黄芩地上部位质量评价研究及黄芩属药用亲缘学初探

摘要

黄芩（Scutellaria baicalensis Georgi）为唇形科黄芩属植物，始载于《神农本草经》，是常用大宗中药材。黄芩根部作为中药，而黄芩地上部位作为“黄芩茶”代茶饮用，已有近千年的历史。目前，在一些地区已有黄芩茶商品销售。另外，黄芩地上部位的总黄酮也已开发为黄芩茎叶解毒胶囊上市。但相对黄芩丰富的资源量来说，黄芩地上部位的有效利用量仅占很小的比例。随着综合利用成为中药资源绿色发展的趋势，黄芩地上部位较好的利用价值和发展潜力越来越引起人们的关注。然而，当前对黄芩地上部位的质量评价研究仍缺乏系统研究，限制了黄芩综合利用产业的提升。因此，本研究从黄芩地上部位的化学成分、多指标含量测定、活性评价方面展开了系统的质量评价研究。同时，从资源扩大利用的角度，采用药用植物亲缘学的思路开展了黄芩属药用亲缘学的初步探索。具体研究内容及结果如下: 1、采用多种色谱分离技术，从黄芩地上部位中分离鉴定得到11个化合物，包括:异红花素-7-O-β-D-葡萄糖醛酸苷(1)、红花素7-O-β-D-葡萄糖醛酸苷(2)、芹菜素-7-O-β-D-葡萄糖醛酸甲酯(3)、汉黄芩素(4)、大波斯菊苷(5)、白杨素(6)、异红花素(7)、丁香醛(8)、反式羟苯基丙烯酸(9)、异高山黄芩素-8-O-β-D葡萄糖醛酸苷(10)、对羟基苯甲醛(11)。其中化合物3、8、11为首次在黄芩茎叶中发现，化合物1和2为自然界相对较为稀有的二氢黄酮苷，且在黄芩地上部位含量较高，可成为黄芩地上部位质量评价的指标性化合物。 2、采用HPLC-DAD技术对黄芩不同部位中共77份样品（包括34份根、15份茎、15份叶及13份花）的化学成分进行了系统分析，较全面地比较黄芩根、茎、叶和花等不同组织器官中化学成分的差异及分布情况，并建立了黄芩不同部位的指纹图谱。对15种主要黄酮化合物成分的含量测定表明，黄芩不同部位中主要黄酮类成分差异显著。进一步采用UPLC-QTOF-MS技术结合多元统计分析确定了黄芩地上和地下部位的差异性化合物共31个，根据精确分子量、紫外光谱、保留时间并结合文献报道鉴定出其中的17个成分。 3、采用荧光素酶报告基因法对枯芩、子芩、总茎叶的水提物和醇提物以及化合物黄芩苷、汉黄芩苷、野黄芩苷、异红花素-7-O-β-D-葡萄糖醛酸苷、异高山黄芩素-8-O-β-D葡萄糖醛酸苷进行了抗病毒活性筛选，并结合HPLC含量测定方法测定了黄芩不同部位提取物中15种主要黄酮类化合物的含量，进行了量效关系评价。结果表明与传统药用根部相比，黄芩地上部位及其所含的主要成分也具有一定的抗病毒活性，同时结果也显示枯芩的抗流感活性要强于子芩，为临床传统上枯芩多用于肺部上呼吸道感染（清肺热）提供了科学证据。且发现黄芩地上部位高含量的异红花素-7-O-β-D-葡萄糖醛酸苷和野黄芩苷与黄芩地上部位不同提取物的抗流感病毒活性间显示出一定的量效关系。进一步利用二代高通量测序筛选(HTS2)技术研究黄芩地上部位的水提取物和醇提取物及其主要成分异红花素-7-O-β-D-葡萄糖醛酸苷和野黄芩苷对HepG2细胞的作用，通过生物信息学软件分析在转录水平上找到各个化合物及提取物作用HepG2细胞后的差异表达基因。首次揭示了黄芩地上部位提取物及主要成分在HepG2细胞模型中显著影响的显著差异基因，以及对不同通路或疾病表型的可能参与机制，为进一步研究黄芩地上部位的药理活性机制提供了起点和新的思路。 4、采用UPLC-QTOF-MS技术，首次对采集得到的黄芩属14种植物次生代谢产物进行了分析和比较。发现根系较发达的狭叶黄芩亚组植物的根部化学成分较为相近，而其它同组不同系甚至不同部位差异性较大，可用化学手段分开。并对化学研究背景几乎为空白的4个种及2个变种（缙云黄芩、红茎黄芩柳叶变种、京黄芩、京黄芩黑龙江变种、大齿黄芩、纤弱黄芩）黄芩属植物进行了化学成分的在线鉴定。除缙云黄芩和红茎黄芩柳叶变种发现了少量二萜类化合物外，其他种鉴定出的主要是黄酮类化合物成分及少量的串联糖苷类化合物。同时，采用HPLC-DAD方法检测了15种黄酮类化合物在黄芩属14种植物的分布情况，结果显示这些种普遍含有异红花素-7-O-β-D-葡萄糖醛酸苷、红花素-7-O-β-D-葡萄糖醛酸苷、野黄芩苷、黄芩苷、大波斯菊苷、异高山黄芩素-8-O-β-D-葡萄糖醛酸苷、白杨素-7-O-β-D-葡萄糖醛酸苷和汉黄芩苷等八种化合物。从化学成分的角度来看，除粘毛黄芩、丽江黄芩外，大齿黄芩和甘肃黄芩的地上部位与黄芩有较高的相似性，显示其资源利用等同性的潜力。基于上述化学成分的比较，结合形态学分类和传统应用，本文对黄芩属的药用亲缘学进行了简要的分析和探讨。 综上所述，本研究在对黄芩地上部位化学成分研究基础上，首次采用多指标的方法了建立同时检测黄芩主要有效成分含量测定的HPLC方法，为黄芩地上部位及其相关产品的质量评价奠定了基础。该研究为传统上根部作为中药黄芩应用而地上部位作为茶饮提供了物质基础层次的合理解释;对黄芩地上部位的抗病毒活性研究以及高通量筛选研究为黄芩地上部的应用和黄芩植物资源的综合利用开发提供初步的科学依据;对黄芩属14种植物的化学成分的分析和比较研究，不仅填补了其中4个种及2个变种植物的化学背景空白，同时对黄芩属药用亲缘学的深入研究提供了较好的基础。

目录

声明

摘要

前言

第一章文献综述

第一节黄芩地上部位研究进展

1．黄芩地上部位传统应用

2．黄芩地上部位化学成分研究进展

3．黄芩地上部位药理活性研究进展

4．小结

第二节黄芩属药用植物研究概况

1．黄芩属植物的分类

2．黄芩属植物的传统应用

3．黄芩属植物的化学成分

4．黄芩属植物的药理学活性

5．小结

参考文献

第二章黄芩地上部位的化学成分研究

1．研究结果

2．实验部分

3．化合物的鉴定

4．讨论

参考文献

第三章黄芩不同部位化学指纹分析及主要黄酮类成分的含量测定研究

1．材料与仪器

2．实验方法

3．系统适应性实验

4．黄芩不同部位指纹图谱的建立与分析

5．黄芩不同部位中15种主要黄酮类成分的含量测定

6．基于UPLC-QTOF-MS技术的黄芩地上部位与根部差异成分分析

7．讨论

参考文献

第四章黄芩地上部位的药理活性探讨

第一节黄芩地上部位抗流感病毒活性测定

1．材料与仪器

2．实验方法

3．实验结果

4．讨论

第二节黄芩地上部位中有效成分高通量测序与生物信息学分析

1．实验材料

2．实验数据分析和可视化

3．高通量测序实验结果与讨论

4．讨论

参考文献

第五章黄芩属植物亲缘关系的初步探索

第一节黄芩属植物的传统药物学整理

第二节基于代谢组学的黄芩属植物化学亲缘关系研究

1．材料与仪器

2．实验方法

3．UPLC-QTOF-MS检测代谢物分析结果

4．讨论

第三节主要活性成分在黄芩属植物中的分布

1．材料与仪器

2．实验方法

3．HPLC检测分析结果

4．讨论

第四节黄芩属植物药用亲缘关系的探讨

1．黄芩属植物的分类地位简述

2．黄芩属植物的分类与化学成分的联系

3．黄芩属植物的化学成分与疗效的联系

4．小结

参考文献

全文总结

致谢

作者简介

附录