石竹属植物化学成分及生物活性研究进展

王苗苗,周旭红,张 婷,沈秋雨,熊啟蕊,孙瑞芬

(1.云南中医药大学中药学院,云南昆明 650500;2.云南中医药大学科技处科研实验中心,云南昆明 650500;3.云南省中医药科技资源开放共享公共科技服务平台,云南昆明 650500)

石竹属(DianthusL.)植物为多年生草本,稀一年生。全球约600种,广泛分布于北温带,大部分产于欧洲和亚洲。我国有16种10变种,南北均产之,大多生于干燥向阳处。现已广泛栽培,是很好的观赏花卉,耐瓶插,常用作切花[1]。同时石竹属植物也具有很好的药用价值。《中华人民共和国药典》记载,中药瞿麦来源于石竹科植物瞿麦DianthussuperbusL.或石竹DianthuschinensisL.的干燥地上部分,具有利尿通淋、活血通经之功。用于热淋,血淋,石淋,小便不通,淋沥涩痛,经闭瘀阻[2]。《药用植物词典》中也记载了各类石竹的药用功效,其中香石竹DianthuscaryophyllusL.地上部分具有清热利尿、破血、通便的作用;其花可用作芳香矫味剂、解痉剂、镇静剂。日本石竹DianthusjaponicusThunb.全株用于跌打损伤、毒疮等[3],但对其主要药效成分及其作用机制尚不明确,还需进一步研究。

近年来,国内外对石竹属植物化学成分的研究逐渐增多,从中分离得到天然产物100多种,包括黄酮类、三萜类、环肽类、酚酸类和挥发油等多种化学成分。现代药理学研究表明这些天然产物具有抗肿瘤、抗炎、抗氧化、抗病毒、抗菌、杀虫、麻醉和镇痛等作用。综述近年来研究的石竹属植物的化学成分和药理活性,旨在为石竹属植物后期研究和开发利用提供参考。

1 化学成分研究

1.1 黄酮类化合物黄酮类化合物是2个苯环通过中央三碳相互连接而成的一类化合物的总称。目前从石竹属中分离得到的黄酮类化合物主要有黄酮类、黄酮醇类、二氢黄酮类、黄烷类、花色素类等。

傅旭阳等[4-6]从瞿麦中分离得到7个黄酮类成分。Li等[7]从石竹中分离到3个异黄酮类化合物。Obmann等[8]从兴安石竹地上部分的水提取物中鉴定出18种黄酮类化合物。Galeotti等[9]从香石竹分离得到6个黄酮类化合物,Nakayama等[10]从深粉色、红紫色的香石竹中分离出2种花青素。Nakano等[11-12]从日本石竹中分离得到3种黄酮类化合物。石竹属植物中的黄酮类成分具体见表1。

表1 石竹属植物中的黄酮类成分

1.2 三萜及其苷类化合物三萜类化合物是由数个异戊二烯去掉羟基后首尾相连构成的物质,大部分为30个碳原子。Li等[7,15-16]发现了石竹中一系列齐墩果酸型三萜皂苷新化合物,另有2个已知化合物。Oshima 等[17-19]从长萼瞿麦中分离出11个三萜皂苷。Luo等[20-22]陆续从瞿麦中分离得到7个齐墩果酸型三萜皂苷。张建超等[23]、Yang等[24]分别从瞿麦中分离出2个熊果烷型三萜。傅旭阳等[4]从瞿麦全草中分离得到3个环阿屯型三萜。Ma等[25]从兴安石竹中分离得到7个新的五环三萜类皂苷。Nakano等[11-12]从日本石竹中分离得到17种三萜皂苷。石竹属植物中的三萜及其苷类成分具体见表2。

表2 石竹属植物中的三萜及其苷类成分

1.3 甾体及其苷类化合物甾体化合物种类很多,但结构中都具有环戊烷骈多氢菲的甾核。Li等[7]从石竹中发现1个甾醇皂苷。傅旭阳等[4]从瞿麦中分离到2个甾醇类化合物。石竹属植物中的甾体及其苷类成分具体见表3。

表3 石竹属植物中的甾体及其苷类成分

1.4 环肽类化合物植物环肽是由氨基酸肽键形成的一类含氮化合物。Wang等[27-28]从瞿麦中分离得到7个环肽类化合物。Hsieh[26]从长萼瞿麦中分离得到1个环肽类化合物。Tong等[29]继续分得2个新化合物。Yang等[24,30-31]从石竹中分离得到8个环肽类化合物。石竹属植物中的环肽类成分具体见表4。

表4 石竹属植物中的环肽类成分

1.5 酚酸类化合物酚酸是一类含有酚环的有机酸,有杀菌、醒脑提神、滋阴养颜的功效。 Ding等[5-6,24]从瞿麦中分离出11个酚酸类化合物。Hsieh等[26]从长萼瞿麦中分离得到对羟基苯甲酸。Curir等[13]从香石竹中分离得到2种苯甲酸衍生物。Ponchet等[32]从香石竹中分离得到11种酚酸类化合物。健康香石竹茎含有很多酚酸类物质。真菌感染影响了这些酚酸的浓度,并诱导了2种邻氨基苯甲酸衍生物的积累[33]。石竹属植物中的酚酸类成分具体见表5。

表5 石竹属植物中的酚酸类成分

1.6 酯类化合物酸(羧酸或无机含氧酸)与醇起反应生成的一类有机化合物叫做酯。低级的酯是有香气的挥发性液体,高级的酯是蜡状固体或很稠的液体。Ding等[5-6,34]从瞿麦中得到4个酯类化合物,Hsieh等[26]从长萼瞿麦中分离得到2个酯类化合物。石竹属植物中的酯类成分具体见表6。

表6 石竹属植物中的酯类成分

1.7 酰胺类化合物酰胺类化合物是指氨或胺的氮原子上的氢被酰基取代后生成的化合物。Ding等[5,24,28]从瞿麦中分离出4个酰胺类化合物。石竹属植物中的酰胺类成分具体见表7。

表7 石竹属植物中的酰胺类成分

1.8 醌类化合物醌类化合物主要有4种:苯醌、萘醌、菲醌和蒽醌。蒽醌及其衍生物是中药产生活性的主要成分。张骞澜等[22,34]从瞿麦中分离得到4个蒽醌类化合物。石竹属植物中的醌类成分具体见表8。

表8 石竹属植物中的醌类成分

1.9 其他类化合物Ding等[5]从瞿麦中分离到2个香豆素类化合物,又陆续得到2个内酯类化合物。Li等[35]从石竹中分离到1个单糖类新化合物。Nakano等[11]从日本石竹中分离得到2个化合物。El-Ghorab等[36]对香石竹花的化学成分和精油进行了研究,通过气相色谱-质谱联用(GC-MS)鉴定出11种挥发物为香石竹花油的主要成分。石竹属植物中的其他类成分具体见表9。

表9 石竹属植物中的其他类成分

2 生物活性研究

现代药理学研究表明,石竹属的植物提取物及单体化合物具有抗肿瘤、抗炎、抗菌、抗氧化、抗病毒等生物活性。

2.1 抗肿瘤活性Yu等[37]研究发现,使用瞿麦乙醇提取物的乙酸乙酯部位(EE-DS,20～80 μg/mL)可诱导肝癌细胞HepG2凋亡,能显著抑制Bcl-2和NF-κB的表达。还检测了caspase-9和caspase-3的激活情况,提示EE-DS诱导HepG2细胞凋亡可能通过线粒体内源性途径。Hsieh等[26]从长萼瞿麦中分离到的化合物Longicalycinin A对HepG2细胞具有抑制活性,IC50值为13.52 μg /mL。从瞿麦中分离得到的Dianthin E和 4-methoxydianthramide B 2种化合物也对HepG2细胞具有抑制活性,IC50值分别为2.37和4.08 μg/kg[28]。Ding等[5]从EE-DS分离得到5种化合物,发现化合物2-[(2,4-dihydroxybenzoyl)amino]-4-methoxy-benzoicacid对HepG2细胞的活性最强,1-monopalmitin、Kaempferol、Quercetrin、3,5,7-trihydroxy-3’,5’-dimethoxylflavone也具有抗癌活性。

李水清等[38]研究发现,瞿麦石油醚萃取物分离的各组分均显示不同程度抗肿瘤生物活性,较强活性组分的成分鉴定结果表明主要化学成分为脂肪酸酯化衍生物和苯酚类化合物。张建超等[23]从瞿麦中分离出化合物积雪草酸,通过MTT法发现其对肿瘤细胞HepG2、SSMC-7721、SK-HEP-1及Bel-7402的半数抑制率(IC50)分别为55.4、48.9、55.3、58.8 μg/mL,表明其具有较强的抗肿瘤活性。

从香石竹中分离的Kaempferide triglycoside通过一种非配体结合依赖的雌激素受体激活的机制抑制天然雌激素受体β过表达的结肠癌细胞增殖。它通过增加G0/G1细胞比例影响HCT-8细胞周期进程,在雌激素受体β过表达的细胞中,增加了2种重要的抗氧化蛋白,分别是金属硫蛋白2型(MT2A)和蛋白超氧化物歧化酶2型(SOD2)。Kaempferide triglycoside的生物学效应因高水平雌激素受体β的存在而加强[39]。

2.2 抗炎活性Shin等[40]发现,瞿麦乙醇提取物(DSE)能显著降低小鼠气管肺泡冲洗液中的 IL-4、IL-13、Eotaxin和免疫球蛋白(Ig)E的水平,并能抑制卵清蛋白诱导的iNOS蛋白的表达,表明DSE可通过下调iNOS表达,有效预防过敏性气道炎症,具有治疗过敏性哮喘的潜力。香石竹提取物丁香酚通过抑制NO的产生,阻止被刺激巨噬细胞释放IL-1β、TNF-α和PGE2[41]。

2.3 抗氧化活性Yu等[42]发现,EE-DS具有很强的抗氧化活性,推测与该部位含有大量的酚性物质有关。高晗等[43]发现,瞿麦的黄酮提取物可以很好地清除DPPH自由基和羟基自由基,其IC50值分别为0.046和0.065 mg/mL。EL-Ghorab等[36]采用DPPH法研究了香石竹花挥发油的清除作用,与其他处理相比,用0.04%的豆甾醇处理植株的清除率最高。

2.4 抗菌活性张爽等[44]研究表明,陕产瞿麦乙醇和水的提取物对3种菌具有较好的抑制作用,分别是痢疾杆菌、霍乱弧菌和蜡样芽孢杆菌。水提取物(30 mg/mL)注射小鼠能显著减少痢疾杆菌、蜡样芽孢杆菌和霍乱弧菌引起的体温升高。杨红文等[45]发现,瞿麦的乙醇提取物和水煎剂均对副伤寒沙门杆菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、变形杆菌、枯草杆菌5种受试菌有较强的抑制效果,乙醇制剂的抑菌效果更好。李建军等[46]发现,瞿麦在体外试验中有较强的抗泌尿生殖道沙眼衣原体的作用,说明瞿麦通过其抗衣原体的活性而达到治疗非淋菌性尿道炎的作用。

从香石竹精油中分离得到丁香酚,对选定的7种致病菌(金黄色葡萄球菌、蜡样芽孢杆菌、单核细胞增生李斯特菌、奇异变形杆菌、大肠杆菌、肺炎克雷伯菌和铜绿假单胞菌)进行了抑菌活性研究。研究发现,丁香酚对大多数供试病原菌均有较强的MIC值,其中对蜡样芽孢杆菌、单核细胞增生李斯特菌和肺炎克雷伯菌的MIC值最高(15.6 mg/mL),而对金黄色葡萄球菌、奇异球菌和大肠杆菌的MIC值均为31.2 mg/mL[47]。香石竹全株提取物对表皮葡萄球菌、肺炎克雷伯氏菌和支气管波德氏菌均有抗菌活性[48]。香石竹的甲醇提取物对枯草芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、小芽孢杆菌、铜绿假单胞菌和荧光假单胞菌的MIC分别为1.87、7.50、3.72、3.75和0.46 mg/mL[49]。香石竹地上部分水提物和甲醇提物对幽门螺杆菌的MIC值分别为>1 000和>500 μg/mL[50]。从香石竹中分离得到的2种苯甲酸衍生物原儿茶酸和香草酸对尖孢镰刀菌有轻微抑制作用,而在抗性较强的品种“Roland”中发现了黄酮类化合物对尖孢镰刀菌有抑制作用[13]。

2.5 抗病毒活性Kim等[51]发现了瞿麦的正丁醇提取物对A 型和B型流感病毒的IC50值分别为4.97和3.9 μg/mL,并检测出瞿麦正丁醇提取物所含主要成分为黄酮类化合物,是其产生抗病毒活性的物质基础。Barakat等[52]研究发现,香石竹种子提取物对单纯疱疹病毒-1(HSV-1)和甲型肝炎病毒-27(HAV-27)的抗病毒活性分别为92.3%和92.6%,用2种治疗药物(阿昔洛韦和盐酸金刚烷胺分别作为HSV-1和HAV-27的对照)。结果表明,香石竹种子提取物对相同病毒的抑制活性高于合成化学药物,为进一步利用天然植物来源治疗病毒感染提供了可能。

2.6 其他活性乔保俊等[53]研究了瞿麦治疗实验性自身免疫神经炎(EAN)的作用,结果显示,瞿麦通过影响Th细胞亚群的比例和炎性细胞因子的表达使EAN小鼠模型的临床症状显著改善,有望成为临床治疗EAN的新策略。Tong等[29]首次报道瞿麦中的环肽类化合物可以促进大鼠成骨细胞(MC3T3-E1)的增殖,其中Dianthin G作用最强,接近阳性对照药(氟化钠)。汪向海等[34]发现,化合物3,4-二羟基苯甲酸甲酯(200 μg/kg)对未孕小鼠离体子宫无显著兴奋作用,但对受孕大鼠有明显的抗早孕作用。Kimbaris等[54]研究香石竹精油对淡色库蚊3～4龄幼虫的杀虫效果,结果表明石竹精油具有中等的杀幼虫活性,LC50值超过50 mg/L。石竹花精油对蜱虫(蓖麻硬蜱若虫)和黄热病蚊子(埃及伊蚊)均有明显的驱避作用,苯乙醇是最有效的驱避剂成分[55]。香石竹乙醇提取物对庆大霉素引起的酶的变化和肾毒性有一定的保护作用,这种保护作用可能与提取物的抗氧化特性有关[56]。

3 结语与展望

对石竹属的化学成分及生物活性的研究进行总结,结果表明从中分离的黄酮、三萜、环肽、酚酸类成分较多,为石竹属中较为特征的化学成分。由于瞿麦、石竹为我国传统中药瞿麦的原植物,国内外对石竹属中的瞿麦、石竹的活性成分研究较多,对其他品种研究相对较少,今后可从同属其他种入手,丰富石竹属化合物的结构类型以及发掘另外的药理作用。石竹属的药理活性研究主要集中于抗肿瘤、抗炎、抗氧化、抗菌及抗病毒作用,但目前大多是对石竹属植物提取物的活性研究,对石竹属中分离得到的单体的生物活性研究较少,且很少有研究深入作用机制。石竹属的植物在药用价值方面有很大的开发前景,把石竹属中更多的植物开发成为优质的药用原材料具有很大的研究意义。因此,需要对该属植物的药效物质基础及药理作用机制进一步深入研究,为开发利用石竹属植物资源提供一定的参考依据。