药用植物资源红豆杉的介绍

药用植物资源红豆杉的介绍摘要：红豆杉作为古老物种，所含了众多的生物碱，其中所含紫杉醇因对癌症具有显著的疗效而被广泛研究。本文通过查阅近些年的有关文献对红豆杉属植物的药用历史、植物形态、地理分布、化学成分、资源评价、开发利用和资源保护等七个方面进行了综述。指出了现有红豆杉发展所需解决的问题，对未来规模化发展红豆杉提供理论依据。关键词：红豆杉紫杉醇资源评价Abstract：Asanancientspecies,yewincludingmanyalkaloids,whichcontainedpaclitaxelhasasignificanteffectoncancerhavebeenstudiedextensively.Inthispaper,byreferringtotherecentrelevantliteratureonTaxusmedicinalhistory,plantmorphology,geographicaldistribution,chemicalcomposition,resourceevaluation,exploitationandprotectionofresourcesofsevenaspectsarereviewed.ThepaperpointsoutthedevelopmentofTaxusplantsneededtosolvetheproblem,forfuturelarge-scaledevelopmentofTaxusspeciesandprovideatheoreticalbasis.Keywords：yewpaclitaxelresourceevaluation红豆杉，属红豆杉科、红豆杉属，长绿针叶乔木，是第四世纪冰川遗留下来的古老树种，在地球上已有250万年的历史，被称为活化石。红豆杉药用价值巨大，其中所含的紫杉醇是当今世界公认的广谱、强活性的抗癌药物，有着特殊的抗癌机理，世界各国都把它列为“国宝”．素有“植物黄金”之称［1。］一、药用历史红豆杉药用功能最早记载于《本草纲目》，有治疗霍乱、伤寒、排毒等疗效。在现代《中药大辞典》、《东北药植志》、《吉林中草药》、《本草推陈》等医药书中还有进一步的记载。如《本草推陈》中对药用功能有过相关记载“紫杉可人药，利尿、通经、治肾病，用皮易呕吐，木部及叶不吐”［2］。民间和传统中医药对红豆杉的利用也有着悠久历史和记载，用以消积、润燥、利尿、通经、消炎并可治疗多种肠道寄生虫病。最新药理学研究［3］还发现红豆杉具有抑菌敛毒、消炎排毒作用，对上呼吸道炎症具有治疗作用，对糖尿病、肾脏病、高血压和高血脂症等具有显著疗效。在1856年Lucas就从红豆杉的叶中提取出粉末碱性部分tanine。但直到20世纪60年代光谱技术有了飞速发展才有比较深入的研究，此间，日本和美国分别从东北红豆杉和浆果红豆杉中分得20多个新的紫杉烷二萜化合物。1971年美国化学家Wani等⑷从产于北美的短叶红豆杉树皮中分离出高抗癌活性紫杉烷二萜化合物紫杉醇，发现紫杉醇具有独特的抗肿瘤作用，它能与微管蛋白质结合，形成稳定的稳管束，并使被解聚，将癌细胞停止在G2晚期或M期，抑制细胞复制，阻止癌细胞增殖。这一奇特的功效引起了NCI的高度重视，促进了临床试验研究。紫杉醇临床研究始于1982年,到1989年完成了I、II期的临床试验,1990年进行III期临床试验。1992年12月29日美国国家食品与药物管理局(FDA)正式批准其作为晚期卵巢癌、肺癌、子宫癌等抗癌药物上市。该药从申报到批准只用了5个月时间，创造了美国新药审批时间最短记录。紫杉醇的上市立即使其成为全球性最热点的抗癌新药，到目前为止全世界已有40多个国家应用紫杉醇。二、植物形态红豆杉为常绿乔木或灌木，高可达30米，胸径60-100厘米，树冠为倒卵形［3］，但成树一般要生长100-250年。其主根不明显，侧根发达，枝叶茂盛，萌发力强，喜凉湿气侯，耐阴，抗寒力，能耐-25°C的低温。皮红褐色或灰红色，薄质，片状剥裂；小技互生，叶螺旋状互生，基部扭转，条形略弯曲，长1-4米、宽2-5米；小枝不规则互生。叶条形，螺旋状着生，略弯，近镰刀形，边缘通常不反卷，正面中脉隆起，背面有两条淡黄色或淡灰绿色气孔带，叶内无树脂道。雌雄异株，雄球花单生于叶腋，雌球花的胚珠单生于花轴上部侧生短轴的顶端，基部有圆盘状假种皮，雄球花具9-14雄蕊，雌球花具一胚珠卵形、淡红色，直生［5］。雌雄球花均单生于叶腋。3-6月开花，9-11月种子成熟。种子坚果状，生于杯状肉质的假种皮中，上部露出，成熟时肉质假种皮红色。红豆杉的天然繁殖方式有两种：无性系萌芽繁殖和种子繁殖。无性系萌芽繁殖指红豆杉基部能萌蘖形成新的个体。红豆杉由于物种间隔离（散生于林中），或花期不遇（雌雄异株、异花受粉），使传粉受精受阻，种子产生量少。种子假种皮味甜，鸟类喜取食［6］，故种子残存数量少。另一方面，红豆杉种子种皮厚，处于休眠状态，经两冬一夏才能萌发，即使能正常萌发，形成的幼苗因抗逆性差而成活率很低。因此，红豆杉自然繁殖能力弱，这也是其珍稀濒危的客观原因，故应人工繁殖红豆杉。三、地理分布红豆杉为阴生植物，散生于海拔500-3500米的山林中。在气候较温暖、雨量充沛、湿度较高的地域的酸性灰棕壤、黄壤及黄棕壤上生长良好。苗喜荫，忌晒，过湿易染立枯病。幼树和成树在冠层郁闭度0.5-0.6条件下长势良好。亿万年来，地质构造的运动和地势地形的变化，使一部分红豆杉在特殊的环境中得以保留下来，形成了明显的地理种群隔离。由于红豆杉种群竞争力弱、天然更新缓慢和地理分布局限等客观因素，导致红豆杉属植物日益减少。红豆杉属植物全球共有11种［7］，分布于北半球的温带至热带地区：欧洲红豆杉、短叶红豆杉、加拿大红豆杉、佛罗里达红豆杉、杂种紫杉、球果红豆杉，西藏红豆杉、东北红豆杉、云南红豆杉、红豆杉和其变种南方红豆杉。在我国有4种及1变种：东北红豆杉、云南红豆杉、西藏红豆杉、中国红豆杉、南方红豆杉。其中南方红豆杉和中国红豆杉为我国所特有。从全球范围看，欧洲红豆杉［8］，主要分布于欧洲，北起挪威、瑞典，南到葡萄牙、西班牙、希腊、克里米亚半岛至高加索地区的山脉以及北非的阿尔及利亚，东至波罗的海、喀尔巴阡山脉，西到英格兰、爱尔兰均有分布；短叶红豆杉［9］，又称太平洋红豆杉，从美国阿拉斯加东南部，向南沿加拿大海岸穿过温哥华、夏洛特皇后群岛、奥林匹亚半岛，向南延伸至克拉马斯山脉，向东南至内达华山脉，最南可至卡拉维拉县，内陆分布最西至落基山脉西部；加拿大红豆杉，主要分布于北美地区，东起加拿大纽芬兰岛及美国弗吉尼亚州，西到加拿大马尼托巴省及美国爱荷华州；佛罗里达红豆杉，主要分布于佛罗里达西部、阿巴托契科拉河东岸岸边及溪谷间；球果红豆杉，主要分布于墨西哥瓦哈卡省、新莱昂州和塔毛利巴斯州；曼地亚红豆杉，是天然杂交品种，父本为欧洲红豆杉，母本为东北红豆杉，原产于美国和加拿大，20世纪末引入我国，在世界范围内均有广泛分布,具有多个品种［10］。虽然红豆杉在美国、加拿大、法国、印度、缅甸、尼泊尔王国及中国都有分布，但亚洲的红豆杉储量最多。其中中国的红豆杉储量占全球储量的一半以上，目前中国主要有以下品种：①云南红豆杉主要分布在滇西与其它16个洲县，总面积约九万平方公里。其特点是分布广，生长分散，无纯木林，多为林中散生木。东北红豆杉主要分布在吉林长白山和黑龙江一带，辽宁东部山区也有少量分布。西藏红豆杉主要分布在云南西北部、西藏南部和西南部。该品种数量最少，但保护最好的红豆杉植物［in。④中国红豆杉主要分布在江苏、浙江等地。⑤南方红豆杉主要分布在滇东、滇西南、滇东等。四、化学成分红豆杉属植物含有的化学成分类型多样，主要包括紫杉烷类、黄酮类、木质素类、甾体类、酚酸类、倍半萜及糖苷类化合物等，此外，红豆杉属植物中还富含K、Ca、Mg、Cu、Zn、Mn、Fe、Na、Cr等无机元素。著名的抗肿瘤药物紫杉醇就是紫杉烷类化合物［12］。目前已经从红豆杉属植物中分离鉴定了约550种紫杉烷类化合物。紫杉烷类二萜化合物［13］按其基本骨架可分为6/8/6(1)、6/5/5/6(11)、6/10/6(111)、5/7/6(W)、5/6/6(V)、6/12(VI)、6/8/6/6(切)、6/5/5/5/6(训I)和21C-6/8/9(IX)等9种不同的稠和方式，包括五元环、六元环、七元环、八元环、十元环和十二元环等。9种基本骨架按其被发现的时间顺序排列如下(图1),即I型C4-C20位有环外双键的紫杉烷；II型C-3,11环化的紫杉烷;III型2(3-20)重排的紫杉烷；W型11(15-1)重排的紫杉烷；V型11(15-1),9(10-11)双重排的紫杉烷；切型C-3,8开环的二环紫杉烷;VD型CT4,20环化的四环紫杉烷;I型C-3,11-C-20,12双环化的五环紫杉烷；X型C4-C20位有环外双键的C-21紫杉烷，其中最后3种骨架是近年才从自然界中被发现，它们都是由骨架I和骨架II衍生而来，目前发现骨架⑷和W各仅一个化合物。而红豆杉属植物中其它类型的化合物主要包括非紫杉烷二萜类化合物、木脂素类、黄酮类、倍半萜类类、多糖、甾体类、酚类和有机酸类等。iWi蟹林拄養二詰址音物的基本骨奧tie-1Basitskclttons械luaucdjkrpenoids五、资源评价红豆杉起源于古老的第三纪，曾广泛分布于北半球，第四纪冰川时期其分布范围大大缩小。亿万年来，地质构造的运动和地势地形的变化，使一部分红豆杉在特殊的环境中得以保留下来，形成了明显的地理种群隔离。作为第三世纪孑遗植物，因其资源稀少，被列为世界珍稀树种加以保护，在我国为珍稀濒危物种。红豆杉是历经强度阳光、低薄空气、高温干旱、严寒冰川等地球气候巨变的考验，演化遗留下来的物种。其树体极大的适应存活能力所具有的各种生物石碱、化合物，既是本身生存的需要，也是现在被人类认识和开发的珍稀贵重药物。90年代以来，随着抗癌新药紫杉醇的开发利用，红豆杉原料供需矛盾突出，人类掠夺式的生产经营活动，加剧了其濒危程度，1999年我国将红豆杉属物种列入一级保护植物。据报道全球目前仅存野生红豆杉2500万株左右［5。］由于红豆杉中紫杉醇含量非常低，加之红豆杉资源匮乏，所以紫杉醇的价格昂贵，是黄金价格的600多倍，故又称红豆杉为黄金植物。据美国国家肿瘤所和法国科学家研究证实，红豆杉中含有100多种紫杉烷类二萜化合物，其中紫杉醇具有独特的抗癌机理和令人鼓舞的抗癌治疗效果。药理实验证明：紫杉醇的抗癌活性表现在两个方面，一是抑制肿瘤细胞的分裂。紫杉醇可使细胞有丝分裂停留在G期和M期，阻止癌细胞的快速繁殖直至死亡；二是抑制肿瘤细胞的迁移。临床研究表明：紫杉醇对白血病、乳腺癌、卵巢癌、头颈部癌、软组织癌、肺癌、食道癌和结肠癌等多种癌症有明显的疗效，尤其是对一些用其他抗癌药治疗无效的病人具有良好疗效。有的癌症，如乳腺癌、卵巢癌、肺癌、食道癌和结肠癌的疗效可达30％-60％，好于现有多数抗癌药，因此专家将紫杉醇称为21世纪最有开发价值的植物来源的抗癌药，是继阿霉素、顺铂之后疗效最好、副作用最小的药物。科学家发现红豆杉还能提高人体免疫力，使人体的自然功能恢复。它不但对高血压、高血糖、高血脂、肾脏病和经痛等有显著效果，还能减少尿蛋白流失。同时，红豆杉中含有大量的鞣质，这些物质具有抑菌、消炎作用，不但对上呼吸道炎症具有治疗作用，还对肾炎、胃炎、肠炎、类风湿等有显著疗效。六、开发利用加强对红豆杉现有天然资源的保护。重点研究红豆杉种群动态、适宜生境条件、繁殖适应力和与其它生物群落间的关系，为积极保护和促进红豆杉野生资源的增长，进行异地引种栽培和人工造林，定向培育扩大可利用资源提供理论依据。进行红豆杉快繁技术和药用林定向培育技术攻关，加快红豆杉人工资源的培育。今后应加快红豆杉快繁技术和红豆杉药用林定向培育技术攻关，重点对诱导生根机理和诱导生根技术研究。在药用林定向培育技术方向，应研究紫杉醇含量［14］与红豆杉各器官及年龄的关系，以确定定向培育期；还应在药用原料林土壤耕作及栽培配套技术、紫杉醇最高经济转化期和获得最大生物量的栽培模式等方面进行研究。进行紫杉醇分离提纯技术攻关，提高资源利用率。建议有关部门组织科研、教学单位与生产厂家进行联合攻关，进行红豆杉C02超临界提取［15］研究，尽快提高我国红豆杉提取物—紫杉醇生产水平，降低生产成本，稳定生产工艺和产品质量。重点开发红豆杉系列保健品和药品，提高资源附加值。红豆杉含有头号抗癌药物“紫杉醇”，其作用机理是能控制癌细胞的增长与繁殖。红豆杉水浸出物，经中国医药管理局天津药物研究院进行的成份分析证明：在红豆杉水浸出物含有大量的生物碱［16］，鞣质及高抗癌活性紫杉醇，从而为红豆杉的保健功效和开发红豆杉保健品提供了科学依据。七、资源保护由于野生红豆杉紫杉醇含量极低，限制了紫杉醇制药业的发展，因此打破紫杉醇含量局限的研究成为研究重点。为解决紫杉醇药源问题，人们开始了以下几个方面的研究：化学合成途径：据报道，从红豆杉针叶中提取10-去乙酰浆果赤霉素III,经四步反应合成紫杉醇的研究已取得重大进展，但目前仍不具备应用价值。微生物生产：Stierle等从短叶红豆杉韧皮部分离到一种寄生真菌(Taxomyeesandreanae)，可以在特定的培养基中产生紫杉醇，但由于产量极低(24〜50ng・L-1),通过改变培养条件和应用重组DNA技术，可望提高紫杉醇的产量。生物技术途径：红豆杉离体培养研究始于20世纪50年代初。1991年由美国的PhytonCatalytic公司申请并被批准第一个有关组织培养生产紫杉醇的专利。到目前为止，申请并被批准的专利超过20个，其保护的范围包括红豆杉组织［17］及细胞培养生物工程研究的几乎所有内容。通过加入前体和诱导因子，改善培养基成分和培养方式等，不同程度提高了细胞中紫杉醇的含量，有的还进行了大规模的培养试验。由康奈尔大学筛选的细胞可以产生l-20mg・L-1紫杉醇［⑻。但目前还没有商业化生产的报道。为了解决原材料来源匮乏这一日益尖锐的问题，虽然国内外通过化学合成、基因工程、真菌发酵及细胞培养等方法使这一问题得到某些缓解，但是，保护现有资源，进行育苗和栽培技术研究，选育优良无性系［19］，进行红豆杉组织培养研究，才是目前从根本上解决紫杉醇原料来源紧缺的唯一途径。人们通过植物组织培养方法快速繁殖红豆杉属植物的研究迄今已有30多年的历史。培养方法主要分类为：离体胚培养法、嫩芽增殖法、愈伤组织再生植株法以及体细胞胚发生法［20］。综上所述，社会的需求热潮，使红豆杉作为药源有广泛的市场前景，而在资源研究的基础上研究、发展红豆杉的人工种植，才能够在发展特色经济的同时使国家红豆杉天然资源得到进一步保护，才能使红豆杉药源生产得以可持续发展，产生良好的经济、生态和社会效益［21］。参考文献[1]刘颖,肖艳.红豆杉及其紫杉醇研究开发进展[J].中医药信息,2005,22(4):34-35.[2]李延红.红豆杉开发利用的现状研究[J].中国高新技术企业,2007,(4):108,110.叶水英.红豆杉的生物学特性及开发利用[J].生物学教学,2006,31(4):3-5吉前华.红豆杉的研究与开发[J].热带农业科技,2004,272):29-31,35.金点仙,郭玉文,王松志.红豆杉的生物学特性及栽培[J].养殖技术顾问,2012,(2):257-257.邓青珊,朱琼琼,长虎.红豆杉的天然更新格局及食果鸟类对其种子的传播[J]•生态学杂志,213138,27(5)：712-717.杨玉林,宋学东,董京祥等.红豆杉属植物资源及其世界分布概况[J].森林工程,2009,25(3):5-10.MolyneuxRJ,LeeST,GardnerDR,atal.Phyloehemieals：thegood,thebadandtheugly[J]•Phytochemicals,,2007,68(22一24)：2973-2985.KrussmannG,