摘 要: 绞股蓝是一味传统中药, 含有皂苷类、黄酮类、多糖类等化学成分, 其主要药理作用有抗氧化、抗癌、降血脂、预防衰老、提高免疫力等作用, 与人参相似, 被誉为“南方人参”。本文总结了近年来绞股蓝总提物、多糖、皂苷及其他成分的抗氧化活性的研究进展, 为进一步阐明绞股蓝抗氧化作用的药效物质基础及更好地应用于治疗氧化损伤引起的疾病提供依据。
关键词: 绞股蓝; 皂苷; 黄酮; 多糖; 抗氧化
1 引 言
绞股蓝(Gynostemmapentaphyllum (Thunb.) Makino)为葫芦科绞股蓝属的一种多年生草质攀援植物, 主要含有皂苷类、黄酮类、多糖类、氨基酸等化学成分。1986 年, 国家科委在“火星计划”中, 把绞股蓝列为待开发的“名贵中药材”之首位, 2002 年 3 月 5 日将其列入保健品名单。绞股蓝的药用功效主要有抗氧化, 抗癌, 降血脂, 防治心血管疾患, 调节血糖、血压, 促睡眠, 缓衰老, 调节人体生理机能, 增强人体免疫力等[1]。
随着人们物质生活水平的不断提高及中国人口老龄化程度加剧, 各种慢性疾病的发生越来越严重, 许多疾病发生的重要诱因是人体内过量自由基造成的过度氧化[2]。当人体产生大量自由基或自由基清除过程受到阻滞, 会对蛋白质、核酸、糖类、脂质等生物大分子的结构和功能造成极大破坏[3], 进而引起组织和器官的损伤, 最终导致疾病发生[4,5]。而癌症、心脑血管疾病、糖尿病、神经退行性疾病、白内障、炎症等常见疾病都和过量自由基造成氧化损伤密切相关[6,7]。抗氧化剂种类极多, 主要有天然来源和化学合成。传统的化学合成的抗氧化剂由于其潜在的毒性和致癌等毒副作用已在许多国家被明令禁止使用[8], 故人们更倾向于天然来源抗氧化剂, 且其可在几乎所有的植物、微生物、真菌、甚至动物组织中被找到。目前已发现的主要为皂苷类、多糖类、黄酮类、酚类等化合物。由于绞股蓝具有多种多样的化学成分, 之前国内外研究的热点多集中于其抗癌作用, 近年来发现其皂苷、多糖、黄酮等均有不同程度的抗氧化活性, 同时它又是药食同源植物, 很有开发利用潜力。故本文主要综述其抗氧化的有效物质基础及其作用特点, 为绞股蓝更好地应用于治疗一些由氧化作用产生的各种疾病提供研究思路和依据。
2 绞股蓝总提物的抗氧化活性研究
Xie 等[9]通过 50%丙酮, 75%乙醇和 100%乙醇分别提取香港和美国采购的 5 种绞股蓝样品分别得到绞股蓝的酚类、类黄酮和皂苷类化合物。检测其抗氧化能力, 发现绞股蓝不同溶剂的提取物均有清除 1,1-二苯基-2-三硝基苯肼 (1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl, DPPH)和羟基自由基的能力, 其中酚类化合物在绞股蓝提取物总自由基清除能力中占重要作用。Schild 等[10]利用绞股蓝乙醇提取物得到的主要成分为绞股蓝皂苷对糖氧剥夺(oxygen and glucose deprivation, OGD)诱导的横向海马切片的抗氧化作用进行研究, 发现绞股蓝乙醇提取物增加了锰超氧化物歧化酶 (manganese superoxide dismutase, Mn-SOD)和谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione Peroxidase, GPx)的蛋白质和活性水平, 有助于保护横向海马切片免受 OGD 诱导的功能性损伤, 结果表明预防性使用绞股蓝乙醇提取物具有保护缺血 /再灌注损伤的高潜力。外用绞股蓝乙醇提取物处理光老化模型小鼠, 发现绞股蓝提取物可以清除自由基和提高皮肤中羟脯氨酸的含量, 进而达到抗皮肤光老化的效果, 来延缓皮肤衰老[11]。绞股蓝乙醇提取物保护高胰岛素、葡萄糖和亚油酸条件下培养的肝细胞免于死亡, 同时防止甘油三酯和胆固醇以及氧化应激的积累, 这可能对糖尿病和非酒精性脂肪肝(nonalcoholic fatty liver disease, NAFLD)患者的治疗有益[12]。绞股蓝乙醇提取物还可以抵抗玉米赤霉烯酮(zearalenone)引起的毒性, 减少该毒素对小鼠雄性生殖细胞的影响, 通过调控 Bax 和 Bcl-2 的表达来增强抗氧化和抗凋亡的作用[13]。有研究发现光叶绞股蓝 (Gynostemmalaxum)乙醇总提物内含有大量的槲皮素及其衍生物, 其主要成分具有很强的抗氧化和神经保护作用[14]。绞股蓝总提物大部分为乙醇的粗提物, 虽然成分复杂, 不能明确其抗氧化的根本作用靶点, 但是其总体的抗氧化活性已经得到广泛的认可,研究证明了绞股蓝的抗氧化作用, 其有效成分基本聚集在多糖、皂苷、黄酮等成分中。
3 绞股蓝多糖的抗氧化活性研究
3.1 绞股蓝多糖成分
近年来, 大量研究显示绞股蓝多糖在新药开发及功能食品研究取得很大进步, 是一种较强活性的免疫增强剂。绞股蓝多糖主要由鼠李糖、阿拉伯糖、木糖、甘露糖、葡萄糖和半乳糖组成, 具有抗肿瘤、抗氧化、抗衰老、抗疲劳、降血脂、消炎、镇静等活性, 同时由于绞股蓝作为药食同源的植物, 对机体的副作用较少[15]。
3.2 绞股蓝多糖抗氧化活性
长时间高强度运动会使机体自由基产生增多, 对机体造成氧化损伤。王海元等[16]通过验证绞股蓝多糖对疲劳运动力竭老鼠的抗氧化作用, 表明绞股蓝多糖能明显提高小鼠的抗氧化能力, 有效地清除自由基, 防止脂质过氧化, 保护细胞膜的完整性, 保证运动过程中的氧化供能。绞股蓝多糖在预防免疫系统氧化损伤中可以显著增加超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD), 谷胱甘肽过氧化物酶 (glutathione peroxidase, GPx), 总体抗氧化能力(total-anti oxidizing capability, T-AOC), 谷胱甘肽 (glutathione, GSH) 和过氧化氢酶 (catalase, CAT) 水 平 , 并降低丙二醛 (malondialdehyde, MDA)水平[17]。使用含 0.5 mg/mL 绞股蓝多糖的添加剂作为防冻剂, 能够显著改善 SOD 水平 (P<0.05),可用作效率更高的低温保护介质[18]。富硒绞股蓝中的多糖成分能够有效的清楚自由基, 具有较强的抗氧化活性[19]。
不同的提取分离方法可以得到多种不同的绞股蓝多糖, Li 等[20]从绞股蓝中通过水提取, 离子交换和凝胶渗透色谱的组合获得 3 种酸多糖 GPA1, GPA2 和 GPA3, 分别测定结果显示 GPA3 虽然比 GPA1、GPA2 的酚类含量少, 但是相比之下具有更强的 DPPH 和羟基清除活性, 可以作为天然抗氧化剂使用。采用碱提法从四倍体绞股蓝中分离出一种新型多糖 GPP-S, GPP-S 在体外对羟基, 过氧基和 DPPH 自由基具有很强的清除能力, 进一步研究发现 GPP-S 对 RAW 264.7 小鼠巨噬细胞中的 IL-1β, IL-6 和 COX-2 基因表达也具有抑制活性[21]。Chi 等从绞股蓝中提取出了 GPP1-a, GPP2-b和 GPP3-a 3种多糖类物质, 作用于小鼠后发现用药后延长了小鼠疲劳的运动时间, 增加了糖原水平和一些抗氧化酶活性, 并降低了肌肉中的 MDA 水平, 推测绞股蓝多糖抗疲劳的原因可能与清除过量活性氧物质和增加骨骼肌中的糖原水平有关[22]。绞股蓝多糖 GPP1 在 Aβ(25–35)(amyloid β-protein fragment 25–35)诱导的 PC12 细胞中, 可保护 PC12 细胞免受 Aβ(25–35)诱导的活性氧(reactive oxygen species, ROS)增加和脂质过氧化产物 MDA 的积累, 增加 Bax/Bcl-2 蛋白表达比率和 caspase-3 的活化, 进而抑制氧化应激和抑制线粒体凋亡途径, 从而对PC12细胞中的Aβ(25–35)诱导的神经毒性发挥神经保护作用[23]。
总之, 绞股蓝多糖具有清除氧自由基, 保护氧化受损神经细胞, 以及对冷藏精子细胞的保护作用。目前从绞股蓝中分离得到 GPA1, GPA2, GPA3, GPP1, GPP1-a, GPP2-b 和 GPP3-a 等多糖。
4 绞股蓝皂苷的抗氧化活性研究
4.1 绞股蓝皂苷成分
绞股蓝的主要成分为绞股蓝皂苷, 其叶子中含量最高[24], 其结构类型多与人参皂苷相似, 大量研究发现绞股蓝皂苷总共达 201 种, 主要为四环三萜达玛烷型[1], 已有研究报道绞股蓝皂苷有很好的抗氧化作用[25]。
4.2 股蓝皂苷抗氧化活性
绞股蓝通过 30%的乙醇洗脱的总皂苷比 50%乙醇洗脱得到的总皂苷具有更强的 DPPH 自由基清除能力[26]。单体皂苷商陆苷(ombuoside), 具有较强的清楚 DPPH 和羟基自由基的能力[27]。胆固醇诱导的人脐静脉内皮细胞(human umbilical vein endothelial cells, HUVECs)的抗氧化作用研究中, 100 μg/mL 绞股蓝皂苷在胆固醇诱导前进行预处理后, 发现绞股蓝皂苷能够抑制胆固醇诱导的转录, 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶-4 的活性, 降低细胞内 ROS 水平, 可以减弱胆固醇诱导的 DNA 损伤[28]。
在辐射所致小鼠氧化损伤的保护作用的研究中发现绞股蓝皂苷可以显著抑制 MDA 水平(P<0.05)、SOD 和 CAT 活性及谷胱甘肽(glutathione, GSH)和 T-AOC 的水平(P <0.05), 抑制 Nrf2、HO-1、GCLC、GCLM 蛋白的表达水平(P<0.05), 并且存在一定剂量-效应关系, 推测 Nrf2 信号通路很可能是其发挥抗氧化保护作用的重要靶点[29]。单体皂苷 GPsXVII(GP-17)在 ApoE-/-(ApoE 基因敲除)小鼠中的抗氧化作用研究中, GP-17 可以显著降低血脂水平, 增加抗氧化酶的表达和减少动脉粥样硬化的病变并且阻止氧化的低密度脂蛋白(Ox-LDL)诱导的内皮损伤。推测 GP-17 是减弱内皮细胞凋亡和氧化应激来预防动脉粥样硬化[30]。绞股蓝皂苷还可以减少黄嘌呤氧化还原酶, 对治疗高尿酸血症起到效果[31]。绞股蓝皂苷还可以降低动脉粥样硬化大鼠中 ICAM-1、MCP-1 和 NF-kappaBp65 在主动脉壁中的表达(P<0.01), MDA 和 ox-LDL 在血清中的含量(P<0.01), 提高血清总抗氧化能力(P<0.01)。其机制可能是下调 ICAM-1 和 MCP-1 的表达, 抑制 NF-κB 的活化, 从而抑制实验大鼠动脉粥样硬化的形成[32]。苏秋香等[33]研究了绞股蓝皂苷对衰老小鼠皮肤的抗氧化保护作用, 实验结果显示老年给药组皮肤组织中 MDA 含量减少, SOD、CAT、 GSH-Px 活性增加(P<0.05), 结果表明灌胃绞股蓝皂苷可减轻衰老小鼠皮肤的氧化损伤, 具有延缓小鼠皮肤衰老的作用, 此研究为绞股蓝在美容界的应用奠定了基础。氧化应激在视网膜变性的发病机理中起关键作用, 绞股蓝皂苷可以保护视网膜色素上皮细胞(retinal pigment epithelium, RPE)免受氧化损伤, 并为治疗视网膜变性提供治疗潜力[34]。绞股蓝皂苷可以显著增加帕金森病(Parkinson's disease, PD)小鼠中的 GSH 含量, SOD 活性, 并成剂量依赖性, 这为治疗 PD 提供了新思路[35]。给双侧颈总动脉结扎 (BCCAO)的大鼠每天口服 400 mg/kg 绞股蓝皂苷可显著清除氧自由基, 增强抗氧化能力, 减少脂质过氧化物的产生和氧化性 DNA 损伤, 并抑制 BCCAO 大鼠脑胼胝体和视神经束中的星形胶质细胞活化, 绞股蓝皂苷可能有治疗慢性脑灌注不足引起痴呆等疾病的潜力[36]。绞股蓝皂苷可以增加糖尿病大鼠的 SOD 和 GPx 活性, 脾脏和胸腺指数增加, 绞股蓝皂苷治疗组的胰岛素水平显著高于糖尿病对照组[37]。绞股蓝皂苷是绞股蓝中非常重要的一类成分, 与人参皂苷具有很多的相似之处, 绞股蓝皂苷能够增加 SOD、 GPx 等活性, 对视网膜、肝脏等具有保护作用, 在治疗糖尿病的研究中也显示了比较好的治疗效果, 为治疗一些氧化损伤疾病提供参考。
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5 绞股蓝黄酮的抗氧化活性研究
利用 50%乙醇提取绞股蓝得到的主要成分为黄酮类, 该提取物可提高高脂血症小鼠的 SOD 活力, 降低 MDA 含量。肝指数有较大差异, 但肾、脾指数差异不大, 表明绞股蓝 50%乙醇提取物有较好的调血脂及抗氧化的作用[38]。超声法提取的绞股蓝黄酮具有较强的清除 DPPH 自由基、羟基自由基的能力。在较高浓度情况下, 绞股蓝黄酮的抗氧化能力接近于维生素 C[39]。绞股蓝黄酮可抑制 Ca2+超载及 NOS-NO 系统的激活, 对低氧/复氧损伤的心肌细胞具有保护作用[40]。绞股蓝黄酮可以升高过氧化氢损伤的人非小细胞肺癌(A549)细胞内 SOD、GSH 水平, 通过增加抗氧化相关蛋白 Nrf2、NQO1 和 HO-1 的表达来减弱 H2O2 诱导的氧化应激对 A549 细胞的损伤作用[41]。从绞股蓝中分离鉴定出 1 个抗氧化活性较强的黄酮类化合物山奈酚 -3-O-[2'-反式-肉桂酰基-3'-O-β-D-葡萄糖基-3'-O-β-D葡萄糖基, 通过 DPPH、2'-联氮-双-3-乙基苯并噻唑啉-6 磺酸(2, 2'-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid), ABTS)和铁离子还原/抗氧化能力法(ferric ion reducing antioxidant power, FRAP)3 种体外检测体系进行抗氧化检测表现了较强的抗氧化活性; 同时绞股蓝黄酮化合物槲皮素-3-O-芸香苷(rutin)和多酚类化合物也具有显著抗氧化活性[42,43]。黄酮类化合物经体外清除自由基实验发现具有较好的抗氧化活性, 从绞股蓝中提取分离的单体黄酮类成分经过实验也验证了其清除自由基和抗氧化的活性。
6 绞股蓝其他成分的抗氧化活性研究
从绞股蓝的叶中分离出内生真菌毛壳菌属 (Chaetomium sp.), 利用乙醇沉淀法从发酵液中分离一种胞外多糖(exopolysaccharides, EPS), 经体外抗氧化能力实验证明其具备抗氧化活性[44]。绞股蓝种子油富含多不饱和脂肪酸(92.85%), 尤其是共轭亚麻酸(88.17%), 对老年小鼠的抗氧化作用进行实验表明绞股蓝种子油可以清除自由基, 提高老年小鼠抵抗氧化应激的能力, 减少衰老的影响[45]。野生绞股蓝挥发油可以明显清除自由基, 对枯草芽孢杆菌 CM CC63501 株具有抑制和灭活作用, 体现出较好的抗氧化活性[46]。绞股蓝种子所含的不饱和脂肪酸, 及绞股蓝提取的挥发油都有不同程度抗氧化活性, 值得系统的开发利用。
7 绞股蓝联合用药的抗氧化活性研究
红曲和绞股蓝总皂苷的混合物对动脉粥样硬化 (atherosclerosis, AS)大鼠的抗氧化作用结果显示混合物显著增加了肝脏总抗氧化能力, 其抗动脉粥样硬化作用优于辛伐他汀[47]。用绞股蓝皂苷、山楂黄酮进行联合使用处理 D-半乳糖诱导小鼠后发现混合物能显著降低小鼠血清、肝组织 MDA 含量, 并能显著提高 GPx 的活性[48]。单一有效的化学药物易产生抗药性, 所以将绞股蓝和其他药物同时使用, 有助于降低抗药性, 具有协同增效的作用。
8 结论与展望
综上所述, 绞股蓝提取物具有较强的抗氧化活性, 在心脑血管疾病方面有很好的疗效, 可以作为抗动脉粥样硬化的预防药; 在治疗高脂血症、糖尿病方面可保护肝脏、肾脏减少氧化刺激, 有较好的调血脂和抗氧化的作用; 在神经系统方面可以抵抗氧化应激, 保护神经细胞; 对于治疗视网膜病变, 视网膜退行性疾病有一定的疗效; 可以保护皮肤细胞抵抗紫外线辐射, 从而延缓衰老; 保护生殖细胞减少氧化损伤, 明显改善生殖组织的病理改变。绞股蓝含有丰富多样的抗氧化活性物质, 目前国内外文献研究发现大多数是基于混合物的研究报道, 如多糖类, 总皂苷类, 黄酮类等。关于其药效物质是基于单体化合物还是同类成分的协同药效, 还是不同类成分的协同作用, 仍需要进一步阐明。目前绞股蓝抗氧化作用的分子机制还不明确, 需要继续对绞股蓝的药效物质基础进行研究, 结合新兴的网络药理学的内容推测其作用靶点, 研究其分子机制。
