蔣志惠,常雪梅,2,張照然,曲毅程,田 燦,谷令彪,張守泉
(1.河南省獸用生物制品研發(fā)與應(yīng)用國(guó)際聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室,安陽(yáng)工學(xué)院現(xiàn)代生物技術(shù)研究所,安陽(yáng)河南455000;2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物醫(yī)學(xué)院,烏魯木齊830052;3.河南省湯陰縣醫(yī)藥行業(yè)管理辦公室,安陽(yáng)河南455000)
艾草(Artemisia argyi H.Lév.& Vaniot),菊科蒿屬植物,因其全草入藥,具有溫經(jīng)、祛濕、散寒、止血、抑菌、抗蟲(chóng)和抗氧化等功效,藥圣李時(shí)珍稱其為草醫(yī),也有草中鉆石的稱號(hào)。艾草為一、二年生或多年生草本,少數(shù)為半灌木或小灌木;地下根莖分枝多,株高45~120厘米,莖直立,圓形有棱,外被灰白色軟毛(圖1),常有濃烈的揮發(fā)性香氣。古籍中將艾分為北艾、海艾、薊艾三類,其中北艾(A.vulgaris Linne)為模式種,主要分布在亞洲、歐洲及北美的溫帶、寒溫帶及亞熱帶地區(qū)。我國(guó)艾草有186種,44變種,隸屬于2亞屬,廣泛分布于我國(guó)的東北、華北、華東、華南和西南等各省區(qū)(圖2A)。艾草含有揮發(fā)油、脂肪、有機(jī)酸及生物堿類,主要活性成分為聚乙炔類、黃酮類和萜類等。艾葉曬干搗碎得“艾絨”,制艾條供艾灸用,又可作“印泥”的原料,全草作殺蟲(chóng)的農(nóng)藥或薰煙作房間消毒、殺蟲(chóng)藥,嫩芽及幼芽也可作菜蔬。艾草因其取材簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、功效顯著等特點(diǎn)已被廣泛研究和使用,其中近10年來(lái)NCBI上發(fā)表的關(guān)于艾草的文章6391篇(圖2B);我國(guó)常見(jiàn)北艾的研究37篇,化學(xué)成分分析的研究11篇,藥理作用18篇(圖2C),蘄艾的研究111篇,藥理作用34篇;化學(xué)成分分析27篇(圖2D)。
利用Pubmed數(shù)據(jù)庫(kù)公布的艾屬DNA序列構(gòu)建系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù),將候選艾草ITS2區(qū)序列用clustalX2軟件(下載自 http://www.arabidopsis.org/)進(jìn)行多重匹配分析,參數(shù)為默認(rèn),利用 MEGA 4.0軟件中的鄰接(Neighbor-Joining)算法繪制系統(tǒng)發(fā)生樹(shù),對(duì)構(gòu)建的樹(shù)進(jìn)行自檢,重復(fù)設(shè)定為1000。結(jié)果表明,北艾(Artemisia vulgaris;kx581829,30,32-34,165435,jk445061)基因與原變種(Artemisia argyi;kx185157-72)和野生艾(Artemisia lavandulifolia;kx219705-17)相似,與蒿屬(Artemisia annua;kx219663-77,79-81,581795,581796,856181)親緣關(guān)系較遠(yuǎn)(圖 2E)。目前,我國(guó)對(duì)沙漠灌木白沙蒿進(jìn)行了二代轉(zhuǎn)錄組測(cè)序和分析,分別找到了參與不飽和脂肪酸合成途徑的26個(gè)基因以及其他功能的基因(圖3)[1]。
圖1 艾草標(biāo)本及實(shí)圖(摘自中國(guó)數(shù)字植物標(biāo)本館)Fig 1 Artemisia argyi
艾草的提取主要有傳統(tǒng)的煎煮法、超聲波輔助提取法、冷壓法、亞臨界萃取法和超臨界萃取法等。煎煮法提取得到的有效成分主要是揮發(fā)油,因其操作簡(jiǎn)單、儀器簡(jiǎn)單等特點(diǎn)在生產(chǎn)實(shí)際中被廣泛應(yīng)用,但也存在著提取純度不高的缺點(diǎn)。冷壓法可提取艾草中的揮發(fā)油成分,將揮發(fā)油含量較高的新鮮艾草經(jīng)撕裂、搗碎、冷壓離心分層,既得粗品。冷壓法在常溫下進(jìn)行,所得的揮發(fā)油含有水分、粘液質(zhì)及細(xì)胞組織等雜質(zhì),需要進(jìn)一步提純,但揮發(fā)油的提取率不高,因此在生產(chǎn)應(yīng)用上具有一定的局限性。超臨界CO2萃取法在接近常溫的條件下提取分離的艾草揮發(fā)油提取率高,可最大限度保留其有效成分,同時(shí)無(wú)有機(jī)溶劑的殘留,因其產(chǎn)品純度高,操作設(shè)備簡(jiǎn)單,生產(chǎn)方式綠色環(huán)保等優(yōu)勢(shì)被工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用,然而產(chǎn)量與亞臨界萃取相比較低。亞臨界萃取法在低于臨界溫度和壓力的條件下,利用提取物和溶劑相似相溶的原理下保留艾草的活性成分不被破壞,因其環(huán)保無(wú)污染、不氧化、產(chǎn)能大等優(yōu)勢(shì)被工業(yè)化使用進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。
圖2 艾草的分布、研究文章數(shù)量及系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)Fig 2 The distribution of Artemisia argyi and research papers in different aspects of Artemisia argyi with different languages
圖3 白沙蒿基因的GO分類[1]Fig 3 GO categories of the Artemisia sphaerocephala unigenes
近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)艾草各部位的化學(xué)成分進(jìn)行了較為廣泛的研究,發(fā)現(xiàn)艾草中化學(xué)成分主要為揮發(fā)油類、黃酮類和多糖三大類。不同種屬、產(chǎn)地、提取方式的艾草的化學(xué)成分之間存在較大差別。研究表明,艾草揮發(fā)油含有豐富的化學(xué)成分和多種的藥理活性,具有抑菌、抗蟲(chóng)、抗氧化等作用。揮發(fā)油的主要成分有60多種,其中含量較多的有胺油精、α-石竹烯、萜品烯、松油烯、樟腦等。如表1所示,從不同地區(qū)的艾種中提取多種揮發(fā)油成分,分別從苦艾、南亞艾、白草艾、龍艾、黃花蒿、褐苞蒿、五月艾、冷蒿、寬葉山蒿、北艾、艾和紅足蒿中提取到 20、6、6、9、3、6、4、6、4、5、4、5 種主要成分[2-18],利用韋恩圖分析表明(圖 4),苦艾、南亞艾和白草艾有1組相同成分為側(cè)柏酮(thujone);苦艾和南亞艾有一組相同成分為大根香葉烯(germacrene D);苦艾和白草艾有一組相同的成分為樟腦(camphor),其中側(cè)柏酮為有毒成分,通過(guò)抑制大腦中的GABA受體和5-HT3受體,引起神經(jīng)興奮或肌肉抽搐[19]。利用超臨界萃取法提取的安徽野生艾草中揮發(fā)油經(jīng)HPLC-MS鑒定主要成分為1,2-苯二羧酸-2-乙基己基脂(17.81%)、1,2,3,4,4a,5,6,8a-8 氫-7-甲基-7-亞甲基-1-(1-亞甲基)-(1a,4a,8a)萘(11.13%)和 9,12-十八碳二烯酸乙酯(7.13%)[20]。對(duì)山東野生艾葉中的揮發(fā)油進(jìn)行鑒定,確定了34種成分,其中含量較高的為檸檬烯、α-側(cè)柏酮、α-水芹烯和香茅醇等。艾草含有總黃酮高達(dá)5.5%,從茵陳蒿中鑒定出異槲皮素 7-O-(6'-O-pcoumaroyl)-β-吡喃葡萄糖苷,如圖 5A 所示[21];從韓國(guó)茵陳蒿中提取9種黃酮類成分(圖5B),其中含量最高的成分為蕓香苷[22]。水提取的艾草含有豐富的糖類成分,荒野蒿經(jīng)水提取后檢測(cè)到果膠成分占干重比例的7.9%,其中糖醛酸61%,半乳糖14%,樹(shù)膠醛醣 11%[23]。
圖4 苦艾、南亞艾、白草艾和龍艾主要成分對(duì)比Fig 4 The ingredients compared among A.absinthium,A.nilagirica,A.herba-alba and A.dracunculus
圖5 艾草中新發(fā)現(xiàn)的活性成分Fig 5 The new components of Artemisia argyi
中國(guó)古代已對(duì)艾草有了較深入的認(rèn)識(shí)。明代李時(shí)珍《本草綱目》記載:“艾葉二月宿根生苗成叢,其莖直生,白色,高四五尺。收以灸病,甚驗(yàn)。艾以葉入藥,性溫、純陽(yáng)之性、通十二經(jīng)、具回陽(yáng)、理氣血、逐濕寒、止血安胎等功效。故又被稱為草醫(yī)”。漢末陶弘景《名醫(yī)別錄》著:“艾葉味苦,微溫,無(wú)毒。主炙百病,可作煎,止下痢,吐血,下部匿瘡,婦人漏血,利陰氣,生肌肉,辟風(fēng)寒,使人有子。又,艾,生寒熟熱”。艾葉在經(jīng)過(guò)炮制后能顯著的增強(qiáng)功效,《景岳全書(shū)》中對(duì)艾葉的功效有詳細(xì)的記載:能通十二經(jīng),而尤為肝脾腎之藥。善于溫中逐冷除濕,行血中之氣、氣中之滯。凡婦人血?dú)夂疁?,最宜用之。生用搗汁,或熟用煎湯;或用久百病,或炒熱敷熨,可通經(jīng)絡(luò);或袋盛包裹,可溫臍膝,表里生熟,俱有所宜。
2.1 艾草抑菌的作用 艾草的提取物可有效抑制細(xì)菌和真菌類物質(zhì),其中主要的抗菌成分為艾草揮發(fā)油。艾草揮發(fā)油因其廣譜性和天然安全的特征被廣泛研究和應(yīng)用。艾草揮發(fā)油可完全抑制黃曲霉菌絲的生長(zhǎng),對(duì)黑曲霉菌和赭曲霉的抑菌率分別為0.29 μL/mL 和0.58 μL/mL。當(dāng)艾草揮發(fā)油濃度達(dá)到1.6μL時(shí)可完全抑制黑曲霉菌和赭曲霉的增長(zhǎng)及其毒素AFB1和OTA的分泌。1 kg葡萄上涂抹300μL艾草揮發(fā)油可延長(zhǎng)葡萄的保存期9 d,證明艾草揮發(fā)油可作為防治葡萄真菌腐敗的保護(hù)劑[24]。南亞艾(A.nilagirica)揮發(fā)油可有效抑制植物根的腐爛,對(duì)立枯絲核菌(Rhizoctonia solani)、菜豆殼球孢(Sclerotium rolfsii)和齊整小核菌(Macrophomina phaseolina) 的 ED50分別為 85.75 mg/L、87.63 mg/L 和 93.23 mg/L[24]。南亞艾揮發(fā)油也可抑制真菌的活性如草莓炭疽病菌(Colletotrichum fragariae)、芒果炭疽病菌(C.gloeosporioides)、枸杞碳疽病菌(C.acutatum)[25-26]。艾灸可治療因感染大腸桿菌致腹瀉的豬,說(shuō)明艾灸對(duì)控制豬早期誘發(fā)大腸桿菌性腹瀉有較好的作用[27]。
研究者從不同的艾草類植物揮發(fā)油中提取到具有抑菌的主要化學(xué)成分。從龍艾(A.dracunculus)中提取的5-苯基-1,3-丙二烯和茵陳素可抵抗植物的真菌,如炭疽菌、膠孢炭疽菌和草莓炭疽菌[28]。從苦艾(A.absinthium)中提取的樟腦、沉香醇、石竹烯氧化物、1,8-桉樹(shù)酚、α-萜品醇-8和冰片等具有抵抗植物病原菌和真菌的作用。其中沉香醇的MIC范圍為50~110 mg/mL,α-萜品醇-8抵抗假單胞菌屬的MIC范圍為60~70 mg/mL。研究表明艾草揮發(fā)油可有效抑制細(xì)菌和真菌,可能與其促進(jìn)菌絲的退化有關(guān),另外油類可溶解在細(xì)胞膜上,從而增加細(xì)胞膜的通透性,導(dǎo)致細(xì)菌或真菌膜的腫脹和膜功能的退化。此外,油類可滲透到真菌或細(xì)菌的細(xì)胞壁內(nèi),影響細(xì)胞壁上酶的反應(yīng),引起細(xì)菌或真菌的形態(tài)發(fā)生變化,導(dǎo)致細(xì)胞壁的破裂[29]。
2.2 艾草抗蟲(chóng)的作用 艾草油類可作為殺蟲(chóng)劑抑制農(nóng)作物害蟲(chóng)的生長(zhǎng),尤其是倉(cāng)庫(kù)存貯產(chǎn)品中的害蟲(chóng)。50μL的木立蘆薈(A.arborescens)揮發(fā)油可抑制谷物中谷蠹[30]。37μL/L濃度的西伯艾草(A.sieberi)在室溫24 h內(nèi)能夠100%消滅四紋豆象、米象和赤擬谷盜,其 LC50分別為 1.45、3.86 和 16.76 μL/L[31]。利用濾紙片法檢測(cè)出北艾(A.vulgaris)揮發(fā)油對(duì)赤擬谷盜具有強(qiáng)的驅(qū)蟲(chóng)作用,其最低有效濃度為0.6μL/L。在煙熏法實(shí)驗(yàn)中,8μL/mL的北艾可殺死成年的赤擬谷盜,但對(duì)幼蟲(chóng)的作用較弱,幼蟲(chóng)死亡率為53%。北艾揮發(fā)油的穩(wěn)定性較好,室溫下96 h內(nèi)仍具有100%的殺卵活性。然而,高濃度(60μL/L)的揮發(fā)油對(duì)蟲(chóng)卵、幼蟲(chóng)和成蟲(chóng)沒(méi)有作用[32]。熏蒸后的揮發(fā)油主要作用在蟲(chóng)的神經(jīng)系統(tǒng)上,阻斷神經(jīng)信號(hào)傳遞,從而起到神經(jīng)麻痹的作用。分離揮發(fā)油經(jīng)鑒定發(fā)現(xiàn)反式肉桂酸乙酯和薄荷酮是其主要的殺蟲(chóng)成分,其中反式肉桂酸乙酯的殺蟲(chóng)效果比薄荷酮更有效,其對(duì)幼蟲(chóng)的LD50分別為0.37 g/幼蟲(chóng)和 500.68 g/幼蟲(chóng),兩種成分混合(1000μg/mL)使用后可有效抑制成蟲(chóng)的攝食能力[33]。研究發(fā)現(xiàn)混合一些具有殺蟲(chóng)作用的有效成分比單一有效成分更具有殺蟲(chóng)的作用,說(shuō)明揮發(fā)油的有效成分具有協(xié)同作用。
2.3 艾草抗氧化的作用 艾草中的揮發(fā)油和其他的化學(xué)成分具有抗氧化和清除氧自由基的作用,可作為合成抗氧化劑的材料。艾草中的揮發(fā)油成分通過(guò)β-胡蘿卜素漂白(BCB)法、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)自由基清除法、硫代巴比妥酸(TBARS)、當(dāng)量抗氧化能力(TEAC I-III)法、總自由基清除抗氧化能力法(TRAP)、N,N-二甲基-對(duì)苯二胺(DMPD)法、2'-聯(lián)氨-雙-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸(ABTS)法等驗(yàn)證具有抗氧化和清除自由的能力[34]。南亞艾揮發(fā)油可顯著抑制陽(yáng)離子自由基的形成,其對(duì)β-胡蘿卜素的IC50為13.539μL。同時(shí)南亞艾揮發(fā)油具有強(qiáng)抗氧化的能力,在DPPH實(shí)驗(yàn)中其 IC50為 6.72 μL/mL[35]。其中多酚類物質(zhì)是艾草抗氧化和清除自由基的主要活性成分。另外艾草中的主要成分樟腦和1,8桉樹(shù)腦液也具有抗氧化的能力[36]。在蛋雞飼料中添加艾草粉顯著提高蛋雞體內(nèi)外抗氧化能力,可通過(guò)提高超氧化物歧化酶(SOD)活性抵抗熱應(yīng)激[37]。
2.4 艾灸的作用 艾灸療法是以艾為主要材料,在人體的經(jīng)絡(luò)、穴位或病痛部位進(jìn)行熏酌灸烤,借助灸火的熱力給人體以溫?zé)嵝源碳?,從而激發(fā)經(jīng)氣、溫通氣血,達(dá)到防治疾病目的的一種方法。艾灸的方法很多,如灸柱灸、艾條灸、隔物灸等。艾灸對(duì)免疫系統(tǒng)有重要作用,艾煙可刺激大鼠外周T淋巴細(xì)胞亞群及CD4+CD25+Treg影響機(jī)體的免疫調(diào)節(jié)作用[38],主要作用在細(xì)胞免疫和體液免疫兩方面。在細(xì)胞免疫方面,灸法能提高巨噬細(xì)胞的吞噬功能,增強(qiáng)NK細(xì)胞的活性,提高T細(xì)胞的總量,在體液免疫方面,灸法主要對(duì)免疫球蛋白產(chǎn)生影響。通過(guò)對(duì)艾灸防治大鼠佐劑性關(guān)節(jié)炎模型試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),艾灸參與了外周交感神經(jīng)的免疫調(diào)節(jié)作用,通過(guò)腎上腺皮質(zhì)系統(tǒng)發(fā)揮作用,其中海馬是灸療信息中樞整合的重要環(huán)節(jié);HPA軸是灸療作用中一條重要的神經(jīng)體液性途徑;松果體是艾灸抗免疫的調(diào)節(jié)位點(diǎn)[39]。艾灸可治療高脂血癥,改善血脂代謝和糖代謝,降低高密度脂蛋白膽固醇、低密度脂蛋白膽固醇和總膽固醇的含量,提高周圍組織對(duì)胰島素的敏感性,調(diào)整胰島素分泌功能,改善胰島素抵抗,從而達(dá)到降脂、降糖的作用[40]。在治療關(guān)節(jié)炎中,艾灸療法能減輕該病的癥狀,消腫止痛,改善關(guān)節(jié)晨僵,控制病情發(fā)展,有較好的臨床療效。唐照亮等使用2~3月齡雄性Wistar大鼠,用Freund氏完全佐劑致炎造模,觀察艾灸腧穴對(duì)大鼠的抗炎免疫作用,結(jié)果表明艾灸“腎俞”、“足三里”穴,能減輕大鼠足跖與踝部的關(guān)節(jié)腫脹和炎癥反應(yīng),起到消腫散瘀作用[41]。在觀察棉球引起的肉芽腫和炎癥模型中,與模型組相比,灸療能顯著消散大鼠炎癥,抑制肉芽組織增生(p<0.01)。結(jié)果表明灸療對(duì)各期炎癥,尤其是中后期炎癥有明顯的抗炎作用[36]。
2.5 艾草對(duì)畜禽生產(chǎn)性能的作用 熱應(yīng)激條件下,艾草可作為飼料添加劑提高蛋雞產(chǎn)蛋率,增加蛋殼厚度,降低料蛋比率,改善蛋黃顏色,降低膽固醇含量[37,42]。在肉兔飼料中,艾草飼料添加劑可顯著降低飼糧的粗蛋白質(zhì)的表觀消化率和可消化氮,同時(shí)提高飼糧中粗脂肪的表觀消化率[43]。在生長(zhǎng)方面,艾草可通過(guò)提升肉仔雞生長(zhǎng)激素水平、提高消化酶活力并改善腸黏膜形態(tài)和提升營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)表觀代謝率等途徑促進(jìn)機(jī)體的生長(zhǎng)。在肉品質(zhì)方面,其可通過(guò)降低肉色亮度、增加肉色紅度改善肉品質(zhì)[44]。表明艾草可作為飼料添加劑應(yīng)用。
2.6 艾草的其他藥用功能 艾草提取物還對(duì)糖尿病和癌癥疾病有治療和預(yù)防的作用,可抑制細(xì)胞炎癥和凋亡的發(fā)生,抗血小板的生成同時(shí)促進(jìn)血管的舒張[45-47](圖 6)。艾草可提高雞的免疫力[48],顯著促進(jìn)其免疫器官的發(fā)育[49]。
圖6 艾草的藥理活性Fig 6 The function of Artemisia argyi
艾草可作為天然的植物染料,不同季節(jié)生長(zhǎng)的艾草能染出不同的顏色。四月、五月時(shí)節(jié)的艾草莖葉尚嫩,可染出偏嫩綠色或黃色;盛夏季節(jié)的艾草,能染出呈褐色??衫眉状?、乙醇、丙酮、烷、油脂和堿性水溶液提取?!鞍萑尽笔俏覈?guó)古老的印染工藝,其特點(diǎn)在于其燃料全部為天然植物提取,避免化學(xué)染料的污染問(wèn)題,被廣泛應(yīng)用在真絲綢染色的工藝上。另外,艾絨是印泥中重要的組成成分,艾絨起到吸附劑的作用。
綠色、健康、高效、安全的畜禽養(yǎng)殖模式成為了養(yǎng)殖企業(yè)首要解決的科學(xué)問(wèn)題。動(dòng)物飼料中禁止添加抗生素,以及治療用抗生素在獸藥行業(yè)從嚴(yán)管理以后,給集約化養(yǎng)殖企業(yè)如何防控動(dòng)物疾病造成很大的困境。艾草作為天然綠色的飼料添加劑可提高飼料轉(zhuǎn)化率、改善雞蛋品質(zhì),同時(shí)其可提高機(jī)體免疫力和抗氧化力,治療細(xì)菌性感染,表明艾草可作為滿足人類健康所需要的綠色飼料添加劑。隨著“一帶一路”打開(kāi)中醫(yī)走向世界的通道,中草藥艾葉迎來(lái)了快速發(fā)展的機(jī)會(huì)。
表1 艾草揮發(fā)油的主要成分及其含量Tab 1 Main ingredients and contents of Artemisia argyi essential oil
艾草在我國(guó)被廣泛應(yīng)用。隨著中南民族大學(xué)萬(wàn)定榮教授團(tuán)隊(duì)制定的艾草國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施(編號(hào):ISO/NP 20759-1),艾草行業(yè)將按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范步入國(guó)際化,將越來(lái)越被世界各國(guó)所喜愛(ài)。然而艾草對(duì)抑菌、抗蟲(chóng)、抗氧化等藥理作用的機(jī)制研究仍不十分清楚,目前研究只停留在有效劑量水平,對(duì)其調(diào)節(jié)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路、作用的靶蛋白等藥理機(jī)制研究方面還需要深入探索。同時(shí)其有效活性成分的篩選鑒定和提取方法的優(yōu)化還有待提高。另外還應(yīng)深入研究艾草的藥物安全性、藥物代謝動(dòng)力參數(shù)和藥物間相互作等,為艾草的推廣應(yīng)用提供全面的數(shù)據(jù)依據(jù)。