中藥資源是保障國民健康、發(fā)展民族醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的物質(zhì)基礎(chǔ)，其發(fā)展有賴于中藥資源的高效利用和可持續(xù)發(fā)展。中藥采收、加工和生產(chǎn)中的廢棄物資源綜合開發(fā)是中藥資源可持續(xù)利用與發(fā)展的重要組成部分。中藥廢棄物資源主要包括傳統(tǒng)意義上經(jīng)過凈選炮制去除的非藥用部位，也包括工業(yè)生產(chǎn)加工過程中的副產(chǎn)物如中藥渣等。藥用部位傳統(tǒng)上是根據(jù)其基原考證和用藥沿革來界定，具有一定歷史局限性。中藥廢棄物多丟棄不用，不僅造成資源嚴重浪費，更帶來環(huán)境壓力?！皬U棄物資源生態(tài)安全利用技術(shù)集成”入選2019年中國科協(xié)20項重大科技難題。越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，中藥廢棄物體現(xiàn)出巨大的開發(fā)利用價值，我們有必要對其進行重新認識和定位。
近日，成都中醫(yī)藥大學西南特色中藥資源國家重點實驗室彭成團隊采用非靶向GC-MS和UHPLC/Q-Orbitrap MS結(jié)合多變量和單變量分析對川芎不同部位揮發(fā)油和甲醇提取物的代謝譜進行了研究，并對不同部位提取物的抗氧化活性、舒張血管活性和抗凝血活性進行了評價。該研究為發(fā)掘中藥川芎廢棄物資源的潛在利用價值，實現(xiàn)“物盡其用、變廢為寶”，為中藥資源的可持續(xù)研究開發(fā)提供重要參考。該工作發(fā)表在Food & Function （JCR Q2, IF= 5.396），并被選為封面論文。
川芎（Ligusticum chuanxiong Hort.）的傳統(tǒng)藥用部位為根莖，而資源量豐富的莖葉和須根屬于“非藥用部位”，傳統(tǒng)多廢棄不用。研究團隊前期研究發(fā)現(xiàn)，川芎莖葉中含有大量顯著舒張血管作用結(jié)構(gòu)新穎的苯酞類成分。基于構(gòu)效關(guān)系研究，團隊利用電生理和鈣成像實驗，結(jié)合同源模建和分子對接技術(shù)，從化合物庫中優(yōu)選出3個Cav1.2拮抗劑先導化合物，上述研究揭示了川芎非藥用部位新藥源開發(fā)的巨大研究空間（Bioorg. Chem., 2021, 107, 104523，點擊閱讀詳細）。然而，川芎中生物活性成分在各部位的分布情況尚不明確，更多苯酞類成分多樣性尚待進一步挖掘。本研究利用GC-MS對川芎不同部位（莖葉、須根、根莖）揮發(fā)油中的75種化合物進行了表征。采用UHPLC/Q-Orbitrap MS技術(shù)，從不同部位的甲醇提取物中共鑒定出243個化合物，包括苯酞類化合物95個。由于苯酞類化合物同分異構(gòu)現(xiàn)象明顯，基于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫匹配的定性結(jié)果并不理想，研究團隊基于實驗室自建數(shù)據(jù)庫、文獻研究以及裂解途徑分析進行苯酞成分鑒定，其中包括14個潛在新化合物?？傮w上看，川芎不同部位的化學成分相似，苯酞是各部位主要成分。值得注意的是，在甲醇提取物中，單苯酞在根莖和須根中的含量較高，苯酞二聚體或苯酞三聚體則更多分布在莖葉中（圖3）。PCA和HCA分析結(jié)果將不同部位劃分為不同的組（圖4）。通過VIP值、FC值和p值篩選差異代謝物，并利用熱圖進行可視化（圖5）。結(jié)果表明，川芎不同部位的化學成分存在差異。在不同部位的活性評價中，莖葉的抗氧化活性最好，須根的舒張血管活性最強，根莖的抗凝血活性最顯著（圖6），這是不同部位代謝產(chǎn)物差異的結(jié)果，也揭示中藥的“一體多用”性?？傮w而言，川芎非藥用部位生物資源量大，苯酞結(jié)構(gòu)多樣性豐富，在替代資源研究和新藥源開發(fā)上顯示出巨大潛力。
圖3. 川芎不同部位的化學成分分布。揮發(fā)油（a）；甲醇提取物（b）
圖4. 川芎不同部位揮發(fā)油和甲醇提取物的PCA的得分圖和HCA圖。揮發(fā)油的PCA得分圖（a）；甲醇提取物的PCA得分圖（b）；揮發(fā)油的HCA圖（c）；甲醇提取物的HCA圖（d）
圖5. 川芎不同部位揮發(fā)油（a）和甲醇提取物（b）中差異代謝物的熱圖
圖6. DPPH和ABTS自由基清除率的IC50值與各類成分含量的皮爾遜相關(guān)矩陣（a）；川芎不同部位的舒張血管活性（b）；川芎不同部位對大鼠APTT、PT和TT凝血時間的影響（c-e）
本研究以川產(chǎn)道地藥材川芎為例，采用多種技術(shù)手段分析比較了各部位化學成分和生物活性差異，為發(fā)掘中藥川芎廢棄物資源的潛在利用價值，實現(xiàn)“物盡其用、變廢為寶”，為中藥資源的可持續(xù)研究開發(fā)提供重要參考。中藥廢棄物資源的價值發(fā)現(xiàn)將推進我國中藥資源產(chǎn)業(yè)向著資源節(jié)約和環(huán)境友好的循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)模式轉(zhuǎn)變。
成都中醫(yī)藥大學藥學院、西南特色中藥資源國家重點實驗室彭成教授、譚玉柱副教授、謝曉芳副教授為論文的共同通訊作者，碩士生閆洪玲為論文的第一作者。該研究得到了四川新綠色藥業(yè)科技發(fā)展有限公司的大力支持，并獲得國家自然科學基金、四川省杰出青年科學基金、成都中醫(yī)藥大學“杏林學者”的資助。
原文（掃描或長按二維碼，識別后直達原文頁面）：
A comprehensive investigation on chemical diversity and efficacy of different parts of Ligusticum chuanxiong
Hongling Yan, Yinlin Zhou, Fei Tang, Chengjiu Wang, Jing Wu, Changjiang Hu, Xiaofang Xie*, Cheng Peng*, Yuzhu Tan*
Food Funct., 2022, 13, 1092-1107, DOI: 10.1039/D1FO02811A
終審：西南特色中藥資源國家重點實驗室
