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宁夏银柴胡道地性形成相关因子研究认领

被引量： 5

作者：

李振凯

学位授予单位：

宁夏大学

摘要：

中药银柴胡是我国常用的清虚热根类药材,它的基原植物是石竹科繁缕属植物银柴胡(Stellaria dichotoma L.var.lanceolata Bge.),是宁夏的道地药材。近年来,随着野生资源的匮乏,栽培品逐渐成为药材市场的主流。银柴胡药材也由野生逐渐转为栽培生产,目前宁夏特别是同心县及周边地区已成为全国最大的供应产区。但是,从实际种植和资源调查情况来看,随着栽培银柴胡范围的扩大,产地生境发生了明显的改变,部分植株和种子、种苗出现退化现象,药材性状也出现了一定的差异。然而,宁夏银柴胡道地性的形成机制始终未得到有效的科学阐释,难以为指导道地生产提供可靠的科学依据。此外,宁夏作为银柴胡道地产区的证据不充分,在产地变迁过程中,银柴胡道地性是否发生流失,药材质量是否受到影响,哪些是主要的影响因子,目前均尚不清楚,影响了宁夏银柴胡的道地产区建设进程和药材道地生产。因此,本研究从本草考证、种质资源、无机元素、代谢产物、主导生境因子、清虚热功效物质基础等角度,利用DNA条形码、红外光谱、ICP-MS、代谢组学和网络药理学等技术和方法,开展宁夏银柴胡道地性形成相关因子的研究。得到了以下的主要结论:(1)银柴胡的发展历史经历了唐代至元代的银柴胡与柴胡混用期、明清的逐渐区分期和民国至近现代的独立成熟期。随历史发展“银柴胡”一名逐渐由“银州产柴胡”发展为独立的药材名,银柴胡药材、功效和基原植物也与柴胡逐渐区分。此外,陕西—内蒙古—宁夏毗邻区域,以及宁夏中部风沙干旱带及以北地区是银柴胡的历史道地产区,产地“多沙”是银柴胡道地产区的生境特征。(2)资源调查显示野生银柴胡主要分布于陕西—内蒙古—宁夏毗邻区域的荒漠草原生境中,进一步验证了银柴胡历史道地产区和生境特征的真实性。不同产地,特别是野生和栽培银柴胡产地间具有显著的生境差异,主要表现在土壤理化性质、年降水量、纬度和海拔等生境因子上。(3)17个不同来源银柴胡具有相近或一致的种源,遗传距离较短,亲缘关系相近,但与近缘植物的ITS2序列有显著差异。不同来源银柴胡药材具有相近的中红外和近红外官能团特征,但是官能团的特征峰强度存在差异,反应化学成分的含量亦可能有所不同。经图谱预处理和多元统计分析,银柴胡与伪品实现了有效鉴别,同时野生药材与栽培药材被聚类为不同的分支,说明野生与栽培银柴胡的红外光谱特征存在差异。此外,初步验证了红外光谱,尤其是近红外光谱技术,在银柴胡质量评价及伪品鉴别上的优异效果,具有良好的应用前景。(4)代谢组学技术鉴定到1586种银柴胡代谢物,除已报道的β-谷甾醇、槲皮素、哈尔满碱、香草酸等物质及衍生物外,还鉴定到了包括牛蒡苷、甜菜碱、葫芦巴碱、水飞蓟亭、黄颜木素、马钱苷酸等具有良好活性作用的代谢物质。在建立的银柴胡代谢物数据库基础上,筛选出了 14种同心县与其它不同栽培产地银柴胡显著高表达的差异代谢物,97种野生与栽培银柴胡显著差异代谢物,12种随种植年限增长不断积累的代谢物,20种随种植年限增长逐渐减少的代谢物,2种三年生银柴胡显著高表达的代谢物。这些代谢物中包含着多种具有抗炎、抗氧化、抗过敏等与银柴胡功效相近的物质,说明不同来源银柴胡药材的质量和功效存在差异。(5)具有相近生境特征的银柴胡,代谢物特征更为相近,反之生境差异越大,代谢物差异也越大。土壤的质地、全盐量、pH值和年均降水量、年均温度,海拔和纬度可能是影响银柴胡代谢物的主导生境因子;筛选出了与主导生境因子高度相关的3个代谢物群和104种代谢物,这些物质可能是受生境影响最为显著的物质。进一步验证陕西—内蒙古—宁夏毗邻区域,以及宁夏中部风沙干旱带及以北地区是银柴胡的道地产区,而荒漠草原生境(碱性砂质土壤、干旱少雨)可能是银柴胡道地性形成过程中主要的生境特征。同时筛选出了牛蒡苷、夏佛托苷、山奈酚3-O-桑布双糖苷等具有良好活性的显著差异代谢物,可能是荒漠草原生境下银柴胡的优势表达物质。(6)栽培与野生产地银柴胡药材具有不同的无机元素特征和结构比,其中铜、锌、锰、镉、钼、铬、铅、硼、硫可能是影响不同产地银柴胡特征的主要元素,但未发现具有显著道地性特征的无机元素;药材自身元素之间以及与土壤之间,有多种无机元素呈现不同程度的相互作用关系,且同一元素的吸收和积累可能受到了多种无机元素的共同作用或多重交互影响,并与总甾醇和总黄酮含量表现出一定的相关性。(7)从灌胃银柴胡小鼠的血浆中筛选出了 43种入血成分,利用网络药理学建立了入血成分和虚热证的联系,筛选得到482个交集靶点。这些靶点主要富集到Pathways in cancer、Prostate cancer、MicroRNAs in cancer、cAMP signaling pathway、Transcriptional misregulation in cancer、Bladder cancer等癌症相关通路中,说明银柴胡清虚热的功效可能在治疗癌症上有一定的作用。进一步筛选出了Degree值最高的AKT1、GAPDH、TP53、ALB、IL6、CTNNB1等关键靶点,并反向筛选出与这些关键靶点具有关联性的入血成分。通过分子对接验证,进一步筛选出9种关键入血成分。这些物质,特别是香草酸、二氢阿魏酸、柚皮素7-O-β-D-葡萄糖苷、酸藤子酚可能是银柴胡清虚热功效的潜在作用物质。综上,优异的清虚热、除疳热功效,悠久的药用历史,分布于陕西—内蒙古—宁夏毗邻的干旱和半干旱区域,以及“多沙”的生境,共同决定、逐渐形成了宁夏银柴胡的道地性,同时也为宁夏作为道地产区提供了依据。而土壤的理化性质和降水量等生境因子可能是影响银柴胡药材物质积累和银柴胡道地性形成的主导因子,并初步筛选出了道地产区生境下银柴胡的潜在特征性物质。但是,随着银柴胡由野生转为栽培生产,产地生境发生了显著变化,并导致其在红外光谱、代谢物、无机元素等方面发生了不同程度的改变,这可能导致银柴胡道地性的流失。此外,通过网络药理学和分子对接,筛选出的具有潜在清虚热作用的入血成分,可作为进一步研究银柴胡道地性和功效物质基础重点关注的物质。研究结果对于揭示宁夏银柴胡道地性形成机制,推动宁夏道地产区建设和道地药材优质生产,有积极的理论和实践意义。

摘要译文

关键词：

银柴胡; 道地性; 本草考证; 产地生境; 代谢组学

学位年度：

2023

学位类型：

博士

学科专业：

生物学

导师：

彭励

中图分类号：

S567.79;S567.7[喜温药物⑨]

学科分类号：

0901[作物学];100810[分子生药学]

D O I：

10.27257/d.cnki.gnxhc.2023.000013