红豆杉针叶中的化学成分研究及资源的综合利用前景

红豆杉针叶中的化学成分研究及资源的综合利用前景
于金慧1,2，钱华2*，王衍彬2，刘本同2，赵云鹏1，傅承新1*
(a浙江大学植物系统进化与生物多样性研究室，教育部濒危动植物保护生物学重点实验室, 杭州 310058；
b浙江省林业科学研究院，浙江省森林资源与化学利用重点实验室，杭州 30023)
[摘要] 中药材资源的综合利用，对中药行业的可持续发展起着举足轻重的作用。

以有限的资源创造最大的价值，是保护中药材资源的重要组成部分。

红豆杉针叶是提取紫杉醇及其前体物质的重要原料，由于含量低导致产生大量的废弃物。

而废弃物中富含聚戊烯醇类化合物，为红豆杉针叶资源的综合利用又开辟了新的途径。

本文就红豆杉针叶的综合利用方面展开论述，以期为红豆杉针叶资源及其他中药材资源的综合利用和可持续发展提供借鉴。

[关键词] 红豆杉针叶；综合利用；紫杉醇；聚戊烯醇
红豆杉在我国有着悠久的药用历史，据《本草推陈》：“用皮易引起呕吐，用木部及叶则不吐，为利尿痛经药。

用于肾脏病、糖尿病有卓效”[1]。

李良松等对中国古代红豆杉的名实和功用进行了考证[2]。

自从1967年从欧洲短叶红豆杉（Taxus brevifolia）中发现了红豆杉属植物中特有的次生代谢产物-紫杉醇（Taxol）的抗癌作用以来[3]，世界上对红豆杉资源的需求与日俱增[4]。

野生红豆杉为国家一级保护植物，因此人工栽培红豆杉成为紫杉醇原料药材的主要来源。

南方红豆杉为我国特有种，生长速度较快，目前在我国浙江、福建、江西、四川和湖南等地已经形成较大的种植规模，并开始应用于紫杉醇生产[5, 6]。

研究表明，紫杉醇在树皮中含量较高而针叶中较少[7, 8]，且其含量与栽培环境和栽培技术有较大关系[9, 10]。

倪穗等[11]认为可建立红豆杉采穗圃，利用针叶作为原料以保护红豆杉资源。

也有研究者[12]试图充分提取针叶及紫杉醇提取废弃物中的紫杉烷类化合物，以此为前体合成紫杉醇，充分提高针叶的利用效率。

我们在研究中发现，南方红豆杉针叶中富含聚戊烯醇化合物（Polyprenols）。

以紫杉醇、紫杉烷类及多糖等为目标产物的提取工艺所产生的废弃物中含有大量此类化合物，因此，红豆杉聚戊烯醇为红豆杉针叶资源的综合利用又开辟了新的途径。

1. 红豆杉针叶中化学成分
1.1紫杉醇及紫杉烷类化合物紫杉醇是一种三环二萜类化合物，是红豆杉属植物中特有的次生代谢产物, 也是目前所了解的惟一一种可以促进微管聚合和稳定已聚合微管的药物[13]，有关紫杉醇的药理及临床应用也已有多篇综述[14-17]。

此外，红豆杉针叶中还含有多种紫杉烷类化合物。

目前已从红豆杉属植物中分离得到400多个紫杉烷类化合物[18]，其中紫杉醇的前体化合物10-去乙酰巴卡亭Ⅲ (10-DAB Ⅲ)，是紫杉醇的半合成主要原料[19]。

利用10-DAB Ⅲ合成多烯紫杉醇则是近年来的研究热点。

多烯紫杉醇(Docetaxe1)被认为是迄今疗效最显著的抗癌药物之一，具有广谱的抗白血病和抗实体肿瘤活性[20]，其抗癌活性是紫杉醇的1.3-12倍[21]。

1996年经美国FDA批准用于肺癌、乳腺癌、结肠癌等的治疗[22]。

近年来，科学家研究发现一些紫杉烷类化合物虽然其本身没有抗肿瘤活性，但可以作为多药耐药逆转剂改变耐药细胞的耐药性，如紫杉宁（Taxinine）及其衍生物。

此外还有其他紫杉烷类化合物，大多是有关该类物质的分离鉴定报道[23-33]，虽然也有一定的生理活性[34-36][35, 37]，但针对此类化合物的商业化应用还有待于进一步研究。

1.2 非紫杉烷二萜化合物红豆杉针叶中还含有非紫杉烷类化合物，其中在南方红豆杉中较多，如美丽红豆杉素（Taxamairin）A、B、C、D、E、F、H，紫衫松香烷D、E，12-甲氧基-3α,11-二羟基-3β,20-环氧松香烷-8,11,13-三烯-7-酮、12-甲氧基-5α, 6α-环氧松香烷-2,8,11,13-三烯-3,7-二酮、11,12-二甲氧基-5α, 6α-环氧松香烷-2,8,11,13-四烯-3,7,20-三酮、11-甲氧基-12-羟基-10β-20-环氧松香烷-2,8,11,13-四烯-3,7,20-三酮、13-deacetylcanadensene、7-deacetylcanadensen等[38-40]，大多数此类化合物也是仅限于结构鉴定的报道。

1.3 聚戊烯醇类化合物
聚戊烯醇类化合物是以C5异戊烯基为结构单元，由一系列异戊烯基组成的聚合物。

聚戊烯醇是一种脂类化合物，在植物体内多以同系物混合物的形式存在。

Ibata曾在东北红豆
杉针叶中检测到聚戊烯醇类化合物[41]，此后Ewa 也报道了东北红豆杉针叶中的聚戊烯醇[42]。

聚戊烯醇具有广泛的生理活性，如抗肿瘤[43]、抗血脂异常[44] 、抗病毒[45]、保肝[46] [47, 48]等，且低毒（LD 50> 10,000 mg/kg ）[49]。

目前，以冷杉和云杉叶为原料的聚戊烯醇产品-Ropren 已获得俄罗斯卫生部的批准在俄罗斯生产和销售[50]。

南京林化所王成章等也开发了以银杏为原料的聚戊烯醇产品-银可醇软胶囊[51]。

然而红豆杉聚戊烯醇的生理活性还未见报道，我们的研究表明南方红豆杉聚戊烯醇具保肝活性（待发表），与来自银杏、冷杉和云杉叶中聚戊烯醇的研究结果一致[46, 48]。

1.4 其他 研究表明红豆杉针叶中还含有其他物质，如罗汉松脂酚、尖叶土杉甾酮、多糖[52, 53]、黄酮、木脂素及脂肪酸[54]类等。

已证明，红豆杉多糖可能具有促进机体免疫功能[55]、抑制人乳腺癌细胞MCF-7和人肺癌细胞A549 [53]、改善心肌缺血导致的心肌损伤[56] 等作用。

此类成分的研究对红豆杉针叶的综合利用都有着积极的指导意义。

2. 南方红豆杉聚戊烯醇
通过常规波谱分析表明，南方红豆杉聚戊烯醇的结构类型均为桦木醇型，即异戊烯基为二顺式多反式（图1）。

图1 南方红豆杉聚戊烯醇结构示意图
注：t，trans，顺式; c，cis，反式
南方红豆杉聚戊烯醇具有11个同系物，分别为polyprenol-14~24。

南方红豆杉聚戊烯醇的分布特征为双家族，以polyprenol-17和polyprenol-21为主（图2），与银杏聚戊烯醇的单家族分布不同[57]，且与前人对东北红豆杉的研究报道略有差异。

Ibata 研究表明东北红豆杉聚戊烯醇为双家族分布特征，以polyprenol-18和polyprenol-21占优势，而Ewa 的研究结果显示东北红豆杉聚戊烯醇在嫩叶期是以polyprenol-17和polyprenol-21为主的双家族分布模式，随叶龄增加这一分布模式发生转移以polyprenol-18和polyprenol-22为主。

图2 南方红豆杉聚戊烯醇的HPLC 谱图
南方红豆杉老叶和嫩叶中聚戊烯醇含量有较大差异，在老叶中的含量可达3%左右，远大于其他植物材料中的聚戊烯醇含量。

因此，以南方红豆杉针叶为原料提取聚戊烯醇是可行的。

但是其含量影响因素，如生境、年际变化等仍需进一步研究以期为生产实践提供科学的理论指导。

3. 聚戊烯醇对红豆杉针叶综合利用的意义
3.1 提高资源利用率 紫杉醇及紫杉烷类化合物的提取溶剂通常为不同比例的醇水混合溶剂[58]，有些在纯化过程中还需经过脱脂前处理工艺。

此外，红豆杉多糖、黄酮等在提取纯化过程中均须去除非极性成分。

而红豆杉聚戊烯醇的存在，若能与上述其他化合物的提取相结合，将极大的提高红豆杉针叶资源的利用效率。

3.2 提高经济效益 与同属其他各种相比，南方红豆杉资源储量相对较大，生长较快。

在人工栽培条件下一般在第三年后即可适当采收枝叶，鲜叶一年四季均可采收。

但由于枝叶中杂质较多，相比从树皮中提取紫杉醇及其半合成前体，从枝叶中提取的难度大、得率低、成本高[59]，因此，寻找针叶中其他具有高附加值的天然化学成分可补偿种植者的经济损失，聚戊烯醇具有良好的生理活性，有着广阔的开发前景，可最大程度地提高经济效益。

4. 红豆杉针叶资源综合利用的关键问题
4.1 提取工艺的优化 聚戊烯醇为弱极性化合物，而紫杉醇、紫杉烷类、多糖、木脂素等均为极性化合物。

因此，红豆杉针叶内聚戊烯醇的提取不影响其他成分的分离，可综合提取提高利用效率。

然而目前紫杉醇和聚戊烯醇在提取过程中通常采用的常规溶剂浸提法效率低、工艺复杂，且对环境污染严重。

因此，优化目标产物的提取工艺、寻找相对绿色的制备方法是当前亟待解决的问题。

超临界CO2有较大的扩散能力、很强的溶解能力和较高的选择性，操作简便，生产周期短，无废渣溶剂残留，在食品科学、天然产物、副产品回收、医药和环境科学领域广泛应用[60]。

超临界CO
2萃取法是主要用于提取非极性化合物，已有该方面聚戊烯醇的提取报道，且相比溶剂提取法，该种方法的提取效率较好 [61]。

近年来，该方法也用于紫杉醇的提取，最佳条件下萃取率可达93%以上[62]。

因此，我们研究小组研究了以超临界CO2为提取方法，通过选择合适的工艺步骤和参数，达到了同时萃取紫杉醇、10-DABⅢ和聚戊烯醇目的，并申报了相应的专利。

4.2 不同化学成分积累的相关性 植物中的次生代谢产物起着调节生理、自我保护、提高生存竞争力等功能，是植物在长期进化中不断适应环境的结果。

许多植物次生代谢物，如生物碱、萜类、酚类、甙类都是药用植物中的有效活性成分[63, 64]。

因此研究环境与次生代谢物之间的关系是提高药用植物质量的必要途径。

在以紫杉醇和聚戊烯醇综合利用的前提条件下，我们需考虑不同环境条件下能否促进两种物质的共同积累。

研究表明，红豆杉的紫杉醇含量与其种属无必然联系，而与红豆杉的产地及生态环境密切相关。

其中，光照是研究最多的影响紫杉醇含量的生态因子。

高光强可促进植株内紫杉醇含量[65]，因此认为紫杉醇可能是一种抗环境胁迫的物质，以抵御高温、干旱和高光强等不良环境[66]。

而其他植物的研究表明，聚戊烯醇在高光强下也呈积累增加的趋势[67]，这说明二者具有共同的促积累生态因子，为综合利用红豆杉针叶提供了有力条件。

当然，其他环境因子对二者的积累仍需进一步研究。

此外，季节性变化和生长年龄是也影响次生代谢物的重要因素。

野生东北红豆杉(Taxus cuspidata)针叶中紫杉醇含量以7月采集的含量最高[8]。

紫杉醇及其前体物质10-DAB在当年生南方红豆杉针叶中的含量呈明显的季节变化性，各月份问含量差异显著，且天然野生植株与人工栽培植株的高峰值和低峰值各不相同[68]。

随着生长年限的增加，云南红豆杉枝叶中紫杉醇的含量逐渐增加[7]。

与此相对应的是其他植物中的聚戊烯醇含量也因季节或树龄而有所差异。

因此，在开展红豆杉针叶利用的前提下，我们需针对性系统地研究树龄及季节对同一材料中紫杉醇和聚戊烯醇含量变化的影响及其关系，明确最佳采收时间，尽可能地实现效益最大化。

5. 小结与展望
红豆杉针叶中化学成分的深入研究是提高其资源综合利用度的基础，能够最大程度地发挥该药用资源的利用效率，从而达到可持续利用的目的。

前期的基础性研究为合理开发红豆杉针叶资源提供了重要前提，在后期的开发利用方面主要应选择适宜的切入点进一步系统深化，如以紫杉醇及其前体和聚戊烯醇为目标开发产物，那么解决上述的关键问题可为红豆杉针叶资源利用提供针对性指导建议，同时对其他中药材资源的综合利用提供借鉴。

[参考文献]
略。