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八种药用植物辐射防护作用的药学研究进展

  辐射会引起动物严重的行为失常,即使接受非常低剂量的离子辐射也会导致记忆力发生减退,较高剂量的辐射则可能导致呕吐、腹泻,甚至死亡。在过去,人们对辐射防护剂的研究主要集中在对合成或天然来源的化合物进行筛选,如抗氧化剂、金属元素、免疫调节剂、酯多糖和前列腺素等。由美国Walter Reed陆军研究所开发的氨磷汀(商品名amifostine)是目前唯一的一个经美国FDA认可的辐射防护药物,被用于缓解头颈癌症病人辐射治疗过程中的口腔干燥症状。最近几年,造血生长因子和细胞因子也被用于辐射伤害的治疗,但它们在毒性、作用时效、用药的方便程度等方面都不太理想。当前,全世界有近70%的人口都在使用药用植物,愈来愈多的药用植物已经被证实具有明显的辐射防护作用,这使得新药研发人员不得不将研究重点转移到对药用植物的研究中来。

1  植物辐射防护作用的药学研究

  1.1  积雪草Centella asiatica伞状花科植物积雪草很早以前就被用于消化道溃疡、皮肤创伤和记忆力衰退的治疗,它含有多种具抗氧化活性的成分,如积雪草苷(asiaticoside)、积雪草酸(asiatic acid)、玻热模苷(brahmoside)、玻热模苷(brahminoside)和异玻热米酸(isobrahmic acid)等。有关积雪草的神经调节作用已有很多报道,但关于其辐射防护作用的研究却很少。Arora等研究发现,积雪草提取物100 mg/kg可明显缓解接受2 Gy低剂量离子辐射的小鼠所产生的体重减轻和反胃症状。另外,口服该提取物对接受8 Gy亚致死剂量的60Coγ射线照射的小鼠也具有类似的保护效果;Gupta等报道了积雪草还可以减轻γ-辐射和氯化镉产生的组合毒性。

  1.2  银杏Ginkgo biloba已知银杏可通过激活抗氧化剂谷胱甘肽的生成而减轻氧化损伤,常被用于治疗哮喘和循环系统有关的疾病。它除了含有香豆素(coumarins)、儿茶素(catechins)、银杏萜内酯(ginkgolides)、白果内酯(bilobalide)和鼠李黄素(rhamnetin)等大量的活性成分以外,还含有许多黄酮类化合物,如山奈酚(kaempferol)、榭皮素(quercetin)、杨梅黄素(myricetin)、银杏黄素(ginkgetin)和异银杏黄素(isoginkgetin)等,总计约300多种。银杏提取物Egb761,由于具有减轻线粒体氧化损伤的作用而被用于治疗由缺氧所导致的大脑机能紊乱。100 g/ml的银杏叶乙醇提取物对羟自由基引发的兔小脑神经元培养细胞的凋亡具有明显的抑制作用,已知能抑制自由基引起细胞凋亡的物质即具有辐射防护作用,这也可用来解释银杏提取物具有辐射防护作用的原因。

  1.3   沙棘Hippophae rhamnoides 沙棘记载有抗氧化、消炎、抗微生物、止痛和增强免疫力等活性,早在1 000多年以前,西藏就已经使用沙棘油(sea buckthorn oil)来治疗口腔粘膜炎、阴道炎、子宫颈溃烂、十二指肠溃疡和胃功能失调等多种病症。沙棘的浆果中除了含有诸如鼠李黄素、异鼠李黄素(isorhamnetin)、榭皮素和山奈酚在内的多酚类化合物之外,还含有胡萝卜素、维生素(A、E、C、K)、单宁、棕榈甘油酯、硬脂酸和油酸等多种具辐射防护作用的活性成分。Goel等研究发现,受到强度为1 Gy的X射线辐射处理的兔子在口服沙棘浓缩果汁之后,可使得血液中11氧醛固酮的水平恢复正常,并且能存活更长的时间。Arora等在用强度为10 Gy的60Coγ射线照射之前30 min用沙棘浆果的50%乙醇提取物30 mg/kg处理实验小鼠,连续进行两个月的观察发现,在第30天存活率可达82%,而对照组在接受辐射后的15 d内全部死亡,该提取物具有保护作用的原因在于它可以降低由γ-辐射所引起的线粒体毒害效应,从而保护小鼠细胞的能量系统不被破坏。除此以外,沙棘还可保护γ-辐射引起的胃肠系统损伤,且caspase3(天冬氨酸激酶特异性的半胱氨酸蛋白酶)活性的降低在该过程中起到关键作用。Prem等使用单细胞电泳技术对沙棘浆果乙醇提取物的作用机理进行研究发现,该提取物对辐射诱导的鼠胸腺细胞中DNA单链缺口的产生具有明显的抑制作用,在体外条件下该提取物可持续维持染色质的紧缩状态使得细胞核可抵抗高达将近1 000 Gy的辐射处理。沙棘作为一种很有前景的抗辐射药用植物,其适宜的治疗剂量还需要进一步研究。

  1.4  胡椒薄荷Mentha piperita唇形科植物胡椒薄荷用于治疗呕吐和胃肠胀气已有1 000多年的历史,它含有包括咖啡酸(caffeic acid)、丁香油酚(eugenol)、迷迭香酸(rosmarinic acid)和生育酚(tocopherol)在内的诸多抗氧化活性成分。其提取物除了具有抗菌活性外还有抗突变的性质,可用于预防口腔癌。胡椒薄荷的叶子中含有芸香糖苷圣草酚(7Orutinosides eriodictyol)和木犀草素(luteolin),薄荷油中也含有相当多的活性成分,如薄荷醇(menthol)、薄荷酮(menthone)、桉油精(cineole)、乙酸薄荷酯(menthylacetate)、异薄荷醇(isomenthol)、柠檬烯(limonene)和蒎烯(pinene)等。已知辐照会引起动物细胞中的染色体发生畸变,但在辐照前如果经胡椒薄荷提取物预处理可使发生畸变的细胞数目明显减少。研究发现,小鼠在接受亚致死辐射剂量处理之前每天口服胡椒薄荷提取物1 g/kg可有效控制其骨髓细胞中的染色体损伤,与此同时,它还可增加辐照后小鼠中的谷胱甘肽浓度和降低脂质过氧化,其对血液中的血清磷酸酯酶活性也有保护作用。

  1.5   零陵香Ocimum sanctum零陵香又称为罗勒,广泛分布于热带和亚热带地区,常用于治疗皮肤病、肝脏病变和疟疾,还可作为蛇和毒虫叮咬的解毒剂。零陵香中发现的活性成分有:芹菜苷元(apigenin)、香芹酚(carvacrol)、丁香油酚(eugenol)、荭草素(orientin)、迷迭香酸(rosmarinic acid)、乌索酸(ursolic acid)和葫芦巴苷(vicenin)。在其乙醇提取物中还发现了木犀草苷(galuteolin)、没食子酸(gallic acid)、原儿萘酸(protocatechic acid)、香草酸(vanillic acid)和香草醛(vanillin)。Weiss等对其辐射防护作用进行过系统的研究,分别用零陵香水和乙醇提取物对小鼠腹腔给药进行处理,经过为期30 d的观察发现,两者均能明显提高小鼠的成活率,且前者更加明显,其最适剂量为50 mg/kg,急性LD50为6 g/kg;同时还发现,不仅腹腔给药比口服更有效,且分多次给药比一次性单一剂量给药也更加有效。进一步对零陵香的水溶性组分荭草素和葫芦巴苷研究发现,在γ辐射开始前30 min用两种化合物处理均可明显提高小鼠的存活率,且即使达到100 mg/kg的剂量也未观察到任何毒性作用。荭草素和葫芦巴苷对γ辐射诱导的鼠肝脂质过氧化具有相同的保护作用,但就对低剂量γ辐射处理引起的鼠骨髓细胞染色体畸变的抑制效果而言,葫芦巴苷的效果更加明显,且优于氨磷汀。

  1.6  人参Panax ginseng有关人参在抗衰老、抗氧化、抗肿瘤和抗菌方面的性质已经进行过详细的研究。人参的茎和叶中含有人参皂苷(ginsenosides)、三叶豆(triofolin)、水杨酸和对香豆酸(pcoumaric),根部则含有人参多糖(panaxan A~H)、人参炔三醇(panaxytriol)、亚麻脂(linolein)、棕榈酸(palmitic acid)和谷甾醇(β-sitoserol)。从人参的醇溶组分中提取的人参酸性多糖(ginsan)具有促进有丝分裂、激活NK细胞和活化巨嗜细胞等许多免疫活性。关于人参的辐射防护作用有很多报道,其作用的主要机理在于它能够促进辐射处理后血液中血小板和红血球数目的恢复,研究发现,其水溶性组分(蛋白质和碳水化合物)对小鼠的辐射防护作用比全提取物要低得多,皂苷类成分则没有明显的作用。Song等研究发现,与辐射后给药相比,在辐射前24 h以100 mg/kg剂量的人参多糖经腹腔注射给药对小鼠具有最佳的辐射防护效果,其认为人参对小鼠的辐射防护作用在于它可促进小鼠骨髓细胞的增殖和释放大量的造血生长因子。

  1.7  鬼臼Podophyllum hexandrum 为小檗科(Berberidaceae)的一种多年生草本,又叫桃儿七,英文名称himalayan mayapple。其根部用于治疗便秘、蚊虫叮咬、皮肤过敏和风湿等疾病已经有近2 000年的历史,它含有多种抗病毒和抗癌的活性成分,主要分为脂素(lignans)和黄酮两大类化合物:前者包括鬼臼毒素(podophyllotoxin)、鬼臼树脂(podophyllin)和盾叶鬼臼素(peltatins),后者如榭皮素、山奈酚和紫云英苷(astragalin)等。鬼臼的辐射防护活性非常显著,甚至超过了合成的辐射防护剂氨磷汀和diltiazem。Coleman等最先报道了鬼臼对小鼠的辐射防护作用,在辐射前用鬼臼的根状茎提取物处理比辐射后处理保护作用更明显,且在该条件下的最适剂量为200 mg/kg。除了可改善辐射所致的胃肠道损伤之外,鬼臼的水溶性提取物还可以调节鼠肝抗氧化防御系统中抗氧化酶的活性,若在辐射前用鬼臼提取物处理小鼠,可观察到辐射12 h后鼠肝中谷胱甘肽S转移酶(GST)和超氧化物歧化酶(SOD)的活性均比对照要高。线粒体作为生成ATP的部位,它对辐射损伤后的修复过程非常重要,实验证明鬼臼还可减轻辐射对哺乳动物线粒体造成的伤害。在对人肝癌HepG2细胞的研究中发现,在辐射前1~2 h用0.1~1.0 g/ml较低浓度的鬼臼水提取物处理起到的辐射防护作用最明显,其作用的机理可能是通过增加细胞中抗氧化剂谷胱甘肽的浓度从而抑制由辐射引起的线粒体膜脂质和蛋白质的氧化损伤。

1.8  心叶青牛胆Tinospora cordifolia作为防己科(Menispermaceae)的一种抗衰老药草,它具有预防糖尿病、解热镇痛、抗氧化和免疫调节等活性,广泛用于治疗包括黄疸、皮肤病、贫血和感染在内的各种疾病。其根部提取物可改善黄疸病人手术后kupffer细胞的功能和抑制肝脏匀浆中硫酸亚铁引起的过氧化反应,这可能与其所具有的清除自由基和螯合金属离子的性质有关。有实验证明,在使小鼠接受致死剂量的辐照之前,每天口服心叶青牛胆水溶性提取物5 mg/kg,连续观察30 d后发现,处理组的存活率为33%,而对照组则全部死亡。使用啤酒酵母作为实验模型证明,心叶青牛胆根部的水溶性成分阿拉伯半乳聚糖(arabinogalactan)的辐射防护活性几乎完全在于其出色的清除自由基的能力,因为它并不引起酵母细胞中过氧化氢酶和超氧化物歧化酶活性的提高。另外,该提取物还可减轻辐射所致的DNA降解,在提取物浓度达6.9 mg/ml时,经γ-辐射处理的pBR322质粒DNA所形成的单链缺口与对照比较可减少71%。

2  总结

  综上所述,许多植物都具有对辐射伤害的保护作用,但是到目前为止,大部分植物来源的辐射防护剂还尚未进行相关的临床试验。在当前,开发一种有效和可靠的用于评价辐射防护作用效果的高通量生物分析方法是非常有必要的,这将使得快速和大批量地对植物提取物样品进行筛选成为可能。进一步的研究还包括:(1)对标准提取物(standardized extracts)的有效性进行系统评价的方法;(2)辐射防护作用有效组分的分离研究;(3)辐射防护剂的配合使用和添加活性增强剂(bioenhancers),以加强疗效;(4)当前大多数辐射防护剂本质上都是起预防作用的,这在一定程度上限制了它们的用途,因此,开发具有治疗作用的辐射恢复药物(radiorecovery drugs)将成为当务之急。

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