2.3 抗炎作用Zhao等[46]發(fā)現天南星水提物對Ⅱ型膠原誘導的大鼠關節(jié)炎具有一定的治療作用。李楊等[47]發(fā)現天南星塊莖醇提取物、乙酸乙酯提取物和天南星果實石油醚提取物均具有顯著的抗炎作用，并推測其抗炎機制為降低血管通透性。王泊寧等[48]通過角叉菜膠致大鼠足跖腫脹實驗和二甲苯致小鼠耳腫脹實驗發(fā)現天南星-生姜藥對具有良好的抗炎活性。

2.4 鎮(zhèn)痛、鎮(zhèn)靜作用聶容珍等[49]研究表明，生天南星水提物和制天南星水提物均具有鎮(zhèn)痛活性，且生品鎮(zhèn)痛活性高于炮制品。王芹等[50]構建大鼠脛骨癌痛模型，以天南星總黃酮納米凝膠外用給藥干預，通過比較各組間指標差異，發(fā)現其具有一定的鎮(zhèn)痛和護骨作用。王泊寧[48]通過醋酸扭體實驗和熱板試驗發(fā)現天南星-生姜藥對具有一定外周鎮(zhèn)痛活性，且存在劑量依賴性。此外，天南星的醇提物還有一定的鎮(zhèn)靜活性，與戊巴比妥納合用可達到協同增效的作用[2]。

2.5 祛痰作用研究表明，灌胃給予家兔1 g·kg-1天南星煎劑，可促進家兔呼吸道黏液分泌，其機制可能與天南星中的皂苷化合物有關，口服后反射性刺激機體黏膜，促進呼吸道黏液分泌增加，稀釋痰液，從而發(fā)揮祛痰作用[2，51]。聶榮珍等[49]進行小鼠氣管酚紅排泌實驗，發(fā)現天南星生品和制品均能增加小鼠氣管酚紅排泌量，說明天南星具有明顯祛痰作用。

2.6 其他作用天南星還具有殺蟲、促炎、抗驚厥等作用。劉麗華等[52]采用MTT法和流式細胞儀檢測，發(fā)現不同濃度東北天南星生物總堿均能一定程度抑制草地貪夜蛾Spodoptera frugiperda 21（Sf21）細胞凋亡。王衛(wèi)等[53]發(fā)現天南星中提取出的凝集素蛋白通過NF-κB 信號通路釋放大量炎性因子，從而誘導炎癥的發(fā)生。楊蓉等[54]建立不同種類的驚厥動物模型，發(fā)現天南星超臨界CO2乙醇萃取物對各驚厥模型具有拮抗作用。

3 天南星質量標志物的預測分析

劉昌孝院士于2016年提出中藥Q-marker 的概念，旨在完善中藥及其復方質量標準的不足，建立科學、可量化的質量評價[55-56]。中藥Q-marker是存在于中藥材和中藥產品中固有的或加工制備過程中形成的、與中藥的功能屬性密切相關的化學物質，作為反映中藥安全性和有效性的標示性物質進行質量控制[57]。本文基于Q-marker 概念對天南星的Qmarker進行預測分析，以期為建立天南星科學合理的質量控制標準提供參考。

3.1 基于傳統(tǒng)藥效和藥性的Q-marker 預測分析傳統(tǒng)功效是中藥臨床應用的重要依據，是中藥有效性的高度概括。天南星味苦、辛，性溫，歸肺、肝、脾經，具有散結消腫、燥濕化痰、祛風定驚的功效。其與傳統(tǒng)功效相關的藥效作用為抗炎、消腫、鎮(zhèn)痛、鎮(zhèn)靜、祛痰等。傳統(tǒng)五味理論認為，苦味藥可活血化瘀、清熱解毒，辛味藥能化痰燥濕、祛風散結[58]。現代藥理研究表明，苦、辛物質基礎分別為生物堿和揮發(fā)油類化合物[59-60]。天南星中的生物堿具有抗炎、鎮(zhèn)痛、解熱等活性[61]，其主要含有吡啶、哌啶和β-咔啉類等化合物；揮發(fā)油消腫、祛痰、祛風等作用顯著。上述藥理活性與天南星傳統(tǒng)藥效基本吻合?！端貑枴ば魑鍤狻吩啤拔逦端?，辛入肺”[62]。在歸肺經中藥中苷類含量最高，其次為黃酮、揮發(fā)油等成分，主要包括抗炎、祛痰、解熱鎮(zhèn)痛等藥理作用[63-64]，這與天南星的傳統(tǒng)功效相對應。綜上所述，可將生物堿、揮發(fā)油、苷類、黃酮類化合物作為天南星的Q-marker的重要參考。

3.2 基于新的藥效作用的Q-marker 預測分析近年來，隨著對天南星的深入研究，其功效不再局限于《中國藥典》所記載的散結消腫、燥濕化痰、祛風定驚，發(fā)現了諸多新的藥理活性，如抗腫瘤、殺蟲、美白等。唐化勇等[65]研究發(fā)現，天南星多糖通過影響細胞周期，同時抑制Wnt/β-catenin 信號通路，從而抑制腎癌細胞GRC-1 的生長。姜爽等[66]建立S180 荷瘤小鼠模型，考察天南星多糖對小鼠移植瘤的抑制作用，發(fā)現天南星多糖通過提高小鼠血清中TNF-α和IL-2 兩種抗腫瘤免疫因子水平，提高機體的抗腫瘤能力。杜樹山等[67]報道天南星中的黃酮化合物夏佛托苷和異夏佛托苷具有較高的殺蟲活性，其LC50分別為114.66、323.09 μg·mL-1，具有成為防治線蟲的先導化合物的潛力。研究[68]表明，天南星中的夏佛托苷通過抑制α-黑素細胞刺激素，增加黑色素細胞自噬，抑制黑色素生成，從而具有一定的美白作用。綜上所述，可將多糖、夏佛托苷、異夏佛托苷作為天南星的Q-marker的候選對象。

3.3 基于炮制前后成分變化的Q-marker 預測分析中藥材進行加工時，其化學成分會受到不同炮制方法的影響，使藥效和理化性質發(fā)生改變[62]。天南星的炮制方法繁雜，《中國藥典》自1953年第1版起均采用姜礬制法炮制天南星。此法是當前炮制天南星應用最多的方法[69]。吳魯東等[70]采用酸性染料比色法測定天南星生品、中間品、炮制品總生物堿的含量，顯示炮制品生物堿含量下降近1倍。祁春艷等[71]報道夏佛托苷、異夏佛托苷、尿苷、腺苷等物質炮制前后含量發(fā)生變化，推測可能與炮制過程中加入生姜和白礬有關，同時水處理和加熱也影響其含量變化。王賀鵬等[72]發(fā)現不同批次天南星炮制后內源性毒性物質草酸鈣含量降幅為25.6%～78.3%，且炮制后均未檢測到凝集素蛋白條帶，顯示天南星炮制后毒性顯著降低。趙重博等[73]檢測天南星炮制前后中性多糖的變化，發(fā)現炮制前后均存在中性多糖，但生品的中性多糖含量為炮制品的1.4 倍。除姜礬炮制法外，膽汁炮制法亦應用廣泛，李瑤[74]報道膽南星中夏佛托苷與異夏佛托苷含量均低于天南星。綜上所述，可將生物堿、夏佛托苷、異夏佛托苷、草酸鈣、凝集素蛋白、中性多糖等在炮制前后有明顯改變的成分作為天南星的Q-marker的重要來源。

3.4 基于植物親緣學和特有性成分的Q-marker 預測分析天南星是天南星科Araceae Juss.天南星屬ArisaemaMart.植物天南星、異葉天南星或東北天南星的干燥塊莖。天南星屬約150余種，主要分布于熱帶和溫帶，我國產82 種，廣泛分布于南北各省[75]。天南星屬主要含有黃酮類、生物堿類、苷類、凝集素類、甾醇及脂肪酸類等多種化學成分，具有鎮(zhèn)痛、鎮(zhèn)靜、抗炎、祛痰、抗腫瘤等藥理作用，與中藥材天南星基本化學成分和藥理作用相似[76]。以黃酮苷為代表的黃酮類化合物被認為是天南星的主要活性成分之一，其中夏佛托苷和異夏佛托苷含量最為豐富，二者在殺線蟲、抗黑素瘤等方面發(fā)揮著重要作用[69]。近年來夏佛托苷和異夏佛托苷在多種天南星屬植物中均有所發(fā)現，可作為其特征性成分，并且不同基原、產地的天南星夏佛托苷和異夏佛托苷含量差異明顯[24，77-78]。上述研究結果為夏佛托苷和異夏佛托苷等黃酮類化合物作為天南星Q-marker 提供了參考依據。

3.5 基于不同產地和采收時期的Q-marker 預測分析中藥材的產地和采收時期與其成分含量密切相關，是中藥質量控制的關鍵環(huán)節(jié)[79]。李欣等[78]選取福建、貴州、四川、湖北、安徽等10 個產地的天南星，以HPLC法測定不同產地天南星中夏佛托苷及異夏佛托苷的含量，發(fā)現不同產地間所測含量存在顯著的差異，其中四川地區(qū)的含量最高，東北、浙江等地區(qū)的含量較低。柳蓮[16]利用HPLC 測定河南、河北、廣西、云南、安徽、吉林共6個產地天南星的秋水仙堿含量，結果顯示河南產地天南星秋水仙堿含量最高，安徽產地含量最低。居羚等[80]于2009年4月至10月定期采集江蘇南京牛首山的異葉天南星，參考《中國藥典》以HPLC 和分光光度法分析其黃酮含量，發(fā)現其在生長期內先揚后抑，6月份含量最高，然后逐漸下降至8月底，9月、10月含量趨于穩(wěn)定，總黃酮含量均符合《中國藥典》標準。該地區(qū)異葉天南星5月開花，7月份處于生長旺期，塊莖增長迅速，單位質量分布的黃酮含量降低，8～10月進入生長成熟期，持續(xù)消耗黃酮；而4、5月份塊莖個頭小，外表皮難剝離，6～8月塊莖生長迅速，至8月底塊莖最為個大飽滿，且易剝離。綜合考慮，于立秋時節(jié)進行采挖最為適宜。綜上所述，可將夏佛托苷和異夏佛托苷等黃酮類化合物、秋水仙堿作為天南星的Q-marker篩選的重要對象。

3.6 基于復方配伍的Q-marker 預測分析天南星入藥歷史悠久，臨床上多以復方配伍的形式使用，根據不同藥物組合治療不同病證。天南星-生姜藥對具有顯著的抗炎及外周鎮(zhèn)痛活性，其抗炎鎮(zhèn)痛物質基礎與其含有的甾醇類化合物密切相關，如β-谷甾醇、豆甾醇、甘露醇等，其機制與調節(jié)相關炎癥因子水平、對NF-κB 相關信號通路產生影響及調節(jié)免疫系統(tǒng)等有關[81]。網絡藥理學研究[82]表明，天南星-生姜藥對所含有的β-谷甾醇、豆甾醇等共有活性成分，可以通過大麻素受體1（cannabinoid receptor 1，CNR1）、雌激素受體1（estrogen receptor 1，ESR1）、絲裂原活化蛋白激酶3（mitogen-activated protein kinase 3，MAPK3）、細胞色素氧化酶P450 3A4（cytochrome oxidase P450 3A4，CYP3A4）等多個靶點發(fā)揮抗炎鎮(zhèn)痛的作用。半夏-天南星藥對治療肺癌的關鍵成分可能為其共有的化合物β-谷甾醇、豆甾醇等成分；絲/蘇氨酸蛋白激酶1（serine/threonineprotein kinase 1，AKT1）、血管內皮生長因子A（vascular endothelial growth factor A，VEGFA）、基質金屬蛋白酶9（matrix metalloproteinase 9，MMP9）、胱天蛋白酶3（Caspase-3，CASP3）等靶點為半夏-天南星治療肺癌的關鍵靶點[83]。綜上所述，可將β-谷甾醇、豆甾醇、甘露醇等甾醇類化合物作為天南星潛在的Q-marker。

4 討論

天南星作為我國傳統(tǒng)的中藥材，化學成分豐富，臨床應用廣泛，具有重要的藥用價值。目前國內外學者在天南星的化學成分、藥理作用和質量評價等方面的研究取得了較大進展，但仍存在一系列問題，如天南星品種較多，其化學成分較為復雜，現階段對天南星的化學成分研究不夠深入，缺少對其發(fā)揮藥理活性的單體成分的研究。此外，天南星生物堿類成分藥理作用顯著，應用前景廣泛，但目前相關研究匱乏[24]；天南星主要功效燥濕化痰的物質基礎尚不清楚，此前研究僅明確為皂苷類成分，但未具體到某單一成分[69]；天南星屬于有毒中藥，臨床多經過炮制后使用，炮制后化學成分和藥理作用可能會發(fā)生改變，對其質量控制產生一定影響[49]，但炮制前后差異的相關研究欠深入。

本文在天南星的化學成分、藥理作用進行系統(tǒng)綜述的基礎上，從傳統(tǒng)藥效和藥性、新的藥效作用、炮制前后成分變化、植物親緣學和特有性成分等方面對天南星的Q-marker 進行預測分析，建議將夏佛托苷、異夏佛托苷等黃酮，β-谷甾醇、豆甾醇等甾醇，以及生物堿、揮發(fā)油、多糖、草酸鈣、凝集素蛋白等成分作為天南星Q-marker 潛在的選擇對象，為天南星質量控制體系的建立提供科學參考。