玉竹的有效成分、药理活性及资源开发研究进展_刘佳蕊.pdf

收稿日期：2022-02-08基金项目：天津市教委科研计划项目（编号：2022ZD039）作者简介：刘佳蕊，博士研究生，研究方向：肠道菌群与肺炎相关性*通讯作者：赵鑫，副研究员，研究方向：肠道益生菌，E-mail:；李玉 红，研究员，研究方向：中药 药理学，E-mail:综 述玉竹的有效成分、药理活性及资源开发研究进展刘佳蕊，崔天怡，吕 彬，李玉红*，赵 鑫*（天津中医药大学 方剂学教育部重点实验室，天津 301617）摘 要：玉竹是临床常用的滋阴类中药，具有养阴润燥、生津止渴功效。随着对药食同源植物的研究深入和技术更新，玉竹的有效成分和药理活性研究也有新进展。玉竹广泛的药用价值和保健功能使其社会需求日益增长，其资源开发也成为重要的研究方向。本文在玉竹传统生物学活性的基础上，对其有效成分、药理活性和资源开发相关的研究报道进行综述，以期为玉竹作为药食同源产品的开发提供科学依据。关键词：玉竹；有效成分；药理活性；开发利用；研究进展中图分类号：R284 R285 文献标识码：A 文章编号：1672-979X（2023）01-96-08DOI：10.3969/j.issn.1672-979X.2023.01.020Research Progress on Active Components,Pharmacological Effects and Resource Development of Polygonati Odorati Rhizoma LIU Jia-Rui,CUI Tian-Yi,LYU Bin,LI Yu-Hong,ZHAO Xin(Key Laboratory of Prescriptions of Traditional Chinese Medicine of Ministry of Education,Tianjin University of Traditional Chinese Medicine,Tianjin 301617,China)Abstract：Polygonati Odorati Rhizoma is a widely-used Yin-nourishing traditional Chinese medicine in clinic with the effects of nourishing Yin,moistening dryness,generating saliva and relieving thirst.With the deep development of medicinal and edible homologous plants and constantly updated technology,the progress has been made on the active ingredients and pharmacological effects of Polygonati Odorati Rhizoma.The extensive medicinal value and health care function cause the demands by the society increasing day by day,which promotes the resource development of Polygonati Odorati Rhizoma as an important research direction.Based on the traditional biological activities of Polygonati Odorati Rhizoma,this review summarizes the active components,pharmacological effects and resource development,in order to provide a scientific basis for the development of Polygonati Odorati Rhizoma as medicinal and edible homologous products.Key Words:Polygonati odorati rhizoma;active component;pharmacological effect;development and utilization;research progress玉竹（Polygonati odorati rhizoma）是百合科（Liliaceae）植物玉竹Polygonatum odoratum(Mill.)Druce的干燥根茎1，又被称为葳蕤、萎蕤、铃铛菜、甜草根等2，其味甘、性平，归肺、胃经，具有滋阴润肺、生津养胃的功效，临床上常与它药配伍用于治疗肺胃阴伤，燥热咳嗽，舌干口96 食品与药品 Food and Drug 2023年第25卷第1期渴之证。此外，玉竹亦是药食同源的常用植物，在经验方中载有药膳“玉竹猪心”，可安神宁心，养阴生津，具有重要的研究价值。近年，玉竹中的有效成分不断被分离鉴定，药理活性研究也有新进展3-6。此外，应用高通量测序技术对玉竹的基因组和转录组方面均有较深入的研究7-10，为玉竹的资源鉴定与开发提供了丰富的理论依据。现将玉竹的有效成分、药理研究及资源开发的新进展进行综述，以期为玉竹资源的开发利用提供科学依据。1 玉竹的有效成分玉竹活性成分主要包含黄酮类、多糖类、皂苷类、挥发油、生物碱、微量元素和凝集素等化合物。其中，黄酮类、多糖类、皂苷类化合物研究较多。1.1 黄酮类化合物采用乙醇提取、有机溶剂萃取、柱色谱分离等方法提取，核磁共振光谱（NMR）和质谱（MS）鉴定玉竹中的黄酮类化合物。高异黄酮类化合物是其中特殊且较多的一类，母体结构比异黄酮多一个碳原子。目前从玉竹中鉴定出的此类化合物均为II型高异黄酮11-16，母体结构为二氢高异黄酮，包括A，B，C 3个环；其A环的5和7位通常为羟基取代，少数为甲氧基取代，6和8位为甲基或甲氧基取代；B环的2位通常被羟基取代，4位通常被甲氧基或羟基取代，结构式见图1。图1 玉竹中黄酮类化合物结构式1.2 多糖类化合物研究发现，玉竹中含有大量多糖成分，多采用水提醇沉方法提取，采用1-苯基-3-甲基-5-吡唑啉酮（PMP）柱前衍生化结合高效液相色谱法（HPLC）准确测定单糖组成和摩尔比。对于含有果糖的多糖样本可选用稀酸水解的高效液相色谱-示差折光检测法（HPLC-RID）测定果糖含量17-22。但不同的提取和分析方法影响单糖组成、相对分子质量（Mr）的检测结果19-21。孟庆龙等6归纳总结玉竹多糖的单糖组成、Mr和结构特征等，明确玉竹多糖主要由果糖组成，含有少量的鼠李糖、甘露糖、木糖、阿拉伯糖、葡萄糖、半乳糖醛酸和半乳糖等，Mr分布于41039103，是型吡喃糖构型的杂多糖，主链多有（16）葡萄糖，（16）半乳糖，（26）果糖等连接方式。在此基础上，根据已有研究可知，半乳糖醛酸和半乳糖在玉竹中含量较低，这可能是区分“黄精”和“玉竹”的关键因素16。最新研究19表明，玉竹多糖与天门冬科植物的大多数果聚糖一样，属于菊糖-新丝氨酸型果糖，含有-D-呋喃果糖（Fruf），平均Mr为5103，主要由果糖和葡萄糖组成，摩尔比为30:1。1.3 甾体皂苷类化合物甾体皂苷类化合物是玉竹的主要有效成分之一，由27个碳原子组成的甾体皂苷元和糖缩合而成。常用甲醇/乙醇溶液提取，经大孔树脂吸附、溶剂提取等方式去除杂质，利用硅胶柱色谱和HPLC梯度洗脱可得多个不同的甾体皂苷组分，经MS和NMR鉴定分析结构。目前，已从玉竹中分离鉴定50余个甾体皂苷类成分，按其苷元类型可分为胆甾烷醇型、螺甾烷醇型和呋甾烷醇型甾体皂苷4,23-28。1.3.1 胆甾烷醇型甾体皂苷 胆甾烷醇型甾体皂苷具有环戊烷骈多氢菲的甾体母核，其17位侧链多由810个碳原子链状连接组成。甾体母核中的A/B环有顺式和反式两种稠合方式，B/C和C/D环均为反式稠合，同时，母核A环1位和D环16位侧链上的羟基多与糖形成苷，结构式见图2A23-24。此外，另外一种胆甾烷醇型甾体皂苷（polygonatumoside A、B、C）的D环中14和15位、16和17位是双键，22位为羰基，结构式见图2B24-25。1.3.2 螺甾烷醇型甾体皂苷 螺甾烷醇型甾体皂苷的结构中含有6个环，除A、B、C、D 4个环之外，E环和F环以螺缩酮形式连接23-30。E、F环中有3个手性碳原子（见图3A），其中20位碳原子绝对构型为S型，22位绝对构型为R型，而25位通常有S和R 两种构型。此类皂苷中含有多个羟基，大多在3位上连有羟基，在14位上也可能含有羟基取代，组成该甾体皂苷的糖以D-葡萄糖、D-半乳糖、D-木糖、L-鼠李糖和L-阿拉伯鼠李糖较为常见，这些糖基团食品与药品 Food and Drug 2023年第25卷第1期 I多与3位上的羟基成苷，但也有在其他位置如1和24位上成苷4,16（见图3B、C）。螺甾烷醇型甾体皂苷除了B环5和6位外，其25和27位之间有时也有双键4（见图3D）。图3 螺甾烷醇型甾体皂苷结构式1.3.3 呋甾烷醇型甾体皂苷 呋甾烷醇型甾体皂苷通常由螺甾烷类甾体皂苷F环开裂衍生而成，其1和14位可能被羟基取代，22位可能被羟基、甲氧基取代（见图4A），20或23位可能被羟基取代，或与20或22位形成双键（见图4B、C）。呋甾烷醇型甾体皂苷中除3位或其他位可成苷外，其26位上的羟基也经常与葡萄糖成苷（见图4）4,25-26。图4 呋甾烷醇型甾体皂苷结构式1.4 其他化合物除上述含量较多的化学成分外，在玉竹中还发现了凝集素、苯乙基肉桂酸酯、蒽醌类化合物等3,13,29-34。玉竹凝集素是一种新型甘露糖结合凝集素，常使用分级沉淀透析、阳离子交换柱、凝胶过滤层析柱进行分离纯化，经SDS-PAGE、质谱等方法测定结构信息表明，玉竹凝集素纯品是由4个相同亚基组成的蛋白质亚基组成，亚基Mr为14.2103，属于雪花莲凝集素相关家族，具有独特的甘露糖结合特异性34。此外，Zhou等13采用分步高速逆流色谱从玉竹中分离得到两种苯乙基肉桂酸酯，表现出显著的-葡萄糖苷酶抑制活性，支链R1可被羟基取代（见图5）。蒽醌类化合物是中药材图2 胆甾烷醇型甾体皂苷结构式II 食品与药品 Food and Drug 2023年第25卷第1期中常见的有效成分之一。Pang等3通过研究玉竹根中乙酸乙酯可溶性成分，经乙醇回流提取，大孔树脂层析、硅胶柱层析、Sephadex LH-20CC层析法分离，并经核磁共振、质谱和圆二色光谱鉴定结构，得到一种新的蒽醌衍生物多酚醌A（polygodoquone A），化学式为C28H20O8（结构式见图6）。图5 玉竹中分离得到的苯乙基肉桂酸酯结构式图6 Polygodoquone A结构式2 药理活性研究现代药理学研究表明，玉竹在降血糖、抗肿瘤、抗氧化和免疫调节作用等方面有显著活性。最新研究4-5报道了其抗流感病毒和改善肠道菌群的作用，具有重要的临床指导意义。2.1 降血糖玉竹的有效成分如黄酮类化合物和皂苷类化合物，普遍有降血糖的作用，具有抑制蛋白质糖基化、抑制-葡萄糖苷酶和降血糖的作用11-13,35-38。有研究报道一种玉竹中提取分离的甾体糖苷，可改善90%胰腺切除大鼠的胰岛素抵抗，但不改变胰岛素分泌功能39。尤其是从玉竹根部分离得到的苏巴宁型（SAP）高异黄酮被鉴定为新型有效葡萄糖转运蛋白2抑制剂，并发现SAP高异黄酮和钠依赖性葡萄糖转运蛋白-1抑制剂协同抑制葡萄糖摄取38。2.2 抗肿瘤玉竹黄酮和凝集素类化合物具有显著的抗肿瘤活性。Ning等40发现玉竹高异黄酮-1通过调控线粒体-caspase依赖和内质网应激途径诱导A549细胞凋亡，并通过激活p38/p53信号通路导致G2/M阻滞，发挥抗肿瘤作用。此外，玉竹凝集素在细胞水平上对肺癌、纤维肉瘤、乳腺癌和黑色素瘤细胞具有显著的抑制作用41-47。机制方面，玉竹凝集素不仅能通过抑制miR1290促进BECN1表达43或靶向EGFR介导的Ras-Raf-MEK-ERK信号通路诱导细胞自噬45，还能通过激活死亡受体或影响线粒体途径诱导细胞凋亡44。2.3 抗氧化及免疫调节玉竹多糖和黄酮类化合物具有抗氧化及免疫调节作用。玉竹多糖不仅有抗氧化活性16，还可作为免疫调节剂，影响RAW 264.7巨噬细胞的细胞活力和IL-6产生18-19。此外，玉竹高异黄酮可作为抗氧化剂，发挥抗氧化作用，对DPPH自由基有较强的清除活性14,48-49。2.4 抗病毒及抑菌最新研究表明，玉竹有抗流感病毒作用。从玉竹中分离的蒽醌类化合物、甾体糖苷和肉桂酸衍生物对甲型流感病毒有显著的体外抑制作用，且优于阳性对照利巴韦林3-4。Yang等41发现玉竹凝集素有较好的抗单纯疱疹病毒2型（HSV-II）活性。此外，玉竹黄酮、玉竹多糖、玉竹皂苷对细菌和植物病原真菌有显著的抑制作用。从玉竹中分离的高异黄酮具有强抑菌效果，抑菌率可达100%11；根状茎提取的碱溶性多糖对致病菌金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌、枯草芽孢杆菌和大肠杆菌有抑制作用17；甾体皂苷对白色念珠菌和烟曲霉有明确的抗真菌活性24；皂苷类化合物对蜡样芽孢杆菌、棒状杆菌和肠杆菌的生长也有很强的抵抗力27。2.5 调节肠道菌群玉竹通过调节肠道微生物群在治疗疾病时起关键作用5,50。玉竹多糖有改善高脂饮食诱导的肥胖大鼠肠道菌群，促进短链脂肪酸（SCFA）生成作用，分析发现肥胖表型与玉竹多糖影响的SCFA产生菌之间存显著相关性5。2.6 其他玉竹多糖作为含量较高的一类成分，主要组成为果糖和葡萄糖，可明显改善衰老模型小鼠认知障碍功能51。此外，玉竹中的甾烷糖苷有抑制组织因子促凝活性的作用，有望开发成为治疗心血管疾病的药物23。食品与药品 Food and Drug 2023年第25卷第1期 III3 玉竹的资源鉴别与开发新型冠状病毒（SARS-CoV-2）感染性引起的新型冠状病素感染（COVID-19），具有传染性广，发病率高等特点52。中医药在防治新型冠状病素感染中发挥了独特优势。玉竹作为治疗临床肺系疾病的常用药物，已被现代药理学研究证实该药具有明显的抗病毒作用；结合玉竹对肠道微生态的改善作用，使其具有极高的药用和保健价值。但目前不同产地玉竹的药效差异较大53，随着基因组测序技术的发展和应用，通过检测玉竹的遗传信息，对其作为药用植物的资源鉴别与开发研究奠定重要基础。关于玉竹的高通量测序总结见表1。3.1 基因组测序质体基因组（叶绿体基因组）具有高度可变区域，在系统发育研究、群体遗传学、系统地理学和物种表征中非常有用9。对每个品种的质体进行测序和表征，构建系统发育进化树，识别潜在的品种特异性条形码可区分不同品种。研究表明，广东大竹品种非单系关系。但该研究采用了限制性位点相关DNA（restriction-site-associated DNA，RAD）测序技术，在全基因组范围内RAD标签与单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism，SNP）分型，进一步为广东来源大竹提供核基因组信息，确定其符合药典质量标准。还有研究对玉竹的叶绿体基因组进行完整测序，并通过构建系统发育进化树，发现黄精属的不同物种聚集成不同分支；其中，玉竹形成一个单系分支，此研究有助于根据遗传信息鉴别并保护玉竹物种8。两个研究同样得出叶绿体基因组长度约为15万bp，共注释了131个基因。3.2 转录组测序植物转录组测序已成为研究植物内基因表达调控的主要手段，广泛用于植物功能基因发掘、基因调控过程及代谢途径解析等领域。通过对玉竹根、茎、叶进行转录组测序，鉴定了参与多糖合成途径中的18种参与多糖生物合成的关键酶，并利用荧光定量PCR验证一些关键酶基因，阐明了多糖生物合成的分子机制，也为将来建立玉竹药用活性成分的高效、定向表达体系提供理论基础9。此外研究还发现，UDP葡萄糖醛酸4-差向异构酶、UTP-葡萄糖-1-磷酸尿苷酰转移酶和-呋喃果糖苷酶在根组织中的相对表达水平高于茎或叶组织。还有研究通过对连续种植的玉竹和单次种植玉竹的根和叶进行转录组测序，鉴定了671个差异表达基因和184个差异表达miRNA，表明这些miRNA的差异表达基因和靶基因主要参与淀粉和蔗糖代谢、苯丙烷和油菜素甾体的生物合成。KEGG（全基因组及代谢途径数据库）分析表明，连续种植和单次种植根之间的差异表达基因主要在植物-病原相互作用途径中富集10。此研究还揭示了导致连作植株生长缓慢的机制，为大规模栽培玉竹提供理论依据。玉竹的药理学特性导致其他黄精属植物或密切相关的根茎草本植物物种无法替代，因此从分子水平进行区分意义重大，在遗传多样性和基因组进化分析中提供更好的分辨率。此外研究表明，玉竹的产量和质量可能因种植区域和品种类型而异。药用植物育种研究通过选择育种引进玉竹品种，目的是生产优质的玉竹，并实现利润收入最大化。玉竹是多年生草本植物，不受控制的采伐导致其野生资源逐渐减少；因此，有必要对其遗传数据进行更多了解和关注。4 讨论与展望玉竹作为药食同源植物，在防治疾病和健康保表1 玉竹的高通量测序总结玉竹来源测序样本遗传物质测序平台大小基因NCBI登录号广东大竹；广东中竹；湖南湘玉竹；吉林关玉竹新鲜叶片质体DNAIllumina NovaSeq154 569 bp 155 491 bp85 CDS，38个tRNA，8个rRNAMW248130-MW248134云南香格里拉玉竹新鲜叶片叶绿体DNAIllumina Hiseq X-Ten156 082 bp86个CDS，38个tRNA，8个rRNAMT646047安徽玉竹新鲜根、茎、叶样品mRNABGISEQ-500单基因平均1240 bp76 714个单基因SRP187533IV 食品与药品 Food and Drug 2023年第25卷第1期健等领域均有较多有益作用，其化学成分、药理活性及资源开发已受到诸多研究关注。多糖类化合物作为有效成分之一，其结构解析是亟待深入研究的难点；因其结构复杂，黏度较大，目前关于玉竹多糖结构表征仍存在不统一、不完全等问题，限制了结构与活性关系的构效研究。加之玉竹在临床多使用水煎汤剂的剂型，其煎煮方式与玉竹多糖的热水浸提法类似，较好地提取了多糖类化合物54，其药理作用也值得深入研究。在药理活性上，近年研究多集中于代谢性疾病和癌症两方面，而玉竹在肺系疾病中“滋阴润肺”的药效作用和机制还需探索。玉竹多糖在结肠中，可经肠道菌群产生的酶水解成寡糖从而被人体吸收利用55，因此，玉竹的药理活性可能与肠道菌群密切相关，但其通过调节肠道菌群发挥药效的潜在机制尚不清楚。在资源开发领域，某些地区仍有对中药资源合理开发利用认识不足现象，一定程度上对中药资源循环利用造成破坏。综上所述，进一步加强对玉竹化学成分、药理作用和资源开发的多方位研究，能为解决医疗、保健、农业、环境等方面的相关问题提供有效措施，进而为玉竹品种鉴别、资源开发利用提供理论依据，为促进中药资源的可持续开发，和传统中药领域的发展注入新的活力。参考文献1 国家药典委员会.中华人民共和国药典M.2020年版一部.北京:中国医药科技出版社,2020:86.2 赵容,许亮,谢明,等.中药玉竹的本草考证J.中国实验方剂学杂志,2017,23(15):227-234.3 Pang X,Zhao J Y,Liu N,et al.Anthraquinone analogues with inhibitory activities against influenza a virus from Polygonatum odoratumJ.J Asian Nat Prod 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