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当归六黄汤被国家中医药管理局录入《古代经典名方目录(第一批)》[1]。其出于金元四大家李东垣编纂的《兰室秘藏·自汗门》,主治阴虚火旺之盗汗证。原方由当归、生地黄、黄芩、黄柏、黄连、熟地黄、黄芪等7味药组成。古代医家对当归六黄汤的临床应用较为单一,主要局限于汗证。而现在对当归六黄汤应用十分广泛,在原方的基础上加减药味仍取得了显著效果[2-6]。涉及上呼吸道感染、心律失常、糖尿病及其并发症、更年期综合征、甲状腺功能亢进等多个系统疾病[7-9]。
当归六黄汤的活性成分种类包括生物碱、有机酸、黄酮等,有机酸主要成分以阿魏酸为主;生物碱中主要为黄柏碱、巴马汀、黄连碱、小檗碱等;黄酮类主要有毛蕊异黄酮、黄芩素等。阿魏酸作为有机酸中含量较高的成分,具有抗肿瘤、抗氧化等药理作用[10-11],存在较大的开发潜力。黄柏碱和巴马汀均属于异喹啉生物碱类化合物,但两者极性差异相对较大。黄柏碱在降血压、抑制细胞免疫反应、中枢神经抑制方面的药理活性显著[12]。巴马汀是很多重要复方中常见的生物碱之一,极性与小檗碱相似,具有抗糖尿病和抗氧化活性等多种药学功效[13]。毛蕊异黄酮葡萄糖苷具有抗氧化、抗病毒、降血糖等多方面的药理作用[14]。该方现阶段的研究大多停留于疗效观察,物质基础、成分分析及质量控制方面的研究相对较薄弱。关于当归六黄汤的定量分析及质量控制研究目前主要采用HPLC[15]的分析方法,少量定性研究采用LC-MS[16]的分析方法。LC-MS/MS的灵敏度相对较高,可以满足对中药复方成分尤其微量成分定性定量要求以及药动学研究。该研究针对当归六黄汤主要有效成分建立了基于HPLC-QTrap的定量分析方法。采用了MRM的数据采集模式,测定当归六黄汤中4种主要成分黄柏碱、巴马汀、毛蕊异黄酮、阿魏酸的含量,以及当归六黄汤各单味药材中4种成分的含量差异,为当归六黄汤的质量控制及物质基础研究提供方法借鉴及参考依据。
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LC-20A高效液相色谱仪(岛津);QTRAP® 4000(AB Sciex);VORTEX GENIUS 3涡旋仪(IKA);Milli-Q纯水仪(Merck Millipore);MD 200氮气吹干仪(CHINCAN);New Classic MF电子天平(万分之一,METTLER TOLEDO);Z216MK高速温控离心机(HERMLE)。
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盐酸黄柏碱(批号:5436)、盐酸巴马汀(批号:8103)、毛蕊异黄酮(批号:7851)、阿魏酸(批号:8042)这4种对照品的质量分数均≥99%,均购自上海诗丹德标准技术服务有限公司。甲醇(质谱级,99.9%,默克);乙腈(质谱级,99.9%,默克);甲酸[色谱级,≥98%,赛默飞世尔科技(中国)有限公司];水为Milli-Q纯水仪去离子水。当归六黄汤中各单味药材均购自复旦大学附属肿瘤医院草药房,包括:当归(批号:20210615、20210705-1、20210723产自甘肃)、生地黄(批号: 20201217-1、20210324-1、20210401-1,产自河南)、熟地黄(批号:200801、210702、210801,产自河南)、黄连(批号:201101、210310、210601,产自四川)、黄柏(批号:210106、210605、210803,产自辽宁)、黄芪(批号:20200926-1、20201010-1、20210318-1,产自内蒙)、黄芩(批号:20201219-1、20210104-1、20210603-1,产自陕西)。
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分别精密称取4个对照品(黄柏碱、巴马汀、毛蕊异黄酮、阿魏酸),用甲醇分别配制成浓度约 10 mmol/ml 的对照品溶液,取各对照品液100 μl混合均匀,加甲醇至1 ml制备成浓度为1 mmol/ml的混合对照品储备液,−20 ℃密封保存备用。
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精密量取100 μl混合对照品储备液,首先稀释为100 μmol/ml的标准溶液,之后逐级稀释为2 μmol/ml、0.5 μmol/ml、0.2 μmol/ml、50 nmol/ml、20 nmol/ml、10 nmol/ml、5 nmol/ml、2 nmol/ml的系列标准曲线浓度。
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样品制备方法参照文献并根据实际用量进行调整[17]:分别称取当归1 g、地黄 1 g、熟地黄1 g、黄芩1 g、黄连1 g、黄柏1 g和黄芪2 g,粉碎过20目筛后,置于250 ml圆底烧瓶中,加入10倍(V/W)体积的超纯水室温浸泡1 h,回流提取30 min,过滤收集滤液,超纯水补足体积至80 ml,随后取滤液2 ml于50 ml容量瓶,加入超纯水至刻度,获得复方供试品溶液。分别称取上述各单味药材5 g,并分别粉碎过20目筛后,按照上述方法分别进行回流提取,获得各单味药材的供试品溶液。分别取复方供试品溶液和各单味药材供试品溶液稀释10倍后进样。
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Agilent Extend-C18色谱柱(5 μm, 4.6 mm×250 mm),流速为0.3 ml/min,进样体积为10 μl,柱温为25 ℃,流动相:0.5%甲酸水溶液(A),甲醇(B)。洗脱梯度:0 min为15% B,5 min为50% B,12~20 min为95% B,20.1~35 min 为15% B。
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离子源为ESI源,雾化气压GS1:60 psi,辅助气压:60 psi,喷雾电压:4 500 V(正离子模式),温度:500 ℃。采集模式:多反应监测模式(MRM),阿魏酸离子对:m/z 195.3-145.1,保留时间24.03 min;巴马汀离子对:m/z 352.4-336.1,保留时间23.15 min;毛蕊异黄酮离子对:m/z 285.2-270.0,保留时间25.79 min;黄柏碱离子对:m/z 342.4-192.2,保留时间19.85 min。
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在定量分析中,对建立的分析方法进行验证是保证测定可靠、数据可信的必要条件。方法验证主要包括以下几个方面。
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选取20 nmol/ml浓度的混合对照品溶液进样,4种成分的总提取离子流色谱图见图1A。当归六黄汤复方供试品溶液的提取离子流色谱图见图1B。黄柏碱的提取离子流色谱图见图1C,巴马汀提取离子流色谱图见图1D,阿魏酸提取离子流色谱图见图1E,毛蕊异黄酮提取离子流色谱图见图1F。方法的专属性能够满足对中药复方主要成分的定量分析要求。
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按“2.1.2”制备一系列浓度梯度的混合对照品溶液后,由低浓度依次进样。方法的灵敏度较高,在黄柏碱浓度2 nmol/ml、巴马汀浓度20 nmol/ml、黄连碱浓度20 nmol/ml和小檗碱浓度20 nmol/ml的样品中,测得信噪比远大于10,能够满足对样品含量测定的要求。将药物峰面积和浓度之间进行线性回归,得到的标准曲线、线性范围如表1,相关系数r在 0.992 0~0.999 6之间。
表 1 4种成分的标准曲线方程、相关系数、线性范围
成分 标准曲线方程 相关系数r 浓度范围
(nmol/ml)阿魏酸 Y=443X+73.8 0.999 2 20~2 000 黄柏碱 Y=4.76×104X+1.57×104 0.995 8 2~200 巴马汀 Y=1.02×104X−4.35×103 0.996 7 20~2 000 毛蕊异黄酮 Y=1.54×103X+73.8 0.999 6 20~2 000 -
精密吸取50 nmol/ml混合对照品溶液10 μl ,连续进样6次,记录峰面积。结果显示:阿魏酸、巴马汀、毛蕊异黄酮和黄柏碱峰面积的RSD分别为1.14%、1.94%、2.09%、1.33%(n=6)。连续进样3 d,结果显示,阿魏酸、巴马汀、毛蕊异黄酮和黄柏碱峰面积的RSD分别为1.96%、2.83%、1.85%、2.15%(n=3),表明方法的精密度良好。
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精密称取同批次当归六黄汤复方粉末6份 ,每份1.0 g,参照“2.1.3”项下方法平行制备供试品溶液后进样,测定4种成分的含量。结果显示:阿魏酸、巴马汀、毛蕊异黄酮和黄柏碱含量的RSD分别为1.89%、3.53%、2.12%、1.49%(n=6),表明方法的重复性良好。
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分别精密吸取“2.4”项下供试品溶液,于室温放置0 h、4 h、8 h、12 h、16 h、20 h、24 h进样测定,记录峰面积。结果显示,阿魏酸、巴马汀、毛蕊异黄酮和黄柏碱峰面积的RSD分别为0.96%、1.25%、1.21%和1.07%(n=7),表明供试品溶液在室温下放置24 h内稳定。
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取已知含量的复方供试品溶液6份,稀释100倍,每份取5 ml。分别精密加入已知浓度的对照品溶液0.5 μmol/ml阿魏酸500 μl、0.5 μmol/ml巴马汀600 μl、0.5 μmol/ml毛蕊异黄酮1 ml和0.1 μmol/ml黄柏碱500 μl混匀,加水定容至10 ml进样测定,计算加样回收率。结果显示,阿魏酸、巴马汀、毛蕊异黄酮和黄柏碱的平均加样回收率依次为97.74%、98.09%、102.50%和95.05%,RSD 依次为3.09%、2.87%、1.20%和2.14%(n=6),表明方法准确度良好,结果见表2。
表 2 4种成分的提取回收率(n=6)
成分 序号 已知浓度
(nmol/ml)加入浓度
(nmol/ml)测得浓度
(nmol/ml)提取
回收率
(%)RSD
(%)阿魏酸 1 22.50 25 46.82 97.74 3.09 2 24.17 25 50.06 3 18.10 25 42.54 4 17.83 25 41.33 5 23.63 25 48.26 6 19.84 25 43.67 巴马汀 1 32.81 30 63.57 98.09 2.87 2 36.29 30 65.61 3 32.74 30 61.52 4 34.18 30 63.13 5 33.42 30 61.83 6 30.92 30 61.25 毛蕊异黄酮 1 50.82 50 101.74 102.50 1.20 2 53.50 50 103.86 3 51.22 50 103.12 4 49.31 50 100.53 5 51.08 50 103.24 6 55.33 50 106.26 黄柏碱 1 6.54 5 11.18 95.05 2.14 2 6.21 5 10.83 3 6.47 5 11.22 4 6.43 5 11.31 5 7.23 5 11.97 6 6.97 5 11.85 -
选取3批不同批号的单味药材,参照“2.1.3”的方法,制备3批当归六黄汤复方溶液,测定不同批次当归六黄汤4种主要成分的含量。同时制备各单味药材溶液,通过测定单味药材中不同成分的含量明确主要成分的来源。阿魏酸、黄柏碱、毛蕊异黄酮和巴马汀的质量分数见表3。其中,当归、黄柏和黄连中均有阿魏酸,黄柏中阿魏酸含量最高。黄柏碱仅在黄柏中检出,其他单味药中均未检出黄柏碱。黄芩和黄芪中含有毛蕊异黄酮,黄芪中含量较高。黄柏和黄芪中均有巴马汀,黄芪中巴马汀的含量较高。生地黄和熟地黄中均未检出这4种主要成分,相关文献报道地黄中的主要成分为梓醇、糖类、氨基酸和地黄素等[18-19]。生物碱、有机酸并不是地黄中的主要成分。
表 3 当归六黄汤剂和单味药材中4种成分的含量
样品(批号) 质量分数(mg/g,n=3) 阿魏酸 黄柏碱 毛蕊异黄酮 巴马汀 S1 0.878±0.008 0.447±0.006 2.897±0.044 2.310±0.047 S2 0.745±0.012 0.466±0.008 2.634±0.043 2.375±0.042 S3 0.782±0.014 0.545±0.011 3.140±0.036 2.355±0.018 当归(20210723) 0.956±0.035 / / / 生地黄(20210401-1) / / / / 熟地黄(210801) / / / / 黄芩(20210603-1) / / 22.344±0.945 / 黄柏(210803) 7.475±0.192 3.461±0.146 / 6.073±0.715 黄连(210601) 0.428±0.017 / / / 黄芪(20210318-1) / / 0.621±0.001 17.389±0.07 -
采用HPLC法进行样品的在线分离,在建立方法的过程中对色谱中的流动相及洗脱梯度进行考察。甲醇对各成分的洗脱能力较好,并能很好的改善峰形。而且在水相中加入0.5%的甲酸都能够改善生物碱成分的拖尾,在对洗脱梯度进行优化时,最终采用“2.2.1”项下的洗脱梯度,能够实现各组分之间很好的分离并获得较好的峰形。
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黄柏碱、巴马汀、毛蕊异黄酮和阿魏酸在质谱分析中,正离子的响应较负离子的响应好,在正离子模式下,以上成分母离子存在形式为[M+H]+,通过二级裂解,选取裂解稳定响应较好的离子对进行分析。同时对多反应监测模式下质谱参数DP、CE值进行优化。其中,阿魏酸DP: 55 V,CE: 23 V;巴马汀DP: 76 V,CE: 39 V;毛蕊异黄酮DP: 75 V,CE: 33 V;黄柏碱DP: 66 V,CE: 34 V;使峰形和响应强度达到最优状态。
本文基于当归六黄汤的主要成分建立了HPLC-QTrap的定量分析检测方法,用以定量分析当归六黄汤中的阿魏酸、黄柏碱、巴马汀和毛蕊异黄酮4种主要成分的含量,该方法可用于当归六黄汤的质量控制和评价研究,也能为深入研究中药有效成分在体内的药动学研究提供方法借鉴。
Determination of four different components in Danggui Liuhuang decoction by HPLC-MS/MS
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摘要:
目的 建立HPLC-MS/MS的分析方法同时测定当归六黄汤中4种主要成分黄柏碱、巴马汀、毛蕊异黄酮、阿魏酸的含量,为当归六黄汤的质量控制提供方法学参考和借鉴。 方法 基于HPLC-MS/MS的分析方法,质谱检测采用ESI源MRM的正离子数据采集模式。色谱柱为Agilent Extend-C18(5 μm, 4.6 mm×250 mm),甲醇和含0.5%的甲酸水溶液进行梯度洗脱。 结果 黄柏碱的线性范围为2~200 nmol/ml,巴马汀、毛蕊异黄酮、阿魏酸的线性范围均为20~2 000 nmol/ml,当归六黄汤7批样品中4种成分的含量相对稳定,其中,阿魏酸主要存在于黄柏和黄连中;黄柏碱只在黄柏中测到;毛蕊异黄酮在黄芩和黄芪中含量较高;巴马汀在黄柏和黄芪中都能检测到。 结论 该方法灵敏度高,专属性好,样品的稳定性良好,能够满足中药复方定量分析的要求,可用于当归六黄汤的质量控制和评价研究。 Abstract:Objective To establish the method of simultaneous determination of four main components of Danggui Liuhuang Decoction, including phellodendrine, palmatine, calycosin, and ferulic acid and provide reference for the quality control of Danggui Liuhuang Decoction. Methods Based on the HPLC-MS/MS analysis method, the positive ion data acquisition mode were adopted for the mass spectrometry detection and the four main components were quantified with multiple reaction monitoring mode (MRM) by ESI source. The chromatographic column was Agilent Extend-C18 (5 μm, 4.6 mm×250 mm), and gradient elution was performed with methanol and 0.5% formic acid in water. Results The linear range of phellodendrine was from 2-200 nmol/ml, and the linear range of palmatine, calycosin and ferulic acid was from 20-2 000 nmol/ml. The contents of the four components in the seven batches of Danggui Liuhuang Decoction were relatively stable, among which ferulic acid was mainly found in Phellodendrine and Coptidis; Phellodendrine was only detected in cortex phellodendri; the content of calycosin in Scutellaria baicalensis and Astragalus was higher; palmatine was detected in both Phellodendron and Astragalus. Conclusion The method had high sensitivity, good specificity and sample stability, which could meet the requirements of quantitative analysis of Traditional Chinese Medicine compounds, and could provide reference for further pharmacokinetics study on the content changes of traditional Chinese medicine compounds in biological samples. -
Key words:
- Danggui Liuhuang decoction /
- phellodendron /
- palmatine /
- calycosin /
- ferulic acid /
- content determination
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玉米(Zea mays L.)属于禾本科玉蜀黍属一年生草本植物。玉米须(corn silk, maydis stigma)是玉米的干燥花柱及柱头,是我国传统中药材,《滇南本草》最早记载其入药,1985年版《中华人民共和国卫生部药材标准》将玉米须列为常用药材品种,并在1977年版《中国药典》中收录。
玉米须, 别名蜀黍须、玉蜀黍须、包谷须, 秋季玉米收获时采收,烘干或晒干。玉米须性平, 味甘、淡,具有利尿消肿、平肝利胆的功效,《黄帝内经》中记载,玉米须在治疗前列腺疾病方面具有良好的效果。玉米须还被广泛用作茶[1]、功能食品及食品添加剂[2-3]。现代研究表明,玉米须黄酮类化合物是玉米须治疗肥胖、高血糖、肾炎、膀胱炎、痛风、前列腺炎等疾病的重要药效成分[4-5]。本文通过对近10年文献的查阅, 综述了玉米须黄酮在提取工艺、成分表征、含量测定、药理作用及安全性方面的研究进展, 为玉米须黄酮的进一步开发应用提供参考。
1. 提取工艺研究
1.1 总黄酮的提取
热回流提取法是提取中药有效成分和有效部位最常用的方法。虽然热回流提取法的提取效率非常高,但样品在持续的受热过程中不稳定,导致有效成分分解,得到的产品品质也会降低。近年来,具有低温、高效、时间短等优点的超声波提取法、微波提取法被广泛用于中药有效部位的提取,提取效率要远高于普通浸提法和热回流提取法。近几年有多篇文献对玉米须总黄酮的提取工艺进行了研究,详细总结见表1。
表 1 玉米须总黄酮提取工艺编号 提取方法 优化工艺条件 总黄酮提取率
(mg/g)参考
文献1 回流提取法
(单因素试验结合响应面法)温度80℃、时间2.5 h、pH值 2.0、乙醇体积分数72%、
液料比70 ml/g3.89 [6] 2 真空减压提取法
(单因素试验和正交试验)真空度 0.07 Mpa、时间35 min、乙醇体积分数 50%、
液料比 40 ml/g1.35 [7] 3 超声波提取法
(正交试验)超声功率 500 W、超声温度70℃、超声提取时间10 min、
乙醇体积分数60%、料液比70 ml/g34.58 [8] 4 超声波提取法
(响应面优化法)超声功率 500 W、超声温度57℃、超声时间45 min、
乙醇体积分数70%、液料比26 ml/g23.37 [9] 5 超声波-双酶协同提取法
(Box-Behnken 响应面设计法)超声功率 173 W、超声时间35 min、乙醇体积分数60%、
液料比 31 ml/g、酶解时间 42 min、加酶比(果胶酶∶纤维素酶)1.9∶17.2 [10] 6 超声波辅助提取法 超声功率 260 W、超声温度63℃、超声时间 l7 min、
乙醇体积分数60%5.63 [11] 7 微波辅助提取法(正交试验优化) 提取时间 8 min、乙醇体积分数 60%、液料比50 ml/g 7.87 [11] 1.2 总黄酮的纯化
采用溶剂法提取获得的玉米须黄酮提取物总黄酮含量比较低,一般要经过色谱方法进行纯化才能获得高含量的总黄酮。包京姗等[12]考察了D101大孔吸附树脂对超声提取的玉米须总黄酮的纯化效果,5 g大孔吸附树脂、总黄酮上样液质量浓度7 mg/ml、上样液体积1 ml、盐酸调pH值为3、60%乙醇洗脱、洗脱体积为5 倍柱体积、流速1.0 ml/min,纯化后总黄酮的纯度质量分数由41.35%提高到69.20%。刘杰等[13]比较了5种大孔吸附树脂的静态吸附-解吸总黄酮的效果,发现AB-8型大孔吸附树脂纯化玉米须总黄酮效果最佳。单因素试验结合响应面法确定了AB-8大孔吸附树脂柱色谱的最佳参数为:总黄酮上样液质量浓度1.41 mg/ml、洗脱液流速2.00 ml/min、乙醇体积分数为70%、总黄酮的平均解吸率为96.52%。上述研究为玉米须总黄酮的纯化提供了理论参考。
2. 黄酮成分分离与表征
目前,已从玉米须中分离得到的黄酮类成分类型众多,包括黄酮及其苷类、黄酮醇及其苷类、二氢黄酮及其苷类、异黄酮及其苷类、黄烷类、花青素类等,且苷类成分既有氧苷也有碳苷。由于黄酮类成分极性适中,容易分离得到,所以前期已经分离获得了大量的玉米须黄酮类化合物。近几年从玉米须中分离得到的新黄酮类化合物并不多,仅检索到3个新黄酮碳苷。Sarfare等[14]运用多种色谱分离技术及光谱鉴定技术,从玉米须中分离得到2个为新黄酮碳苷:chrysoeriol 6-C-β-oliopyranosyl-7-O-β-D-glucopyranoside, 3'-methoxycassiaoccidentalin A,以及2个已知的黄酮类成分chrysoeriol 6-C-β-boivinopyranosyl-7-O-β-D-glucopyranoside和ax-4"- hydroxy-3'-methoxymaysin。宋少江课题组[15]从玉米须中分离得到1个新黄酮碳苷silkone A,以及3个已知的黄酮类成分莲子草素 (alternanthin), [(2S)-7,4'-二羟基-3'-异戊烯基-黄烷]和 [(2S)-7,3'-二羟基-4'-甲氧基黄烷]。新黄酮碳苷及玉米须中主要黄酮类化合物的结构如图1所示。
与传统的色谱分离方法相比,液相色谱-质谱联用技术(LC-MS)越来越多地应用于复杂体系化学成分全面表征的研究中。高分辨率质谱法提供了精确的分子质量信息,从而有助于识别未知化合物;生物信息学的发展提升了化学分析和质谱数据处理的能力;各种工具和成倍增加的网络平台有助于代谢产物的鉴定研究。例如,Fougère等[16]采用超高效液相色谱/高分辨二级串联质谱(UHPLC/HRMS2)方法共表征了玉米须中的104个化合物,并进一步结合全球天然产物社会分子网络(GNPS)平台和Cytoscape软件以及文献对照等方法鉴定了其中的19个黄酮类化合物,但由于缺乏对照品,最终并没有全部确定这些化合物的结构。目前已报道从玉米须中鉴定的黄酮类化合物有:5,7,4′-三羟基-3′-甲氧基黄酮-6-C-α-L-(鼠李糖-α-L-1,2-鼠李糖苷)[17]、ax-5"-甲烷-3′-甲氧基玉米素(ax-5"-methane-3′-methoxy maysin)[17]、5,7,4′-三羟基-3′-甲氧基黄酮-3-C-β-D-阿拉伯糖苷-6-C-α-L-鼠李糖苷[17]、香叶木素(Diosmetin)[18]、夏佛塔苷(Schaftoside)[18]、异荭草素(Isoorientin)[18]、大豆苷(Daidzin)[18]、当药黄素(Swertisin)[18]、红车轴草素-7-O-β-D-吡喃葡糖苷(Pratensein 7-O-β-glucopyranoside)[18]、芹糖葛根素苷(Mirificin)[18]、漆黄素(Butin)[18]、牡荆素(Vitexin)[18]、野漆树苷(Rhoifolin)[18-19]、皂草苷(Saponarin)[18] 、李属异黄酮苷(Prunetrin)[19]、木犀草素(Luteolin)[19]、2"-O-α-L-鼠李糖基-6-C-(3-脱氧葡萄糖基)-3'-甲氧基木犀草素(2"-O-α-L-rhamnosyl-6-C-3-deoxyglucosyl-3′-methoxyluteolin)[20]、6,4'-二羟基-3'-甲氧基黄酮-7-O-β-葡萄糖苷(6,4′-dihydroxy-3′-methoxyflavone-7-O-β-glucoside)[20]、锦葵素(Malvidin)[20]、芍药素(Peonidin)[20]。
3. 含量测定
总黄酮是玉米须的主要有效部位之一。玉米须及其相关产品的质控也多以总黄酮为指标,其含量也将直接影响玉米须的品质及相关产品的功效。徐建霞等[21]对比分析了贵州常用的8种骨干玉米在3个不同生长时期(吐丝未授粉期、灌浆期和成熟期)的玉米须总黄酮的含量。研究结果显示,未授粉期6号(1703)材料总黄酮含量最高,品质最优。研究结果为筛选玉米须原料和选择采收期提供了科学依据。彭磊等[22]建立了紫外分光光度法测定玉米须黄酮含量的方法,测定波长为 400 nm,共测定了15 批样品,总黄酮的含量范围是3.896 ~ 9.512 mg/g。侯少平等[23] 以芦丁为对照品,利用紫外-可见分光光度法对陕西兴平种植的3种玉米须的乙醇提取物总黄酮含量进行测定,郑单958含量最高达10.739 mg/g,申单9号含量为8.174 mg/g,武科 2号含量最低为 4.684 mg/g。
彭磊等[22]采用HPLC方法对购于河南河北的15批玉米须中芹菜素的含量进行了测定,芹菜素的含量范围为0.047~0.246 mg/g,含量差异可达5倍以上。张晓明等[24] 测定了山西原平、定襄、五台、忻州4个不同产地的玉米须样品中芦丁的含量,其中忻州样品的芦丁含量最高为0.623 mg/g。研究结果显示不同产地不同品种所含有效成分的含量也具有较大的差异,这也进一步说明了优质品种筛选的重要性。上述2篇文献分别以芹菜素和芦丁作为指标成分对玉米须的品质评价进行了研究。芹菜素和芦丁两个黄酮类化合物在植物中广泛存在,以此为标准评价玉米须的品质缺乏专属性和选择性。如能结合药理学研究结果,选用具有生物活性的黄酮类化合物为指标成分,可更好地评价玉米须的品质。
4. 药理作用
4.1 抗糖尿病
玉米须黄酮具有显著抗糖尿病作用。Zhang等[25]采用链脲佐菌素(STZ)诱导的糖尿病小鼠模型评价玉米须粗黄酮(CSFs)的抗糖尿病活性。研究结果显示,CSFs给药4周后,可显著降低糖尿病小鼠的体重及耗水量,尤其是血糖浓度,且CSFs高剂量组(500 mg/kg)降低糖尿病小鼠体重的作用最强;与糖尿病模型对照组相比,CSFs高剂量组可显著降低糖尿病小鼠血清甘油三酯(TG)、总胆固醇(TC)、低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)、丙二醛(MDA)和肝糖原水平,高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)和超氧化物歧化酶(SOD)水平略有升高。研究结果说明,CSFs可能是通过调节脂质代谢、清除氧自由基以保护机体的新陈代谢和修复机体的抗氧化能力等途径发挥抗糖尿病作用。
杨生辉等[26]研究发现,玉米须总黄酮对晚期糖基化终产物、乙酰胆碱酯酶和α-葡萄糖苷酶具有一定抑制活性,且呈现浓度依赖性。采用Pearson相关分析法对玉米须黄酮含量与抗糖基化、乙酰胆碱酯酶和α-葡萄糖苷酶抑制能力进行相关性分析,发现抗糖基化、乙酰胆碱酯酶和α-葡萄糖苷酶抑制活性与黄酮含量呈正相关(相关系数r分别为0.83、0.90和0.57,P<0.05)。
Li等[9]采用网络药理学方法计算发现,芦丁、木犀草素、高车前素是玉米须抑制高血糖活性的主要活性成分。Chaudhary等[27]采用分子对接的方法预测玉米须中生物活性物质对糖尿病相关靶点的结合亲和力。26种生物活性物质与5个不同的靶标(蛋白酪氨酸磷酸酶1-B、葡萄糖转运蛋白-1、二肽基肽酶-4、α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶)对接,发现儿茶素、槲皮素、芦丁、山柰酚等化合物对蛋白酪氨酸磷酸酶1-B(PTPN-1B)具有最高的结合亲和力,结合能最高为 −8.5 kcal/mol,可用于研究和开发新的抗糖尿病分子。
4.2 抗炎、镇痛作用
Jeong等[28]采用乙酸诱导的小鼠扭体反应和二甲苯诱导的美国癌症研究所(ICR)小鼠耳肿胀模型研究玉米须黄酮提取物(MSE)的体内镇痛和抗炎作用。ICR小鼠灌胃不同剂量的MSE(100 mg/kg、200 mg/kg、300 mg/kg),发现300 mg/kg的MSE可显著抑制乙酸注射引起的扭体反应(52.40%),并显著减少二甲苯诱导的小鼠耳肿胀度(77.61%)。组化分析结果显示,MSE能以剂量依赖的方式减少水肿引起的小鼠耳组织细胞浸润或肿胀,其中300 mg/kg 玉米须黄酮提取物的抑制作用比阳性药吲哚美辛更显著。采用二甲苯致小鼠耳肿胀实验、热板实验和扭体实验等方法,律广富等[29]研究了玉米须总黄酮的抗炎、镇痛作用。小鼠以玉米须总黄酮(2.12 g/kg、1.06 g/kg、 0.53 g/kg)预灌胃给药7 d后,与模型对照组相比,药物中、高剂量组小鼠耳肿胀度显著降低(P<0.05),出现舔足时间显著延长(P<0.05);药物高剂量组出现扭体时间显著延长、扭体次数显著减少(P<0.05)。
采用脂多糖(LPS)诱导的巨噬细胞炎症模型,研究玉米须黄酮的体外抗炎特性及其分子机制[28],结果表明,玉米须黄酮(10 μg/ml、100 μg/ml、 200 μg/ml)可显著降低LPS诱导巨噬细胞的诱导型一氧化氮合酶(iNOS)和环氧合酶(COX-2)水平,剂量依赖性地抑制NO的分泌,且不会产生细胞毒性。深入研究发现,玉米须黄酮对LPS诱导的巨噬细胞的抗炎活性可能与急性期蛋白(AP-1)信号通路的抑制有关。
4.3 抗痛风
已有多项研究报道,玉米须黄酮对急性痛风性关节炎具有改善作用。律广富等[29]采用尿酸钠诱导家兔急性痛风性关节炎模型,研究了玉米须黄酮抗炎、镇痛活性,及其对家兔急性痛风关节炎的改善作用。玉米须黄酮(0.58 g/kg、0.29 g/kg、0.15 g/kg)预灌胃给药7 d后,与模型组比较,药物组滑膜组织炎症明显减轻,充血、水肿、滑膜增生不明显,并显著减少炎细胞浸润。林贺等[30]测试了玉米须黄酮提取物对尿酸钠诱导大鼠痛风性关节炎的影响。研究结果显示,玉米须黄酮提取物高、中剂量组(1 g/kg、0.5 g/kg) 可显著减轻踝关节肿胀度(P<0.01),降低血浆白细胞介素-1α(IL-1α)、白细胞介素-6(IL-6)、肿瘤生长因子-α(TNF-α)及血浆细胞间粘附分子1(ICAM-1)、基质金属蛋白酶-1 (MMP-1)水平(P<0.05),显著改善大鼠关节滑膜组织的病理变化。
李萍等[31]采用氧嗪酸钾和单钠尿酸盐(MSU)联合诱导的大鼠改良痛风模型,研究玉米须黄酮提取物对改良急性痛风模型大鼠的改善作用及可能的作用机制。结果表明,造模 24 h 后,黄酮提取物高、中剂量组及秋水仙碱组大鼠的踝关节肿胀度均显著减轻(P<0.05)。给药 7 d 后,与模型组相比,黄酮提取物高、中剂量组及秋水仙碱组大鼠血清 IL-1β水平均显著降低(P<0.05),黄酮提取物高、中剂量组及苯溴马隆组大鼠血清尿酸(UA)水平均显著减少(P<0.01)。研究结果表明,玉米须黄酮可能是通过抑制炎性细胞因子 IL-1β 的表达缓解急性痛风性关节炎的急性炎症反应。
4.4 神经保护作用
冯小童[32]研究了玉米须总黄酮(STF)对β-淀粉样蛋白(Aβ25-35)所致阿尔兹海默症(AD)模型小鼠学习记忆能力的影响。玉米须总黄酮灌胃治疗3 周后,通过检测小鼠空间学习记忆能力、脑组织中ROS 和MDA 含量评价其药效。结果显示,STF 高剂量组较AD 模型组可显著增加空间学习记忆能力(P<0.01),明显降低脑组织中 ROS 和 MDA 含量(P<0.01)。玉米须总黄酮具有改善 Aβ25-35 所致 AD 小鼠学习记忆的能力,可能与抑制 AD 小鼠脑内氧化应激反应有关。
Ryuk等[33]则考察了玉米须黄酮水提取物(CSW)对缓解蒙古沙土鼠短暂性脑缺血再灌注(I/R)的缺血性卒中症状和卒中后高血糖的影响。在其 40% 能量脂肪饮食中给予0.05% CSW(I/R-L)和0.2% CSW(I/R-H)、0.02% 阿司匹林(I/R-阿司匹林)和纤维素(I/R-对照)3周后,对蒙古沙土鼠进行8 min的动脉闭塞和再灌注,并按照规定的饮食继续喂养3周。CSW的摄入减少了I/R损伤蒙古沙土鼠的神经元细胞死亡,并剂量依赖性地改善了神经症状,包括下垂的眼睛、蹲姿、屈肌反射和行走模式;减轻了短期记忆、自发变化和握力;对缺血性卒中症状的保护作用与TNF-α、IL-1β、超氧化物和脂质过氧化物水平降低有关,从而促进海马组织超氧化物歧化酶活性;改善血流等。此外,CSW可预防与降低胰腺β细胞质量相关的卒中后高血糖,并且与保护β细胞凋亡有关,恢复了与假手术组类似的β细胞质量。与I/R对照组相比,CSW摄入提高了乳酸杆菌、双歧杆菌、异杆菌和阿克曼菌的相对丰度。Picrust2分析表明,与I/R对照组相比,CSW增加了丙酸盐和丁酸盐的代谢以及淀粉和葡萄糖的代谢,但减少了脂多糖的合成。总之,CSW通过减少氧化应激和炎症、增加血流量和β细胞质量来预防神经元细胞死亡和高血糖症,这种缓解可能是通过改善肠-脑轴相关的肠道微生物组群落来实现的。
4.5 护肤作用
玉米须在美白保健护肤方面也具有很大潜在价值。Wang等[15]建立了微量2'-联氮-二(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)(ABTS)自由基清除法,评价从玉米须中分离得到的1个新黄酮化合物silkone A以及3个已知的黄酮类物质,莲子草素 (alternanthin),(2S)-7,4'-二羟基-3'-异戊烯基-黄烷和 (2S)-7,3'-二羟基-4'-甲氧基黄烷对自由基清除能力的大小。其半数抑制浓度 (IC50)值31.34~37.04 μmol/L,显示比阳性药Trolox具有更强的自由基清除活性。2个黄烷化合物 [(2S)-7,4'-二羟基-3'-异戊烯基-黄烷、(2S)-7,3'-二羟基-4'-甲氧基黄烷] 对酪氨酸酶表现出中等的抑制活性,IC50 值分别为0.49 mmol/L和0.21 mmol/L。通过分子对接计算进一步研究推测,2个黄酮配体与活性位点残基之间的氢键相互作用可能是其发挥抑制酪氨酸酶活性的关键。研究证实了玉米须黄酮类化合物在抗氧化和抑制酪氨酸酶活性方面的潜力,并为开发玉米须护肤产品提供依据。
紫外线B(UVB)照射会对皮肤产生不良影响。玉米须含有的黄酮类化合物可通过抗氧化和抗炎作用防止皮肤光老化。Kim等[34]研究了膳食玉米须对UVB诱导的小鼠皮肤损伤的潜在光保护作用以及作用机制。口服玉米须水提取物 (CS)2 g/(kg·d)或4 g/(kg·d)19周,显著降低了UVB照射的SKH-1无毛小鼠的表皮厚度、皱纹形成和增殖细胞核抗原 (PCNA)、Ki67和8-OHdG阳性染色,并增加了胶原染色。CS组的促炎核因子κB (NF-κB)靶基因 (IL-1β、iNOS和COX-2)和MMP-9的表达较低,转化生长因子β/Smad (TGF-β/Smad)信号传导增加。检测到皮肤脂质过氧化和血液DNA氧化水平较低,血液谷胱甘肽含量较高,抗氧化转录因子Nrf2相关的过氧化氢酶和人超氧化物歧化酶1 (SOD1)蛋白以及谷胱甘肽信使核糖核酸水平增加。CS提取物可以通过抗氧化和抗炎机制减少UVB诱导的皮肤损伤。
李浩楠等[35]在对玉米须总黄酮活性成分研究的基础上,通过正交设计对一款含玉米须总黄酮美容产品的基质进行优化,确定了最终制剂处方。优化后的制剂处方为,水相组分:氮酮 2%、尼泊金乙酯 0.1%、甘油 10%、单硬脂酸甘油酯 5%、乳化剂三乙醇胺 4%、玉米须总黄酮 5%;油相组分:液状石蜡 10%、白凡士林5%、硬脂酸 10%。该研究结果为进一步研制一款具有抗氧化作用的美容产品奠定基础。
4.6 细胞毒作用
玉米须总黄酮提取物具有显著的抗肿瘤活性,已有报道玉米须提取物(SME)可显著抑制荷瘤小鼠的肿瘤生长,显著延长S180 荷瘤鼠存活时间,并增强体外淋巴细胞转化功能[36]。Lee等[37]研究了玉米须提取物主要活性成分maysin 对雄激素依赖性人前列腺癌症细胞(PC-3)的细胞毒活性。结果表明,maysin可剂量依赖性地降低PC-3 细胞的活性,在200 μg/ml剂量时抑制了87%的PC-3细胞活性。Maysin可显著诱导凋亡细胞死亡、DNA断裂、MMP去极化,并降低B淋巴细胞瘤-2基因(Bcl-2)和半胱天冬酶-3酶原抗体(PRO-CASPASE-3)表达水平;显著减少蛋白激酶B(Akt)和细胞外调节蛋白激酶(ERK)的磷酸化;与其他已知抗癌药物 [包括氟尿嘧啶(5-FU)、依托泊苷、顺铂或喜树碱] 联合,可协同增强PC-3细胞凋亡性死亡的作用。这些结果首次证实,maysin可通过线粒体依赖性通路诱导PC-3癌细胞株的细胞凋亡,并可能对化疗耐药或雄激素依赖性人类前列腺癌具有强大的治疗潜力。
4.7 降脂作用
长期以来,玉米须及其提取物作为一种传统的民间药物在世界许多地方被广泛应用,玉米须提取物作为茶和功能食品添加剂具有抗高脂血症和抗糖尿病的特性[38]。然而,这些研究大多是使用玉米须的粗提取物进行的,关于玉米须提取物中单个成分的生物和药理活性的研究一直很少。
Lee等[39]利用小鼠前脂肪细胞(3T3-L1)和C57BL/6小鼠模型,研究了玉米须中主要黄酮类化合物maysin 在体外和体内的潜在抗肥胖作用。Maysin能降低细胞内脂滴和TG的水平,并下调了3T3-L1细胞中转录因子CCAAT/增强子结合蛋白α(C/EBP-α)、转录因子CCAAT/增强子结合蛋白β(C/EBP-β)、过氧化物酶体增殖物激活受体-γ(PPAR-γ)和急性期蛋白2(aP2)的蛋白质表达水平,抑制细胞内脂质积聚和脂肪细胞分化。Maysin通过激活胱天蛋白酶级联反应和线粒体功能障碍诱导3T3-L1细胞凋亡,最终导致脂肪组织质量减少。动物实验表明,maysin(25 mg/kg体重)可降低高脂饮食(HFD)喂养的C57BL/6小鼠的体重增重和附睾脂肪重量,降低了小鼠血清TG、总胆固醇、LDL胆固醇和葡萄糖的水平。这些结果首次表明maysin在体外和体内具有降脂活性,发挥抗肥胖作用,是玉米须提取物的主要有效成分。
5. 安全性研究
玉米须在中国和许多其他国家作为传统草药或功能性食品使用历史悠久,曾被1977版《中国药典》收载。因此,对玉米须的安全性评价具有重要意义。Peng等[40]评估了玉米须黄酮苷提取物(FMS)对小鼠的亚慢性毒性和遗传毒性。在亚慢性毒性研究中,小鼠口服FMS 2.50 g/(kg·d)、5.00 g/(kg·d)和10.00 g/(kg·d),连续28 d。实验结束时,检查一般临床症状、死亡率、血液学、生化和组织病理学参数。通过微核实验和精子畸形实验对FMS的遗传毒性进行评价。结果显示,实验期间所有动物均存活,与对照组相比,所有FMS治疗组均未观察到统计学显著差异或毒理学相关的差异;未观察到的不良反应水平(NOAEL)剂量确定为10 g/(kg·d)。根据微核实验和精子畸形实验的结果,即使在实验上限剂量10 g/(kg·d)时,也没有在体细胞或生殖细胞中发现遗传毒性的证据。
Ha等[41]报道了玉米须提取物对ICR小鼠的急性和亚急性毒性。小鼠口服灌胃玉米须提取物2 g/(kg·d),测试其急性毒性,记录14 d的临床症状、死亡率和体重变化。在实验期间,所有药物组均未观察到死亡或异常症状。与对照组相比,体重没有任何显著变化。玉米须提取物的致死剂量估计超过2 g/kg。小鼠口服灌胃玉米须提取物500 mg/(kg·d),连续4周,测定体重、水和食物消耗量以及器官重量。玉米须提取物对体重、水分摄入、食物消耗、尿液参数、临床化学或器官重量没有相关毒性影响。组织病理学检查显示没有异常,确定玉米须提取物的最大无毒剂量超过500 mg/kg。
Saheed等[42]评估了Wistar大鼠给予100、200、400 mg/kg体重的玉米须水提取物1、7、14、21和28 d后,对血液学指标的毒理学影响,并在实验结束后分析了其脂质参数。在所有测试剂量下,玉米须水提取物对红细胞、红细胞压积、血红蛋白、平均红细胞体积、平均红血球血红蛋白、平均白细胞血红蛋白浓度和平均血小板体积没有任何显著影响(P>0.05)。研究还表明,玉米须水提取物可显著升高血清白细胞、血小板、淋巴细胞、高密度脂蛋白胆固醇水平;显著降低总胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇和动脉硬化指数。研究结果显示,在实验剂量范围内,玉米须水提取物不具有血液毒性,并且可能是治疗冠心病的良好候选药物。以上研究结果表明,玉米须提取物作为功能性食品、食品添加剂和天然药物的使用是安全的。
6. 结论
近10年来,玉米须黄酮在食品、保健品及药品领域的应用越来越广泛,相关研究受到了国内外众多学者的关注。玉米须黄酮化学成分的研究发现了新的黄酮碳苷,丰富了玉米须黄酮类化合物的种类;多项药理学研究证实玉米须黄酮具有抗糖尿病、抗炎镇痛、细胞毒、护肤、神经保护、抗痛风以及降脂等作用,拓展了玉米须应用功效;安全性评价为玉米须黄酮的安全应用提供了理论依据。综上,玉米须黄酮的应用及市场仍具有很大的潜力,还需要深入系统的研究为玉米须黄酮的应用提供理论依据。
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表 1 4种成分的标准曲线方程、相关系数、线性范围
成分 标准曲线方程 相关系数r 浓度范围
(nmol/ml)阿魏酸 Y=443X+73.8 0.999 2 20~2 000 黄柏碱 Y=4.76×104X+1.57×104 0.995 8 2~200 巴马汀 Y=1.02×104X−4.35×103 0.996 7 20~2 000 毛蕊异黄酮 Y=1.54×103X+73.8 0.999 6 20~2 000 表 2 4种成分的提取回收率(n=6)
成分 序号 已知浓度
(nmol/ml)加入浓度
(nmol/ml)测得浓度
(nmol/ml)提取
回收率
(%)RSD
(%)阿魏酸 1 22.50 25 46.82 97.74 3.09 2 24.17 25 50.06 3 18.10 25 42.54 4 17.83 25 41.33 5 23.63 25 48.26 6 19.84 25 43.67 巴马汀 1 32.81 30 63.57 98.09 2.87 2 36.29 30 65.61 3 32.74 30 61.52 4 34.18 30 63.13 5 33.42 30 61.83 6 30.92 30 61.25 毛蕊异黄酮 1 50.82 50 101.74 102.50 1.20 2 53.50 50 103.86 3 51.22 50 103.12 4 49.31 50 100.53 5 51.08 50 103.24 6 55.33 50 106.26 黄柏碱 1 6.54 5 11.18 95.05 2.14 2 6.21 5 10.83 3 6.47 5 11.22 4 6.43 5 11.31 5 7.23 5 11.97 6 6.97 5 11.85 表 3 当归六黄汤剂和单味药材中4种成分的含量
样品(批号) 质量分数(mg/g,n=3) 阿魏酸 黄柏碱 毛蕊异黄酮 巴马汀 S1 0.878±0.008 0.447±0.006 2.897±0.044 2.310±0.047 S2 0.745±0.012 0.466±0.008 2.634±0.043 2.375±0.042 S3 0.782±0.014 0.545±0.011 3.140±0.036 2.355±0.018 当归(20210723) 0.956±0.035 / / / 生地黄(20210401-1) / / / / 熟地黄(210801) / / / / 黄芩(20210603-1) / / 22.344±0.945 / 黄柏(210803) 7.475±0.192 3.461±0.146 / 6.073±0.715 黄连(210601) 0.428±0.017 / / / 黄芪(20210318-1) / / 0.621±0.001 17.389±0.07 -
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