《桃儿七的研究进展》由会员分享，可在线阅读，更多相关《桃儿七的研究进展（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、桃儿七的研究进展摘要：摘要：本文综述了桃儿七的生物学特性、化学成分、药理作用及解决途径，特别介绍了通 过引种栽培、细胞培养、组织培养和内生菌发酵等生物技术手段生产鬼臼毒素的研究进展 及存在的问题，旨在为解决桃儿七资源短缺问题提供相关理论依据，对促进桃儿七进一步 研究开发，实现桃儿七资源的可持续利用具有重要意义。 关键词：关键词：桃儿七；鬼臼毒素；化学成分；组织培养 桃儿七( Sinopodophyllum hexandrum)是小檗科鬼臼亚科桃儿七属一种多年生草本植物，分 布于我国的云南、四川、陕西、甘肃、西藏、湖北，在国外的印度、尼泊尔等地也有分布。 其根、根茎、叶和果实均是民间草药，是具有
2、悠久应用历史的药用植物，我国汉代的神 农本草经中就有鬼臼的陈述，历来主要用于蛇咬伤、痈疖肿毒、跌打损伤、风湿筋骨痛 及气管炎等。由于桃儿七根和根茎中有含量较高的鬼臼毒素(Podophyllotoxin)，是合成 VP16 (依托泊苷)和 VM26（特尼泊苷）等多种抗癌药物的前体，同时也是治疗皮肤癌和性 病尖锐湿疣的首选药物。近年来，由于过度的采挖使原本稀少的野生桃儿七植物资源濒临 灭绝，现已被列入中国珍稀濒危植物名录 ，并被中国红皮书收录。 1.生物学特性生物学特性 桃儿七生于海拔 2700-4500 米的高山地区，适于寒冷而湿润、夏季低温多雨、冬春干冷 的气候，主要以自花授粉为主，偶尔也进行
3、异花授粉。高 30 90cm；根状茎粗壮，结节状 横走；不定根多数，长达 30cm 以上，直径 2 3mm，红褐色或淡褐色；茎直立，基部具抱 茎的鳞片，上部有 1 3 叶，叶片上有深浅大小各异的色斑；叶片心脏形，长 13 20cm， 宽 16 30cm，3 5 深裂几达基部，顶生裂片 3 浅裂，侧生裂片 2 中裂，小裂片先端渐尖， 边缘具尖锯齿，下面被柔毛。两性花单生，6 基数，单生茎端，先叶开放；萼片早落；花 瓣有白色、粉红色、红色、玫瑰红色、深红色、紫红色各种色彩，倒卵状长圆形，外轮大， 内轮较小，张开；雄蕊长约 6 9mm，花药线形，长药 3 6mm，具四合花粉；子房 1 室， 生多数胚
4、珠。浆果卵圆形，熟时红色，长 4 9cm，直径 2 5cm；种子多数。在一般条件下， 由种子萌发的桃儿七植株需要 5-6 年的时间方可性成熟进行有性生殖，每株平均产 60 粒种 子，多者可达 180 粒。营养条件良好时，桃儿七也可以通过根茎进行营养繁殖。桃儿七通 常 5 月中上旬出苗，5 月下旬至 6 月上旬开花，8-9 月果实成熟。 2化学成分化学成分 桃儿七的根及根茎中主要含有木脂素类、黄酮类、皂苷、多糖及蹂质等化学成分。主要 木脂素类为鬼臼毒素(podophyllotoxin)、去甲鬼臼毒素(demethylpodophyllotoxin)、鬼臼苦素 (picropodophylloto
5、xin)、去氢鬼臼毒素(dehydropodophyllotoxin)、鬼臼毒酮 (podophyllotoxone)、去氧鬼臼毒素(deoxypodophyllotoxin)、异鬼臼苦酮 (isopioropodophyllone) 、4一去甲鬼臼毒酮(4-demethylpodophyllone)、山荷叶素(diphyllin)。 桃儿七的茎叶中也含有少量的鬼臼毒素6。廖矛川和肖培根等1从桃儿七地上部分分离得 到鬼臼毒素、去甲鬼臼素、鬼臼苦素、鬼臼毒酮、异鬼臼苦酮、4一去甲鬼臼毒酮、山荷 叶素、a-足叶草素、B-足叶草素等化合物。黄酮类成分主要为槲皮素(quercetin)和山奈酚 (ka
6、empferol)及其苷类等。尚明英2等首次从小叶莲中分离并鉴定出 6 个化合物，除鬼臼木 脂素类化合物外，三个其他成分为：8 一异戊烯基山奈酚(8-prenylkaempferol)、柠檬酚 (citrusinol)及 B-谷甾醇。桃儿七果实中还含有多种维生素，其中维生素 B1，C 含量均高于 多数水果；含有 18 种氨基酸，总氨基酸含量为 3.74.3%，其中含量较高的有门冬氨酸、亮 氨酸和撷氨酸；所含九种微量元素中铁、锌、铜、锰含量很高3。 3.药理作用药理作用 3.1 抗肿瘤生物活性桃儿七木脂素类化合物普遍具有抗肿瘤生物活性，其中代表性的成分为鬼臼毒素，一直引 起国内外药学界的普遍关注
7、。鬼臼毒素作为一种天然的木脂素类次生代谢物质，具有与秋 水仙素(colchicine )类似的功能，对于抑制细胞的生长具有很好的功效。40 年代，Kaplan 证 实了鬼臼树脂对肿瘤细胞生长有抑制作用4。张晓文5等在无菌条件下，取生长良好呈乳白 色的瘤液，按一定比例稀释成 215 x 1010L-1的瘤细胞液，每只小鼠右侧腋部皮下接种 0.2mL，之后随机分组，每组 10 只，次日开始腹腔注射给药。结果表明 GP-7 对 S180 的生 长抑制作用明显。 3.2 抗病毒活性 临床实验表明鬼臼毒素外用时，通过抑制人乳头瘤病毒(HPV)感染细胞的分裂增生，使之坏 死脱落，起到治疗尖锐湿疣(生殖器疣
8、)的作用。张敏6报道含鬼臼毒素成分的八角莲类中药 八角莲、秕鳞八角莲、桃儿七及南方山荷叶根茎的甲醇提取物对单纯疱疹病毒皆有较好的 抑制作用，而它们的二氯甲烷提取物也显示出了抗单纯疱疹病毒的作用。 3.3 抑菌杀虫作用 黄酮类成分对流感杆菌及卡他球菌有一定的抑制作用，而鬼臼毒素具杀虫活性，对杀灭多 种昆虫有效7。刘艳青等8采用 WHO 生物测试法和小叶碟添加法分别测定脱氧鬼臼毒素、 B 一阿朴苦鬼臼、鬼臼毒素和 4一去甲鬼臼毒素四种类似物对淡色库蚊和菜青虫的毒杀和 拒食活性。结果表明脱氧鬼臼毒素和 p 一阿朴苦鬼臼对淡色库蚊的毒杀作用较明显。脱氧 鬼臼毒素、B 一阿朴苦鬼臼和鬼臼毒素对菜青虫有毒
9、杀作用。4-去甲鬼臼毒素对菜青虫的 毒杀活性很弱。四种化合物对菜青虫都有拒食活性，但前三种拒食活性较强。 3.4 其他作用 鬼臼类植物中所含的槲皮素和山奈酚等黄酮类成分有一定的镇咳祛痰效果9,10 ；桃耳七对 肠平滑肌有兴奋作用，可产生腹泻，属树脂类泻药11；鬼臼毒素衍生物可降低小鼠脾细胞 特异抗体的产生、血清拟集素滴度和溶血素 HC50 值，抑制小鼠迟发型超敏感性反应，减 轻小鼠脾和胸腺重量12。 4.解决途径解决途径 为了这类植物的可持续利用，要从根本上解决鬼臼毒素的资源问题，一方面要开发 利用其他途径生产鬼臼毒素；一方面要立即开展种资的就地和迁地保护以及引种驯化、人 工栽种工作，建立鬼臼
10、类植物人工药物栽培基地和野生种质遗传多样性保护基地；同时还 要加强研究工作。 4.1 引种栽培：是目前解决桃儿七资源不足最快捷、最经济的途径。马绍宾13对桃儿七 进行了初步的引种栽培实验，发现最适合桃儿七生长的土壤是森林棕壤，环境条件越优越， 母株年龄越大，营养繁殖的系数就越高，对桃儿七进行根扦插繁殖，繁殖系数可达 50- 300。Prasad14发现栽培种与野生型的鬼臼毒素的含量相差不大，故可以进行大面积引种栽 培，在充分开发利用桃儿七的同时减少对野生种的采挖。但由于栽培基地海拔较高，植株 生长缓慢，栽培生产成本高，经济效益较差，目前规模化种植生产还少见。 4.2 化学合成：化学全合成是很有
11、前途的方法，但鬼臼毒素的化学全合成步骤都较多， 且由于中间体立体结构对最终获得的鬼臼毒素类各异构物的构型有决定性的影响，增加了 合成难度，需要对前期开发研究投入巨额资金和漫长时间，使全合成鬼臼毒素很不经济。 20 世纪 60 年代，瑞士山道士公司先后半合成了 VP16,VM26。近年来又以 VP16, VM26 为前 体合成了一系列新的糖基衍生物, 目前尚在进一步研究中15。但化学半合成本身就需要天 然鬼臼毒素作为原料。 4.3 细胞培养：被认为是解决资源问题的一条重要途径。细胞培养不但可以使桃儿七在 短期内进行快速的无性繁殖，而且可以有效地提高其次生代谢产物鬼臼毒素的产量。研究 者先后采取培
12、养条件的优化,高产细胞系的筛选，前体物质的饲喂，诱导子的添加等方法来提高悬浮系中鬼臼毒素的产量。Chattopadhyya16报道称利用在细胞悬浮培养初期加入 1.5 mg/L 的果胶酶，然后在从鬼臼毒素生产培养基中去除的方法可以防止桃儿七细胞的聚集， 但不利于鬼臼毒素的积累。还发现 10g/ L 的聚乙烯吡咯烷酮(PVP) 不但可以解决外植体褐 化和培养基酸化等问题，而且还有利于细胞的生长和鬼臼毒素的生物合成。但植物细胞组 织培养目前存在着分化难度大、细胞培养中细胞生长与产物均不稳定的难题，一时无法实 现大规模工业化生产。 4.4 组织培养：可以使珍稀药用植物桃儿七得到迅速繁殖生长，是一条好
13、的途径。杨晖 等17将桃儿七成熟种子胚接种在萌发培养基上 35-40 天后长成完整健壮的无菌幼苗，将无 菌苗移入增殖培养基上 75 天左右生成叶丛芽以及具叶柄的真叶;将无菌苗移入生根培养基 上，生根率达 90%以上。建立的种子胚培养方法在 6 个月之内可使 1 粒种子至少增殖为 2 株幼苗。幼苗可用(1)作为桃儿七人工培植的幼苗，成为商品苗后用于提取鬼臼毒素；(2)以 此法提供的无菌幼苗为外植体经愈伤组织诱导后，再通过植物细胞大规模培养的方式获得 鬼臼毒素，从而为鬼臼毒素的工业化生产提供了可能。虽然组织培养能够获得无菌幼苗和 大量的愈伤组织，但无菌苗生根能力较弱并且愈伤组织生长缓慢，分化能力较
14、弱、继代培 养不稳定。故今后应重点研究如何促使无菌苗大量生根，并把人工培植幼苗快速转化成可 大量提取鬼臼毒素的商品苗； 探索建立高效稳定的胚性愈伤组织细胞系的条件，为植物细 胞大规模培养获得鬼臼毒素的工业化生产奠定基础。 4.5 内生真菌发酵：利用植物内生真菌发酵生产鬼臼毒素是一条解决濒危药用植物资源 全新的途径。李海燕等18首次发现曲霉属黑曲霉群德内生真菌 97T31 产鬼臼毒素类似物。 曹莉等19对交链抱霉属 A lter narianeesex Wal. 1 进行发酵条件优化使鬼臼毒素产量达到 2.418g/L。但就目前技术水平而言，每升真菌发酵液中仅能获得纳克级的抗癌活性成分。 虽然，
15、当前有关桃儿七内生真菌的研究十分活跃，但是这类内生菌资源仍然不够丰富20， 研究也处于比较早期的水平。脱离宿主植物后在人工条件下生长缓慢、易变异的现象是内 生菌普遍存在的共性, 也是制约工业化进程的重要因素。因此，系统研究内生菌与桃儿七 的互作机制，内生菌的生理特性，生长调节机制，合成鬼臼毒素的调节因素对开发桃儿七 内生菌资源具有重要指导意义。 4.6 其他途径：利用发根农杆菌感染桃儿七植株诱导毛状根再生,进行毛状根培养生产鬼 臼毒素也是一条行之有效的方法。Giri 等21应用桃儿七的毛状根培养生产鬼臼毒素的研究 也取得了一定的进展，实验结果经 HPLC 检测表明，鬼臼毒素及其派生物含量相对于
16、细胞 悬浮培养可提高 3 倍以上。应用生物反应器进行植物次生代谢物的生产也是有可能的， Saurabh 等22首次报道了应用 3L 的搅拌式生物反应器进行 P. hexandrum 细胞培养生产鬼臼 毒素的实验,结果表明：果糖代替蔗糖作为碳源，暗培养，均有利于鬼臼毒素的生物合成， 搅拌器以 100r/min 的转速足够满足细胞生长的需要。在批量生产 22d 后,干细胞生物量和 鬼臼毒素产量分别达到 6.5g/L 和 4.26mg/ L，总的生产率为每天 0. 19mg/ L,比在三角瓶中的 生产率提高了 27%。虽然利用生物反应器来生产植物次生代谢产物的成本相对于农业生产 的成本要高得多，但只要能筛选出稳定性好、生产率高的细胞系，工业化生产价格昂贵的 鬼臼毒素还是可以实现的。 5.展望展望 桃儿七是重要的天然植物资源，在抗癌药物合成产业中占有重要地位。至今，无论是 对桃儿七的组织培养快速繁殖技术研究还是利用细胞培养、毛状
