翻白草Potentillae DiscoloriscumRadice Herba为蔷薇科(Rosaceae)翻白草Potentilla discolorBge. 的干燥全草,仙鹤草Agrimoniae Herba为蔷薇科植物龙芽草Agrimonia pilosaLedeb. 的干燥地上部分,二者均是治疗糖尿病的民间草药,具有确切而显著的降血糖活性,翻白草和仙鹤草在临床上都可作为单味或复方中药应用于糖尿病的治疗,治疗效果已经得到实验和临床上的证实[1,2,3,4,5,6,7]。2种近缘植物在治疗糖尿病的同时还可防治多种并发症,例如在发挥降糖作用的同时还可调血脂[8,9]。化学成分研究表明,2种中药主要的活性成分为黄酮类,如山柰酚、槲皮素、芹菜素及相应的黄酮苷类;三萜类,如熊果酸、坡模酸(pomolic acid)、科罗索酸(corosolic acid)、齐墩果酸等;酚酸类,如阿魏酸、没食子酸等[10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29]。除此之外,二者还富含糖尿病患者所需的多种微量元素,可以更好地调节机体代谢[30]。药用植物亲缘关系的研究对于中药资源的有效利用、探讨中药有效成分的积累和代谢具有重要的意义。基于药用植物亲缘学(pharmaphylogeny)的理论,对2种近缘中药的生物合成途径进行总结,并对它们的化学成分及疗效之间的关系进行比较,对于充分开发利用植物资源具有重要意义。
1 基于特征化学成分的代谢网络比较
黄酮和三萜类化合物是翻白草和仙鹤草主要的活性成分类型,对化学成分进行总结,发现2类成分在2种中药中有一定的分布规律,因此,基于2类成分次生代谢途径的总结,对特征化学成分的代谢网络进行对比研究。
推导翻白草和仙鹤草中的2种特征性成分黄酮及三萜类的分布及代谢途径,拟建立特征性成分的代谢网络,以此可以直观对比2属植物中黄酮及三萜的分布规律。目前,2种中药中共分离得到29个黄酮类成分及21个三萜类成分,对其二次代谢途径进行推测,见图1和2。图1表示黄酮类成分在2种中药中的分布,①表示翻白草植物中特有的黄酮类成分代谢途径,②表示仙鹤草植物中特有的黄酮类成分代谢途径。图2表示三萜类成分在2种中药中的分布,①表示翻白草植物中特有的三萜类成分代谢途径,②表示仙鹤草植物中特有的三萜类成分代谢途径。2种中药中的相同途径占到60%。

图1 翻白草(①)及仙鹤草(②)中黄酮类成分的代谢途径推测Fig. 1 Possible biosynthetic pathway of flavonoids inPotentillae DiscoloriscumRadice Herba(①) andAgrimoniae Herba(②)
图2 翻白草(①)及仙鹤草(②)中三萜类成分的代谢途径推测Fig. 2 Possible biosynthetic pathway of triterpenes inPotentillae DiscoloriscumRadice Herba(①) andAgrimoniae Herba(②)

1.1 从黄酮类成分的角度分析
柚皮素(naringenin)、山柰酚(kaempferol)、槲皮素(quercetin)及香橙素(aromadendrine)在翻白草和仙鹤草中共同存在,也是最普遍的几种黄酮类成分,在这4种结构基础之上,衍生出羟基化及糖苷化的结构。从图1可以看出:(1)二氢黄酮醇类香橙素途径中,目前只在仙鹤草植物中发现了进一步羟基化及糖苷化的成分。(2)槲皮素途径中,只有翻白草植物中发现了槲皮素C-7位苷化的成分。(3)2种中药中都存在刺蒺藜苷(tiliroside),该化合物是在山柰酚途径中,由黄芪苷中葡萄糖的6位羟基与反式香豆酸缩合而成。而异槲皮苷葡萄糖的6位羟基也可以与反式香豆酸缩合生成翻白叶苷A(potengriffioside A),翻白叶苷A目前只在翻白草中发现,仙鹤草中还未见报道。根据文献报道[2,31],刺蒺藜苷、翻白叶苷A都是活性单体成分,证实山柰酚与反式香豆酸缩合后,其降糖活性增强,见表1。

表1 翻白草和仙鹤草中活性单体成分的降血糖活性研究Table 1 Hypoglycemic studies on active single constituents inPotentillae DiscoloriscumRadice HerbaandAgrimoniae Herba

大部分共有的黄酮类成分都具有降血糖活性,如槲皮素,其作用机制可能通过增强胰岛中胰岛素的释放来增强肝葡糖激酶活性[32],也可能通过改变Ca2+浓度对胰岛素分泌产生刺激作用[33];山柰酚衍生物中阿福豆苷(afzelin,山柰酚-3-O-L-鼠李糖苷)、紫云英苷(astragalin,山柰酚-3-O-β-鼠李糖苷)也具有降血糖活性[34,35]。
1.2 从三萜类成分的角度分析
目前翻白草和仙鹤草中发现的三萜结构类型包括α-香树脂型、β-香树脂型及羽扇豆醇型。3种结构类型中以α-香树脂型-乌苏酸途径中的衍生结构变化最为丰富,如科罗索酸(corosolic acid)、委陵菜酸(tormentic acid)、坡模酸(pomolic acid)都是2种中药共有的具有降血糖活性的成分。从图2中也可以发现2种中药中三萜类成分的区别:(1)羽扇豆醇途径,如白桦脂酸(betulinic acid)目前只在翻白草植物中发现。(2)熊果酸(ursolic acid)A环多羟基化途径中,蔷薇酸(euscaphic acid)、积雪草酸(asiatic acid)目前只在翻白草植物中发现,2个单体成分都具有降血糖活性[36,37],见表1。(3)翻白草中多发现的是23位羟基化三萜类成分,而仙鹤草中多发现的是24位羟基化三萜类成分,2种中药中存在不同的羟基化酶——细胞色素P450酶。
三萜类成分通常具有较好的抗氧化活性,可能与其降血糖活性相关,翻白草和仙鹤草的共有成分齐墩果酸可以显著降低四氧嘧啶诱导的糖尿病大鼠血糖[38],熊果酸型三萜成分通常具有较好的降血糖活性[2,36,37,39],如熊果酸[39]、科罗索酸[2]、委陵菜酸[2,40],见表1。
2 基于降血糖作用方式的比较
翻白草和仙鹤草在《中国药典》2005—2010年版中均有收载,翻白草味甘、苦,性平,归肝、胃、大肠经,有清热解毒、凉血消肿之功,治痢疾、疟疾、咳血、吐血、糖尿病等症。仙鹤草味苦、涩,性平,归心、肝经,有收敛止血之功,治各种出血病症和脱力劳伤。这2种近缘药用植物都具有多方面的药理活性,但是从性味、功效等方面还是有区别的,翻白草是清热解毒药,而仙鹤草是收敛止血药,这些差异对2种近缘中药发挥降血糖药效的途径可能会有影响。
2.1 翻白草降血糖的作用方式
清热解毒药在糖尿病治疗中具有重要的作用,热毒是糖尿病发生发展的基本致病因素和重要的病理基础[43]。翻白草是清热解毒类中药,实验证实可以改善糖尿病的多项指标,见表2。如翻白草水提物、总黄酮能通过改善糖脂代谢紊乱、改善胰岛素抵抗、抗氧化作用、调节相关酶活性和基因蛋白表达及细胞免疫等作用机制来发挥降血糖作用,同时对糖尿病并发症如糖尿病肾病有一定治疗作用,对糖尿病小鼠的血管内皮细胞有保护作用。

表2 翻白草提取物对糖尿病的治疗作用Table 2 Effect of extracts fromPotentillae DiscoloriscumRadice Herbaon diabetic

2.2 仙鹤草降血糖的作用方式
仙鹤草在临床上作为止血药、补虚药应用于糖尿病的治疗,具有很好的功效。目前对仙鹤草降血糖作用的研究较少,主要的作用方式包括:1)改善糖脂代谢紊乱,醇提物可以降低四氧嘧啶糖尿病小鼠的血糖[60];仙鹤草高剂量可显著降低2型糖尿病大鼠空腹血糖、空腹血清胰岛素及胰岛素抵抗指数;可降低三酰甘油水平,升高高密度脂蛋白水平;降低血清中炎症细胞因子、肿瘤坏死因子(TNF-α)和C反应蛋白(CRP)的量[61]。2)抗氧化作用,糖尿病大鼠模型中,仙鹤草可通过增加GSH-Px活性和降低MDA量,发挥抗糖尿病作用[62]。3)α-糖苷酶抑制活性,仙鹤草提取物醋酸乙酯萃取部位具有很强的α-糖苷酶抑制活性[63]。4)提高胰岛素敏感性,改善胰岛素抵抗,缓解2型糖尿病胰岛素抵抗,并推测可能与降低血清炎症细胞因子水平有关[61]。
目前对翻白草及仙鹤草的药理学研究尚处于利用单一机制药理模型的研究方法,例如总提取物或黄酮提取物缓解2型糖尿病胰岛素抵抗等,往往难以明确地解释糖尿病防治作用是否由该类成分引起。这就需要借助现代分离分析技术并结合生物信息学、药效学等学科,阐明与活性相关的,符合多成分、多靶点协同作用特点的药效物质基础。
中药治疗糖尿病具有成分多样性,作用方式多靶点性等特征,不仅可以控制血糖,治疗其并发症,还可以对整个机体进行调节。根据文献报道[43],糖尿病发病的早期多以气阴两虚为主,治疗采用补益类中药,而中期以阴虚内热为主,治疗采用清热解毒药,中后期则以活血化瘀药调节气滞血瘀。因此,翻白草、仙鹤草的功效不同,在治疗方式上也有区别。
3 结语与讨论
翻白草和仙鹤草为近缘的2种中药,从形态学角度,两者都隶属于蔷薇科,形态上极为相近,都是多年生草本,奇数羽状复叶等;从化学成分角度,两者都富含黄酮类、三萜类、酚酸类及鞣花酸等成分;同时二者对群落环境和生存资源需求具有相似性,处于相似的生态位,体现了生态位的重叠[64]。
翻白草和仙鹤草中的黄酮类成分包括柚皮素、山柰酚、槲皮素及香橙素,通过羟基化、糖苷化和脱氢化,形成共有成分和差异性成分,其中山柰酚途径下,通过糖苷化形成共有的活性成分阿福豆苷、紫云英苷和刺蒺藜苷,差异性成分由不同糖基苷化形成;香橙素途径下,通过羟基化、糖苷化形成仙鹤草中特有的黄酮苷类成分;槲皮素途径下,不同糖基苷化,形成各自的差异性成分。从代谢途径中可以发现翻白草和仙鹤草植物中存在不同的糖苷化酶,而且苷化的位置也不同,从而形成不同的活性成分。翻白草和仙鹤草中的三萜类成分包括α-香树脂型、β-香树脂型及羽扇豆醇型3类,在熊果酸、齐墩果酸及白桦脂酸结构基础上羟基化形成共有成分及差异性成分,其中白桦脂酸途径目前只在翻白草植物中发现;熊果酸途径中存在活性较好的熊果酸、科罗索酸、委陵菜酸等共有成分,羟基化的差异形成翻白草中特有的蔷薇酸、积雪草酸等活性成分,从代谢途径中可以明显地发现翻白草中的三萜类成分羟基化程度更高。这几类成分对于降血糖活性的贡献还有待进一步的研究。随着化学成分研究的深入,翻白草及仙鹤草次生代谢途径的比较会进一步完善,在此基础上,对其和药理药效作用进行科学评价,将更有利于发现新的活性化合物,为开发降血糖化学资源提供有力的理论基础。
从功效的角度,翻白草属于清热解毒类中药,在临床上缓解糖尿病患者的燥热症状,而仙鹤草为收敛止血药,作为糖尿病治疗前期的补益类中药使用。2种植物功效主治上差别的物质基础与特征性成分有关。因此翻白草及仙鹤草因富含黄酮类及三萜类成分,可能通过相同的途径来降低模型动物血糖,改善并发症。例如,通过抗氧化作用来改善糖尿病;而特征成分及其量的差别,可能引起疗效的不同。目前,尚未同时对这2种中药的降血糖活性及活性成分进行过对比研究。后期可以从二者中化学成分的总量与降血糖活性评价结果进行相关性分析,从而明确二者的主要活性部位。通过现代分析方法对具有相近药理作用的近缘植物的活性部位进行单体成分的定性、定量研究,从而通过差异性的研究方式,明确不同药用植物发挥其药效的物质基础。
翻白草和仙鹤草均为多年生草本,资源丰富,遍及全国各地,生于丘陵坡地、山野草丛中;用药方便、价格便宜,且都是药食兼备的野生蔬菜,既可开发为保健食品,也可作为防治糖尿病和增强机体免疫功能等方面的药用资源来开发,具有很好的研究前景。
基于近缘药用植物亲缘关系的总结,翻白草和仙鹤草可以通过对比研究来评价其在降血糖方面的关联性,运用现代科学的方法,结合中医治疗糖尿病的特点,平行考察2种近缘中药相似的活性部位、相同成分及差异性成分引起的作用方式的区别。开发这样一类廉价、高疗效的中药,在糖尿病的治疗方面具有独特的优势,同时为开发同属或近缘植物的降血糖药物提供多层次、多角度的理论依据。
参考文献

[1]