紫草生物活性成分及其應(yīng)用進展

魏玲 何如霞 毛倩敏 陳愛珍 李麗 董銀卯

紫草（Lithospermum Erythrorhizon）別名：山紫草、紫丹、紫芙、紫草茸、紅石根等。為雙子葉植物紫草科紫草屬。主要包括：軟紫草、紫草、黃花軟紫草、新疆紫草。紫草喜涼爽、濕潤的氣候條件，怕澇，怕高溫，以地勢高、土層深厚、富含腐殖質(zhì)、排水良好和滲水力強的中性或微酸性沙質(zhì)壤土為宜，多生于荒山田野、路邊及干燥多石山坡的灌叢中。我國紫草主要分布于新疆、甘肅及西藏西部、東北地區(qū)及河北、河南、山西、陜西、寧夏、青海、山東、江蘇、安徽、江西、湖北、湖南、廣西、四川、貴州等地；國外分布于日本、朝鮮。

紫草為多年生草本，高達90厘米。根直立，圓柱形，略彎曲，常分歧，外皮暗紅紫色。莖直立，單一或上部分歧，全株被粗硬毛；葉互生，無柄。葉片長圓狀披針形，長約6厘米，寬約1.3厘米，先端尖，基部楔形，全緣，兩面被糙伏毛。聚傘花序總狀，頂生；花兩性；苞片葉狀，兩面具粗毛；花萼短筒狀，5深裂，裂片狹漸尖；花冠白色，花冠管短，先端5裂，喉部具有5個鱗片狀附肢，基部具有毛狀物；雄蕊著生花冠筒中部稍上，花絲長約0.4毫米，花藥長1～1.2毫米；花柱長2.2～2.5毫米，柱頭頭狀。小堅果卵球形，乳白色或帶淡黃褐色，長約3.5毫米，平滑，有光澤，腹面中線凹陷呈縱溝。花果期6～9月。

紫草中的化學(xué)成分及其藥理作用

1.化學(xué)成分

紫草中含有多種化學(xué)成分，包括萘醌類、苯醌類、生物堿類、苯酚、酚酸類、三萜酸、甾醇類、黃酮類以及多糖類等物質(zhì)，目前研究較多的是脂溶性很強的萘醌類化合物（基本結(jié)構(gòu)如圖1所示）和水溶性多糖。其中萘醌類是紫草抗癌的主要化學(xué)成分，兩種分子量分別為27336、1152的多糖混合物是其抗人乳頭瘤病毒的主要成分。

1.1 萘醌類化合物

紫草所含萘醌類化合物主要為去氧紫草素、β，β-二甲基丙烯酰紫草素、β-羥基異戊酰紫草素、乙酰紫草素、紫草素、去氫阿卡寧和β-羥基異戊酰阿卡寧等物質(zhì)。紫草素萘醌類化合物分為兩種光學(xué)異構(gòu)體，一種為R型，命名為紫草素或紫草寧；一種為S型，命名為阿卡寧。

紫草萘醌類化合物5位與8位上酚羥基的氫可以分別與1位和4位上的氧形成分子內(nèi)氫鍵。這種氫醌結(jié)構(gòu)很不穩(wěn)定，極易向外傳遞電子和質(zhì)子。對于微生物而言，電子或質(zhì)子的傳遞會影響微生物體內(nèi)系列酶催化反應(yīng)的正常進行，造成代謝紊亂而使微生物的生命力降低甚至失去活力。對于油脂而言，萘醌類化合物的電子和質(zhì)子的傳遞可以終止油脂自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)而具抗氧化作用。因而紫草素的抑菌活性和抗氧化活性依賴于其對位醌結(jié)構(gòu)。

1.2 紫草多糖

紫草多糖是一類非特異性免疫增強化合物，能提高機體的免疫功能，近年來的研究成果表明，紫草多糖具有抗病毒、調(diào)節(jié)免疫力、抗腫瘤、抗輻射及降血糖降血脂等功能。

2.藥理作用

2.1 抑菌、抗病毒

紫草對多種細菌、真菌、病毒（皰疹病毒、人類免疫缺陷病毒）均有抑制作用。宓偉等用KB紙片擴散法對紫草進行了體外抗菌作用研究，試驗結(jié)果表明：100%紫草水浸出液濾紙片對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、綠膿桿菌、傷寒桿菌、甲型鏈球菌、乙型鏈球菌均有明顯抑菌作用。因此不經(jīng)提純，紫草可以直接應(yīng)用于臨床抗菌、抗病毒。通過趨化性實驗、流式檢測等實驗證明，紫草素通過下調(diào)CCR5的表達，抑制HIV-1病毒的復(fù)制，從而有效地抑制艾滋病毒。

2.2 抗腫瘤

從紫草中提取的天然萘醌類化學(xué)成分具有定的抗腫瘤作用，紫草素和紫草多糖對癌細胞都具有良好的抑制作用。邵振俊等研究表明：紫草天然化學(xué)成分甲基丙烯酰紫草素在體內(nèi)外的抗腫瘤作用較好，且呈明顯的量效和時效關(guān)系。天然萘醌類化合物抗癌活性強于某些合成類抗癌藥。但是，關(guān)于紫草未經(jīng)提純以原藥材入藥對癌癥的治療作用未見報道。黃河等研究表明，阿卡寧衍生物的抗癌活性比天然化合物更強，它們的抗癌活性強弱可能與半合成過程中引入基團的活性和親核反應(yīng)的位置相關(guān)。但是，目前對于紫草提取物的抗腫瘤研究處于體外或動物實驗階段，尚未有紫草提取物或天然紫草提取物的衍生物用于臨床。

2.3抗炎、免疫調(diào)節(jié)

紫草對白三烯和5-羥色胺的合成有抑制作用，具抗組胺等炎癥介質(zhì)作用，利用紫草這藥理作用用于防治支氣管哮喘、蕁麻疹等疾病。紫草素對急性期炎癥和增生期肉芽腫均有抑制作用。紫草素通過抑制Thl細胞因子的表達發(fā)揮了抗炎癥的作用。紫草還可增強巨噬細胞的吞噬功能及自然殺傷細胞活性，增加淋巴細胞的數(shù)量，對小鼠特異性及非特異性免疫均有增強作用。

2.4 其他

紫草還具有抗生育、降血糖、抗氧化、免疫調(diào)節(jié)、促進傷口愈合、消斑、促進角質(zhì)異?；謴?fù)等作用，在臨床上用于避孕，治療糖尿病、肝臟脂質(zhì)氧化性損傷、外傷、燒傷、燙傷、銀屑病等。紫草素還可作為天然色素，應(yīng)用于化妝品中。紫草的應(yīng)用

1.臨床應(yīng)用研究

1.1 皮膚病

紫草具有消腫收斂，促進傷口愈合及抗皮膚真菌的功效，在治療燒燙傷、褥瘡、嬰兒尿布皮炎等皮膚疾病方面取得定療效。

趙眾就復(fù)方紫草燙傷軟膏治療中小面積燒傷患者的效果報道中以120例燒傷患者為研究對象，隨機分為對照組和觀察組，各60例，對照組給予美寶燙傷膏，觀察組給予以紫草200克，地榆200克，冰片10克為主要成分的復(fù)方紫草燙傷軟膏，95%的觀察組治愈率高于80%的對照組治愈率且觀察組淺II度與深創(chuàng)II度創(chuàng)面愈合時間明顯短于對照組。

孫蓉將其醫(yī)院中的96例嬰兒尿布皮炎患者均分成兩組，分別對其采用氧氣吹臀配合紫草油外涂護理與外涂爐甘石洗劑護理，觀察到兩組尿布皮炎的治療有效率分別為97.9%和75.0%，從而得出氧氣吹臀配合紫草油護理嬰兒尿布皮炎效果良好。

紫草清熱解毒涼血的功效在血熱引起的皮膚病如玫瑰糠疹、扁平疣、銀屑病、頑固性蕁麻疹的治療過程中療效顯著。景慧玲等人以紫草為主藥輔以多種清熱涼血草藥煎成的紫草湯在治療尋常型銀屑病42例的結(jié)果顯示，治療3個療程后痊愈20例，顯效8例，有效8例，無效6例，總有效率85.71%.紫草湯治療尋常型銀屑病臨床效果確切，可以明顯減少皮損面積，減輕皮膚瘙癢，減少鱗屑厚度。

1.2 婦科疾病

復(fù)方紫草油清熱燥濕、活血化瘀，對宮頸糜爛濕熱下注癥有著確切的療效，李偉莉、陳麗娟將120例宮頸糜爛濕熱下注癥患者隨機分為治療組（復(fù)方紫草油：生大黃、紫草、黃柏、冰片、麻油）、對照組（治糜靈栓：黃柏、苦參、枯礬、冰片）各60例，觀察局部治療前后臨床療效及宮頸糜爛面積的變化。觀察到治療組總有效率93.33%、對照組88.34%；治療組治療后白帶及陰道清潔度積分與治療前比較差異有顯著性；輕度糜爛治療組療效優(yōu)于對照組；兩組第2療程總有效率高于第1療程。得出復(fù)方紫草油治療宮頸糜爛濕熱下注癥療效確切，治療輕度宮頸糜爛療效顯著，可有效改善白帶異常和陰道清潔度，適當(dāng)增加療程可提高療效的結(jié)論。

米非司酮配伍米索前列醇進行42天內(nèi)早孕藥物流產(chǎn)已廣泛應(yīng)用于臨床，成功率高，但完全流產(chǎn)率相對較低，出血時間較長。若采用米非司酮配伍米索前列醇加用紫草藥物的效果較未加用紫草者完全流產(chǎn)率提高，出血時間明顯縮短，未見不良反應(yīng)，值得臨床推廣

其他婦科疾病，如二仙紫草湯治療女性更年期潮熱，治療妊娠高血壓綜合征、圍絕經(jīng)期子宮腫瘤、陰道炎等。

1.3 血液病

唐由君等將紫草用于血液病的治療，由于紫草具有活血涼血、療腫脹滿痛的功效，現(xiàn)代藥理研究表明具有抗炎作用，用于血友病時可以緩解急性關(guān)節(jié)炎期的無菌性炎癥。除此之外還用于原發(fā)性血小板板增多癥、急性白血病緩解癥狀的治療。

2.化妝品應(yīng)用

*消炎止癢：含有抗致病皮膚真菌和細菌的生物活性天然物質(zhì)，能防治多種皮膚病。

*抗曬作用：對紫外線的吸收波長極大值為280nm左右，能防止紫外線對皮膚的損傷。

*祛痘修復(fù)：紫草主要功能為涼血，活血化瘀，解毒透疹，因此能加速痘印和疤痕的新陳代謝，具有顯著的祛痘、祛痘印和消炎的效果，同仁堂紫草祛痘修復(fù)面膜、優(yōu)理氏紫草凈痘消痕霜、小蜜蜂萬用紫草膏、韓律紫云膏等中都添加有紫草提取物。

3.天然色素應(yīng)用

紫草紅色素是世界上天然植物紅色素中最好的 種，被聯(lián)合國食品添加劑法典委員會列入食品、化妝品、藥品添加劑指定范疇。用于果汁（味）飲料類、雪糕、冰棍、果酒、油脂類、干酷、香料、辣味肉禽類罐頭等的著色，為紫色至紅色著色劑，還可用于化妝品、醫(yī)藥包膜、膠囊、洗滌劑的著色。中國《食品添加劑使用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 2760-1996）規(guī)定：可用于果汁（味）飲料類、雪糕、冰棍、果酒，最大使用量為0.1克/千克。

紫草色素的主要成分為紫草醌，不溶于水，但能溶于有機溶劑，結(jié)構(gòu)見圖2。

性質(zhì)：紫褐色或紫紅色針狀晶體或黏稠狀浸膏，脂溶性，色價高；色調(diào)隨pH值而變化，在堿性溶液中呈藍色，在酸性溶液中呈紅色，耐熱性好，耐鹽性、染色力中等，耐金屬鹽較差；在油脂中呈鮮紅色，有定的抗菌作用。

用無水乙醇提取紫草色素，并對其穩(wěn)定性以及在羊毛上的染色性能進行研究分析。實驗結(jié)果表明：紫草色素具有良好的熱穩(wěn)定性及耐弱酸穩(wěn)定性；較高的染色溫度、弱酸性條件有利于紫草色素在羊毛纖維上獲得較高的得色率；媒染劑的加入使織物呈現(xiàn)不同的顏色特征值，具有氧化性或還原性的媒染劑如Cr2+、Sn2+、Fe2+會破壞紫草色素的結(jié)構(gòu)，使織物的色光發(fā)生變化。紫草植物細胞工程研究

如前所述，紫草具有較高的藥用價值，大量地采挖野生紫草，已經(jīng)嚴重威脅到產(chǎn)地的生態(tài)環(huán)境。為了滿足增加的需求，研究人員早已意識到要運用植物細胞工程技術(shù)解決紫草資源短缺的問題。

1.紫草愈傷組織的誘導(dǎo)

1974年，研究人員就成功地從硬紫草誘導(dǎo)出愈傷組織。這項工作拉開了利用植物細胞工程生產(chǎn)紫草素的序幕。我國藥用紫草的研究工作從20世紀(jì)80年代中期才開始，樊紅霞、朱汝幸分別誘導(dǎo)獲得了滇紫草的愈傷組織，并發(fā)現(xiàn)其紫草素含量比其根部高。李國鳳等誘導(dǎo)得到了有效成分含量最高的新疆紫草愈傷組織。

2.影響新疆紫草細胞生長及紫草素合成的理化因子

2.1 物理因子

方德秋等研究表明紫草懸浮培養(yǎng)時，pH值5.6，細胞增重最大，且培養(yǎng)體系具有自我調(diào)節(jié)功能；固體培養(yǎng)時，沒有自我調(diào)節(jié)功能，pH值不應(yīng)小于5.8。

2.2 化學(xué)因子

采用兩步培養(yǎng)法，改良LS培養(yǎng)基用于細胞生長，M9培養(yǎng)基用于產(chǎn)生色素。

（1） 激素：2，4-D抑制細胞生長，對IAA和KT的作用尚有爭論。

（2） 碳源：蔗糖濃度為5時愈傷組織產(chǎn)量和紫草素含量最高。

（3） 氮源：蛋白胨、水解乳蛋白、玉米粉對愈傷組織生長影響不顯著，酵母提取液抑制生長，馬鈴薯提取液促進細胞生長。

（4） 其他：劉長軍等研究了多種真菌誘導(dǎo)子對生長和紫草色素合成促進作用的影響，其中黑曲霉誘導(dǎo)因子作用效果最好。傅旭慶發(fā)現(xiàn)米根霉誘導(dǎo)因子能夠顯著提高紫草色素的含量，并可加快胞內(nèi)色素分泌到培養(yǎng)液中的速率和數(shù)量，同時加入正十六烷對米根霉的誘導(dǎo)有協(xié)同作用。

3.紫草細胞的懸浮培養(yǎng)和固定化培養(yǎng)

3.1 懸浮培養(yǎng)

Fujita等最早提出用兩步法進行紫草細胞的懸浮培養(yǎng)。寧文等進行試驗研究表明細胞生長曲線呈扁平的S形，細胞停止生長后，紫草寧及其衍生物大量形成，二者的動態(tài)變化呈負相關(guān)。

3.2 同步提取

使用某些有機溶劑在培養(yǎng)過程中同步萃取紫草素，既簡化了次生代謝物的分離提純工作，又降低了產(chǎn)物的反饋抑制。薛蓮、袁麗紅等報道Tween20、維生素C、L-苯丙氨酸和正十六烷對紫草素產(chǎn)率均有提高，其中正十六烷效率最好，提高了5.8倍。

3.3 紫草細胞的反應(yīng)器大規(guī)模培養(yǎng)

董教望等在10升的攪拌式反應(yīng)器中培養(yǎng)新疆紫草，總色素含量達到干重的14.26，紫草素衍生物的產(chǎn)率為1.93克/升。陳士云等用5升外循環(huán)氣升式反應(yīng)器培養(yǎng)新疆紫草細胞，在25天的培養(yǎng)周期中，細胞干重增加了7.3倍。中國科學(xué)院化冶所研制成功了“氣升內(nèi)循環(huán)半錯流式”新型植物細胞生物反應(yīng)器，并實現(xiàn)了新疆紫草細胞100升規(guī)模的反應(yīng)器培養(yǎng)。反應(yīng)器大規(guī)模培養(yǎng)是紫草走向工業(yè)化生產(chǎn)的重要一步。

3.4 固定化培養(yǎng)技術(shù)

目前，固定化培養(yǎng)已成為利用植物細胞培養(yǎng)生產(chǎn)次生物質(zhì)研究的個重要方向。呂華等把硬紫草細胞包埋在海藻酸鈣中固定化培養(yǎng)，30天后，色素外泌達70，而懸浮細胞僅有30。如同時使用正十六烷進行萃取，色素外泌可達95。研究表明固定化培養(yǎng)過程中，以45天更換一次培養(yǎng)基，則180天后，細胞仍有產(chǎn)生色素的能力。

3.5 紫草的種苗快繁

使用生物工程的手段，直接生產(chǎn)無菌苗，然后在產(chǎn)區(qū)進行種植，該法成本小，見效快，是中藥現(xiàn)代化最直接的體現(xiàn)。以上所述兩種途徑常常是同時進行、相輔相成的。結(jié)論與展望

科學(xué)家們通過努力，已基本清楚紫草素及其衍生物的代謝途徑。紫草作為一種傳統(tǒng)臨床常用藥，其廣泛的藥理與臨床作用越來越受到人們的重視，對其有效成分和藥理作用的研究日益深入，并取得了很大進展，一部分動物和臨床試驗也在進行中。而紫草的保肝、降血糖、抗腫瘤、抗HIV病毒等物質(zhì)基礎(chǔ)及作用機制還不是很明確，是今后研究的重點。