《Molecules》:Insights into the Health-Promoting Properties and Nutraceutical and Food Applications of Lonicera japonica Thunb.
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金银花(Lonicera japonica Thunb.,L. japonica)是一种可食用的药用植物,在中国、日本和韩国等东亚国家已被广泛食用数百年,长期以来被视为传统中药中的上品药材,同时也是经济上重要的作物,常用于饮料、食品和中草药。大量研究表明,金银
金银花(Lonicera japonica Thunb.,L. japonica)是一种可食用的药用植物,在中国、日本和韩国等东亚国家已被广泛食用数百年,长期以来被视为传统中药中的上品药材,同时也是经济上重要的作物,常用于饮料、食品和中草药。大量研究表明,金银花具有广泛的健康促进作用,包括抗氧化、抗菌、抗病毒、免疫调节、代谢调节和抗内毒素等活性。本综述全面总结了金银花的分布、栽培、质量评价、品种鉴定、生物活性成分和健康促进作用,同时强调了值得进一步研究的关键科学问题。此外,本文还系统讨论了金银花花朵主要药理活性(包括抗炎和免疫调节作用)的分子机制。本综述为金银花在制药、营养保健品和功能食品行业的持续开发和多元化应用提供了最新的科学基础和宝贵见解。
论文主体内容总结
1. 引言
1.1. 金银花的分布与栽培
金银花(Lonicera japonica Thunb.)为忍冬科(Caprifoliaceae)多年生常绿藤本植物,原产于中国、日本和韩国,后被引入阿根廷、澳大利亚、巴西、墨西哥、新西兰和美国等国家。在中国,金银花广泛分布于黄河流域和长江流域,主要产区集中在湖南、河南和山东等省份。与野生种群相比,栽培金银花表现出更直立的植株形态、更高的花叶比、更明显的花朵顶端簇生特征、更高的开花频率和更长的花蕾;而野生个体对白粉病的抗性则强于栽培品种。金银花叶片在初霜后仍保持光合活性,同时生物活性成分积累显著增加。修剪枝叶是促进花芽发育和提高花产量的常见农艺措施,修剪后叶片中生物活性化合物浓度在3月初达到峰值,表明该时期为叶片采收的最佳时间。环境因素,特别是地理来源和生长条件,可显著影响某些次生代谢物的积累,凸显了适宜产区对生产高品质金银花的重要性。
1.2. 金银花的质量评价与鉴定
形态特征与内在质量密切相关,绿原酸、异绿原酸C、獐牙菜苷、马钱苷和总酚酸含量与商品等级相关联。地理来源和光照条件显著影响风味及生物活性成分(尤其是黄酮类化合物)的积累。与二倍体植株相比,四倍体金银花具有更高的生物量、更高的酚酸和黄酮含量以及更强的耐盐性。灰毡毛忍冬皂苷甲(macranthoidin A)、灰毡毛忍冬皂苷乙(macranthoidin B)、川续断皂苷乙(dipsacoside B)和断马钱子酸(secologanic acid)是不同金银花样品中的主要差异成分。獐牙菜苷(sweroside)、断马钱子苷(secologanoside)和断氧化马钱子苷(secoxyloganin)是栽培和野生金银花的标志物;忍冬苷(lonicerin)、山柰酚-3-O-芸香糖苷、马钱苷、异绿原酸B、异绿原酸C、断马钱子酸、木犀草苷和紫云英苷可用于鉴定金银花地上部分。核磁共振波谱、红外光谱、液相色谱、气相色谱、质谱和荧光检测技术结合多组分定量分析、化学模式识别、DNA宏条形码技术、二硼酸荧光传感器阵列和机器学习技术,是成功鉴别金银花及其制剂的有效工具。
1.3. 金银花基因组中的重要基因
多组学研究的进展极大地加速了金银花的功能基因组学研究。染色体水平参考基因组(843.2 Mb,9条假染色体)以及完整的叶绿体基因组和保守的miRNA,为金银花的物种鉴定、进化分析、质量评价和遗传改良奠定了坚实基础。高通量转录组分析已鉴定出大量与次生代谢、胁迫响应、花发育和激素信号相关的基因。参与苯丙烷类、黄酮类、类胡萝卜素、碳水化合物和植物激素代谢途径的差异表达基因,有助于绿原酸、木犀草苷、环烯醚萜类的生物合成及花色转变。全基因组分析还鉴定了大量调控因子,包括MYB、bHLH、WRKY、NAC、AP2/ERF和bZIP转录因子家族以及MADS-box和DNA去甲基化酶基因。其中,LjaMYB12、LjaMYB305、4-香豆酸辅酶A连接酶(4CL)和查尔酮合酶(CHS)已被确定为黄酮类生物合成的关键调控因子,组蛋白甲基化也参与了绿原酸、马钱苷酸和木犀草苷的积累。
2. 金银花中的生物活性植物化学物质
金银花提取物包含精油、有机酸、黄酮类、三萜类、皂苷、环烯醚萜类和无机元素。这些化合物通过去糖基化、异构化、氢化、甲基化、脱水、环化、糖基化和去甲基化等一系列酶促反应进行生物合成和结构多样化。金银花的植物化学组成在花(含花蕾)、叶和茎之间存在显著差异,并受遗传背景、表观遗传调控和发育阶段的影响。绿色花蕾特别富含咖啡酸、绿原酸、松柏苷和7-羟基香豆素等成分。叶片中的羟基肉桂酸和黄酮类含量高于花蕾和茎。金银花的特征香气主要归因于萜类化合物,包括单萜类(如香叶醇和α-松油醇)、倍半萜类(如法尼醇、法尼醛和α-法尼烯)、三萜类(如角鲨烯),以及色氨酸衍生物(如邻氨基苯甲酸甲酯)和脂肪酸衍生物。
2.1. 有机酸
有机酸是金银花叶片和花朵中主要的生物活性成分,其中绿原酸、异绿原酸、原儿茶酸、羟基肉桂酸、咖啡酸、棕榈酸和肉豆蔻酸是主要的有机酸。在中国药典中,绿原酸被指定为金银花质量的官方指标。绿原酸和木犀草素的含量从绿色花蕾期到白花期逐渐下降。盐胁迫可促进绿原酸积累,150和300 mM NaCl处理30天后,叶片中绿原酸浓度分别增加145.74%和50.34%。酚酸糖苷在花蕾中尤为丰富,而咖啡酸在花蕾中含量较低,主要积累在金银花的茎和叶中。
2.2. 精油
精油主要分布在金银花的地上部分,包括新鲜和干燥的花、叶和茎。其主要成分包括芳樟醇、棕榈酸、亚油酸、亚麻酸甲酯、苯甲醛、异植物醇、茉莉酮、茉莉内酯和茉莉酸甲酯等。精油组成在不同发育阶段和植物组织间差异显著。从花蕾期到完全开放的黄花期,烷烃、醇类和酮类含量逐渐增加,而有机酸和酯类含量逐渐下降。精油的化学成分和产率受药用植物部位、采收阶段、提取方法和采后加工条件等多因素影响。
2.3. 黄酮类
黄酮类化合物在金银花中的分布具有组织特异性。黄酮主要存在于叶片中(0.65–4.31%),黄酮醇主要积累在花蕾中,而酰化黄酮醇糖苷主要存在于花中。木犀草苷和木犀草素-7-O-[α-L-阿拉伯吡喃糖基-(1→6)]-β-D-吡喃葡萄糖苷等黄酮糖苷主要在金银花叶片中被鉴定。花色变异与黄酮代谢密切相关:紫花品种的花青素积累量比绿花品种高出10倍以上。在花发育过程中,简单苯丙烷类和黄酮类在早期阶段优先积累,而其下游衍生物在后期阶段增加。外源绿原酸处理可持续增强金银花叶片中的黄酮积累,表明酚酸和黄酮代谢途径之间存在代谢串扰。
2.4. 萜类化合物
环烯醚萜类及其糖苷具有抗肿瘤、抗病毒、抗炎、抗氧化、降血糖和保肝等多种生物活性,同时有助于金银花的特征风味并作为重要的质量标志物。已从金银花花蕾中分离出多种环烯醚萜糖苷,包括獐牙菜苷、断氧化马钱子苷、断马钱子酸、马钱素、马钱酸等,以及12个吡啶鎓内盐生物碱金银花苷(lonijaposides A-L)。此外,从金银花花蕾中还分离出japonicaside C,这是一种稀有的杂二聚萜类衍生物,其生物合成来源于愈创木烷型倍半萜和裂环环烯醚萜葡萄糖苷。黄色花瓣中的类胡萝卜素含量远高于绿色花蕾和白色花瓣,主要类胡萝卜素为α-胡萝卜素、玉米黄质、紫黄质和γ-胡萝卜素。
2.5. 糖类
金银花多糖(LJP)具有抗炎、抗氧化、免疫调节、抗阿尔茨海默病、抗糖尿病和抗癌等作用。从金银花花朵中分离纯化得到一种分子量为54 kDa的均质多糖组分LJ-02-1,主要由鼠李糖、半乳糖醛酸、半乳糖和阿拉伯糖按摩尔比10.77:7.88:15.45:65.89组成,具有鼠李糖半乳糖醛酸聚糖主链,表现出抗胰腺癌活性。
2.6. 蛋白质
通过无凝胶/无标记蛋白质组学技术结合组合肽配体文库和聚乙二醇分级分离,鉴定出参与氧化磷酸戊糖途径、信号转导、激素代谢和转运的蛋白质高度富集。羟甲基丁烯基-4-二磷酸合酶的丰度在金银花未成熟花蕾中特别高。
2.7. 其他元素
已在金银花中鉴定出Fe、Mn、Cu、Ca、Zn、Mo、Ba、Ni、Cr、Pb、V、Co、Li、Ti、Sr、Mg、As、Se、Cd和Hg等微量元素。金银花中的皂苷主要为齐墩果烷型和常春藤皂苷元型,单糖链皂苷的溶血活性强于双糖链皂苷。
3. 健康促进作用
3.1. 微生物生长调节
3.1.1. 抗病毒活性
金银花特别是其花蕾,在传统医学中被广泛用于预防和治疗人和动物的病毒感染。已报道的抗病毒靶点包括H1N1流感病毒、呼吸道合胞病毒、副流感病毒、H3N2、奥司他韦耐药流感毒株、柯萨奇病毒B3和B5、严重急性呼吸综合征冠状病毒2型(SARS-CoV-2)、腺相关病毒7、巨细胞病毒、人腺病毒III型、乙型肝炎病毒(HBV)以及鸡毒支原体。金银花提取物通过多种机制发挥抗病毒作用,包括上调microRNA(let-7a、miR-148b和miR-146a)和干扰素(IFN)-γ、抑制促炎细胞因子(IL-6、IL-17、TNF-α、IL-1β)、阻止病毒附着和内化、降低SARS-CoV-2 Mpro活性、抑制SARS-CoV-2刺突蛋白与血管紧张素转换酶2(ACE2)结合、抑制神经氨酸酶活性以阻断新形成的病毒颗粒从感染细胞释放等。
3.1.2. 细菌生长调节
金银花提取物可抑制或影响沙门氏菌属、志贺氏菌属、大肠杆菌、蜡状芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、嗜水气单胞菌、变形链球菌、铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌和阪崎克罗诺杆菌等多种细菌的生长。金银花多糖可增加溃疡性结肠炎小鼠模型中肠道益生菌(双歧杆菌和乳酸杆菌)的丰度。金银花提取物可通过多种机制诱导细菌死亡,包括与带负电荷的外膜结合、干扰海藻酸盐分泌蛋白活性位点以减少海藻酸盐分泌和生物膜形成、破坏GbpC蛋白功能、抑制核糖体组装和肽聚糖生物合成、阻断自诱导物II感应、下调群体感应和溶血素相关基因表达、诱导细胞壁裂解、破坏细胞膜完整性、下调糖基转移酶活性、减少水不溶性葡聚糖的产生以及干扰磷脂生物合成等。绿原酸对革兰氏阴性菌的抑菌活性强于对革兰氏阳性菌。
3.1.3. 抗棘阿米巴和抗真菌作用
金银花干燥花蕾的乙酸乙酯、水相和正丁醇馏分表现出抗棘阿米巴作用以及对黑曲霉和白色念珠菌的抗真菌活性。绿原酸(1 mg/mL)在24、48和72小时后分别使包囊/滋养体比率降低100%、84.0%和72.3%。
3.2. 抗氧化和抗衰老活性
金银花的活性成分可剂量依赖性地提高超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶和谷胱甘肽过氧化物酶的活性,降低血清、肝脏和脑中的丙二醛(MDA)水平,清除羟基自由基、DPPH和ABTS自由基。金银花花蕾的水提取物比乙醇或超临界流体提取物表现出更强的抗氧化活性,这归因于其较高的多酚、黄酮、绿原酸和木犀草素-7-O-葡萄糖苷含量。金银花粗多糖在秀丽隐杆线虫中表现出抗衰老活性,使平均寿命延长13.97%,并通过上调应激反应基因和抗氧化防御系统改善体能,同时使脂褐素积累减少38.9%。金银花乙醇提取物(500 μg/mL)处理使线虫平均寿命延长超过21.87%,这些效应与降低活性氧水平和脂肪积累、上调应激诱导基因(hsp-16.2、sod-3和mtl-1)、延迟淀粉样蛋白β(Aβ)诱导的麻痹、增加自噬基因bec-1的mRNA表达以及降低自噬底物p62蛋白表达超过40.0%有关。
3.3. 免疫调节活性
金银花的水、乙醇、乙酸乙酯和正丁醇提取物传统上被用于缓解各种炎症性疾病,包括过敏性鼻炎、耳和趾水肿、皮肤增生、特应性皮炎、关节炎、发热、炎症性肠病、痛风性关节炎、肺部和肾脏炎症等。含金银花的草药配方和衍生制品表现出增强的免疫调节和抗炎活性,包括增加食物摄入量和体重、增强整体免疫功能、减轻淋巴器官(胸腺和脾脏)萎缩、促进巨噬细胞和T淋巴细胞(CD4+和CD8+)增殖、抑制淋巴细胞异常凋亡、增强自然杀伤细胞细胞毒性、增强细胞毒性淋巴细胞活性和巨噬细胞吞噬功能。金银花的活性成分通过调节AMPK/Nrf2/HO-1、PI3K/Akt/Fox、p62/JAK1/STAT1/3依赖性NF-κB、TLR4/MyD88/IRAK1/TAK1/NF-κB、MAPKs/ERK1/2/JNK/p38/c-jun和MAPK/NF-κB/AP-1等信号通路发挥免疫调节作用。
3.4. 代谢调节
3.4.1. 抗肥胖
金银花提取物可通过增强肝脏丙酮酸激酶和己糖激酶活性、升高高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)、下调脂肪生成相关基因(acc1、fas、srebp1和pparγ)表达、上调脂解和脂肪酸氧化相关基因(cpt1、atgl、lpl和PPARα)表达来有效改善脂质代谢。金银花多糖通过降低血清尿酸水平和抑制黄嘌呤氧化酶活性发挥抗高尿酸血症作用。
3.4.2. 抗糖尿病
金银花通过多种机制发挥抗糖尿病作用,包括抑制肠道α-葡萄糖苷酶和蛋白酪氨酸磷酸酶1B(PTP1B)活性、改善胰岛素抵抗、增强过氧化物酶体增殖物激活受体γ(PPARγ)和胰岛素受体底物-1(IRS-1)表达、增加SOD活性、降低MDA和iNOS水平、增强胰岛素刺激的葡萄糖摄取以及促进AKT磷酸化。绿原酸、异绿原酸A、B和C、新绿原酸以及多种环烯醚萜葡萄糖苷是主要的降血糖和调脂活性成分。
3.4.3. 抗癌
金银花提取物含有多种生物活性成分,包括绿原酸、异绿原酸、獐牙菜苷、木犀草素、芦丁、木犀草苷、外泌体miR2911、japoflavone D、萜类、金丝桃苷和富含半乳糖醛酸聚糖的果胶多糖,对胰腺癌细胞、HPV相关上皮内瘤变、宫颈癌细胞、肝癌细胞、乳腺癌细胞、前列腺癌、胃癌、髓系白血病和非小细胞肺癌细胞表现出潜在抗癌活性。金银花生物活性成分通过多种机制发挥抗癌活性,包括激活内质网应激传感器、诱导自噬和癌细胞凋亡、抑制线粒体膜电位活性、诱导细胞周期阻滞、抑制癌细胞迁移和侵袭、抑制E6/E7癌基因表达、调节miRNA(miR-34a、miR-let-7a/f和miR-301)等,涉及E6/E7-p53/Caspase3、KEAP1/Nrf2/ARE、p38/JNK、PI3K/AKT/mTOR、EGFR/PLCγ/ERK1/2/slug、p53/p21、MAPK/ERK和NF-κB/IL-6/STAT3等多条信号通路。
3.5. 认知功能益处
金银花提取物及其生物活性成分(包括木犀草苷、绿原酸和水溶性多糖)在阿尔茨海默病、睡眠障碍、抑郁症、脑缺血/再灌注损伤、神经炎症和脑梗死等实验模型中表现出神经保护作用。这些效应与减少海马CA1锥体层神经元损伤、增加神经元特异性烯醇化酶水平、降低自噬相关蛋白表达水平、降低脑含水量、增强脑缺血/再灌注损伤期间的抗氧化能力以及降低血清和海马中促炎细胞因子(IL-6、TNF-α和IL-1β)水平相关。金银花提取物还抑制了小胶质细胞和NLRP3炎症小体激活,减轻海马神经元损伤,抑制Aβ42聚集和寡聚化,防止原纤维形成,促进神经突生长。金银花花朵提取物可防止海马淀粉样蛋白-β积累,增强海马胰岛素信号传导,降低海马TNF-α和iNOS水平,缓解认知功能障碍和神经炎症。
3.6. 骨骼和皮肤健康益处
发酵和未发酵的金银花提取物已被证明可改善骨矿物质密度、恢复骨微结构损伤、增加血清钙和骨钙素水平、抑制破骨细胞分化、促进成骨细胞分化、减少骨丢失、缓解关节骨侵蚀,并恢复关节炎大鼠的肠道微生物组成和血清代谢物。金银花提取物通过调节STAT/JNK、NF-κB/IκBα/p38/MAPKs、Wnt1/Wnt3/RUNX2和Smad1/Smad5/Smad8/β-catenin/RUNX2信号通路促进骨骼健康。金银花提取物通过减轻胶原破坏和降低促炎细胞因子水平在UVB辐射下发挥皮肤保护作用,并通过抗增殖、促凋亡、抗炎和抗血管生成等多种机制表现出潜在的抗银屑病作用。
3.7. 内脏器官益处
3.7.1. 保肝作用
金银花乙醇提取物在非酒精性脂肪性肝炎、脓毒症诱导的肝损伤、肝纤维化、酒精性肝损伤和肝脂肪变性等多种实验模型中表现出保肝作用。这些效应与改善体重和每日食物摄入量、减少肝脏脂质积累和血清脂多糖水平、促进抗炎巨噬细胞活性、减轻肝脏炎症、增强抗氧化能力、恢复肠道微生物稳态、减少脂滴空泡化和炎症细胞浸润、抑制肝星状细胞激活、减轻细胞凋亡、降低血清肝损伤标志物(丙氨酸氨基转移酶、天冬氨酸氨基转移酶和碱性磷酸酶)水平等相关。金丝桃苷、异绿原酸B、绿原酸异构体、木犀草素-7-O-葡萄糖苷、原儿茶酸、獐牙菜苷、槲皮素、山柰酚、木犀草素和断氧化马钱子苷是主要的保肝活性成分,其活性涉及PPAR/NF-κB、自噬、Nrf2/MAPK/JNK和FXR-miR-29a信号通路的调控。
3.7.2. 肺部健康益处
金银花提取物可通过调节TGF-β/NF-κB、IL-17信号通路和Nrf2/GPX4信号通路来减轻PM2.5诱导的肺部炎症、纤维化、肺损伤和铁死亡。其主要活性成分(包括木犀草素、木犀草素-7-O-芸香糖苷、芹菜素-7-O-芸香糖苷、穗花杉双黄酮、马钱酸、绿原酸、断马钱子酸和断氧化马钱子苷)通过减少促炎细胞因子(TNF、IL-1和IL-6)、ROS、MDA和Fe2?积累,调节T细胞群(CD4? T、CD8? T和Th2细胞),增加抗炎细胞因子水平,恢复肺和结肠中Th1/Th2/Th17/Treg细胞平衡,减轻肺部病理损伤,保护抗氧化系统以及改善线粒体功能来发挥肺保护作用。
3.7.3. 心血管系统益处
金银花提取物通过破坏毛细血管样管形成、抑制细胞迁移、降低Notch1和Delta样配体4表达、减少促炎因子水平、氧化应激和超氧阴离子产生、抵抗白细胞浸润、减少血小板-单核细胞聚集和血小板-白细胞相互作用、改善血管重塑、增加线粒体膜电位、抑制心肌细胞凋亡、调节血管舒张作用、增加NO水平、增强心脏收缩功能、改善心脏病理重塑、调节葡萄糖和脂质代谢以及减轻心力衰竭小鼠的炎症,发挥显著的心脏保护作用。金银花多糖和绿原酸通过调节GTPCH1/BH4/eNOS、CaMKIIδ/NF-κB、Raf/MAPK/ERK和NF-κB/p65/JNK/ERK1/2通路发挥心脏保护作用。
3.7.4. 胃保护作用
金银花水提取物通过减少胃损伤、增强胃黏液分泌和抗氧化活性、抑制促炎介质(TNF-α、NF-κB、IL-6和IL-1β)增加以及提高胃黏液中己糖胺、唾液酸和前列腺素E2水平发挥胃保护作用。
4. 食品工业中的应用
金银花已被广泛用作食品成分以及茶和其他饮料中,包括金银花茶(将金银花与红茶、黄茶或绿茶混合制备)、金银花营养饮料、金银花嗜酸乳杆菌乳、金银花汤、金银花酒和金银花口服液。金银花花蕾已通过四种主要杀青方法制成干茶,包括晒干、热风烘干、炒制和蒸制。金银花提取物可降低饼干亮度、增加红度、降低硬度、增加脆性并增强抗氧化活性。金银花提取物特别是从其花蕾中提取的精油可作为典型长期储存的防腐剂,甚至可耐受传统油炸过程。添加金银花精油可显著提高葵花籽油的氧化稳定性。金银花提取物还可作为瘤胃发酵调节剂,在瘤胃营养消化影响最小的情况下抑制甲烷产生。金银花提取物可增加高产奶牛干物质摄入量和产奶量、改善乳成分、降低直肠温度和血清肌酐水平、改善瘤胃发酵、降低乳体细胞数和促炎反应循环生物标志物。