

Citation: Xu Yuanyuan, Jia Liming, Chen Zhong, Gao Yuan. Advances on Triterpenoid Saponin of Sapindus mukorossi[J]. Chemistry, 2018, 81(12): 1078-1088.

无患子三萜皂苷研究进展
English
Advances on Triterpenoid Saponin of Sapindus mukorossi
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Key words:
- apindus mukorossi
- / Triterpenoids saponins
- / Biological activity
- / Application
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无患子(Sapindus mukorossi Gaertn.(无患子科Sapindaceae,无患子属Sapindus Linn.)),古称“桓”,又名木患子、肥皂果等,主要分布于我国长江流域以南以及中南半岛、印度和日本等地[1, 2]。无患子是一种综合利用价值较高的经济树种,其种仁中含有丰富的脂肪酸(约40%),可用于制备生物柴油和高档润滑油;果皮富含皂苷(10%~20%),具有良好的非离子表面活性和多种生物活性,可应用于日化、医药及食品保健等领域;且其木材优良、树型美观、根系发达,在绿化、水土保持及木材应用等方面也有着十分重要的价值[3~6]。三萜皂苷类化合物是无患子中主要的活性物质,早在20世纪70年代初,国内外学者便开始了无患子皂苷方面的研究,主要集中在提取、分离与应用等方面,并且取得众多成果,但关于无患子皂苷方面的研究综述仍很少见。为此,本文对其皂苷的种类、提取、分离及其应用进行总结,以期为无患子的进一步研究、开发与利用提供参考。
1. 无患子皂苷
近40年的文献中,从无患子果皮、根及叶等器官中分离鉴定的皂苷皆为三萜类化合物。无患子三萜皂苷的结构母核主要有齐墩果烷型、甘遂烷型和达玛烷型三大类,此外还有羽扇豆烷型,其主要差别在糖的种类、连接位置和顺序上,侧链主要由糖基、酰基、羰基、羟基等组成,常见的糖类有葡萄糖、阿拉伯糖、鼠李糖、木糖等,其中糖基和酰基主要连接在C-2, 3, 28位置上,羧基主要连接在C-17, 28位置上,羟基主要连接在C-20、22、23位置上[7]。文献中已有报道的齐墩果烷型三萜类衍生物有40种(1~40),其名称及化学结构式分别见表 1和图式 1,主要从无患子果实和虫瘿中分离得到;此外,Hu等[8]还从无患子果皮中分离出1种羽扇豆烷型三萜皂苷Betulinic acid 3-O-β-D-xylopyranosyl-(1→3)-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-α-L-arabinopyranoside(41)(其结构见图式 2)。迄今从无患子根和虫瘿中共分离出17种甘遂烷型三萜类化合物(42~58),其具体名称及结构式见表 2和图式 3。如表 3和图式 4所示,无患子中的达玛烷型三萜类化合物有7种,分别为Sapinmusaponin A~E, O,P(59~65),主要从无患子果实和虫瘿中分离得到。此外,Azhar等[9]还从无患子果实中分离出了6种脂肪酸酯型四环三萜,分别为Eupha 7, 24-dien-3-tetradecanoate、Eupha 7, 24-dien-3- pentadecanoate、Eupha 7, 24-dien-3-hexadecanoate、Eupha 7, 24-dien-3-heptadecanoate、Eupha 7, 24-dien- 3-nonadecanoate、Eupha 7, 24-dien-3-heneicosanoate(66~71),其结构见图式 5。
表 1
化合物 名称 化学名称 存在部位 文献 1 Hederagenin P [10] 2 Oleanolic acid P [11] 3 Sapindoside A Hederagenin-3-O-α-L-arabinopyranosyl-(1→3)-α-L-rhamnopyranoside F [12] 4 Sapindoside B Hederagenin-3-O-β-D-xylopyranosyl-(1→3)-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-α-L-arabnopyranosyl F [12] 5 Sapindoside C Hederagenin-3-O-α-L-arabinopyranosyl-(2→1)-α-L-rhamnopyranosyl-(3→1)-β-D-xylopyranosyl-(4→1)-glucopyranoside F [13] 6 Sapindoside D Hederagenin-3-O-α-L-arabinopyranosyl-(2→1)-α-L-rhamnopyranosyl-(3→1)-β-D-xylopyranosyl-(4→1)-glucopyranosyl-[(2→1)-glucopyranoside]-(6→1)-rhamnopyranoside F [13] 7 Sapindoside E Hederagenin-3-O-α-L-arabinopyranosyl-(2→1)-α-L-rhamnopyranosyl-(3→1)-β-D-xylopyranosyl, 28-arabinopyranosyl-(2→1)-α-L-rhamnopyranosyl-(3→1)-xylopyranosyl-(4→1)-glucopyranosyl-[(6→1)-rhamnopyranosyl]-(2→1)-glucopyranoside F [14] 8 Hederagenin 28-di-O-glycosides P [15] 9 Saponin A Hederagenin-3-O-α-L-arabinopyranosyl-(1→3)-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-α-L-arabinopyranoside P [15] 10 Saponin C Hederagenin-3-O-α-L-arabinopyranosyl-(1→3)-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-α-L-arabinofuranosyl P [15] 11 Mukurozi-saponin E1 Hederagenin-3-O-(4-O-acetyl-β-D-xylopyranosyl)-(1→3)-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-α-L-arabnopyranooside P [15] 12 Mukurozi-saponin G Hederagenin-3-O-(3, 4-O-diacetyl-a-L-arabinopyranosyl)-(1→3)-a-L-rhamnopyranosyl-(1→2)- α-L-arabinopyranoside P [15] 13 Mukurozi-saponin X Hederagenin-3-O-α-L-arabinopyranosyl-(1→3)-α-L-rhamnopyranosyl, 28-di-O-glycoside P [15] 14 Mukurozi-saponin Y1 Hederagenin-3-O-α-L-arabinopyranosyl-(1→3)-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-β-D-xylopyranosyl, 28-di-O-glycoside P [15] 15 Mukurozi-saponin Y2 Hederagenin-3-O-α-L-arabinopyranosyl-(1→3)-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-α-L-arabinopyranoside, 28-di-O-glycoside P [15] 16 Hederagenin-3-O-(3, 4-di-O-acetyl-β-D-xylopyranosyl)-(1→3)-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-α-L-arabinopyranoside P [15] 17 Hederagenin-3-O-α-L-arabinopyranosyl-(1→2)-α-L-arabinopyranosyl-(3→1)-α-L-rhamnopyranoside F [16] 18 Hederagenin-3-O-β-D-xylopyranosyl-(1→2)-α-L-arabinopyranosyl-(3→1)-α-Lrhamnopyranoside F [16] 19 Hederagenin-3-O-α-L-arabinopyranoside P [17] 20 Hederagenin-3-O-(2, 4-O-Di-acetyl-α-L-arabinopyranoside)-(1→3)-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-α-L-arabinopyranoside P [17] 21 Hederagenin-3-O-(3-O-acetyl-β-D-xylopyranosyl-(1→3)-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-α-L-arabinopyranoside P [17] 22 Sapinmusaponin K Hederagenin-3-O-(3-O-acetyl-α-L-arabinopyranosyl)-(1→3)-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-α- L-arabinopyranoside F,G [18] 23 Sapinmusaponin L Hederagenin-3-O-(4-O-acetyl-α-L-arabinopyranosyl)-(1→3)-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-α-L-arabinopyranoside F,G [18] 24 Sapinmusaponin M Hederagenin-3-O-(2, 3-O-diacetyl-β-D-xylopyranosyl)-(1→3)-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-α-L-arabinopyranoside F,G [18] 25 Sapinmusaponin N Hederagenin-3-O-(2, 4-O-diacetyl-β-D-xylopyranosyl)-(1→3)-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-α-L-arabinopyranoside F,G [18] 26 Hederagenin-3-O-(2-O-acetyl-β-D-xylopyranosyl)-(1→3)-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-α-L-arabinopyranoside F,G [18] 27 Hederagenin-3-O-β-D-xylopyranosyl-(2→1)-3-O-acetyl-α-L-arabinopyranosyl-28-O-α-L-rhamnopyranosyl ester P [19] 28 Hederagenin-3-O-β-D-glucopyranosyl-(1→3)-β-D-xylopyranosyl-(1→3)-β-D-xylopyra-nosyl-(1→3)- α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)- α-L-arabinopyranoside F [20] 29 Sapindoside G Hederagenin 28-di-O-glycosides 23-O-a-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-β-D-xylopyranosyl-(1→6)-β-D- glucopyranosyl-(1→3)-β-D-xylopyranosyl-(1→3)-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-α-L-arabinopyranoside F [21] 30 Hederagenin-3-O-(3-O-acetyl-a-L-arabinofuranosyl)-(1→3)-a-L-rhamnopyranosyl-(1→2)- α-L-arabinopyranoside P [8] 31 Hederagenin-3-O-5'''-O-acetyl-α-L-arabinofuranosyl-(1→3)-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-α-L-arabinopyranoside P [8] 32 Hederagenin-3-O-(3, 5-di-O-acetyl-β-D-arabinofuranosyl)-(1→3)-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-α-L- arabinopyranoside P [8] 33 23-O-acetyl-hederagenin-3-O-β-D-xylopyranosyl-(1→3)-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-α-L-arabinopyranoside P [8] 34 Oleanolic acid 3-O-α-L-arabinopyranosyl-(1→3)-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-α-L-arabinopyranoside P [8] 35 Oleanolic acid 3-O-α-L-arabinofuranosyl-(1→3)-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-α-L-arabinopyranoside P [8] 36 Oleanolic acid 3-O-β-D-xylopyranosyl-(1→3)-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-α-L-arabinopyranoside P [8] 37 Gypsogenin-3-O-α-L-arabinopyranosyl-(1→3)-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-α-L-arabinopyranoside P [8] 38 β-Amyrin P [10] 39 28-Norolean-12-en-3β, 17β-diol P [10] 40 3, 23-Ethyliden hederagenin P [10] 注:P:果皮;F:果实;G虫瘿 图式 1
图式 2
表 2
化合物 名称 化学名称 存在部位 文献 42 Sapinmukoside A 3-O-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-[α-L-arabinopyranosyl-(1→3)]-β-D-glucopyranosyl-21, 23R-epoxyltirucall-7, 24R-diene-3β, 21-diol R [22] 43 Sapinmukoside B 3-O-α-L-rhamnopyranosyl-(1→6)-β-D-glucopyranosyl-21, 23R-epoxyltirucall-7, 24R-diene-3β, 21-diol R [22] 44 Sapinmukoside C 3-O-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-[α-L-arabinopyranosyl-(1→3)]-β-D-glucopyranosyl-(21, 23R)-epoxyltirucall-7, 24-diene-(21S)-methoxyl-3β-ol R [23] 45 Sapinmukoside D 3-O-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-[α-L-arabinopyranosyl-(1→3)]-β-D-glucopyranosyl-(21, 23R)-epoxyltirucalla-7, 24-diene-(21S)-ethoxyl-3β-ol R [23] 46 Sapinmukoside E 3-O-α-L-arabinopyranosyl-(1→3)-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-[α-Lrhamnopyranosyl-(1→3)]-β-D-glucopyranosyl-21, 23R-epoxyltirucalla-7, 24-diene-21β-ethoxy-3β-ol R [24] 47 Sapinmukoside F 3-O-β-D-xylopyranosyl-(1→3)-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-[β-L-arabinopyranosyl-(1→3)]-β-D-glucopyranosyl-21, 23R-epoxyltirucalla-7, 24-diene-21β-ethoxy-3β-ol R [24] 48 Sapinmukoside G 3-O-β-D-xylopyranosyl-(1→3)-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-[α-Larabinopyranosyl-(1→3)]-β-D-glucopyranosyl-21, 23R-epoxyltirucall-α-7, 24-diene-21β-methoxy-3β-ol R [24] 49 Sapinmukoside H 3-O-α-L-arabinopyranosyl-(1→3)-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-[α-Lrhamnopyranosyl-(1→3)]-β-D-glucopyranosyl-21, 23R-epoxyltirucalla-7, 24-diene-21β-ethoxy-3β-ol R [24] 50 Sapinmukoside I 3-O-α-L-arabinopyranosyl-(1→3)-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-[α-L-rhamnopyranosyl-(1→3)]-β-D-glucopyranosyl-21, 23R-epoxyltirucalla-7, 24-diene-21β-methoxy-3β-ol R [24] 51 Sapinmukoside J 3-O-α-L-rhamnopyranosyl-(1→6)-β-D-glucopyranosyl-21, 23R-epoxyltirucalla-7, 24-diene-21β-ethoxyl-3β-ol R [24] 52 Sapinmusaponin F 21β-methoxy-3β, 21(S), 23-(R)-epoxytirucalla-7, 24-diene-3-O-α-L-rhamnopyranosyl-(1→6)-β-D-glucopyranoside G [25] 53 Sapinmusaponin G 21α-methoxy-3β, 21(R), 23-(R)-epoxytirucalla-7, 24-diene-3-O-α-L-rhamnopyranosyl-(1→6)-β-D-glucopyranoside G [25] 54 Sapinmusaponin H 21α-methoxy-3β, 21-(R), 23(R)-epoxytirucalla-7, 24-diene-3-O-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-β-D-glucopyranoside G [25] 55 Sapinmusaponin I 21β-methoxy-3β, 21(S), 23(R)-epoxytirucalla-7, 24-diene-3-O-α-L-dirhamnopyranosyl-(1→2, 6)-β-D-glucopyranoside G [25] 56 Sapinmusaponin J 21α-methoxy-3β, 21(R), 23(R)-epoxytirucalla-7, 24-diene-3-O-α-L-dirhamnopyranosyl-(1→2, 6)-β-D-glucopyranoside G [25] 57 Sapinmusaponin Q 21-α-methoxy-3β, 21(R), 23(S)-epoxytirucall-7, 24-diene-3-O-β-D-glucopyranosyl-(1→2)-β-D-glucopyranoside G [26] 58 Sapinmusaponin R 21α-methoxy-3β, 21(R), 23(S)-epoxytirucall-7, 24-diene-3-O-α-L-rhamnopyranosyl-(1→6)-β-D-glucopyranosyl-(1→2)-β-D-glucopyranoside G [26] 注:R:根;G:虫瘿 图式 3
表 3
化合物 名称 化学名称 存在部位 文献 59 Sapinmusaponin A 3β, 7β, 20(S), 22-tetrahydroxydammar-24-ene-3-O-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-β-D-glucopyranoside P,G [27] 60 Sapinmusaponin B 3β, 7β, 20(S), 22, 23-pentahydroxydammar-24-ene-3-O-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-β-D-glucopyranoside P,G [27] 61 Sapinmusaponin O 3, 7, 20(S)-trihydroxydammar-24-ene-3-O-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-β-D-glucopyranoside F,G [18] 62 Sapinmusaponin P 3, 7, 20(R)-trihydroxydammar-24-ene-3-O-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-β-D-26-glucopyranoside F,G [18] 63 Sapinmusaponin C 3β, 7β, 20(S), 22, 25-pentahydroxydammar-23-ene-3-O-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-β-D-glucopyranoside F,G [27] 64 Sapinmusaponin D 25-methoxy-3β, 7β, 20(S), 22-tetrahydroxydammar-23-ene-3-O-α-Lrhamnopyranosyl-(1→2)-β-D-glucopyranoside F,G [27] 65 Sapinmusaponin E 25-methoxy-3β, 7β, 20(R)-trihydroxydammar-23ene-3-O-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-β-D-glucopyranoside F,G [27] 注:P:果皮;F:果实;G:虫瘿 图式 4
图式 5
2. 无患子三萜皂苷的提取、分离与鉴定
2.1 提取与分离
无患子皂苷的提取、分离与纯化是其开发利用的基础,而提取方法对皂苷的提取率影响较大,水提取法和有机溶剂提取法是传统的提取方法,其中水提取法操作简便、成本低、污染小,但提取纯度低;而有机溶剂提取法技术相对成熟、提取率较高,但成本高,在产业化时易造成污染。Roy等[28]采用乙醇对果皮皂苷进行提取,其提取率为71.20%,而朱亚红等[29]在室温下水提取无患子皂苷的提取率仅为51.6%。此外,索氏提取法、酶法、超声提取法、微波辅助提取法等也逐渐被应用于无患子皂苷的提取中,实践证明这些方法可提高皂苷提取率。饶厚曾等[30]采用索氏提取法进行提取,结果表明50%~95%乙醇的提取率为72%~74%;Du等[31]对无患子皂苷的提取条件进行研究,以样品与乙醇比例为1:8(质量体积比)时,在60℃下提取3次,每次3h,产率为16.30%。魏凤玉等[32]采用纤维素酶法提取,酶量与无患子果粉重量比为1:1000时,在pH 4.7和50℃的环境下提取2.5h,提取率可达86.59%,比未加酶时提高了19.63%。张永忠等[33]研究表明,样品与90%乙醇比例为1:30(质量体积比)、在超声功率60W下提取80min,是超声提取法提取无患子果皮皂苷的优化方案。此外,郑秀玉等[34]还对微波提取法进行了研究,指出提取次数对皂苷的含量影响显著,优化的微波提取工艺为,料液比1:6(质量体积比)、微波功率0档、提取4次、每次提取75s,此条件下提取率为81.04%。
目前,萃取法、超滤法、连续泡沫分离法、大孔吸附树脂法是常用的无患子皂苷分离和纯化方法。Saha等[35]使用己烷对果皮进行脱脂后,依次经过甲醇浸提、正丁醇萃取、丙酮沉淀,获得了皂苷粗提物。金秋等[36]使用80%甲醇提取,并依次用石油醚、氯仿、乙酸乙酯和正丁醇萃取,再经大孔树脂层析可得到多种极性不同的物质。解辉[37]和张静[38]采用超滤膜进行分离纯化,指出超滤分离的最优温度、膜面流速、压力分别为25℃、2.78×10-5、0.08MPa,此时纯度约为70%。该方法操作简单、溶剂消耗少,但其对糖分的截留效果不佳,膜易污染,产品得率不高。魏凤玉等[39, 40]采用间歇式水提-大孔树脂吸附分离法和泡沫分离法进行分离纯化,总皂苷纯度分别为85.00%、90.27%,相比水提-大孔树脂吸附分离法的高成本、长周期,泡沫分离法具有操作简单、成本低等优点,更适用于工业生产。吕玮等[41]采用絮凝剂对乙醇提取液进行纯化,结果表明,壳聚糖0.625g/L、搅拌15min为适宜条件,无患子皂苷得率为8.3%。
现今,应用在无患子皂苷提取、分离与纯化上的技术有很多,且均存在一定的缺陷,更为完善的技术仍亟待研究。在工业生产上常采用水提取法,例如,福建源华林业生物科技有限公司拥有年处理5000吨无患子果实的生产线,采用水提取法得到的皂苷提取液浓度约为45.0%,再经板框过滤机除杂、浓缩、发酵后进行相关生产应用。
2.2 定性及定量分析
紫外光谱、红外光谱、色谱、色谱-质谱联用、核磁共振等技术不断被应用于无患子皂苷的定性和定量研究。王小淳[42]、李锐等[43]、徐凯节等[44]、张权等[45]分别采用高效液相色谱-大气压电离质谱联用(HPLC-APCI MS)技术、低分辨离子阱质谱、串联质谱、超高效液相色谱-线性离子阱/静电场轨道阱组合式高分辨质谱等技术快速分析鉴定出了多种无患子皂苷。唐青涛等[46]和魏凤玉等[47]以香草醛-冰醋酸-高氯酸为显色体系,采用分光光度法对总皂苷的含量进行了测定。黄素梅等[48]和Sharma等[19]采用薄层层析法(TLC)对皂苷进行了定性和半定量分析。何宇新等[49]、邵文豪等[50]分别采用反相HPLC和HPLC对无患子皂苷含量进行了测定。此外,刁松锋等[51]、Li等[52]等还研究了近红外光谱技术快速测定无患子果实中皂苷含量的方法。现代光谱、色谱、质谱等技术的不断发展为无患子皂苷的定性及定量分析提供了新的思路,但仍不够系统和完善,有待进一步深入研究。
3. 无患子皂苷的生物合成机理
皂苷的合成是一个由基础代谢和次生代谢共同影响的复杂过程,主要由乙酰辅酶A经甲戊二羟酸途径合成焦磷酸异戊烯酯(IPP)和焦磷酸二甲基烯丙酯(DMAPP)等前体物质,再经多种酶催化IPP和DMAPP生成2, 3-氧化鲨烯,最后2, 3-氧化鲨烯经环化、羟基化、糖基化等结构修饰合成各种单体皂苷。目前,关于三萜皂苷生物合成途径的研究不断增多,其起始阶段和骨架构建阶段的研究已比较成熟,但三萜骨架修饰阶段的合成尚不明确,由于三萜皂苷结构多样、相关修饰酶基因种类繁多,加深了三萜皂苷生物合成途径的解析的难度[53]。无患子皂苷生物合成机理方面的研究尚属空白,加强此方面研究对其生产应用具有重要意义。
4. 应用
4.1 医药领域
无患子是我国的传统中药材,有清热解毒、化痰止咳的功效[54],现代药理研究也表明无患子具有抗菌、抗肿瘤、保护心脑血管系统等多种生物活性。
4.1.1 抗菌
目前众多研究表明无患子的果皮、叶提取物及总皂苷对多种细菌和真菌均具有明显的抑制作用,能有效抑制大肠杆菌Escherichia coli、金黄色葡萄球菌Staphylococcus aureus、枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis等细菌;同时也可以很好地抑制酵母菌Saccharomyces cerevisiae、热带念珠菌Candida tropicalis、立枯丝核菌Rhizoctonia bataticola等真菌的生长[19, 55~57]。单糖链常春藤皂苷的抑菌活性较双糖链常春藤皂苷的低,若去除糖链则可使皂苷抑菌活性消失[35],但其抑菌机理尚不明确,有待进一步研究。Bhargava等[58]指出无患子叶的乙醇和甲醇提取物在浓度为1000μg/mL时可有效抑制淋病奈瑟菌Neisseria gonorrhoeae的生长。Hu等[8]报道从无患子果皮中分离得到的齐墩果烷型三萜皂苷(34)对红色毛癣菌Trichophyton rubrum具有抑制活性(MIC80为8μg/mL),而化合物(36)对红色毛癣菌和白色念珠菌均有抑制活性(MIC80为8μg/mL)。Singh等[59]还指出无患子愈伤组织的水、甲醇及乙醇提取液也能抑制金黄色葡萄球菌、大肠杆菌生长,但活性较叶提取物弱。Talwar等[60]应用无患子皂苷、印度醋栗提取物及姜黄色素研制出了一种名为“倍欣”的药剂,该药对多种女性外阴细菌均有一定的抑制作用,而且还能阻止HIV-1(IIIB)病毒进入P4-CCR5细胞。
4.1.2 抗肿瘤
无患子果实提取物对多种人类肿瘤细胞具有细胞毒性,长尾常敦[61]研究表明,无患子甲醇提取物可以抑制小鼠黑素瘤细胞(B16F10)、人胃癌细胞(MK-1)和人宫颈癌细胞(Hela)的增殖,并指出单糖链皂苷具有抗肿瘤作用,双糖链皂苷不具抗肿瘤活性;而且,糖链中乙酰基的存在可增加皂苷的抗肿瘤活性[7]。Kuo等[27]从无患子中分离出5种达玛烷型皂苷Sapinmusaponins A~E(59~60、63~65),其中Sapinmusaponins A、C、D、E对人肿瘤细胞株(Hepa59t/VGH、NCI、Hela、MED)具有中度杀伤活性(ED50为9~18 μg/mL),但Sapinmusaponins A~E在体外均不能抑制H9淋巴细胞中HIV的复制。Huang等[18]从果实和虫瘿中分离的4种齐墩果烷型三萜皂苷Sapinmusaponin K~N(22~25)和2种达玛烷型三萜皂苷Sapinmusaponin O,P(61、62)对Hela、WiDr、KB、Daoy、Hepa59T/VGH等人类肿瘤细胞均具有中等的细胞毒性。Zhang等[20]发现化合物(28)、mukurozi-saponin G(12)和sapinmusaponin K(54)能抑制肺癌细胞(A-549)、乳腺癌(MDA-231)和前列腺癌(PC-3)等人肿瘤细胞增殖;他们还发现Sapindoside G(29)在100μg/mL时对人肺癌细胞(A-549)的抑制率高达69.2%~83.3%,其作用机理可能与caspase-3的活化有关,通过促进细胞凋亡来抑制A-549细胞的生长[21]。此外,相关学者还对无患子皂苷使人肿瘤细胞凋亡的机理进行了探讨,认为其与肿瘤细胞中Bcl-2基因蛋白表达的抑制和Bax基因蛋白表达的促进有关[62, 63]。
4.1.3 保护心脑血管系统
无患子皂苷能显著降低动脉血压[64],降低自发性高血压大鼠血浆中的肾素活性(PRA)、血管紧张素Ⅱ(Ang Ⅱ)和醛固酮(ALD)含量,对肾性高血压及自发性高血压大鼠心肌肥厚具有一定的抑制作用,并且可以逆转自发性高血压大鼠左心室重构的病理状态。其机制分别与调控AngⅡ/p38MAPK通路诱导的炎症反应和抑制心肌组织炎症因子TGF-β1的表达有关[65~67]。无患子皂苷还能降低大鼠血清中丙二醛、乳酸脱氢酶含量,提高血清中谷胱甘肽过氧化物酶、超氧化物歧化酶和琥珀酸脱氢酶活性;降低心肌中的肌酸激酶含量,使心肌中的钠-钾-三磷酸腺苷酶、钙-三磷酸甘酶活性升高,提高大鼠心肌缺血再灌注后胞浆蛋白NF-kβ的表达,缩小心肌梗死范围,对大鼠心肌缺血再灌注造成的损伤具有一定的保护作用[68~70]。此外,无患子皂苷还具有明显的抗血小板凝聚作用。Huang等[25, 26]报道从虫瘿中分离的甘遂烷型三萜皂苷Sapinmusaponins F~J、Q和R(52~58)具有抗血小板凝聚作用,且其抗血小板凝聚活性优于阿司匹林。Verma等[71]研究指出给链脲佐菌素诱导的糖尿病大鼠连续喂服无患子果实提取物250~500mg/kg 20d,可以改善大鼠血液各项指标,降低血糖,预防糖尿病的各种并发症。可见无患子提取物在治疗糖尿病上也具有很大的潜力。
4.1.4 其他生物活性
无患子皂苷除具有以上所提到的抗菌、抗肿瘤、保护心脑血管等活性外,还具有增加其他化合物溶解性、消炎、保肝、抗氧化、抗生育、抗焦虑、提高药效、促进抗生素吸收及调节免疫系统等生物活性。Kimata等[15]和Nakayama等[72]等研究指出,Saponin A(9)、Saponin C(10)、Sapindoside B(4)等单糖链皂苷单体或其混合物难溶于水,但加入Mukurozi-saponins X、Y1、Y2(13~15)等双糖链皂苷后,可促进其溶解。Takagi等[11]、赵志敏等[73]、Hwang等[74]指出无患子皂苷对角叉菜胶引起的小鼠水肿、肉芽肿及体内炎症也起着显著的抑制作用。无患子果皮提取物能降低四氯化碳所导致的小鼠急性肝损伤模型血清谷丙转氨酶AST、谷草转氨酶ALT活性,提高肝脏中的溴磺胺清除率,增加肝细胞活力,对外界环境造成的大鼠肝损伤具有一定的保护活性[75~78]。无患子叶、果皮的水和醇提物能清除过氧化氢(H2O2)、超氧阴离子(O2-·)等活性氧离子,表现出了较强的抗氧化活性[79~81]。此外,无患子提取物还具有一定的杀精功效,Nivsarkar等[82]采用剂量为50mg·kg-1·d-1的无患子水提取物对雄性实验鼠进行灌胃45d,可使实验鼠的附睾头、体、尾部精子活力降低。无患子甲醇提取物还能治疗小鼠焦虑,其抗焦虑活性在等剂量水平可与标准抗焦虑药安定与氟西汀相当[18, 83]。Kimata等[15]研究表明,Saponin A(9)、Saponin C(10)、Sapindoside B(4)能显著促进小鼠小肠和直肠对氨苄西林钠盐的吸收。Tanaka等[84]对实验动物进行β-内酰胺类抗生素口服或直肠给药试验,同时用含三萜皂苷的无患子提取物喂养实验动物。结果表明,实验动物血中抗生素浓度能长时间维持在最低水平之上,说明无患子皂苷对抗生素吸收和药效的提高具有促进作用。另外,无患子提取物能使小鼠的胸腺指数与体重极显著增加,说明其对免疫系统也具有一定的调节作用[85]。
4.2 日化领域
无患子皂苷去污能力强、性质稳定,对铅、汞、锰、砷、铬等重金属的洗脱率高达90%,作为一种优良的天然非离子型表面活性剂,常被应用于制造各种洗涤剂[86, 87]。孙洁如等[88]对无患子皂苷的起泡性能进行了研究,指出浓度为3g/L的皂苷溶液起泡性能稳定,当浓度为5g/L时,其泡沫在30min内不消退。Basu等[89]对无患子果皮提取物的生物表面活性进行了研究,表明其表面张力、临界胶束浓度(CMC)、阳离子乳化指数(E-24)等指标均较石油废弃物衍生物2-HBP和商业表面活性剂Ezee更优,能清除六氯代苯等疏水性有机化合物[90, 91]以及皮脂[92]和工业油污[93]等,而且其成本低、安全、环保,在日化领域具有很好的应用前景。
4.3 农业领域
Huang等[17]从无患子中分离的化合物Mukurozi-saponin E1(11)、Mukurozi-saponin G(12)、16、19、20、21、36在浓度为10mg/L时对福寿螺Pomacea canaliculata的致死率为70%~100%,Upadhyay等[94]也指出无患子果皮的乙醇提取物可以抑制椎实螺Lymnaea acuminata神经组织中的乙酰胆碱酯酶(AchE)、酸性和碱性磷酸酶(ACP/ALP),从而使螺死亡。无患子果实的提取液还可以用于斜纹夜盗蛾Spodoptera litura、米象Sitophilus oryzae、虱Pediculus humanus、果蝇Drosophila melanogaster等害虫的防治,且使用浓度越高,毒性越大[95~98]。赫文琦等[99]指出无患子皂苷液对对猕猴桃腐烂病菌(Neofusicoccum parvum)、桉树溃疡病菌(Lasiodiplodia theobromae)等2种真菌和欧美杨树溃疡病细菌(Lonsdalea quercina subsp. populi)具有抑制作用,且对细菌的抑制作用强于真菌。此外,无患子的乙醇提取物还能抑制植物种子的萌发、根和茎的生长,且抑制作用与浓度成正比[98, 100],在生物除草等方面应用前景广阔。
5. 结语
近年来,无患子作为一种具有较高商业价值和药理活性的经济树种,受到了广泛的关注和重视。随着科技发展和研究深入,无患子皂苷分离、提取与鉴定的技术得到了很大的进步,越来越多的新型单体皂苷被分离鉴定出来,同时其多种生物活性也不断被证实,这加速了其在医药、食品保健、日化、农业等领域的应用,为无患子的综合利用和产业化发展奠定了良好基础。但同时无患子产品也存在类型较少和综合开发利用程度较低等问题。迄今文献中报道的从无患子中分离鉴定的三萜皂苷类化合物有71种,其结构母核主要有齐墩果烷型、甘遂烷型和达玛烷型三大类。目前有关无患子皂苷提取、分离纯化和定性定量分析的技术有很多,均处于初步阶段,存在提取效率低、纯度低、鉴定方法不够完善等问题,更为系统完善的技术体系亟待研究。
无患子三萜皂苷具有抗菌、抗肿瘤、保护心脑血管、保护肝脏、抗生育、杀虫等多种生物活性和良好的非离子表面活性作用,目前研究主要集中在无患子果皮、叶提取液及总皂苷上,而针对单体皂苷、皂苷生物合成机理、皂苷生物作用机理以及其功效与分子结构关系方面的研究较少。除了三萜皂苷类化合物外,无患子还含有倍半萜类、苯丙素类、甾类、糖类及脂肪酸等化合物,而目前对这些化合物的关注较少。因此,为了加强无患子皂苷的综合利用,今后研究可从以下几个方面进行:(1)改进无患子皂苷的提取、分离和纯化工艺,并改进或研发相关设备,为其有效成分的开发与利用提供技术支持;(2)加强皂苷生物合成途径和分子调控机制研究,为其有效成分的获取提供一定的科学依据;(3)加强皂苷构效关系和结构修饰的研究,以挖掘更高效的化合物,并加强有效成分的体内有效性试验,探明其作用机理,为无患子皂苷的开发与利用提供理论支撑;(4)除皂苷外,应加强无患子其他化学成分的研究,并利用代谢组学、指纹图谱等技术进行整合分析,寻找特征成分,为无患子资源的综合利用和品质评价提供参考。
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表 1 无患子齐墩果烷型三萜类化合物
Table 1. Oleanane triterpenoids from S. mukorossi
化合物 名称 化学名称 存在部位 文献 1 Hederagenin P [10] 2 Oleanolic acid P [11] 3 Sapindoside A Hederagenin-3-O-α-L-arabinopyranosyl-(1→3)-α-L-rhamnopyranoside F [12] 4 Sapindoside B Hederagenin-3-O-β-D-xylopyranosyl-(1→3)-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-α-L-arabnopyranosyl F [12] 5 Sapindoside C Hederagenin-3-O-α-L-arabinopyranosyl-(2→1)-α-L-rhamnopyranosyl-(3→1)-β-D-xylopyranosyl-(4→1)-glucopyranoside F [13] 6 Sapindoside D Hederagenin-3-O-α-L-arabinopyranosyl-(2→1)-α-L-rhamnopyranosyl-(3→1)-β-D-xylopyranosyl-(4→1)-glucopyranosyl-[(2→1)-glucopyranoside]-(6→1)-rhamnopyranoside F [13] 7 Sapindoside E Hederagenin-3-O-α-L-arabinopyranosyl-(2→1)-α-L-rhamnopyranosyl-(3→1)-β-D-xylopyranosyl, 28-arabinopyranosyl-(2→1)-α-L-rhamnopyranosyl-(3→1)-xylopyranosyl-(4→1)-glucopyranosyl-[(6→1)-rhamnopyranosyl]-(2→1)-glucopyranoside F [14] 8 Hederagenin 28-di-O-glycosides P [15] 9 Saponin A Hederagenin-3-O-α-L-arabinopyranosyl-(1→3)-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-α-L-arabinopyranoside P [15] 10 Saponin C Hederagenin-3-O-α-L-arabinopyranosyl-(1→3)-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-α-L-arabinofuranosyl P [15] 11 Mukurozi-saponin E1 Hederagenin-3-O-(4-O-acetyl-β-D-xylopyranosyl)-(1→3)-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-α-L-arabnopyranooside P [15] 12 Mukurozi-saponin G Hederagenin-3-O-(3, 4-O-diacetyl-a-L-arabinopyranosyl)-(1→3)-a-L-rhamnopyranosyl-(1→2)- α-L-arabinopyranoside P [15] 13 Mukurozi-saponin X Hederagenin-3-O-α-L-arabinopyranosyl-(1→3)-α-L-rhamnopyranosyl, 28-di-O-glycoside P [15] 14 Mukurozi-saponin Y1 Hederagenin-3-O-α-L-arabinopyranosyl-(1→3)-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-β-D-xylopyranosyl, 28-di-O-glycoside P [15] 15 Mukurozi-saponin Y2 Hederagenin-3-O-α-L-arabinopyranosyl-(1→3)-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-α-L-arabinopyranoside, 28-di-O-glycoside P [15] 16 Hederagenin-3-O-(3, 4-di-O-acetyl-β-D-xylopyranosyl)-(1→3)-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-α-L-arabinopyranoside P [15] 17 Hederagenin-3-O-α-L-arabinopyranosyl-(1→2)-α-L-arabinopyranosyl-(3→1)-α-L-rhamnopyranoside F [16] 18 Hederagenin-3-O-β-D-xylopyranosyl-(1→2)-α-L-arabinopyranosyl-(3→1)-α-Lrhamnopyranoside F [16] 19 Hederagenin-3-O-α-L-arabinopyranoside P [17] 20 Hederagenin-3-O-(2, 4-O-Di-acetyl-α-L-arabinopyranoside)-(1→3)-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-α-L-arabinopyranoside P [17] 21 Hederagenin-3-O-(3-O-acetyl-β-D-xylopyranosyl-(1→3)-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-α-L-arabinopyranoside P [17] 22 Sapinmusaponin K Hederagenin-3-O-(3-O-acetyl-α-L-arabinopyranosyl)-(1→3)-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-α- L-arabinopyranoside F,G [18] 23 Sapinmusaponin L Hederagenin-3-O-(4-O-acetyl-α-L-arabinopyranosyl)-(1→3)-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-α-L-arabinopyranoside F,G [18] 24 Sapinmusaponin M Hederagenin-3-O-(2, 3-O-diacetyl-β-D-xylopyranosyl)-(1→3)-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-α-L-arabinopyranoside F,G [18] 25 Sapinmusaponin N Hederagenin-3-O-(2, 4-O-diacetyl-β-D-xylopyranosyl)-(1→3)-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-α-L-arabinopyranoside F,G [18] 26 Hederagenin-3-O-(2-O-acetyl-β-D-xylopyranosyl)-(1→3)-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-α-L-arabinopyranoside F,G [18] 27 Hederagenin-3-O-β-D-xylopyranosyl-(2→1)-3-O-acetyl-α-L-arabinopyranosyl-28-O-α-L-rhamnopyranosyl ester P [19] 28 Hederagenin-3-O-β-D-glucopyranosyl-(1→3)-β-D-xylopyranosyl-(1→3)-β-D-xylopyra-nosyl-(1→3)- α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)- α-L-arabinopyranoside F [20] 29 Sapindoside G Hederagenin 28-di-O-glycosides 23-O-a-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-β-D-xylopyranosyl-(1→6)-β-D- glucopyranosyl-(1→3)-β-D-xylopyranosyl-(1→3)-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-α-L-arabinopyranoside F [21] 30 Hederagenin-3-O-(3-O-acetyl-a-L-arabinofuranosyl)-(1→3)-a-L-rhamnopyranosyl-(1→2)- α-L-arabinopyranoside P [8] 31 Hederagenin-3-O-5'''-O-acetyl-α-L-arabinofuranosyl-(1→3)-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-α-L-arabinopyranoside P [8] 32 Hederagenin-3-O-(3, 5-di-O-acetyl-β-D-arabinofuranosyl)-(1→3)-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-α-L- arabinopyranoside P [8] 33 23-O-acetyl-hederagenin-3-O-β-D-xylopyranosyl-(1→3)-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-α-L-arabinopyranoside P [8] 34 Oleanolic acid 3-O-α-L-arabinopyranosyl-(1→3)-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-α-L-arabinopyranoside P [8] 35 Oleanolic acid 3-O-α-L-arabinofuranosyl-(1→3)-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-α-L-arabinopyranoside P [8] 36 Oleanolic acid 3-O-β-D-xylopyranosyl-(1→3)-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-α-L-arabinopyranoside P [8] 37 Gypsogenin-3-O-α-L-arabinopyranosyl-(1→3)-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-α-L-arabinopyranoside P [8] 38 β-Amyrin P [10] 39 28-Norolean-12-en-3β, 17β-diol P [10] 40 3, 23-Ethyliden hederagenin P [10] 注:P:果皮;F:果实;G虫瘿 表 2 无患子甘遂烷型三萜类化合物
Table 2. Tirucullane triterpenoids from S. mukorossi
化合物 名称 化学名称 存在部位 文献 42 Sapinmukoside A 3-O-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-[α-L-arabinopyranosyl-(1→3)]-β-D-glucopyranosyl-21, 23R-epoxyltirucall-7, 24R-diene-3β, 21-diol R [22] 43 Sapinmukoside B 3-O-α-L-rhamnopyranosyl-(1→6)-β-D-glucopyranosyl-21, 23R-epoxyltirucall-7, 24R-diene-3β, 21-diol R [22] 44 Sapinmukoside C 3-O-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-[α-L-arabinopyranosyl-(1→3)]-β-D-glucopyranosyl-(21, 23R)-epoxyltirucall-7, 24-diene-(21S)-methoxyl-3β-ol R [23] 45 Sapinmukoside D 3-O-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-[α-L-arabinopyranosyl-(1→3)]-β-D-glucopyranosyl-(21, 23R)-epoxyltirucalla-7, 24-diene-(21S)-ethoxyl-3β-ol R [23] 46 Sapinmukoside E 3-O-α-L-arabinopyranosyl-(1→3)-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-[α-Lrhamnopyranosyl-(1→3)]-β-D-glucopyranosyl-21, 23R-epoxyltirucalla-7, 24-diene-21β-ethoxy-3β-ol R [24] 47 Sapinmukoside F 3-O-β-D-xylopyranosyl-(1→3)-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-[β-L-arabinopyranosyl-(1→3)]-β-D-glucopyranosyl-21, 23R-epoxyltirucalla-7, 24-diene-21β-ethoxy-3β-ol R [24] 48 Sapinmukoside G 3-O-β-D-xylopyranosyl-(1→3)-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-[α-Larabinopyranosyl-(1→3)]-β-D-glucopyranosyl-21, 23R-epoxyltirucall-α-7, 24-diene-21β-methoxy-3β-ol R [24] 49 Sapinmukoside H 3-O-α-L-arabinopyranosyl-(1→3)-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-[α-Lrhamnopyranosyl-(1→3)]-β-D-glucopyranosyl-21, 23R-epoxyltirucalla-7, 24-diene-21β-ethoxy-3β-ol R [24] 50 Sapinmukoside I 3-O-α-L-arabinopyranosyl-(1→3)-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-[α-L-rhamnopyranosyl-(1→3)]-β-D-glucopyranosyl-21, 23R-epoxyltirucalla-7, 24-diene-21β-methoxy-3β-ol R [24] 51 Sapinmukoside J 3-O-α-L-rhamnopyranosyl-(1→6)-β-D-glucopyranosyl-21, 23R-epoxyltirucalla-7, 24-diene-21β-ethoxyl-3β-ol R [24] 52 Sapinmusaponin F 21β-methoxy-3β, 21(S), 23-(R)-epoxytirucalla-7, 24-diene-3-O-α-L-rhamnopyranosyl-(1→6)-β-D-glucopyranoside G [25] 53 Sapinmusaponin G 21α-methoxy-3β, 21(R), 23-(R)-epoxytirucalla-7, 24-diene-3-O-α-L-rhamnopyranosyl-(1→6)-β-D-glucopyranoside G [25] 54 Sapinmusaponin H 21α-methoxy-3β, 21-(R), 23(R)-epoxytirucalla-7, 24-diene-3-O-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-β-D-glucopyranoside G [25] 55 Sapinmusaponin I 21β-methoxy-3β, 21(S), 23(R)-epoxytirucalla-7, 24-diene-3-O-α-L-dirhamnopyranosyl-(1→2, 6)-β-D-glucopyranoside G [25] 56 Sapinmusaponin J 21α-methoxy-3β, 21(R), 23(R)-epoxytirucalla-7, 24-diene-3-O-α-L-dirhamnopyranosyl-(1→2, 6)-β-D-glucopyranoside G [25] 57 Sapinmusaponin Q 21-α-methoxy-3β, 21(R), 23(S)-epoxytirucall-7, 24-diene-3-O-β-D-glucopyranosyl-(1→2)-β-D-glucopyranoside G [26] 58 Sapinmusaponin R 21α-methoxy-3β, 21(R), 23(S)-epoxytirucall-7, 24-diene-3-O-α-L-rhamnopyranosyl-(1→6)-β-D-glucopyranosyl-(1→2)-β-D-glucopyranoside G [26] 注:R:根;G:虫瘿 表 3 无患子达玛烷型三萜类化合物
Table 3. Dammarane triterpenoids from S. mukorossi
化合物 名称 化学名称 存在部位 文献 59 Sapinmusaponin A 3β, 7β, 20(S), 22-tetrahydroxydammar-24-ene-3-O-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-β-D-glucopyranoside P,G [27] 60 Sapinmusaponin B 3β, 7β, 20(S), 22, 23-pentahydroxydammar-24-ene-3-O-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-β-D-glucopyranoside P,G [27] 61 Sapinmusaponin O 3, 7, 20(S)-trihydroxydammar-24-ene-3-O-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-β-D-glucopyranoside F,G [18] 62 Sapinmusaponin P 3, 7, 20(R)-trihydroxydammar-24-ene-3-O-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-β-D-26-glucopyranoside F,G [18] 63 Sapinmusaponin C 3β, 7β, 20(S), 22, 25-pentahydroxydammar-23-ene-3-O-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-β-D-glucopyranoside F,G [27] 64 Sapinmusaponin D 25-methoxy-3β, 7β, 20(S), 22-tetrahydroxydammar-23-ene-3-O-α-Lrhamnopyranosyl-(1→2)-β-D-glucopyranoside F,G [27] 65 Sapinmusaponin E 25-methoxy-3β, 7β, 20(R)-trihydroxydammar-23ene-3-O-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-β-D-glucopyranoside F,G [27] 注:P:果皮;F:果实;G:虫瘿 -

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