葛根的化學(xué)成分及藥理作用研究進(jìn)展

孫 華，李春燕，薛金濤

(1.新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院藥學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453003；2.新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院三全學(xué)院生物與基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，河南 新鄉(xiāng) 453003)

葛為多年生草質(zhì)藤本植物，其地下圓柱形塊根入藥后為葛根，我國(guó)葛屬植物資源豐富，主要分布于河南、湖北、江蘇和江西等地。目前市場(chǎng)上藥用葛根來(lái)源主要有2種：(1)葛根，又稱野葛，為豆科植物野葛的干燥根；(2)粉葛，為豆科植物甘葛藤的干燥根[1-3]。2015版中國(guó)藥典將葛根按植物來(lái)源不同分為“葛根”和“粉葛”為2個(gè)藥材品種，但目前市場(chǎng)終端(包括藥房、診所和一些藥企等)2種葛根用藥時(shí)仍存在葛根、粉葛不分的現(xiàn)象[4-8]。葛根是我國(guó)最常見(jiàn)的中藥之一，始載于我國(guó)漢代的《神農(nóng)本草經(jīng)》，具有悠久的藥食兩用歷史，有“亞洲人參”的美譽(yù)，在2000年葛根正式被國(guó)家衛(wèi)生部批準(zhǔn)列入“既是食品又是藥品”名錄。葛根味甘辛，性平，入脾胃經(jīng)，具生津止渴、解表退熱和升陽(yáng)透疹的功效[1，9-11]。在過(guò)去的幾十年里，有許多學(xué)者對(duì)葛根的化學(xué)成分、藥理作用和作用機(jī)制進(jìn)行了研究，通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)，本文對(duì)葛根主要化學(xué)成分、藥理作用和作用機(jī)制的研究概況進(jìn)行整理總結(jié)，為其合理用藥和開(kāi)發(fā)利用提供參考和依據(jù)。

1 葛根的主要化學(xué)成分

葛根的主要成分異黃酮類、三萜類、皂苷類和多糖類等，其主要藥理活性成分為葛根異黃酮類，包括葛根素 (C21H20O9)，3′-甲氧基葛根素 (C22H22O10)，3′-羥基葛根素 (C21H20O10,)，大豆素 (4,7-二羥基異黃酮，C15H10O4)，大豆苷 (C21H20O9)，3′-甲氧基大豆素 (C16H12O5)等，具有改善血液循環(huán)、降低血壓、降低血糖和抗癌等作用。另外，葛根中富含淀粉及多種功能性成分，如人體必需氨基酸、人體必需的礦物質(zhì)和微量元素，是營(yíng)養(yǎng)豐富的保健類成分[1，11-13]。

本課題組分析了不同產(chǎn)地和不同品種的74批葛根樣品(野葛24批，粉葛50批；野葛產(chǎn)自河南、河北、廣西、湖北和安徽，粉葛產(chǎn)自河南、河北、廣西、湖北、江蘇、山西、四川和云南)的主要成分含量，野葛中葛根素和總黃酮含量明顯高于粉葛，粉葛中氨基酸和總糖含量高于野葛，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；5個(gè)不同產(chǎn)地的野葛樣品成分分析結(jié)果顯示，河北地區(qū)野葛中葛根素和總氨基酸含量最高，湖北地區(qū)野葛中總黃酮和總糖含量最高，但各地野葛中總糖含量比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；8個(gè)不同產(chǎn)地的粉葛樣品成分分析結(jié)果顯示，云南地區(qū)粉葛中葛根素和總黃酮含量最高，與其他7個(gè)地區(qū)粉葛相比差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；河南地區(qū)粉葛中總氨基酸含量最高，湖北地區(qū)粉葛中總糖含量最高，但8個(gè)地區(qū)粉葛中總糖含量比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[11]。

2 葛根的藥理作用

2.1 抗糖尿病近年來(lái)研究表明，葛根中主要活性成分，如葛根素或葛根異黃酮類等具有多種藥理作用，其藥效明確，藥理活性較強(qiáng)，且安全低毒，在糖尿病、心腦血管疾病及其并發(fā)癥等治療中取得了良好的效果[14-15]。糖尿病是一種以糖代謝障礙為主的全身性慢性代謝性疾病，其發(fā)生、發(fā)展往往伴隨多種并發(fā)癥，是繼心腦血管疾病和腫瘤之后第3大威脅人類健康的疾病。在中醫(yī)學(xué)中，糖尿病屬“消渴病”范疇，而葛根具有“生津止渴”的功效，其用于治療“消渴癥”具有悠久的歷史[9-10，16]。 吳偉等[17]采用循證醫(yī)學(xué)方法評(píng)價(jià)葛根素治療早期2型糖尿病腎病的臨床效果及安全性，結(jié)果表明，葛根素具有減少尿微量白蛋白、降低空腹血糖的作用，對(duì)治療早期2型糖尿病腎病安全有效。袁媛等[18]研究表明，葛根素能夠顯著降低糖尿病小鼠空腹血糖，改善口服糖耐量，抑制糖化血紅蛋白，對(duì)體內(nèi)外晚期糖基化終末產(chǎn)物形成具有明顯的抑制作用。

本課題組采用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)對(duì)葛根中潛在降糖活性成分、作用靶點(diǎn)和機(jī)制進(jìn)行了篩選[1]，其降糖的潛在活性成分主要包括葛根素、3′-羥基葛根素、3′-甲氧基葛根素和大豆素等18個(gè)成分，潛在作用靶點(diǎn)主要有胰島素受體、血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2、過(guò)氧化物酶體增殖活化受體γ等9個(gè)靶點(diǎn)；代謝通路主要有低氧誘導(dǎo)因子-1(hypoxia-inducible factor-1，HIF-1)信號(hào)通路、腎素-血管緊張素系統(tǒng)、FoxO信號(hào)通路和腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)信號(hào)通路和過(guò)氧化物酶體增殖活化受體(peroxisome proliferator- activated receptor，PPAR)信號(hào)通路等，結(jié)合近年來(lái)的相關(guān)研究[9，19]，對(duì)葛根作用于糖尿病的主要作用機(jī)制作如下總結(jié)：

(1)HIF-1信號(hào)通路。HIF-1α通過(guò)調(diào)控眾多下游靶基因的表達(dá)在多種生理狀態(tài)調(diào)節(jié)中起關(guān)鍵作用，參與調(diào)控氧化應(yīng)激、血管新生和細(xì)胞凋亡、免疫應(yīng)答、細(xì)胞凋亡等病理生理過(guò)程[20-23]。研究顯示，HIF-1α在糖尿病患者中表達(dá)下調(diào)，并導(dǎo)致血管生成和細(xì)胞凋亡等信號(hào)通路調(diào)控紊亂，是糖尿病及其并發(fā)癥發(fā)生與進(jìn)展過(guò)程中重要的分子事件[24]。袁有才[25]研究發(fā)現(xiàn)，新加葛根岑連湯干預(yù)后糖尿病大鼠HIF-1α mRNA表達(dá)増強(qiáng)，提示葛根可能通過(guò)HIF-1信號(hào)通路影響糖尿病及其并發(fā)癥發(fā)生和發(fā)展。

(2) 磷酸肌醇3激酶(phosphoinositol 3 kinase，PI3K)-蛋白激酶B(protein kinase B，Akt)信號(hào)通路。該通路在許多細(xì)胞被刺激或者損傷后激活，激活后調(diào)節(jié)基本的細(xì)胞功能，如轉(zhuǎn)錄、翻譯、增殖和生長(zhǎng)[26]。PI3K-Akt信號(hào)通路是胰島素的主要下游分子通路，激活的胰島素受體可激活PI3K，進(jìn)而激活作為第2信使的Akt，通過(guò)調(diào)節(jié)一系列下游分子增加糖原的生成，同時(shí)磷酸化 FoxO1使其出核失活，從而抑制糖異生基因葡萄糖-6-磷酸酶及磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的表達(dá)及糖異生，最終降低血糖[27]。黎宇等[28]研究發(fā)現(xiàn)，葛根可通過(guò)上調(diào)瘦素受體和胰島素受體底物2(insulin receptor substrate 2，IRS2)蛋白表達(dá)來(lái)調(diào)節(jié)以PI3K/PDK 為中心的胰島素信號(hào)通路，并上調(diào)胰島素抵抗的HepG2 細(xì)胞的糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白表達(dá)量，加速葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入肝細(xì)胞中并增加糖原合成來(lái)增強(qiáng)細(xì)胞的胰島素敏感性。李冰濤[29]研究發(fā)現(xiàn)，葛根芩連湯的抗糖尿病機(jī)制主要是通過(guò)IRS2/PI3K信號(hào)通路發(fā)揮作用。

(3) FoxO信號(hào)通路。FoxO是Fox家族的 O亞族，人類共有FoxO1、FoxO3、FoxO4、和FoxO6等4個(gè)轉(zhuǎn)錄因子，其在糖脂代謝、氧化應(yīng)激、細(xì)胞增殖分化和細(xì)胞凋亡等過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用[30]。FoxO1是胰島β細(xì)胞中特異的轉(zhuǎn)錄因子，是胰島素/胰島素樣生長(zhǎng)因子信號(hào)通路中的關(guān)鍵分子，抑制FoxOl基因表達(dá)后，小鼠血糖水平顯著下降，且肝臟組織糖異生途徑關(guān)鍵酶的表達(dá)水平降低[31]。張靜[32]研究發(fā)現(xiàn)，葛根素能顯著上調(diào)FoxO1、FoxO3和FoxO4蛋白質(zhì)水平

(4) PPAR信號(hào)通路。 PPAR主要分為α、β和γ 3個(gè)亞型，主要通過(guò)直接加強(qiáng)脂肪細(xì)胞胰島素受體后的信號(hào)傳導(dǎo)過(guò)程，刺激糖利用和脂肪酸氧化來(lái)改善機(jī)體糖脂代謝[29，33]。李冰濤[29]研究發(fā)現(xiàn)，葛根提取物具有改善胰島素抵抗的作用，其作用機(jī)制與促進(jìn)PPARγ及下游基因脂聯(lián)素等表達(dá)有關(guān)。向雪松[16]研究發(fā)現(xiàn)，葛根素通過(guò)提高糖尿病大鼠的抗氧化能力，抑制活性氧自由基(reactive oxide species，ROS)的產(chǎn)生，抑制核因子κB(nuclear fator，NF-κB)水平的表達(dá)，從而改善胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中IRS-2和PPARγ的表達(dá)。

(5)其他通路或作用機(jī)制。腎素-血管緊張素系統(tǒng)(renin-angiotensin system，RAS)對(duì)糖尿病及其并發(fā)癥的影響可能通過(guò)胰島素抵抗、炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激等機(jī)制發(fā)生作用，另外，RAS尤其是血管緊張素Ⅱ(angiotensin Ⅱ，Ang Ⅱ)是改善胰島素抵抗及防治糖尿病極具潛力的干預(yù)靶點(diǎn)[34-35]。 劉北[36]研究發(fā)現(xiàn)，葛根素可通過(guò)抗氧化效應(yīng)抑制Ang Ⅱ的釋放，故葛根可能通過(guò)腎素-血管緊張素系統(tǒng)對(duì)糖尿病及其并發(fā)癥產(chǎn)生影響。馬錦錦等[37]研究了葛根異黃酮類化合物對(duì)α-葡萄糖苷酶活性的影響，并分析其構(gòu)效關(guān)系，結(jié)果表明，大豆素、刺芒柄花素、大豆苷、3′-甲氧基大豆素、葛根素等對(duì)α-葡萄糖苷酶有一定的抑制作用，其中大豆素、刺芒柄花素的抑制作用明顯強(qiáng)于阿卡波糖。

2.2 改善心腦血管疾病現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究表明,葛根在改善心腦血管疾病方面具有良好的作用，如心肌保護(hù)、降血壓和降血脂等。王萌萌等[38]研究發(fā)現(xiàn),葛根提取物能夠明顯降低食源性高脂血癥大鼠的血脂水平，減輕脂質(zhì)過(guò)氧化程度，提高機(jī)體的抗氧化能力，有利于防治動(dòng)脈粥樣硬化，減少心腦血管疾病的發(fā)生。葛根及其活性成分抗心腦血管疾病的作用機(jī)制主要有：

(1)AMPK/ 哺乳動(dòng)物類靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)信號(hào)通路。 AMPK在調(diào)節(jié)機(jī)體能量代謝的平衡方面起總開(kāi)關(guān)作用，其參與多種心血管疾病的病理生理學(xué)進(jìn)程； mTOR作為自噬調(diào)控的中心分子，主要作用是調(diào)控細(xì)胞周期、細(xì)胞生長(zhǎng)、細(xì)胞增殖和代謝的動(dòng)態(tài)平衡，近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，該通路與生物合成、細(xì)胞自噬、介導(dǎo)免疫等過(guò)程密切相關(guān)[27，36，39-40]。持續(xù)激活A(yù)MPK可通過(guò)抑制蛋白合成及NF-κB信號(hào)通路的活化拮抗壓力超負(fù)荷誘導(dǎo)的心肌肥厚，改善心室收縮功能。劉北[36]研究發(fā)現(xiàn)，葛根素具有抑制心肌細(xì)胞肥大和細(xì)胞凋亡的作用，自噬可能是其發(fā)揮心臟保護(hù)作用的機(jī)制之一，在心肌肥厚模型中葛根素可顯著激活A(yù)MPK，進(jìn)而抑制mTOR信號(hào)通路，故葛根素可能通過(guò)AMPK/mTOR信號(hào)通路調(diào)控自噬發(fā)揮心肌保護(hù)作用。

(2)蛋白激酶Cε(protein kinase Cε，PKCε)信號(hào)通路。PKCε的功能涉及細(xì)胞周期、細(xì)胞凋亡、有絲分裂和炎癥反應(yīng)等多種病理生理功能的調(diào)控，其中PKCε為非鈣依賴性PKC亞型，是重要的內(nèi)源性心肌保護(hù)蛋白，是一個(gè)重要的治療缺血性心臟病的生物，湯蕾等[41]研究發(fā)現(xiàn)，葛根素呈劑量依賴性上調(diào)心肌細(xì)胞 PKCε的表達(dá)，從而發(fā)揮抗心肌細(xì)胞缺氧/復(fù)氧損傷保護(hù)作用。

(3)其他通路或作用機(jī)制。梅志剛等[42]研究表明，葛根素能使腦缺血再灌注大鼠腦梗死面積顯著縮小，缺血腦組織α7煙堿型乙酰膽堿受體、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)子與轉(zhuǎn)錄激活3 mRNA的表達(dá)顯著升高，NF-кBp65 mRNA的表達(dá)顯著下降，從而發(fā)揮對(duì)腦缺血再灌注的抗炎保護(hù)作用，其機(jī)制可能與激活膽堿能抗炎信號(hào)通路有關(guān)。另外，PI3K/Akt/mTOR 信號(hào)通路參與降血壓、降血脂、抗動(dòng)脈粥樣硬化等生物學(xué)過(guò)程[43-44]，HIF-1信號(hào)通路參與血壓和動(dòng)脈粥樣硬化的調(diào)節(jié)[20]，葛根及其活性成分可作用于上述2條通路，但尚未見(jiàn)葛根通過(guò)該2條通路對(duì)心腦血管疾病發(fā)揮作用的報(bào)道，可見(jiàn)相關(guān)作用尚需深入研究。

2.3 骨質(zhì)疏松預(yù)防和治療骨質(zhì)疏松癥以骨量減少和骨微結(jié)構(gòu)退化為主要特征，在中老年人群中的一種常見(jiàn)多發(fā)病。研究表明，植物雌激素是最有望替代雌激素的天然藥物，其既保留了雌激素對(duì)骨的保護(hù)作用，又無(wú)明顯不良反應(yīng)。而葛根素為代表的多種葛根素異黃酮類成分屬于植物雌激素[45-48]。

葛根活性成分對(duì)骨質(zhì)疏松癥的作用機(jī)制可能通過(guò)下丘腦-垂體-性腺軸發(fā)揮作用，陳冠儒[47]采用卵巢去勢(shì)手術(shù)和糖皮質(zhì)激素誘導(dǎo)大鼠骨質(zhì)疏松模型，發(fā)現(xiàn)葛根總黃酮可降低骨代謝，并上調(diào)下丘腦雌激素受體α(estrogen receptor α，ERα)和ERβ mRNA的表達(dá)，故葛根總黃酮可能通過(guò)調(diào)節(jié)下丘腦-垂體-性腺軸來(lái)調(diào)節(jié)卵泡生成素的表達(dá)水平，發(fā)揮對(duì)骨質(zhì)疏松的保護(hù)和治療作用。孫玉敏等[45]研究表明，葛根素通過(guò)ER介導(dǎo)對(duì)體外培養(yǎng)的大鼠及小鼠成骨細(xì)胞具有促進(jìn)細(xì)胞增殖和骨形成作用。

此外，張瑩瑩等[46]研究表明，葛根素可明顯促進(jìn)成骨細(xì)胞增殖，并通過(guò)下調(diào)靶向Runt家族相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子2(Runx2)miRNA 的表達(dá)來(lái)提高 Runx2 表達(dá)水平。梁倩等[49]采用葛根素對(duì)絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松大鼠的護(hù)骨素、NF-κB受體活化因子配體、堿性磷酸酶和骨組織進(jìn)行研究表明，葛根素有雌激素樣作用，對(duì)絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松有防治作用。

2.4 神經(jīng)保護(hù)作用葛根活性成分具有抑制神經(jīng)元凋亡和抗氧化應(yīng)激的作用。張靜[32]通過(guò)中斷大鼠兩側(cè)頸動(dòng)脈主干制備慢性缺血引起的血管性癡呆動(dòng)物模型，發(fā)現(xiàn)葛根素能提高模型大鼠的學(xué)習(xí)能力，并對(duì)大鼠的學(xué)習(xí)和記憶能力有保護(hù)作用，其作用與其對(duì)ROS的清除能力密切相關(guān)，在分子水平，葛根素能顯著上調(diào)Nrf2、FoxO1、FoxO3和FoxO4蛋白質(zhì)水平，而FoxO家族和Nrf2在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中具有重要的生理功能和病理作用。梅崢嶸等[50]對(duì)葛根素用于防治阿爾茨海默病進(jìn)行了研究，在過(guò)表達(dá)β淀粉樣前體蛋白的SH-SY5Y細(xì)胞(SH-SY5Y/APP695)中，葛根素通過(guò)下調(diào) β-分泌酶蛋白的表達(dá)、抑制 β-分泌酶的活性，減少β淀粉樣蛋白、的形成來(lái)發(fā)揮作用，這可能是其防治阿爾茨海默病作用的重要機(jī)制之一。劉承浩等[51]開(kāi)展的多中心隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)表明，葛根素穴位注射配合西藥治療早中期帕金森病患者可更好地改善其精神、行為、情緒癥狀及日?；顒?dòng)能力。

2.5 解酒和保肝作用研究表明，短期內(nèi)大量攝取酒精易導(dǎo)致急性酒精中毒，長(zhǎng)期過(guò)量飲酒則會(huì)引起慢性酒精中毒，從而導(dǎo)致酒精性肝損傷，危害人體健康[52]。中醫(yī)中葛花(植物葛未完全開(kāi)放的花)和葛根能解酒毒、治嘔吐。薛婧[53]研究了葛根總異黃酮及葛根素對(duì)小鼠的急性解酒功效及對(duì)酒精性肝損傷的保護(hù)作用，葛根總異黃酮與葛根素均能顯著延長(zhǎng)小鼠的醉酒時(shí)間、縮短醒酒時(shí)間，加速酒精在肝臟中的代謝速度，減少毒害代謝中間產(chǎn)物的生成及發(fā)生酒精性肝損傷的風(fēng)險(xiǎn)，能夠有效起到防醉解酒、保肝護(hù)肝的作用。朱振元等[54]對(duì)小鼠急性防醉解酒的研究表明，葛根異黃酮和葛根素具有良好的解酒防醉效果，能有效降低血液中乙醇的含量，從而延長(zhǎng)小鼠醉酒時(shí)間，縮短醒酒時(shí)間。高學(xué)清[52]研究發(fā)現(xiàn)，葛根提取物可上調(diào)AMPKα2表達(dá)量，抑制三酰甘油合成和抑制酒精性肝炎；另外葛根提取物還可降低Toll樣受體4(Toll-like receptor 4，TLR4)及髓樣分化蛋白88的表達(dá)量，抑制炎癥信號(hào)放大，進(jìn)而與活化的NF-κB結(jié)合，從而有效抑制酒精性肝炎的發(fā)生。

2.6 其他方面的作用張莉華等[4]采用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)方法探討葛根的抗腫瘤作用機(jī)制，共篩選出16個(gè)活性化合物、34個(gè)靶蛋白和44條信號(hào)通路，發(fā)現(xiàn)葛根通過(guò)多成分、多靶點(diǎn)、多通路的形式發(fā)揮著抗腫瘤作用，為后續(xù)藥理作用實(shí)驗(yàn)提供了依據(jù)。熊逸晨等[55]研究表明，葛根素可減輕急性痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎(acute gouty arthritis，AGA)大鼠關(guān)節(jié)腫脹程度，降低關(guān)節(jié)腔沖洗液中白細(xì)胞介素-1β(interleukin-1β，IL-1β)、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)含量，下調(diào)關(guān)節(jié)滑膜組織中TLR4、NF-κB表達(dá)量，其作用機(jī)制可能是葛根素抑制 TLR4/NF-κB信號(hào)通路及下游炎性因子 IL-1β、TNF-α 的產(chǎn)生，從而起到治療 AGA大鼠的作用。

3 總結(jié)和展望

葛根系我國(guó)眾多寶貴中藥材之一，藥用歷史悠久，其療效確切，具有悠久的藥食兩用歷史。本文對(duì)葛根主要化學(xué)成分進(jìn)行分析整理，并對(duì)其在糖尿病、心腦血管疾病、骨質(zhì)疏松、神經(jīng)保護(hù)和解酒護(hù)肝等方面的藥理作用和作用機(jī)制的研究進(jìn)行總結(jié)概括。但葛根化學(xué)成分復(fù)雜，對(duì)其藥理作用和作用機(jī)制的研究尚不夠深入，須對(duì)其活性成分進(jìn)行深入研究，闡明其作用機(jī)制，為臨床合理用藥和開(kāi)發(fā)利用提供參考和依據(jù)。