杜仲次生代谢产物及其生物合成途径

杜仲中的次生代谢物及其生物合成途径摘要：本文介绍了杜仲的生物学特征及产地，对杜仲中所含的次生代谢产物及其生物合成途径进行了综述。关键词：杜仲；次生代谢产物；生物合成途径1杜仲概述杜仲（EucommiaulmoidesOliver）为杜仲科杜仲属植物，是我国特有名贵药用树种[1]，落叶乔木，其高达20m、树皮灰褐色，粗糙，连同枝、叶、根均含胶，折断有银白色细丝。叶椭圆或椭圆伏卵型，长6～18cm，边缘有锯齿，下边脉上有毛，叶柄长1～2cm，果为翅果扁平而薄，内含一种子［2－3］。杜仲为地质史上第三纪冰川运动残留下来的古生物树种，为国家二级保护植物［4］，原产于我国西南诸省山区，喜温暖而凉爽的气候，属喜光树种，在强光、全光条件下才能良好生长。杜仲适生范围较广，我国有丰富的资源，主要分布于甘、陕、晋、豫、湘、鄂、川、滇、黔、桂、苏、皖、浙、赣等省、自治区，垂直分布一般在200～1500m之间，个别地区海拔高度可达2500m，其野生的分布中心是在中国中部地区［5］。在日本、俄罗斯、朝鲜、北欧、北美等国家和地区也有引种［6］。其皮和叶是我国传统的中药材，具有补肝肾、强筋骨和安胎的作用，用于治疗肾虚腰痛、筋骨无力、胎动不安、高血压、头晕目眩等症。杜仲皮中主要药用成分为松脂醇二葡萄糖苷，杜仲叶中主要药用成分为绿原酸[7]。2杜仲的化学成分近年来，各国学者对杜仲的化学成分进行了大量研究，目前经过分离和鉴定的有机化合物约有70种以上，无机矿物元素不少于15种。研究还发现，杜仲皮、花、叶和枝条等各部分中含有相似的化学成分，主要包括:苯丙素类、木脂素类、环烯醚萜类、黄酮类、多糖、氨基酸和杜仲胶等有机化合物，及钙、铁等无机元素。2.1苯丙素类苯丙素是一类含有一个或几个C6–C3单位的化合物，在苯环上有酚羟基或烷氧基取代，是形成木脂素的前体，在杜仲中广泛存在。目前已从杜仲中发现10多种苯丙素类化合物[8-13]见表1。表1杜仲中的苯丙素类化合物序号No.化合物名称Name1绿原酸chlorogenicacid2绿原酸甲酯methylchlorogenate3咖啡酸caffeicacid4二氢咖啡酸dihydrocaffeicacid5愈创木丙三醇guaiacyl-glycerol6松柏苷Coniferin7间羟基苯丙酸3-(3-hydroxyphenyl)propionicacid8丁香苷Syringin9寇布拉苷kaobraside10松柏醇Coniferol11香草酸vanillicacid2.2木质素类木脂素是由苯丙素双分子聚合而成的天然产物，具有抗肿瘤、抗病毒等生理活性。迄今为止，从杜仲中共分离鉴定出20多种木脂素及其苷类[14-16]。按其结构特点可分为单环氧木脂素、双环氧木脂素、环木脂素、倍半木脂素和新木脂素等类型，见表2。表2杜仲中的部分木脂素类化合物序号No.化合物名称Name1松脂素(+)-pinoresinol2表松脂素(+)-epi-pinoresinol31-羟基松脂素(+)1-hydroxypinoresinol4松脂素单糖苷(+)-pinoresinolO-β-D-glucopyranoside其硫化制品质量比天然橡胶品质优良，是现代工业开发高性能绿色橡胶的极好材料［24］。杜仲中除上述成分外，还包含酚、醇类化合物、抗真菌蛋白［25］、生物碱及挥发油［26］等。另外杜仲营养成分含量丰富，含有丝氨酸、谷氨酸、甘氨酸、精氨酸等17种游离氨基酸，其中必需氨基酸齐全；还有Zn、Cu、Fe、Mn、Ge、Xe等15种微量元素［27］。3主要次生代谢物的生物合成途径3.1苯丙素类的生物合成途径杜仲叶片中的主要苯丙素类物质是绿原酸（Chlorogenicacid）[28、29]。植物中绿原酸的生物合成包括了一系列的酶促反应。在酶的催化下,葡萄糖转化成莽草酸(shikimicacid)，后者再转化成丙氨酸，最后经过合成酶作用得到绿原酸[30]。见图1。图1绿原酸生物合成途径2.2木质素类化合物的生物合成途径木脂素是由苯丙素双分子聚合而成的天然产物，合成途径如图2图2木质素类化合物合成途径2.3环烯醚萜类化合物生物合成途径杜仲中的环烯醚萜苷类化合物主要包括桃叶珊瑚苷（aucubin）和京尼平苷酸（geniposidicacid）。桃叶珊瑚苷和京尼平苷酸均易溶于水、甲醇，溶于乙醇，不溶于乙醚、氯仿、苯及石油醚。分子结构中存在半缩醛结构，极不稳定。桃叶珊瑚苷和京尼平苷酸的生物合成途径中的酶和基因目前还没有完全研究清楚。这两种物质属于环戊烯型的环烯醚萜苷类，环烯醚萜类化合物在植物体中生物合成途径起源于类异戊二烯途径产生的焦磷酸牻牛儿酯（IPP），其化合物基本结构骨架的合成途径如图3。图3环烯醚萜类化合物合成途径2.4黄酮类化合物生物合成途径黄酮类化合物是一类含有C6-C3-C6基本结构骨架的化合物，根据碳链的氧化程度、B环连接的位置以及三碳链是否与B环构成环状等特点，可将黄酮类化合物分为黄酮（flavones）、二氢黄酮（flavonone）、异黄酮（isoflavones）、黄酮醇（flavonol）、黄烷醇（flavanol）、橙酮（aurone）、查耳酮（chalcone）及花青素（anthocyanin）等几大类[31]。杜仲中的黄酮类化合物主要有槲皮素和山奈酚，其生物合成途径如图4。图4槲皮素和山奈酚的生物合成途径CHS：查耳酮合成酶chalconesynthase；CHR：查耳酮还原酶chalconereductase；STS：芪合成酶stilbenesynthase；AS：金鱼草素合成酶aureusidinsynthase；CHI；查耳酮异构酶chalconeisomerase；F3H：黄烷酮羟化酶flavanonehydroxylase；FNS：黄酮合成酶flavonesynthase；IFS：异黄酮合成酶isoflavonesynthase；FLS：黄酮醇合成酶flavonolsynthase，F3'H；黄酮-3'-羟化酶flavonoid-3'-hydroxylase参考文献李时珍.本草纲目[M].北京:北京出版社,1995:1590－1596.王俊丽.杜仲研究［M］.河北:河北大学出版社，2001.周正贤.中国杜仲［M］.贵阳:贵州科技出版社，1992.郭双举.杜仲科的演化史［M］.西安:陕西科学技术出版社，1992.张康健.中国杜仲研究［M］.第一版.西安:陕西科学技术出版社，1992:19－23.杜红岩,赵戈,卢绪奎.论我国杜仲产业化与培育技术的发展［J］.林业科学研究，2000，13(5):554－561中华人民共和国药典编辑委员会,中华人民共和国药典.北京:化学工业出版社,2005.李家实,阎玉凝.杜仲皮与杜仲叶化学成分初步研究.中药通报,1986,11(8):41.DeyamaT.TheconstituentsofEucommiaecortex.ProceedingsofthefirstInternationalSymposiumonEucommiaulmoides.1997,Xi’an,China,pp.30–39.HattoriM,CheQM,GewaliMB.ConstituentsoftheleavesofEucommiaulmoides.ShoyakugakuZasshi,1988,42:76–80.GewaliMB,HattoriM,NambaT.ConstituentsofthestemsofEucommiaulmoides.ShoyakugakuZasshi,1988,42:247–248.DeyamaT,IkawaT.KitagawaS.PartⅥ.Isolationofanewsesquilignanandneolignanglucoside.ChemParmBull,1987,35(5):1803–1807b.李东,王翰龙,陈家明,等.杜仲的化学成分.植物学报,1986,28(5):528–532.尉芹，马希汉，张康健.杜仲化学成分研究［J］.西北林学院学报，1995，10(4):88－93.DeyamaT，kawaT，NishibeS.TheconstituentaofEucommiaulmoidesOliv.II－isolationandstructureofthreenewlignanglycosides［J］.ChemPharmBull，1985，33(9):3651－3657.DeyamaT，kawaT，tagawaS，etal.TheconstituentsofEucommiaulmoidesOlive.III－isolationandstructureofanewlignanglycoside［J］.ChemPharmBull，1986，4(2):523－527.胡佳玲.杜仲研究进展［J］.中草药，1999，30(5):394－396.孙兰萍，马龙，张斌，等.杜仲黄酮类化合物的研究进展［J］.食品工业科技，2009，30(3):359－363.成军,赵玉英,崔育新,等．杜仲叶黄酮类化合物的研究．中国中药杂志,2000,25(5):284–285.KimHY,MoonbBH,LeeHJ,ChoiDH.FlavonolglycosidesfromtheleavesofEucommiaulmoidesOliv.Withglycationinhibitoryactivity.JEthnopharmacology,2004,93:227–230.TakamuraC,HirataT,YamaguchiY,OnoM,MiyashitaH,IkedaT,NoharaT.StudiesonthechemicalconstituentsofgreenleavesofEucommiaulmoidesOliv.JNatMed,2007,61:220–221.GondaR，TomodaM，ShimizuN，eta1.AnacidicpolysaccharidehavingactivityonthereticufoendothelialsystemfromthebarkofEucommiaulmoides［J］.ChemPharmBull，1990，38(7):1966－1969.TomodoM，GondaR，ShimizuN，etal.Areticuloen－dothelialsystem—activatingglycanfromthebarksofEucommiaulmoides［J］.Phytochemistry，1990，29(10):3091－3093.陈士朝.杜仲橡胶的开发和应用［J］.橡胶工业，1993，40(11):690－692.刘小烛，胡忠，李英，等.杜仲皮中抗真菌蛋白的分离和特性研究［J］.云南植物研究，1994，16(4):385－391.郭志峰，刘鹏岩，安秋荣，等.杜仲叶挥发油的GC－MS分析［J］.河北大学学报:自然科学版，1995，15(3):35－39.张军民，高振川，张琪，等.杜仲叶及提取物营养价值和药用成分研究［J］.氨基酸和生物资源，2002，24(1):1－2.吴龙奇,朱文学,张玉先,等.杜仲中绿原酸含量及提取检测方法的分析[J].食品科学,2005,(S1):187－192.陈乃炽,汪洪武,刘艳清,等.杜仲叶