杜仲次生代谢产物及其生物合成途径

杜仲中的次生代谢物及其生物合成途径摘要：本文介绍了杜仲的生物学特征及产地，对杜仲中所含的次生代谢产物及其生物合成途径进行了综述。关键词：杜仲；次生代谢产物；生物合成途径1杜仲概述杜仲（EucommiaulmoidesOliver）为杜仲科杜仲属植物，是我国特有名贵药用树种[1]，落叶乔木，其高达20m、树皮灰褐色，粗糙，连同枝、叶、根均含胶，折断有银白色细丝。叶椭圆或椭圆伏卵型，长6～18cm，边缘有锯齿，下边脉上有毛，叶柄长1～2cm，果为翅果扁平而薄，内含一种子［2－3］。杜仲为地质史上第三纪冰川运动残留下来的古生物树种，为国家二级保护植物［4］，原产于我国西南诸省山区，喜温暖而凉爽的气候，属喜光树种，在强光、全光条件下才能良好生长。杜仲适生范围较广，我国有丰富的资源，主要分布于甘、陕、晋、豫、湘、鄂、川、滇、黔、桂、苏、皖、浙、赣等省、自治区，垂直分布一般在200～1500m之间，个别地区海拔高度可达2500m，其野生的分布中心是在中国中部地区［5］。在日本、俄罗斯、朝鲜、北欧、北美等国家和地区也有引种［6］。其皮和叶是我国传统的中药材，具有补肝肾、强筋骨和安胎的作用，用于治疗肾虚腰痛、筋骨无力、胎动不安、高血压、头晕目眩等症。杜仲皮中主要药用成分为松脂醇二葡萄糖苷，杜仲叶中主要药用成分为绿原酸[7]。2杜仲的化学成分近年来，各国学者对杜仲的化学成分进行了大量研究，目前经过分离和鉴定的有机化合物约有70种以上，无机矿物元素不少于15种。研究还发现，杜仲皮、花、叶和枝条等各部分中含有相似的化学成分，主要包括:苯丙素类、木脂素类、环烯醚萜类、黄酮类、多糖、氨基酸和杜仲胶等有机化合物，及钙、铁等无机元素。2.1苯丙素类苯丙素是一类含有一个或几个C6–C3单位的化合物，在苯环上有酚羟基或烷氧基取代，是形成木脂素的前体，在杜仲中广泛存在。目前已从杜仲中发现10多种苯丙素类化合物[8-13]见表1。表1杜仲中的苯丙素类化合物序号No.化合物名称Name1绿原酸chlorogenicacid2绿原酸甲酯methylchlorogenate3咖啡酸caffeicacid4二氢咖啡酸dihydrocaffeicacid5愈创木丙三醇guaiacyl-glycerol6松柏苷Coniferin7间羟基苯丙酸3-(3-hydroxyphenyl)propionicacid8丁香苷Syringin9寇布拉苷kaobraside10松柏醇Coniferol11香草酸vanillicacid2.2木质素类木脂素是由苯丙素双分子聚合而成的天然产物，具有抗肿瘤、抗病毒等生理活性。迄今为止，从杜仲中共分离鉴定出20多种木脂素及其苷类[14-16]。按其结构特点可分为单环氧木脂素、双环氧木脂素、环木脂素、倍半木脂素和新木脂素等类型，见表2。表2杜仲中的部分木脂素类化合物序号No.化合物名称Name1松脂素(+)-pinoresinol2表松脂素(+)-epi-pinoresinol31-羟基松脂素(+)1-hydroxypinoresinol4松脂素单糖苷(+)-pinoresinolO-β-D-glucopyranoside序号No.化合物名称Name5松脂素双糖苷(+)-pinoresinoldi-O-β-D-glucopyranoside61-羟基松脂素-4-单糖苷(+)1-hydroxypinoresinol-4-O-β-D-glucopyranoside71-羟基松脂素-4-单糖苷(+)1-hydroxypinoresinol-4-O-β-D-glucopyranoside81-羟基松脂素双糖苷(+)1-hydroxypinoresinol4,4-di-O-β-D-glucopyranoside9丁香脂素(+)syringaresinol2.3环烯醚萜类化合物环烯醚萜类及其苷类化合物在植物界中分布较广，是由臭蚁二醛转变而来的单萜类化合物，分子中含有环烯醚键，杜仲醇类无环烯醚键，可看成环烯醚萜开环后的产物。另外，环烯醚萜还可形成多聚体。现己从杜仲叶、皮中分离出10多种环烯醚萜类成分[17]。如表3表3杜仲中的环烯醚萜类序号No.化合物名称Name1桃叶珊瑚苷aucubin2京尼平genipin3京尼平苷geniposide（又称栀子苷）4京尼平苷酸geniposidicacid5车叶草苷asperuloside6车叶草苷酸asperulosidicacid7鸡屎藤苷10-O-乙酸酯scandoside10-O-acetate10筋骨草苷ajugoside11雷朴妥苷reptoside12杜仲苷DulmoidosideD13杜仲苷ulmoside14杜仲苷AulmoidosideA15杜仲苷BulmoidosideB16杜仲苷CulmoidosideC2.4杜仲中的黄酮类化合物黄酮类化合物在植物界中分布最广，常以游离态或与糖结合成苷的形式存在。目前已发现有6000多种不同的黄酮类化合物。黄酮类化合物也是杜仲的主要有效成分之一。杜仲不同部位中总黄酮的含量也有很大的差别，以杜仲叶中的总黄酮含量最高，尤其以老叶中的含量最高；主根和主根皮中黄酮含量最低，而除叶外的各部位的含量相差不大，且含量都较低［18］。其含量的高低是判断杜仲生药及其产品质量的重要指标。杜仲皮和叶中分离鉴定的黄酮类化合物见表4[19-21]。表4杜仲中的黄酮类化合物2.5其他成分杜仲多糖是近年来研究发现的又一活性成分。组成明确的有:Gonda等［22］从杜仲皮中分离出的酸性聚糖杜仲糖A(EucommanA)和Tomoda等［23］分离出的杜仲糖B(EucommanB)。杜仲糖A是由L－阿拉伯糖、D－半乳糖、D－葡萄糖、L－鼠李糖、D－半乳糖醛酸按摩尔比8∶6∶4∶5∶8组成;杜仲糖B的结构主要为α－1，2－L－鼠李糖，1，4－D－半乳糖。这两种多糖对网状内皮系统均有活化作用，可增强机体非特异性免疫功能。杜仲胶因其在工业上的良好用途已成为现在研究的又一热点，它是普通天然橡胶的同分异构体，属反式聚戊二烯，杜仲胶具有金属光泽，耐酸碱、不易腐蚀，续号No.化合物名称Name文献Reference1山柰酚kaempferol成军等，20002山柰酚3-O-芸香糖甙kaempferol-3-O-rutinoside成军等，20003山柰酚3-O-（6?-乙酰基）-葡萄糖苷kaempferol-3-O-acetylglucosideKim等，20044紫云英苷kaempferol-3-O-glucoside,astragalinTakamura等，20075槲皮素quercetin成军等，20006槲皮素3-O-葡萄糖甙quercetin3-O-β-D-glucopyranoside,isoquercitrinKim等，20047槲皮素-3-O-桑布双糖苷quercetin3-O-sambubiosideTakamura等，20078槲皮素3-O-木糖基-（1-2）-葡萄糖甙quercetin-3-O-xylopyranosideTakamura等，20079槲皮素3-O-α-L-阿拉伯酸-(1?2)-β-D-葡糖苷quercetin3-O-α-L-arabinopyranosyl-β-D-glucopyranosideKim等，200410陆地锦苷hirsutin成军等，200011芦丁rutinTakamura等，200712儿茶素catechin孙燕荣等，200413表儿茶素epcatechin孙燕荣等，2004其硫化制品质量比天然橡胶品质优良，是现代工业开发高性能绿色橡胶的极好材料［24］。杜仲中除上述成分外，还包含酚、醇类化合物、抗真菌蛋白［25］、生物碱及挥发油［26］等。另外杜仲营养成分含量丰富，含有丝氨酸、谷氨酸、甘氨酸、精氨酸等17种游离氨基酸，其中必需氨基酸齐全；还有Zn、Cu、Fe、Mn、Ge、Xe等15种微量元素［27］。3主要次生代谢物的生物合成途径3.1苯丙素类的生物合成途径杜仲叶片中的主要苯丙素类物质是绿原酸（Chlorogenicacid）[28、29]。植物中绿原酸的生物合成包括了一系列的酶促反应。在酶的催化下,葡萄糖转化成莽草酸(shikimicacid)，后者再转化成丙氨酸，最后经过合成酶作用得到绿原酸[30]。见图1。图1绿原酸生物合成途径2.2木质素类化合物的生物合成途径木脂素是由苯丙素双分子聚合而成的天然产物，合成途径如图2图2木质素类化合物合成途径2.3环烯醚萜类化合物生物合成途径杜仲中的环烯醚萜苷类化合物主要包括桃叶珊瑚苷（aucubin）和京尼平苷酸（geniposidicacid）。桃叶珊瑚苷和京尼平苷酸均易溶于水、甲醇，溶于乙醇，不溶于乙醚、氯仿、苯及石油醚。分子结构中存在半缩醛结构，极不稳定。桃叶珊瑚苷和京尼平苷酸的生物合成途径中的酶和基因目前还没有完全研究清楚。这两种物质属于环戊烯型的环烯醚萜苷类，环烯醚萜类化合物在植物体中生物合成途径起源于类异戊二烯途径产生的焦磷酸牻牛儿酯（IPP），其化合物基本结构骨架的合成途径如图3。图3环烯醚萜类化合物合成途径2.4黄酮类化合物生物合成途径黄酮类化合物是一类含有C6-C3-C6基本结构骨架的化合物，根据碳链的氧化程度、B环连接的位置以及三碳链是否与B环构成环状等特点，可将黄酮类化合物分为黄酮（flavones）、二氢黄酮（flavonone）、异黄酮（isoflavones）、黄酮醇（flavonol）、黄烷醇（flavanol）、橙酮（aurone）、查耳酮（chalcone）及花青素（anthocyanin）等几大类[31]。杜仲中的黄酮类化合物主要有槲皮素和山奈酚，其生物合成途径如图4。COOHNH2COOHCOOHOHCOSCoAOHHCCOOHCOSCoA+3L-苯丙氨酸肉桂酸P-香豆酸P-香豆酰辅酶A乙酸乙酰-CoA-羧化酯丙二酸单酰-CoAH3CCOOHPALC4H4CLCHSOHOHOHOOHHH四羟基查尔酮CHIF3HOHOOHOOHHHACB三羟基黄烷酮OHOOHOOHHHOHOHOOHOOHHHOH三羟基黄烷酮醇F3'HOHOOHOOHHOHOH双氢槲皮素OHOOHOOHHHFNS黄酮FLSOHOOHOHOHH黄酮醇（山萘酚）IFS黄酮醇（槲皮素）FLS异黄酮OHOOHOOHHOHOH图4槲皮素和山奈酚的生物合成途径CHS：查耳酮合成酶chalconesynthase；CHR：查耳酮还原酶chalconereductase；STS：芪合成酶stilbenesynthase；AS：金鱼草素合成酶aureusidinsynthase；CHI；查耳酮异构酶chalconeisomerase；F3H：黄烷酮羟化酶flavanonehydroxylase；FNS：黄酮合成酶flavonesynthase；IFS：异黄酮合成酶isoflavonesynthase；FLS：黄酮醇合成酶flavonolsynthase，F3'H；黄酮-3'-羟化酶flavonoid-3'-hydroxylase参考文献[1]李时珍.本草纲目[M].北京:北京出版社,1995:1590－1596.[2]王俊丽.杜仲研究［M］.河北:河北大学出版社，2001.[3]周正贤.中国杜仲［M］.贵阳:贵州科技出版社，1992.[4]郭双举.杜仲科的演化史［M］.西安:陕西科学技术出版社，1992.[5]张康健.中国杜仲研究［M］.第一版.西安:陕西科学技术出版社，1992:19－23.[6]杜红岩,赵戈,卢绪奎.论我国杜仲产业化与培育技术的发展［J］.林业科学研究，2000，13(5):554－561[7]中华人民共和国药典编辑委员会,中华人民共和国药典.北京:化学工业出版社,2005.[8]李家实,阎玉凝.杜仲皮与杜仲叶化学成分初步研究.中药通报,1986,11(8):41.[9]DeyamaT.TheconstituentsofEucommiaecortex.Proceedingsofthe