铁皮石斛化学成分及功能的研究进展

铁皮石斛化学成分及功能的研究进展摘要：铁皮石斛为兰科多年生附生草本植物，其新鲜或干燥茎入药，在我国已经有两千多年的药用历史，具有益胃生津、滋阴清热的功效和抗疲劳、祛痰镇咳等作用。本文以近十年来国内外发表的文献为依据，对铁皮石斛的化学成分及主要功能进行归纳、总结。得出铁皮石斛是名贵的中草药之一。其含有多糖、芪类、生物碱、氨基酸和微量元素等多种成分，具有增强免疫、抗氧化、抗肿瘤、抗疲劳、降血糖和养阴生津等多种生物活性。关键词：铁皮石斛；多糖；氨基酸；生物活性。1前言铁皮石斛(D.candidumWall.exLindl)为兰科石斛属植物，又名黑节草、铁吊兰等。铁皮石斛加工而成螺旋状圆柱体，南方称其为“铁皮枫斗”，北方和中国药典则称为“耳环石斛”[1]。其新鲜或干燥茎入药，在我国已经有两千多年的药用历史，具有益胃生津、滋阴清热的功效和抗疲劳、祛痰镇咳等作用。现代研究证明，多糖是铁皮石斛的主要药效成分，具有抗氧化，降血糖，生津止渴，增加干燥综合征患者的唾液分泌，提高机体免疫力，抑制肿瘤，降压等作用；芪类化合物中的菲和联苄具有抗肿瘤和抗多药耐药性的作用，由于中药铁皮石斛功效确切，2010年版《中国药典》将其作为新增品种单独列出，与中药石斛区别开来。近年来，对铁皮石斛化学成分进行了大量的研究，发现铁皮石斛化学成分多样。本文就近年来铁皮石斛的化学成分和药理作用研究情况进行综述，为铁皮石斛活性成分研究和合理开发利用提供依据。2铁皮石斛化学成分的测定2.1多糖（polysaccharide)多糖是铁皮石斛的主要成分，水溶性多糖含量高达22%。石斛生理活性的强弱与其多糖含量密切相关。多糖含量越高，质越重，嚼之越有粘性，质量更优。在铁皮石斛的不同部位，总多糖的质量分数由高到低依次为茎中、茎上、茎下、根部。但水溶性多糖分布规律是叶≥根＞茎。何铁光等研究了铁皮石斛原球茎的多糖DCPP3c—1后发现其主要由甘露糖、鼠李糖、半乳糖醛酸、葡萄糖、半乳糖和阿拉伯糖组成，其分子物质的量之比为1.1204：1：1.046：23.354：3.828：1.046，经过红外光谱分析及高碘酸氧化后研究表明DCPP3c一1含有糖醛酸基团，是酸性多糖，其中1—6键连接的残基占14.0，1—2或1—4键连接的残基占40.7，1—3键连接的残基占45.3。诸燕等研究人工栽培的铁皮石斛，发现二年生铁皮石斛多糖平均质量分数达34.47%；不同种质、生理年龄的铁皮石斛多糖质量分数存在显著差异。李彩霞比较不同采收期铁皮石斛多糖含量，春季、夏季、秋季和冬季的铁皮石斛多糖含量分别为4.59%、5.37%、5.92%和6.24%以冬季采收为佳。尚喜雨对铁皮石斛的组培苗、野生植株、栽培植株中多糖的含量及分布进行系统分析和研究，发现铁皮石斛的多糖含量很高，尤以茎段为最多；不同部位的含量存在一定差异，茎部的差异大于根和叶；人工栽培的两年生植株的多糖含量比一年生的多，野生型的比栽培型的多；杀青后烘干处理可以有效地减少多糖在处理过程中的损失[2]。尽管药用石斛多糖的药理活性及化学结构研究取得了许多进展，但在药理活性研究方面，所使用多糖主要是粗多糖，多糖的活性评价基本是常规的药理指标，关于药用石斛多糖活性作用机理的研究还不多；在化学结构研究方面，很多具有药理活性的多糖组分，其化学结构尚未明确，除金钗石斛、铁皮石斛和鼓槌石斛外，2010版《中华人民共和国药典》中的其他石斛的多糖结构研究还没见报道，而且，多糖的化学结构研究仅局限于一级结构层次上，无论是一级结构还是高级结构与药理活性的关系还处于探索阶段[3]。因此，未来的研究应注重两方面工作：一是加强药用石斛多糖的分离纯化，用均一的单一组分多糖进行药理活性和作用机理研究；二是加强药用石斛多糖的化学结构研究，并在一级结构和高级结构层次上开展药用石斛多糖的构效关系研究，以期为药用石斛多糖的开发应用奠定基础。2.2芪类（Stillnoids）从石斛中分离出来的芪类化合物主要包括联苄、二氮杂菲等。目前从铁皮石斛中分离鉴定的芪类化合物有：双苄酚类及菲酚类化合物毛兰素（erianin）和鼓槌（chysotoxene）菲醌母核金钗石斛菲醌（denbinobin）联苄类化合物和石斛酚。目前从铁皮石斛中分离鉴定的芪类化合物有：双苄酚类及菲酚类化合物毛兰素（erianin）和鼓槌菲（chysotoxene）；菲醌母核金钗石斛菲醌（denbinobin）；联苄类化合物dendrocandinA，dendrocandinB，dendrocandinC，dendrocandinD和dendrocandinE；4,4’-dihydroxy-3,5-dimethoxybibenzyl，3,4-dihydroxy-5,4’-dimethoxybibenzyl，3-O-methylgigantol，dendrophenol和石斛酚（gigantol）[4]。其药理活性主要为抗肿瘤。2.3生物碱类（Alkaloids）对铁皮石斛生物碱的研究很少。前期研究报道，铁皮石斛的生物碱含量只有金钗石斛的。与《本草正》、《增补本草备要》记载相同。铁皮石斛中总生物碱含量较低，诸燕等研究发现，人工栽培的铁皮石斛与市场购买的铁皮枫斗药材总生物碱在0.0190%--0.0430%；浙江省11个铁皮石斛种质一年生、二年生、三年生样品平均总生物碱为0.0253%、0.0270%、0.0326，云南产一年生铁皮石斛平均总生物碱0.0343%[5]。2.4微量元素（Traceelements）铁皮石斛含有丰富的人体必需金属元素，钾、钙、镁、锰、锌、铬、铜平均质量分数分别为1205.23，766.82，158.25，31.06，4.28，8.28，0.97mg/Kg，这些元素可能协同发挥铁皮石斛抗氧化、抗衰老、促进免疫力等药效[6]。但鉴于中药材中镉超标比较严重的现状与部分铁皮石斛样品中镉含量较高现象，有必要深入研究镉在中药材中吸收与富集规律、安全剂量或最小有毒剂量，从而为制定镉在中药材中的限量标准提供依据。铁皮石斛种质对金属元素的积累存在极显著的影响，不同种质铁皮石斛中人体必需金属与有害金属元素含量均存在极显著差异。因此，铁皮石斛中金属元素除了环境引起外，很大程度上受药材品种的影响，通过品种选育可望增加人体必需的金属元素含量，降低有害金属元素含量。生理年龄对金属元素的含量影响因金属元素而异，与各种元素承担的生理生化作用有关，钾含量随着生理年龄的增加而降低，锌和铜含量随着生理年龄的增加而增加，锰在第三年时含量较高；钙、镁、铬含量变化不大，生产经营上可根据铁皮石斛生理需求补充相应的微量元素，以利铁皮石斛生长。铜含量与铁皮石斛总生碱含量存在显著的相关性，锌含量与多糖含量存在正相关[7]。在人工铁皮石斛、原球茎组织培养物、铁皮枫斗与铁皮石斛胶囊中，11种主要微量元素Cu、Zn、Fe、K、Ca、Mg、Mn、Zn、Cr、Pb和Cu平均质量分数分别为Mn、Ca、Mg、K、Cr、Sr、B含量非常相近。且原球茎组织培养物的9种微量元素（除Cu外）含量均最高[8]。由此提示，以滋补作用为研究方向，铁皮石斛具有巨大的开发价值。2.5氨基酸（Aminoacids）氨基酸是人类重要营养成分，某些氨基酸亦具有生物活性和疗效。铁皮石斛性味甘淡微咸，与其氨基酸组成特性有关。铁皮石斛含有天门冬氨酸、谷氨酸、甘氨酸、缬氨酸、亮氨酸、苏氨酸、丝氨酸、丙氨酸、胱氨酸、蛋氨酸、异亮氨酸、赖氨酸、组氨酸、精氨酸、脯氨酸、酪氨酸等16种氨基酸，前5种占总氨基酸的53%含有除色氨酸以外的所有人体必须的氨基酸；人工培养铁皮石斛圆球体及分化苗中含有除上述16种氨基酸外，还含苯丙氨酸，其中7种是人体必需但又不能自身合成的氨基酸。不同来源的铁皮石斛中，总氨基酸含量为组织培养物>人工栽培铁皮石斛>铁皮石斛>铁皮石斛胶囊[9]。由此可知，其性味差别不大。铁皮石斛组织培养物可能作为野生铁皮石斛替代品，发挥药理疗效。3铁皮石斛药理作用的研究3.1增强免疫与刺激造血作用多糖能促进机体体液免疫、细胞免疫功能和诱生多种细胞因子，具有免疫增强效果。铁皮石斛多糖不仅能影响小鼠白细胞数和淋巴细胞移动抑制因子，而且能提高环磷酰胺模型小鼠非特异性免疫、细胞免疫和体液免疫功能。其作用机制与增强巨噬细胞的吞噬功能和NK细胞活性，调节外周CD4+、CD8+细胞和脾淋巴细胞CD4+/CD8+来保护T淋巴细胞、刺激T淋巴细胞的增殖与分化，增加模型鼠胸腺或脾脏指数有关[10]。另外，铁皮石斛也能刺激脾淋巴细胞生成白介素-2（IL-2），增强放射损伤小鼠的免疫功能。临床研究亦证实，铁皮枫斗颗粒能显著提高肿瘤化疗患者免疫功能。放射对血液系统的损伤主要表现为引起骨髓有核细胞凋亡，抑制骨髓造血功能。不同剂量铁皮枫斗晶能不同程度地提高射线照射小鼠30天存活率，其机制与抑制骨髓有核细胞凋亡、促进骨髓造血功能恢复。另外，增加脾脏代偿性增殖能力，也间接地恢复了骨髓造血功能。其较好的抗辐射作用，与清除自由基和促进造血功能恢复有关[11]。造血功能的恢复，协同免疫功能的增强，有利于临床放疗病人的辅助治疗。3.2抗氧化作用抗氧化是多糖的重要应用领域之一。与其他外源性抗氧化剂相比，抗氧化多糖具有低毒、安全和来源广等特点。铁皮石斛组织培养物具有较强的清除活性氧（ROS）的能力，尤其是对·OH自由基的清除。通过显著提高超氧化物歧化酶（SOD）水平，降低过氧化脂质（LPO）作用，最终清除体内自由基。何铁光研究发现，铁皮石斛原球茎多糖DCPP、DCPP3c-1和DCPP-a不仅能有效地清除O2-和·OH，而且能剂量依赖性抑制肝线粒体被氧化损伤，减轻小鼠肝线粒体肿胀度。而抑制小鼠肝线粒体脂质过氧化物丙二醛（MDA）生成的能力，较好保护线粒体膜，是其体外抗氧化能力的重要方面[12]。3.3抗肿瘤作用铁皮枫斗多糖、菲类、联苄类化合物具有抗肿瘤活性及抗多药耐药性，能抑制多种人体肿瘤细胞株增殖。铁皮石斛多糖联合rIL-2，显著增强脐带血和肿瘤病人外周血LAK细胞体外杀伤作用，通过LAK/rIL-2免疫作用治疗恶性肿瘤。毛兰素(erianin)对小鼠肝癌抑瘤率为50.82%，对肿瘤细胞株K562生长的抑制作用，随着药物浓度的增加而增强。临床观察也发现，铁皮枫斗晶、铁皮枫斗颗粒（胶囊）是放化疗肿瘤患者对症辅助治疗的有效药物，能显著减轻放疗副反应[13]。多糖和芪类化合物的抗肿瘤活性，提示铁皮石斛不仅可以用于癌症对症治疗的辅助用药，亦可作为抗肿瘤药物研究开发的候选物。3.4抗疲劳作用石斛洋参冲剂能使异丙肾上腺素处理小鼠游泳时间延长、增加小鼠耐缺氧能力，提高甲亢型小鼠存活率。铁皮枫斗晶能维持运动小鼠肝糖原含量，明显降低运动后血清尿素氮和血乳酸含量，均表现明显的抗疲劳作用[14]。3.5降血糖作用吴昊姝发现，铁皮石斛对正常小鼠血糖及血清胰岛素水平无明显影响。但可降低链脲霉素诱发糖尿病大鼠血糖值。通过增加大鼠胰岛素β细胞，减少α细胞，修复链脲霉素诱导的β细胞损伤，进而升高血清胰岛素、降低胰高血糖素水平。铁皮石斛也可通过抑制肝糖原分解和促进肝糖原合成，减少血糖来源，增加血糖去路，影响肾上腺素性高血糖小鼠血糖和肝糖原水平[15]。另外，铁皮石斛也具有胰外降血糖作用，但机制尚待进一步研究阐明。3.6生津作用铁皮石斛石斛具有生津作用，主要表现为促进腺体分泌和脏器运动。（1）对消化系统作用：最初研究表明，铁皮石斛和西洋参合用不仅能促进正常家兔的唾液分泌。还能拮抗阿托品对家兔唾液分泌的抑制作用。铁皮石斛单用能促进大鼠胃液分泌、小肠推进运动和小鼠排粪功能。其机制与抑制细胞膜上的Na+/K+ATP泵有关。临床应用也证实，铁皮石斛可以显著改善经口腔气管插管患者口腔溃疡愈合率[16]。进一步证实了铁皮枫斗晶能养阴益胃生津，维护消化系统功能。（2）对呼吸系统的作用：与前期铁皮石斛提取物结果相同，铁皮枫斗晶能显著促进小鼠气管酚红排泌和家鸽气管内墨汁运动速度，抑制氨水引起的小鼠咳嗽。显示明显的祛痰和镇咳作用[17]。4展望随着现代科学技术的发展，石斛多糖的提取分离工艺日趋成熟，但石斛的品种繁多，目前已开展过多糖提取工艺研究的石斛品种还是较少。从已有研究来看，不同石斛品种的多糖含量区别较大，不同品种石斛表现出来的同一种药用功能作用大小不尽相同。因此，对石斛的研究应注意提取方法、化学成分与药理作用相结合，新的活性成分的提取分离与已知成分新的药理活性研究相结合，进一步探索活性成分的作用机制和构效关系，为石斛多糖的深入研究及其在医药和食品产业化的开发应用奠定基础。铁皮石斛多糖具有调节机体免疫力、抗氧化、抗肿瘤、抗疲劳、降血糖和养阴生津等多种药理作用。随着铁皮石斛种植的产业化发展，人工栽培技术的日渐成熟，铁皮石斛资源匮乏的问题也逐步得到解决。近几年，专家学者对铁皮石斛化学成分进行大量的研究，发现石斛多糖、氨基酸、微量元素、菲类化合物、联苄类化合物、酚酸类化合物、生物碱等类型几十种化学成分，为铁皮石斛的研究开发提供了大量实验依据。铁皮石斛所含化学成分结构多，药理作用广泛，尤其是抗肿瘤作用、抗氧化作用、降血糖作用和增强机体免疫力作用，受到广泛关注，但对其化学成分和活性之间的关系缺乏深入研究，其益胃生津，滋阴清热功效的真正活性物质基础与其确切的作用机制尚未阐明，有待进一步研究。因此全面了解铁皮石斛的发展现状，为寻找安全有效的新药，合理利用铁皮石斛资源具有实际意义。参考文献：[1]国家药典委员会.中华人民共和国药典2000年版一部[S].北京:化学工业出版社,2000,70.[2]允芬,陈云龙,张铭,等.三种药用石斛多糖成分的比较研究[J].浙江大学学报(工学版),2004,38（2）：249-252.[3]何铁光,杨丽涛,李杨瑞,等.铁皮石斛原球茎多糖DCP-P3c-1的分离纯化及结构初步分析[J].分析测试学报,2008,27（2）：143-147.[4]何铁光,苏江一,王灿琴,等.铁皮石斛不同来源材料多糖和氨基酸含量的比较[J].广西农业科学,2007,38（1）：32-34.[5]黎万奎,胡之璧,周吉燕,等.人工载培铁皮石斛与其他来源铁皮石斛中氨基酸与多糖及微量元素的此较分析[J].上海中医药大学学报,2008,22（4）：80-83.[6]李钦,陈爱君,张信岳,等.铁皮石斛颗粒增强免疫功能作用研究[J].中药药理与临床,2008,24（1）:53-54.[7]杨明晶,俞萍,陆罗定,等.铁皮枫斗西洋参胶囊对小鼠免疫调节功能的影响[J].江苏预防医学,2008,19（4）:11-13.[8]孙静平,张国庆.铁皮枫斗颗粒对急性放射损伤小鼠的保护作用[J].苏州大学学报