桑枝的化学成分及其药理活性研究进展

梁会亮,田梦茵,岳家楠,李振,臧恒昌

(1.山东大学药学院,山东 济南 250012;2.济宁华能制药厂有限公司,山东 济宁 272001)

桑枝,异名桑条,是桑科植物桑(MorusalbaL.)的干燥嫩枝。春末夏初采收去叶,晒干,亦或趁鲜切片晒干。嫩桑枝呈长圆柱形,表面灰黄色或灰棕色,有皮孔、细皱纹;其质地坚韧不易折断,断面黄白色具纤维性,皮部较薄,木部黄白色,射线放射状,髓部黄白色或白色。桑枝,气微,味淡略苦;归肝经。《中国药典》记载桑枝具有祛风湿、利关节、行水之功效,适用于风寒湿痹、四肢拘挛、脚气浮肿之病症。《医说·卷第三》中也记录桑枝有“久服轻身,聪明耳目”的效用。现代药理学研究也表明桑枝具有抗炎、抗氧化、镇痛以及降血糖等多种药理活性。

近年来,虽然关于桑枝的活性成分相关研究越来越多,但是临床应用以及药理机制尚有诸多不明,同时桑枝作为传统中药,其质量评价方法与水平均有较大的提升空间。本文主要针对桑枝的化学成分、药理活性等方面研究进行归纳总结,目的为选择主要、特征、有效的化学成分作为桑枝质量评价的指标成分奠定基础。

1 化学成分

关于桑白皮和桑枝的差异性并不能简单地不同药用部位来解释,其他原因还包括:桑枝大多来源于栽培品种(M.alba),而桑白皮部分来源于野桑(实生桑),而桑属植物之间易于杂交,部分来源于栽培品种,而栽培方法多为嫁接,砧木多用实生桑,这导致桑的地下部分难以鉴别。由于对桑枝(M.alba)化学成分研究较少,因此在本综述中还包括了其他基源的桑枝成分,而《中国药典》规定的桑枝用白桑枝(M.alba)进行表述和区分。

1.1 黄酮类成分 桑枝中的黄酮类[1-2]化合物不仅数量庞大,结构也复杂多样。桑枝中的黄酮类成分主要为二氢黄酮类(见图1)和黄酮类(见图2)成分,其C6、C8、C2′、C4′位常有多个羟基取代,其中C环上C2′位,C4′位的羟基取代是桑枝黄酮类成分的结构特征之一。在羟基的邻位如C5、C7、C3′、C5′ 位常有1～2个异戊烯基或香叶基基团取代。这些五碳或十碳单元又常常与邻位羟基形成呋喃或吡喃的结构(见图1中10～11、15～22、35～38)。

图1 桑枝分离得到的二氢黄酮类化合物

图2 桑枝中分离得到黄酮类化合物

在二氢黄酮中,C2′位羟基与A环的C3位连接,形成呋喃环的结构也比较常见(见图1中14～28)。

从白桑枝中发现的二氢黄酮类成分较少,仅有eriodictyol、aromadendrin和norartocarpanone (steppogenin)等少数化合物[3-4]。而从黑桑枝(M.nigra)中发现了大量的二氢黄酮类成分,且均有异戊烯基取代[5-8]。该类成分A环的C2,3位一般具手性,但近年来发现黑桑枝中的部分化合物如nigragenon E以消旋体形式存在[9]。长果桑枝(M.laevigata)[10]和川桑枝(M.notabilis)[11]中也存在少量的二氢黄酮类成分。

桑枝中的黄酮类成分中C2′位羟基一般不能与C3位相连,不能形成如二氢黄酮中的呋喃环。但C2′位羟基可与C3位的异戊烯基形成吡喃环。而C2′位的C10单元不仅可与C3位羟基形成跨环吡喃环,还可同时与邻位羟基形成吡喃环(见图1中33～34)其中黑桑枝中的nigranol C形成了一个罕见的7/6/6环状结构[9]。

桑枝中的黄酮类成分以从白桑枝中发现的较多[3,12-15],而从黑桑枝[5,9]和川桑枝[11,16-17]和长果桑枝[18]中发现的黄酮类成分较少。

1.2 二苯乙烯类成分 二苯乙烯类成分是桑枝中的另一大类别,苯环之间的双键常以开链形式存在,也常与邻位羟基形成五元呋喃环。此外,苯环上一般均有间位羟基取代,羟基的邻位常有C5或C10的结构单元取代,且常与邻位羟基形成五元呋喃或六元吡喃环的结构,而从非洲黑桑枝中还发现了形成七元氧杂环的二苯乙烯(见图3中71～73)。

图3 桑枝中分离得到二苯乙烯类化合物

白桑枝中以开链形式存在的二苯乙烯类成分桑皮苷A是其主要化学成分,含量一般在0.1%以上,也存在少量呋喃型二苯乙烯类成分。在非洲黑桑枝中存在大量的呋喃型二苯乙烯类成分。

1.3 D-A加成物 D-A加成物是桑属植物中存在的特征性成分,是通过查尔酮与具有异戊烯基取代的化合物发生Diels-Alder加成反应,产生具有甲基环己烯的结构骨架[19]。桑枝中的D-A加成物,与桑白皮比较,数量较少,类型单一。其中甲基环己烯的C4位均为2,4-二羟基苯甲酰基取代,C5位均为2,4-二羟基苯基取代,C3位与异戊烯基取代化合物的结构相关,可为二氢黄酮、黄酮、查尔酮或二苯乙烯,如图4所示。

图4 桑枝中分离得到D-A加成物

1.4 生物碱类成分及其他成分 尽管关于桑枝中的生物碱类成分的发现报道较少,但1-脱氧野尻霉素(DNJ)是桑枝生物碱的主要降糖活性成分[20]。此外,经HPLC-MS分析,桑枝中尚存在2-O-α-D-Gal-DNJ、6-O-β-D-Glc-DNJ、3-表荞麦碱、1,4-双脱氧-1,4-亚氨基-D-阿拉伯糖醇(DAB)、2-O-β-Glc-DAB等[21-22]。其中在桑枝的皮层中DNJ含量较高,木质部分含量较低[23](见图5)。

图5 桑枝中分离得到生物碱与其他类型化合物

桑枝中尚含有香豆素类成分(如isoscopoletin、moriramuloside A &B、scopolin)、三萜类成分如β-amyrin葡萄糖苷[3]以及maclurin[24]等。

2 药理活性

桑枝的传统功效在我国很早就有记载,如《本草撮要》记载:“桑枝,功专去风湿拘挛”,《本草图经》记载:“桑枝疗遍体风痒干燥,兼疗口干”。目前桑枝在临床多应用于关节肿痛、手足麻木等疾病[25]。现代研究表明桑枝及其化学成分具有抗炎、镇痛、降糖、抗氧化、降脂等多种作用。其中桑枝的抗炎与镇痛活性与其传统药用“祛风湿”相关[26]。一些黄酮和苯并呋喃类成分具有于保持骨关节健康的作用。

2.1 抗炎活性 桑枝能够通过抗炎活性缓解二甲苯致小鼠耳肿胀[26]。在胶原致小鼠关节炎模型中,桑枝可能通过降低巨噬细胞中的TNF-α水平和脾细胞中的IFN-γ水平,降低关节指数评分,改善爪关节炎症[27];压制外周血单核细胞(PBMCs)和爪关节中免疫细胞的数量,并降低血清中细胞因子(TNF-α、IL-6和IL-17),类风湿因子和抗II型胶原抗体的水平[27]。因而可用于类风湿性关节炎的治疗和预防。含有氧化白藜芦醇的桑枝醇提取物可以通过抗炎和增加黏液分泌缓解急性结肠炎[28]。桑枝总黄酮部分通过MAPK中的ERK信号转导通路抑制iNOS基因和蛋白的表达从而抑制NO的产量,提高细胞总抗氧化能力,同时下调COX-2、IL-1β、IL-6等炎症介质和上调抗炎介质HO-1的表达而发挥抗炎效果[29]。桑枝的95%乙醇提取物可显著抑制二甲苯所致的小鼠耳肿胀[30]。在100 mg·kg-1剂量下,桑枝提取物可明显抑制醋酸所致的小鼠腹腔毛细血管通透性增加;在200、400 mg·kg-1剂量下,能显著抑制滤纸片诱发的小鼠肉芽组织增生[30]。桑枝乙醇提取物不同萃取部位对二甲苯所致的小鼠耳肿胀和毛细血管通透性增加有不同的抑制作用,其中石油醚和正丁醇萃取物(0.30 g·kg-1)具有较为显著的抗炎作用,石油醚萃取物(0.15 g·kg-1)对毛细血管通透性增加有明显的抑制作用[31]。

桑枝中的黄酮类成分10-oxomornigrol F、(7″R)-(-)-6-(7″-hydroxy-3″,8″-dimethyl-2″,8″-octadien-1″-yl)apigenin、morusin、albanin D、2-(2,4-dihydrophenyl)-5-hydroxy-8-(hydroxymethyl)-8-methyl-3-(3-methyl-2-butenyl)、3-methoxyquercetin、mulberranol,查尔酮类成分isoliquiritigenin、morachalcone A和二苯乙烯类成分mulberrofuran A均可以抑制LPS诱导的RAW 264.7释放NO,其IC50在2.2～5.3 μg·mL-1,其中10-oxomornigrol F、(7″R)-(-)-6-(7″-hydroxy-3″,8″-dimethyl-2″,8″-octadien-1″-yl)apigenin、albanin D、morachalcone A和mulberranol可以降低LPS诱导的诱导型NO合成酶(iNOS)的表达,并呈现浓度依赖关系[3]。同时10-oxomornigrol F、albanin D和mulberranol还可抑制COX-2的表达[3]。10-oxomornigrol F可能是通过激活Nrf2/血红素氧合酶-1途径抑制RAW 264.7和骨髓来源巨噬细胞释放NO、TNF-α、IL-1β、IL-6[32]。

桑皮苷A[33]、氧化白藜芦醇[33]和cis-桑皮苷A[34]均具有抑制角叉菜致鼠足肿胀的作用。作为桑皮苷A的苷元,氧化白藜芦醇的抗炎作用通过下调NF-κB的表达、抑制COX-2活性,与抑制iNOS的表达相关[33]。另有研究表明,氧化白藜芦醇的抗炎活性可能涉及抑制T淋巴细胞或者其他淋巴细胞中CXCR-4介导的驱化作用和MEK/ERK通路[35]。

2.2 镇痛活性 桑枝在用扭体法和甩尾法测定的镇痛活性中,疼痛抑制率均达50%以上[26]。桑枝中的cis-桑皮苷A在25、50 mg·kg?傆b1的剂量下均可显著抑制减少由醋酸或福尔马林引起的小鼠疼痛反应[34]。桑皮苷A与氧化白藜芦醇镇痛活性不显著。桑辛素在醋酸扭体和热板实验中也表现出很强的镇痛活性[36],其作用可能与桑辛素通过与mGluR1受体结合,介导对神经细胞的保护相关[37]。

2.3 降血糖活性 桑枝、桑白皮、桑叶等均具有降血糖活性,其中由桑枝提取物制成的桑枝颗粒,其疗效与阿卡波糖相当[38]。大量研究认为桑中的1-DNJ是其降血糖的主要活性成分[39-40]。除了以1-DNJ为代表的多羟基生物碱类成分,桑枝的醇提取物也可以促进胰岛素分泌和敏感性[41],说明桑枝中的其他非多羟基生物碱类成分也具有降血糖作用。

桑枝中的黄酮类成分morusin、quercetin、sanggenon C、kuwanon G具有一定的抑制α-葡萄糖苷酶的活性,但总体较1-DNJ低约10倍[42]。从黑桑枝中分离得到的nigranol A &B以及异戊烯基取代的二氢黄酮类成分sanggenon M、nigrasin A、sanggenol F、sanggenol H、nigrasin K、nigragenon D、nigragenon B、nigragenon C、nigragenon E和sanggenon A具有显著的α-葡萄糖苷酶抑制活性[6]。Nigragenons B &D、sanggenol F、nigrasin K 对PPAR-γ有显著的激动活性[5]。具有罕见7/6/7环系的异戊烯基取代黄酮对映体nigranol C以及nigragenon E均具有显著抑制α-葡萄糖苷酶活性,其IC50在9.79～30.21 μmol·mL-1之间[9]。

长果桑枝中的异戊烯基取代黄酮laevigasin A具有显著的抑制α-葡萄糖苷酶活性[10],notabilisin E、taxifolin和hultenin具有抑制PTP1B活性[10]。

桑枝多糖不仅具有降糖活性[43],还可以有效改善链脲佐菌素诱导糖尿病肾病小鼠的肾功能,缓解受损肾组织的病变,其机制可能与增加肾皮质中的SIRT1、FOXO1的蛋白表达,增强组织抗氧化能力[44],通过阻断IL-1/NF-κB通路,减轻炎症反应有关[45]。

2.4 酪氨酸酶抑制活性 桑枝可显著抑制酪氨酸酶和黑色素生成活性[24,46]。桑枝中的steppogenin、2,4,2′,4′-四羟基查尔酮、morachalcone A、氧化白藜芦醇和moracin M具有显著的抑制酪氨酸酶活性,其IC50在0.1～8 μmol·mL-1之间[4]。从黑桑枝中得到的异戊烯基取代的黄酮类成分nigragenon E、sanggenon M,D-A加成物chalcomoracin、sorocein H、kuwanon J、sanggenon C &O也具有酪氨酸酶抑制活性[7,9]。

2.5 抗肿瘤活性 桑辛素(morusin)可通过诱导细胞凋亡、血管生成抑制等多种机制对肝癌[47]、乳腺癌[48]有显著的抑制作用。Maclurin可通过抗氧化和抑制Src/FAK-ERK-β-catenin途径抑制人非小细胞肺癌细胞的迁移和侵袭[49]。桑枝提取物及其中含有的二苯乙烯(桑皮苷A、氧化白藜芦醇、白藜芦醇)和黄酮类成分(芦丁、morin、槲皮素)可以保护紫外线诱导的DNA损伤[50]。

2.6 抗氧化活性 桑枝中含有大量的黄酮等多酚类成分,因此表现出良好的抗氧化作用[51]并且桑枝中的黄酮总含量与其抗氧化作用具有一定相关性。由于抗氧化活性与抗炎、抗糖尿病、抗肿瘤、神经保护等多种药理作用相关,因此在此不多累述。

2.7 其他作用 桑皮苷A可通过降低TNF-α、IL-1β、IL-6的表达,抑制NALP3、caspase-1和 NF-κB的活化和细胞外信号调节激酶,c-Jun氨基末端激酶和p38的磷酸化,显示出抗炎和抗凋亡作用,从而保护氧糖剥夺再灌注引起的大脑皮层神经元的缺血性损伤[52]。桑枝中的6-geranylapigenin、6-geranylnorartocarpetin、白藜芦醇、氧化白藜芦醇槲皮素能够在大鼠脑匀浆中显著的抑制脂质过氧化,其IC50在0.06～3.74 μmol·mL-1之间[12]。

川桑枝中的notabilisins A &C[11]和黑桑枝中的Nigrasin H &I[8]均能够通过上调脂肪细胞特异性基因aP2和GLUT4的表达,增加3T3L1中的脂滴和甘油三酯的含量,从而促进脂肪生成。氧化白藜芦醇具有抗红色毛癣菌活性[53]。白藜芦醇和氧化白藜芦醇还可以抑制非洲猪瘟病毒的复制[54]。morin能够通过排尿酸作用和抑制黄嘌呤氧化酶活性,可用于高尿酸血症的治疗[55]。

非洲黑桑枝中的moracin I、6,8-diprenylaromadendrin、dihydromorine具有显著的肝细胞保护和抗氧化活性[18]。

3 讨论

桑枝传统药效相关的活性成分及其分析方法目前已有比较好的研究基础。随着分析技术的不断发展,采用HPLC法同时测定桑枝中的多种成分的含量[56-58],或采用一测多评法[59],在桑枝化学成分含量测定方面已有较多的应用。目前已进行含量测定的成分包括:桑皮苷A[56,58,60]、绿原酸[56-59]、东莨菪素[56]、白藜芦醇[56-57]、桑辛素[56-60]、芦丁[57-58]、异槲皮苷[57-58]、紫云英苷[57,59]、和桑色素[57]、隐绿原酸[58]、山柰酚[58]、槲皮素[59]、氧化白藜芦醇[60]、桑酮G[60]、桑酮H[60]、柘树黄酮C[60]。其中桑辛素、桑色素和桑皮苷A等为桑属植物中的特征性成分,其他成分缺乏专属性。上述结构中,仅桑辛素报道具有镇痛[36-37]和抗炎活性[3,61],桑皮苷A[33]、桑酮C[3,62]和桑酮G[63]也在多种体内外模型上表现有抗炎活性,也可作为指标性成分待选。桑枝具有祛风湿,利关节的作用,用于肩臂、关节酸痛麻木。在桑枝传统祛风湿临床应用相关的镇痛和抗炎活性成分基础上,如果选择镇痛和抗炎活性成分作为指标成分,增加含量测定项,方法较成熟,可行性高,可以进一步提高桑枝药材质量的评价方法。

同时,我国桑属资源丰富,桑枝年产量巨大。桑枝在我国有悠久的药用历史和广泛的临床应用。但桑枝中很多化合物活性和药理作用机制尚不明确。同时桑枝质量控制水平较低,也一定程度上阻碍了其发展,故有必要进一步拓展其研究范围,通过本文对该桑枝化学成分与药理活性系统深入的研究,为桑枝的质量控制提供一定的依据,帮助进一步对桑枝药材资源进行开发与利用。