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沙棘的研究开发评述及其重要意义

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[摘要]沙棘Hippophae rhamnoides 是我国西部地区最具代表性的经济作物之一,生物多样性广泛,资源蕴藏量丰富。自20世纪80年代起,沙棘作为我国保健品开发和生态保护的重点得到广泛地开发利用,该方面研究取得了令世人瞩目的成绩。目前,沙棘作为重要的经济作物和生态保护的先锋树种仍有重要的意义。该研究仅对沙棘的化学结构,药理活性和临床应用研究及产品开发做一评述,对沙棘研究开发面临的问题提出一些建议,进行研究前景展望,促进沙棘资源的进一步研究开发,提高我国沙棘综合开发效益,为建设小康社会服务。

[关键词]沙棘;化学成分;药理活性;临床应用;产品开发;生态保护

沙棘Hippophae rhamnoides,胡颓子科, 灌木或乔木,又名酸醋柳、黑刺、酸刺、其察日嘎纳(蒙名)、达普(藏名)、吉汗(维吾尔名)等[1],广泛分布于我国华北、西北、东北、西南等地区,有“天然维生素宝库”、“营养保健来源”、“改善生态环境先锋”、“神果奇树”等美称,是我国西部地区最具代表性的一种经济植物,为我国内蒙古、陕西、辽宁等省市带来了巨大的经济效益。沙棘产业的蓬勃发展是由于我国沙棘产业开发具有以下几方面的优势。

我国是最早记述沙棘药用价值的国家,早在1 000多年前的唐代,藏医经典著作《四部医典》就有详尽的关于沙棘疗效和配伍的记述;1977年沙棘被首次载入《中华人民共和国药典》,获得中药材的法定地位,此后各版药典均有收录;其次由于我国沙棘属植物生物多样性最为丰富,资源蕴藏特别广泛,从1985年开始,在政府的倡导下,沙棘被作为加速黄土高原和西部地区医药保健品开发和国土治理的重点,在西部地区得到推广利用,其开发规模是古今中外所少有的。而且,我国在沙棘开发利用方面作出的努力得到了国际同行的肯定,德国生药权威H. wagner教授在他的最新学术著作中对这方面已有详细的评述[2]。本研究对近年来沙棘的研究开发和存在问题做出的评述,并提出一些建议和看法。

1生物多样性

沙棘属植物广泛分布于欧亚大陆寒温带地区,南起喜马拉雅山山脉南坡的尼泊尔、锡金,北至大西洋沿岸的挪威,东抵中国东北地区,西达南欧西班牙[3]。沙棘属植物为高度可变的类群,其分类一直存在较大争议。1753年,Linnaeus建立沙棘属[4],1908年,Servettaz认为沙棘属有1个种3个亚种;1971年,Rousi重新修订了这3个亚种,并添加了7个新的亚种;1998年廉永善等把沙棘属分为6个种,12个亚种;2002年,Swenson等根据沙棘的分子生物学及形态学研究把沙棘属植物划分为7个种,11个亚种[5-6],其中中国分布7个种,7个亚种,因此我国是沙棘属植物的类群分化中心,原始类群中心和起源中心[7]。中国沙棘亚种H. rhamnoides Subsp. sinensis Rousi在国内分布最广,主要分布在西北、华北和东北各省(区),是市场流通的药品,食品等沙棘产品的原材料[8]。

2化学成分

沙棘含有的化合物种类多达百种以上,这些物质包含了人体必需但又不能自身合成的氨基酸、维生素、微量元素、生育酚、类胡萝卜素、多酚、黄酮等其他一些对身体有益的脂肪酸等活性物质[9-10]。其中,黄酮类化合物在沙棘叶中含量最高,维生素、长链醇、酯类、甾醇类、五环三萜类化合物、挥发性单萜烯等在沙棘油里含量较高[11]。这些化合物对人体的健康非常重要。现归结沙棘的化学成分如下。

2.1黄酮 沙棘富含黄酮类成分,现已从沙棘植物中分离到49个黄酮类化合物(6个黄酮苷元、8个黄酮单糖苷、6个黄酮芸香糖苷、11个黄酮3,7-二糖苷、8个黄酮三糖苷、8个酰化黄酮糖苷类及2个黄烷-3-醇类),大部分以异鼠李素、槲皮素、山柰酚为母核(图1),糖原为:葡萄糖、鼠李糖、槐糖等[12-14]。沙棘各部位黄酮种类及组成、比例因产地、品种、采摘时间而异,但主要存在于沙棘果实和沙棘叶中。并且,果实中黄酮种类多于沙棘叶,而沙棘叶黄酮含量高于果实[15]。正是因为这些丰富的黄酮类化合物,沙棘才具有了如治疗心脑血管疾病(心肌缺血、心肌再灌注损伤、血栓)、抗癌、抗氧化、抗衰老、降血脂、降血糖、心脏保护等药理作用[16-18]。

2.2多酚 沙棘含有30余种多酚类化合物,它们主要以没食子酸、儿茶素为母核(图2)。这些多酚类化合物具有抗氧化、保护细胞、保护心脏及促进伤口愈合等作用[19]。同时,沙棘浆果和沙棘叶中含有没食子酸、芥子酸、龙胆酸、鞣花酸、水杨酸、咖啡酸、肉桂酸、原儿茶酸、对羟基苯甲酸等有机酸[13,20]。

2.3维生素 沙棘有维生素“源”植物的美称,富含维生素C,E,维生素A原,B族维生素,维生素K,P,F等。中国沙棘维生素C质量分数位于所有沙棘品种之首,可达25 mg・g-1,维生素E的质量分数达1.62~2.55 mg・g-1,高于其他沙棘品种的总均值1.60 mg・g-1[11,20-21]。沙棘中丰富的维生素C和维生素E可以起到显著的抗衰老,抗氧化作用。

2.4脂类 沙棘种子和沙棘果肉分别含有16%~18%,4.7%~8.2%的油脂,包含了大部分易被人体吸收的豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、棕榈烯酸、油酸、亚油酸、亚麻油酸、花生酸等不饱和脂肪酸[22]。沙棘果实类脂的含量约占果实总质量的0.5%左右,包含有卵磷脂、脑磷脂、磷脂酰肌醇、磷脂酰甘油、磷脂酸等100多种脂质[23]。

2.5其他活性成分 人们已从沙棘果实中提取出60多种挥发性成分,主要包括已酸乙酯、3-甲基丁酸甲酯、3-甲基丁烷酸等[24]。另外,沙棘叶和沙棘浆果含有丰富的三萜类,甾醇类化合物以及多种人类需要的常量与微量元素,例如钾,钠,钙,锰,锶等[13,20,25-27]。目前人们已从沙棘中分离得到9个三萜类化合物、18个甾醇类化合物。虽然,甾醇的含量会随生长时间和提取方法而异,但一般情况下,种子、鲜果浆和全浆果的总甾醇量分别为1 200~1 800,240~400,340~520 mg・g-1,种子和果浆总甾醇中的谷甾醇量分别为57%~76%和61%~83%[12,20,25]。沙棘果肉中还含有以天门冬氨酸为主的18种氨基酸,并且包含了8种人体必需氨基酸[28]。沙棘油中含有13种单羟基氨基酸、4种双羟基氨基酸,7种单、双和三环氧酸[29]。

3药理活性及临床应用

沙棘的药性早在唐朝的《四部医典》和清朝的《晶珠草本》中有记载,20世纪50年代,沙棘油在前苏联得到广泛的临床应用,如今沙棘药品得到全面开发,这都有力地证明了沙棘具有广泛的临床应用价值。现将沙棘的药理活性与临床应用概括如下。

3.1保护心脑血管系统 传统藏药记载沙棘治疗心血管疾病的历史已有1 000多年之久,现代研究表明,沙棘及其沙棘提取物可以通过在缺血心肌组织中调节相关蛋白等作用表达对心脑血管系统起到滋养保护的作用[30-32]。沙棘各组分可降低胆固醇和甘油三酯,促进脂质代谢,清除自由基,达到预防和治疗心脑血管疾病的目的[33]。沙棘油一方面可以有效地降低血脂、抑制血栓形成、降低LDL的氧化作用,另一方面可以滋养血管,改善血管功能[16,34-36]。沙棘总黄酮具有降血脂、降血糖作用,可以加强心肌收缩性、降低心肌耗氧量、减少总外周血管阻力、增加血管弹性,明显减轻大鼠心肌再灌注损伤区超微结构的病理改变[37-38]。

3.2治疗胃肠道疾病 沙棘中大量的氨基酸、有机酸、酚类化合物等可以抑制胃蛋白酶活性,减少游离酸,对胃溃疡、消化不良、肠炎等消化系统疾病有良好疗效[39]。沙棘籽油治疗反流性食管炎总有效率可达92%[40]。以沙棘叶为原料制成的沙棘百通茶具有消食化滞、活血散瘀的通便作用[41]。

3.3保护肝脏 沙棘籽油可明显抑制四氯化碳、乙醇、对乙酰氨基酚所致的肝损伤,对抗肝丙二醛含量的升高,保护肝细胞膜[42]。沙棘冲剂治疗小儿急性黄疸型肝炎,可有效改善乏力、恶心、黄疸、肝区叩痛、肝脏肿大等症状,治愈率达100% [43]。另有研究表明,应用单磷酸阿糖腺苷(Ara-AMP)联合沙棘冲剂治疗慢性乙型肝炎36例,治疗组HBsAg和HBeAg阴转率(16.67%,66.67%),高于对照组(3.23%,19.35%),而且差异均有显著性意义,同时减少了Ara-AMP的毒副作用[44]。另外,沙棘果实中丰富的有机酸和磷脂,维生素E及β胡萝卜素等活性化合物可以促进肝脏代谢,降低抗生素和其他药物的肝脏毒性,降低肝硬化患者体内的细胞因子IL-6,肝脏血清白蛋白,总胆汁酸,ALT,AST,透明质酸等,可明显改善肝纤维化的状况[45-47]。对于CCl4造成的肝损伤,沙棘可以增加小鼠的谷草转氨酶(GOT), 谷丙转氨酶(GPT), 碱性磷酸酶(ALP)及胆红素的含量,维持血清中蛋白的水平,减少小鼠肝谷胱甘肽(GSH)的耗竭,降低MDA水平,保护肝脏[48]。

3.4抗肿瘤 沙棘提取物和单体化合物有很好的抗肿瘤活性。研究表明,沙棘果实乙酸乙酯、乙醇、水提取物具有抗结肠癌(Caco-2)和肝癌(HepG2)作用[49];沙棘中丰富的维生素C,胡萝卜素,香豆素、5-羟色胺、柚皮苷等抑制肿瘤的化合物可以有效地就减小癌变范围,干扰肿瘤生长[26-27]。沙棘果油可以抑制小鼠移植性肿瘤和艾氏腹水癌的发生[40]。沙棘汁可以阻断致癌物二甲基亚硝胺在鼠体内合成,阻碍二甲基亚硝胺对机体的损伤[50]。

3.5抗氧化、免疫调节作用 沙棘中含有丰富的以异鼠李素、槲皮素、山柰酚为母核,糖元为葡萄糖、鼠李糖、槐糖等的黄酮类化合物,因此具有较强的抗氧化作用,尤其可以提高实验性肝损伤小鼠肝脏的SOD活性[12-14,51]。有学者发现,沙棘的70%甲醇提取物和水提取物具有很强的抗氧化活性[52]。另外,沙棘中黄酮、维生素C及木质素类活性物质对特异性免疫、非特异性免疫具有增强作用,可以提高机体的免疫力[53]。

3.6其他作用 沙棘还具有抗辐射、抗突变能力[54-55]。沙棘黄酮类化合物具有促进血液循环、抗病毒、抗菌、消炎的作用[56-59],可以单独应用或作为免疫抑制剂与其他药物配伍,治疗急慢性气管炎,急性病毒性呼吸道感染等呼吸道疾病[42,57]。沙棘还具有抗压及生理调节等作用[60-61]。从沙棘浆果中提取的沙棘油还可以促进组织再生,对黏膜非常有益,如胃黏膜、十二指肠黏膜、生殖器黏膜及口腔黏膜[62-63]。

4沙棘的产品开发

目前,全国沙棘产品囊括了食品、药品和化妆品在内的上百个品种,创造了巨大经济效益。以沙棘的果实、种籽、枝叶为原材料的药品、化妆品等具有抗紫外线、抗衰老、抗辐射、提高免疫力的功效[64](图3)。

5沙棘的生态环境改造作用

沙棘生命力顽强、适应性强,具有广泛的生态环境改造作用,是联合国特用经济林树种,也是我国“三北防护林体系工程”林业生态工程建设的先锋树种。沙棘具有很强的防风固沙和抗风蚀的作用,每株沙棘的固沙保土面积可达70~80 m2,同时,沙棘林可以有效地减少风速2~4倍,减少林内水分蒸发。另外,沙棘属非豆科固氮植物,1公顷沙棘林地的根瘤可固氮180 kg,相当于375 kg尿素的肥力[65]。沙棘的根可以将不溶性有机质转变为可溶有机质,在较短时间内把贫瘠土壤改造为较肥沃的土壤。

6讨论与建议

沙棘作为传统药物使用,已有几千年的历史,唐朝的《四部医典》和清朝的《晶珠本草》中均记载了沙棘的药用价值。随着科技的发展,人们已经从沙棘中分离出190多种化合物,大部分化合物具有很重要的药理活性:如治疗心血管系统疾病、治疗胃肠道疾病、抗肿瘤、肝保护作用、抗氧化等。鉴于沙棘丰富的药用及营养价值,沙棘已经被加工成一系列的产品,如药物、食物、保健品和化妆品等[66]。

沙棘的研究与开发,深刻涉及到党和政府一系列重要的方针政策:生态文明建设、资源可持续利用(高效利用与有效保护)、西部大开发、支援和发展“三农”(农业、农村、农民)、民族政策、全国的工业化、信息化、城镇化、市场化和国际化等。总结半个世纪沙棘的研究与开发的经验,虽然取得了巨大的成就,但综合起来分析,还存在着“广而不够深、多而不够强、散而不够精”的不足。更为重要的是:尚未形成沙棘研究与开发的大“航母”,也尚未形成工-农-商-学-研-产的一条“产业链”。如何能够把沙棘资源利用好,是党的各项有关政策的最好体现。政府作为管理的主体,应该要重点关注和协调这些问题。

研究是发展的基础,应该要很好地梳理,找到重点,如:优良品种的选育,野生沙棘果小,刺多,不利采收,因而选育果大,质优的品种,应在已有基础上加速运用;沙棘叶的利用有广阔的前景,特别是病毒感染的防治,其他如沙棘油对溃疡的防治等均值得进一步深入。研究教学部门可以从沙棘油、沙棘果、沙棘叶、沙棘花粉及其与其他保健食品或茶品的配伍等继续开展深入研究。在深入研究的基础之上,乘西部地区招商引资的大好时机,将沙棘的农林繁育、工业生产、环境改造等各方面形成一条产业链,政府部门可以从支农、扶贫、生态改造等各种渠道,给予资金和政策上的支持。以便吸引国内外有实力的企业来运作此项工作。

今后,沙棘的研究与开发,可围绕下述问题请予以重要关注:首先,充分利用我国沙棘种类最多、分布最广的优势,根据产品需要,在沙棘的大面积分布的地区(东北、西北、华北),选育优良品种,固定产品基地,将工厂和农户联系起来,保证高质量产品原料的生产;其次,各大高校、科研院所深入研究沙棘果实、种子、根茎、枝叶的化合物,并开展综合利用,如从提过沙棘油的废料中还可提取黄酮素;关注沙棘叶与沙棘花粉的研究与开发,将企业、工厂、农户联系起来,积极开发新的食品、药品、保健品等,构建现代市场体系;最后,政府要构建沙棘宏观调控体系来协调学校、科研院所、工厂、企业、农户的关系,充分开发沙棘产品,汲取国外在这方面的成熟经验,开拓国际市场等,形成“产业链”。与此同时,要注重沙棘的生态可持续利用价值,增强沙棘作为生态产品的生产能力,推进荒漠化、石漠化、水土流失综合治理,充分发挥沙棘的生态效益。

沙棘的研究与开发充分反映了走中国特色社会主义道路的统筹全局,统一规划的实践,如把城镇化重点放在“西部大开发”的社会主义优越性。通过沙棘的开发和生产促进现代农业,促进沙棘大工业产业的支撑,从而实现农业人口的合理转移,实现民族大团结,实现“中等收入陷阱”的跨越。通过引入国内外大公司、大企业大量的资金、技术和人才,还可以促进创新产业发展,促进西部落后地区与外部发达地区的经济、技术、文化交流,缩小区域发展差距,优化产业结构,改善农业基础薄弱的情况。加快沙棘新技术新产品新工艺的研发应用,加强技术集成和商业模式创新,更有利于完善互利共赢、多元平衡、安全高效的开放型经济体系。

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Review of research and development and significant

effect of Hippophae rhamnoides

LIU Yong1, LIAN Yong-shan2, WANG Ying-li3, LI Min-hui3,4*, XIAO Pei-gen4*

(1. School of Chinese Pharmacy, Beijing University of Chinese Medicine, Beijing 100102, China;

2. College of Life Sciences, Northwest Normal University, Lanzhou 730070, China;

3. Baotou Medical College, Baotou 014060, China; 4. Institute of Medicinal Plant Development, Chinese

Academy of Medical Science, Peking Union Medical College, Key Laboratory of Bioactive Substances and

Resources Utilization of Chinese Herbal Medicine, Ministry of Education, Beijing 100193, China)

[Abstract] Hippophae rhamnoides is one of the most representative economy crops for its wide uses of biological diversity and abundance of resource. As the key healthy food development and ecology protection, H. rhamnoides has been developed widely. Meanwhile, the development of H. rhamnoides has obtained great achievements. Nowadays, H. rhamnoides is still a necessary economy crop, while it has great influence on ecology protection. This paper discussed the phytochemistry, pharmacology, clinical application and product development, and propounded some suggestions for future research and economy development to get comprehensive benefit of H. rhamnoides and to serve for well-off society.

[Key words] Hippophae rhamnoides; phytochemistry; pharmacology; clinical application; product development; ecology protection

doi:10.4268/cjcmm20140901