《Phytochemistry Reviews》:The genus Pouteria: a review of advances in phytochemical elucidation and its pharmacological properties
Pouteria属(山榄科Sapotaceae)传统上用于胃肠道疾病、炎症及微生物感染相关病症的治疗,同时因富含多样果实资源而具有重要营养应用价值。尽管该属用途广泛,但其系统性研究仍相对滞后,亟需针对近年发表的植物化学证据与生物活性研究进行整合性综述。研究人员在多个数据库中开展了无限制检索(检索时段:2009年1月至2022年8月),检索词聚焦于“Pouteria”属名。该属共包含325个已确认物种,但仅有少数研究对其抗氧化、抗癌、降血糖、抗菌、抗炎、镇痛及治疗阿尔茨海默病(AD)的潜在生物活性进行了评价。在植物化学解析方面,已从该属中分离鉴定出大量萜类化合物、黄酮类化合物、酚类物质、皂苷及其他成分。此外,鉴于其果实具有较高的开发利用潜力,研究人员还鉴定了多种初生代谢产物,这些产物在不同物种间呈现出定性与定量的多样性,引起了制药行业的关注。因此,本综述系统梳理了Pouteria属各物种的植物化学特征与药理特性。鉴于多数物种的研究结果尚浅且不完整,未来仍需开展涵盖Pouteria属所有植物部位的系统性研究,以全面阐明其药用潜力。
引言
药用植物自古便在人类健康实践中占据重要地位,其应用知识由传统土著与当地居民世代传承。据估计,全球约10%的维管植物被用于植物疗法,但仍有大量物种的化学成分与药理潜力尚未被充分挖掘。尽管全球超80%的人口在初级卫生保健中使用药用植物,但其科学研究往往进展缓慢,许多物种的生物活性尚未得到明确阐释。山榄科包含53个以上广泛分布于亚洲与南美洲的属,其中Pouteria属因其经济价值与传统药用应用的广泛性而备受关注。该属早在1911年便已收录325个物种,但至今仍有大量物种缺乏详细的植物学表征与生物药剂学特性研究。历史上,土著人群对该属植物的利用涵盖实用需求(如建筑、营养)与治疗用途(如镇痛、抗炎)。传统医学记载Pouteria可用于退热、治疗胃肠道疾病及促进泌乳。然而,鉴于该属在植物化学与药理学应用方面潜力巨大,且距离上一次系统性综述发表已逾十年,有必要对近年的研究进展进行更新整合。为此,研究人员在多个数据库中开展了无限制检索,仅将发表时间(2009年1月至2022年8月)作为限定条件,检索词为“Pouteria”,纳入标准包括以英语、葡萄牙语或西班牙语发表、可获取全文且明确报道该属任意物种的组成分析、植物化学及体外或体内药理活性的研究。研究中涉及的物种学名及其全球分布均通过国际植物名称索引(IPNI)、世界在线植物志(World Flora Online)或英国皇家植物园邱园(Kew)数据库进行了确认。
植物化学
植物化学研究已从Pouteria属中分离、表征或鉴定出184种物质,其中萜类、黄酮类、皂苷、酚类及生物碱为主要类别,且多数研究集中于该属的果实部位。除次生代谢产物外,研究还总结了188种初生代谢产物,这对理解其作为营养保健品的应用具有重要意义。
萜类化合物是该属中分离鉴定数量最多的成分,且在物种间分布广泛。类胡萝卜素是该属的特征性成分,例如从Pouteria sapota果实丙酮提取物中分离得到的隐辣椒红素(cryptocapsin, 1)及其衍生物(如隐辣椒红素5,6-环氧物(cryptocapsin 5,6-epoxide, 6)、隐辣椒红素5,8-环氧物(cryptocapsin 5,8-epoxide, 7)),以及首次在该属中发现的紫黄质(violaxanthin, 18)、叶黄素(lutein, 20)和玉米黄质(zeaxanthin, 22)等。此外,还鉴定出β-胡萝卜素(β-carotene, 24)及其多种异构体与环氧化物。挥发性萜类成分在不同物种及植物部位中差异显著,例如Pouteria lucuma种子己烷组分中的α-松油醇(α-terpineol, 32)、Pouteria sapota挥发性成分中的4-松油醇(4-terpineol, 33)、Pouteria campechiana叶片与果实中的甘菊环(calendin, 34)与贝壳杉-16-烯(kaur-16-ene, 35),以及Pouteria glomerata果实水提物中的(E)-β-石竹烯((E)-β-caryophyllene, 36)等倍半萜类成分。维生素类成分也是该属的重要组成,例如在Pouteria sapota、Pouteria ramiflora果实及Pouteria lucuma果实与种子中检测到的α-生育酚(维生素E, α-tocopherol, 76);Pouteria campechiana树皮与果肉中的维生素A(77);以及广泛存在于Pouteria sapota、Pouteria macrophylla、Pouteria lucuma等多种物种果肉中的抗坏血酸(维生素C, ascorbic acid, 78)。
黄酮类化合物在山榄科中普遍存在,且与Pouteria属的药理活性密切相关。儿茶素衍生物在该属中分布最广,包括儿茶素(catechin, 79)、表儿茶素(epicatechin, 80)、没食子儿茶素-3-没食子酸酯(gallocatechin-3-gallate, 81)等。黄酮苷元及其糖苷类成分也多有报道,例如槲皮素(quercetin, 87)、芦丁(rutin, 91)、杨梅素(myricetin, 93)、芹菜素(apigenin, 94)及柚皮素(naringenin, 96)等,这些成分在Pouteria torta、Pouteria sapota、Pouteria lucuma等物种的不同部位均有检出。
酚类物质方面,该属中鉴定出多种酚酸及其衍生物。没食子酸(gallic acid, 100)是分布最广的酚酸之一,存在于Pouteria macrophylla、Pouteria sapota、Pouteria lucuma等多个物种的果肉、树皮、叶片或种子中。其他常见酚酸包括5-O-没食子酰奎宁酸(5-O-galloylquinic acid, 101)、绿原酸(chlorogenic acid, 102)、对香豆酸(p-coumaric acid, 103)、丁香酸(syringic acid, 104)、对羟基苯甲酸(p-hydroxybenzoic acid, 105)及阿魏酸(ferulic acid, 106)等。此外,还发现了咖啡酰奎宁酸(caffeoylquinic acid, 107)、鞣花酸(ellagic acid, 112)、芥子酸(sinapic acid, 113)、香草酸(vanillic acid, 114)、肉桂酸(cinnamic acid, 115)等其他酚类衍生物。
皂苷与三萜类化合物方面,从Pouteria campechiana叶片乙醇提取物中分离得到了8种皂苷,其中包括首次报道的路枯米酸A(lucumic acid A, 129)与路枯米酸B(lucumic acid B, 130)。从Pouteria ramiflora叶片中分离得到了friedelin(137)、表friedelanol(138)与蒲公英赛醇(taraxerol, 139)。Pouteria lucuma种子中鉴定出了豆甾-5,22-二烯-3-醇乙酸酯(stigmasta-5,22-dien-3-ol acetate, 141)、豆甾醇(stigmasterol, 142)等植物甾醇。此外,该属还含有α-香树脂醇(α-amyrin, 148)、β-香树脂醇(β-amyrin, 149)、齐墩果酸(oleanolic acid, 157)、熊果酸(ursolic acid, 156)等多种三萜类成分。
除上述主要成分类别外,研究还报道了该属中存在生物碱、植物激素、叶绿素及无机元素等其他化合物。例如,从Pouteria campechiana叶片中鉴定出白坚木碱(aspidocarpine, 172),从Pouteria caimito叶片中鉴定出辣椒素(capsaicin, 173)。植物激素顺式甲基二氢茉莉酮酸酯(cis-methyl dihydrojasmonate, 174)存在于Pouteria glomerata果实中。叶绿素A(175)与叶绿素B(176)在Pouteria gardneriana果实中检出。此外,火焰原子吸收光谱分析显示Pouteria caimito果实中含有铁(Fe)、锌(Zn)、锰(Mn)、铜(Cu)、钠(Na)、铝(Al)、硼(B)、钴(Co)、钙(Ca)、镁(Mg)、磷(P)、钾(K)、硫(S)和氮(N)等多种无机元素。
生物活性
根据纳入标准,共有63篇实验性文章报道了Pouteria属植物的体外或体内药理作用,其中4篇涉及安全性与毒性参数评估,重点研究了14个物种。抗氧化活性是该属最普遍的活性,在14个重点物种中的11个中均有报道,且活性强弱高度依赖于植物部位、成熟度及提取方法。总体而言,种子与叶片的抗氧化活性优于果肉。例如,Pouteria caimito种子的总酚含量(TPC)显著高于果肉,并在FRAP与DPPH实验中表现出更强的还原能力。Pouteria lucuma种子亲水性提取物因富含酚酸与儿茶素,其还原能力强于没食子酸与槲皮素等商业标准品。Pouteria sapota叶片水提物表现出较强的DPPH清除能力与还原力。果实成熟度也影响抗氧化效率,例如Pouteria campechiana成熟果实中积累的类黄酮对超氧阴离子自由基(O2•?)与羟自由基(•OH)具有更强的清除活性。提取溶剂的极性同样关键,例如Pouteria caimito果肉的氢乙醇提取物虽对DPPH无活性,但对ABTS与H-ORACFL表现出活性。除了化学分析方法,该属提取物还在复杂生物模型中显示出潜力,例如Pouteria sapota果肉提取物可在红细胞模型中降低74%的氧化应激,其果肉与树皮提取物在秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)模型中可提高应激抗性并诱导对抗氧化损伤的“遗传记忆”。
细胞毒与抗癌活性研究显示,Pouteria caimito果肉与叶片的粗乙醇提取物对人肝癌细胞、结直肠腺癌细胞、胶质母细胞瘤细胞及人肺成纤维细胞具有选择性细胞毒性,IC50范围为63.73至117.47 μg/mL。Pouteria campechiana的甲醇提取物在HeLa细胞系中观察到高凋亡率,但在体内模型中,果皮的安全性高于果肉。从Pouteria sapota果肉95%乙醇提取物中分离的槲皮素对人乳腺癌(MCF-7)细胞系表现出细胞毒性,IC50为271.33 ± 5.8 μg/mL。Pouteria gardneriana的丙酮-水(80:20)提取物因富含酚酸与黄酮类成分,对HepG2细胞表现出高细胞毒性。Pouteria torta叶片的乙醇提取物在角质形成细胞(HaCat)与成纤维细胞(L-929)系中获得了最低的IC50值(14.65 ± 0.02 μg/mL)。
降血糖活性主要通过抑制碳水化合物代谢酶进行评价。Pouteria caimito叶片的氢乙醇提取物虽未表现出直接的α-葡萄糖苷酶与α-淀粉酶抑制活性,但可降低葡萄糖含量,IC50为103.5 ± 1.8 μg/mL。从Pouteria campechiana中分离得到的三个三萜类化合物在50 μM浓度下对α-葡萄糖苷酶的抑制率分别为科罗索酸(corosolic acid)66.3%、马斯里酸(maslinic acid)55.2%。Pouteria lucuma果肉无论成熟度如何,均能降低这两种酶的活性,且其亲水性提取物活性更强。Pouteria ramiflora叶片的氢乙醇提取物在链脲佐菌素诱导的糖尿病大鼠模型中,口服500 mg/kg连续20天可降低血糖水平,并可能通过调节脑氧化应激发挥神经保护作用。生物导向优化研究表明,提取时间、体系pH值与物料比例会影响Pouteria sapota的α-淀粉酶抑制活性。该属的降血糖潜力可能部分归因于对胰腺α-淀粉酶与肠道α-葡萄糖苷酶的抑制,并与提取物中的原花青素、杨梅素、绿原酸等复杂多酚以及α-香树脂醇、科罗索酸、马斯里酸等三萜类化合物有关。
抗菌活性研究显示,Pouteria caimito果肉、树皮与种子的己烷提取物对白色念珠菌(Candida albicans)、金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus)、大肠杆菌(Escherichia coli)与鼠伤寒沙门氏菌(Salmonella typhimurium)均表现出活性。Pouteria macahensis树皮丙酮提取物中分离的四种三萜类化合物对引起尿路感染的奇异变形杆菌(Proteus mirabilis)的最低抑菌浓度(MIC)范围为500至600 μg/mL。Pouteria ramiflora叶片与茎的水提物及氢乙醇提取物对腐皮镰刀菌(Fusarium solani)与金黄色葡萄球菌表现出抑制作用。Pouteria sapota果实的类胡萝卜素提取物在20至40 μg/mL浓度下可使秀丽隐杆线虫的氧化应激降低20%至30%,其乙醇提取物可抑制革兰氏阳性与阴性菌。
抗炎与镇痛活性方面,Pouteria ramiflora根的乙醇提取物(50与100 mg/kg)在醋酸诱导的小鼠扭体实验与热板实验中可减少扭体次数并延长小鼠在热板上的停留时间,且在角叉菜胶诱导的大鼠气囊炎症模型中可减少细胞渗出液、一氧化氮(NO)生成与腺苷脱氨酶(ADA)活性。Pouteria campechiana叶片甲醇提取物可刺激BALB/c小鼠腹腔巨噬细胞的吞噬功能及过氧化氢(H2O2)与NO的产生。
阿尔茨海默病治疗潜力方面,Pouteria caimito种子油对乙酰胆碱酯酶的抑制率达68.40%,被视为强抑制剂(≥50%)。从Pouteria sapota果实丙酮提取物中分离得到的三种类胡萝卜素(隐辣椒红素、隐辣椒红素5,6-环氧物与玉米黄质)在抗淀粉样蛋白聚集活性模型中均表现出作用,其中隐辣椒红素的活性最强,IC50为1.97 ± 0.1 μM。
此外,该属植物还表现出酪氨酸酶抑制活性、抗溶血活性、抗腹泻活性、胃保护活性与肝保护活性。例如,Pouteria campechiana甲醇提取物可剂量依赖性地抑制H2O2诱导的红细胞溶血;Pouteria lucuma甲醇提取物在HCl/EtOH诱导的胃溃疡模型中可减少胃黏膜损伤;Pouteria campechiana果实水提物在醋氨酚诱导的大鼠肝毒性模型中可改善血清生化指标与肝脏组织病理学变化。
新代谢产物
尽管已有大量植物化学研究,但该属中仍有8种代谢产物为首次报道,包括隐辣椒红素5,6-环氧物、隐辣椒红素5,8-环氧物、紫黄质5,6-环氧物、紫黄质5,8-环氧物、β-隐黄质-5,6,5',8'-二环氧物、路枯米酸A、路枯米酸B及3β-(O-对香豆酰)-2-羟基-乌苏-12-烯-28-酸。这些新代谢产物可作为潜在的化学分类学标记,用于区分该属与其他属。但目前仅对其中4种进行了药理活性评价,包括抗淀粉样蛋白聚集活性、α-葡萄糖苷酶抑制活性与抗氧化活性。
毒性
安全性评价显示,Pouteria campechiana甲醇提取物(0.25 mg/kg)可减少39.70%的微核形成,表现出抗诱变潜力。Pouteria caimito叶片的水提物、乙醇提取物与己烷提取物在卤虫致死实验(BST)模型中的LD50> 1 mg/mL,被视为安全。但在脊椎动物模型中,该属植物的乳胶表现出极高毒性(LD50= 1 mg/kg),推测这种毒性可能与该属植物的乳胶渗出特性相关。
讨论
尽管植物化学研究已鉴定出大量Pouteria属的次生代谢产物,但多数研究仍基于粗提物评价生物活性,缺乏活性标志物的分离与确证,难以明确具体起效的分子。例如Pouteria nuda与Pouteria venosa等物种虽报道了生物活性,但未进行充分的植物化学关联分析。传统医学中记载的该属植物用于治疗疟疾、促进泌乳与退热等用途,仍需更多实验验证。此外,毒性研究的矛盾结果提示其应用安全性需谨慎对待,可能与植物部位、制备方式及乳胶含量有关。对于新发现的代谢产物,除已评价的少数几种外,大多数尚未进行系统的药理活性研究。未来研究需加强分析方法标准化、实验室间验证,并开展跨物种、跨部位的比较筛选,结合体外、体内及临床研究,以确证其疗效、安全性及作为化学标记的价值。
结论
本综述系统整合了Pouteria属植物化学与药理研究的最新进展,明确了180余种代谢产物的存在。分析揭示了其生物活性的具体作用机制,例如降血糖潜力部分归因于对胰腺α-淀粉酶与肠道α-葡萄糖苷酶的抑制,并可能受到三萜类与复杂多酚的贡献;抗氧化与抗淀粉样蛋白聚集活性则与酚类化合物及隐辣椒红素等类胡萝卜素密切相关。研究还首次确定了该属中8种前所未有的新代谢产物,包括路枯米酸与隐辣椒红素环氧化物,它们具有重要的化学分类学标记潜力。尽管该属不同植物部位(叶、茎、根、果实)均显示出广泛的生物活性潜力,但多数新代谢产物仍缺乏深入的药理评价,且矛盾的毒理学数据(尤其是乳胶的高毒性)引发了重要的安全性关切。因此,未来的研究必须优先考虑分析方法的标准化、通过体内与临床模型进行稳健验证,并阐明药代动力学参数,以安全地将Pouteria属的化学多样性转化为有效的治疗应用。