芜菁（Brassica rapa L.），是十字花科（Brassicaceae）芸薹属（Brassica）两年生草本植物。起源于欧洲的地中海沿岸及阿富汗、巴基斯坦等地，欧洲、亚洲和美洲均有栽培，在中国的南北方均有栽培[1]。芜菁在我国不同地区有不同的称谓，如在四川称为“圆根”，温州称其为“盘菜”，山东、河北、内蒙一带称为“芜菁”，新疆地区叫“恰玛古”，而在西藏地区的芜菁俗称“芜根”，藏语叫“妞玛”[2]。芜菁具有悠久的药、食、饲三用历史。藏医经典著作《四部医典》《晶珠本草》《藏药晶镜本草》《中华本草·藏药卷》《藏药志》《中华藏本草》等中均记载了芜菁的历史运用。《四部医典》记载，芜菁味甘性温，化味甘，块根“祛风”、生“赤巴”，滋补，解毒，治“培根病”“龙病”“虚弱”，具有清热解毒、滋补增氧功效；种子解毒，具有缓解各种食物中毒等功效[3]。目前，芜菁的营养成分、化学成分以及生物活性均被广泛研究。在营养成分方面，芜菁营养丰富，含有碳水化合物、蛋白质、脂肪、矿物质、维生素和胡萝卜素等多种营养成分[4]；在化学成分方面，芜菁中含有多糖、皂苷、黄酮、硫代葡萄糖苷、酚酸类、挥发油等多种类型的化学成分[5,6,7,8]；在生物活性方面，芜菁在抗肿瘤、抗氧化、抗缺氧、抗炎、提高免疫力等方面显示出良好的潜在药用活性。虽有对芜菁的化学成分和生物活性综述报道，但未能详述从芜菁分离得到的化学成分及其发挥生物活性作用的机制[9]。本文详细综述了近20年芜菁在植物化学和药理活性与机制方面的研究进展，以期为其进一步研究提供参考。

1、芜菁的化学成分成分

1.1黄酮类化学成分

黄酮类化合物是植物在长期自然选择过程中产生的一些次级代谢产物，广泛存在于植物、牧草、水果和药用植物中[10]。帕丽达·阿布利孜等[11]用紫外可见分光光度法测得芜菁中总黄酮平均含量为2.805%。芜菁中分离得到的黄酮类化合物32个，其化合物名称和结构见图1[8,12,13,14,15,16,17,18]。

1.2苯丙素类和酚类化学成分

研究显示，芜菁中含有较丰富的苯丙素类和酚类化合物，Sousa等[19]利用高效液相色谱分析了芜菁叶片中的化合物，发现其含有较为丰富的酚酸类化合物，如咖啡酸、香豆酸类等。从芜菁中分离得到的苯丙素类和酚类化合物共45个，其名称和结构见图2[2,13,15,17,18,20,21]。

1.3多糖类化学成分

多糖是一种天然高分子化合物，广泛存在于生物体中，具有丰富的生物活性。芜菁多糖是芜菁的主要活性成分之一，其干燥块茎的总多糖含量在9.10%～16.32%[6]。乔丽洁等[22]通过水提醇沉的方法提取粗多糖后，采用DEAE-650纤维素柱对芜菁粗多糖洗脱，得到芜菁精制多糖平均含量为581mg·g-1。唐伟敏等[23]采用IR、MS、NMR等技术对芜菁多糖检出7种糖基，其摩尔比为半乳糖醛酸∶甘露糖∶阿拉伯糖∶半乳糖∶葡萄糖∶鼠李糖∶葡萄糖醛酸=67.73∶17.19∶10.20∶3.19∶1.11∶0.34∶0.23。Li等[24]采用1-苯基-3-甲基-5-吡唑啉酮（PMP）柱前衍生化高效液相色谱法（HPLC）检测芜菁样品，分析BRPs多糖（Brassica rapa L polysaccharides）的单糖组成为甘露糖、鼠李糖、半乳糖醛酸、无水葡萄糖、半乳糖和阿拉伯糖，摩尔比为0.0096∶0.39∶1∶39∶0.33∶0.16。李雅双等[25]对芜菁多糖（WJdp4-b）的结构进行解析。结果表明WJdp4-b单糖组成为鼠李糖（Rha）、阿拉伯糖（Ara）、甘露糖（Man）、葡萄糖（Glc），各单糖的摩尔比为1.0∶1.0∶10∶9.0。结构分析发现WJdp4-b为多分支结构，分子的主体是由Glc构成，连接方式为：Glc以1→3链接构成了WJdp4-b的主链，在Glc的6位处有分支，每17个Glc有12个分支；支链由Ara以1→4或1→5连接，Man的1→3、1→6连接构成，Rha和Glc构成了末端。Cao等[26]分离得到的BRP-1多糖（Brassica rapa L polysaccharide-1）由Man和Glu组成，摩尔比为7.62∶1，其主干为→6)-α-D-Glup-(1→4-β-D-Glup-(1→2)-α-D-Manp-(1→2)-α-D-Glup-(1→，分支为[T-α-D-Manp-(1]n→。

图1芜菁的黄酮类化合物  

1.4硫代葡萄糖苷类化学成分

硫代葡萄糖苷（芥子油苷）是十字花科植物中一类重要的含氮和硫的次生代谢物，具有较强的抑菌和抗肿瘤活性[27]。王辉等[28]通过HPLC法在20份芜菁材料中共同检测到8种硫苷，其中以脂肪族硫苷的含量最高，占总硫苷含量的85%以上；吲哚族硫苷次之；芳香族硫苷的含量最低。Antonious等[29]采用葡聚糖凝胶、离子交换色谱等手段纯化了硫代葡萄糖苷，并测得其含量为1.5～28 mmol·kg-1。陈新娟等[30]研究发现芜菁中的硫苷主要为4-戊烯基硫苷、顺-2-羟基-3-丁烯基硫苷、3-丁烯基硫苷、苯乙基硫苷。

图2芜菁的苯丙素类和酚类化学成分 

1.5其他类化合物

除以上化合物，芜菁还含有他类化合物，如萜类、甾醇类、挥发油等。如马彦玲[8]从芜菁中分离得到三萜类化合物熊果酸、齐墩果酸、β-谷甾醇、软脂酸单甘油酯、邻苯二甲酸二丁酯。此外还有吲哚-3-乙腈、4-甲氧基吲哚-3-乙腈、吲哚-3-醛、腺苷、3β,20E-ergosta-5,20(22-dien-3-ol)[13]、芸苔素A[31]。Fernandes等[32]研究发现，芜菁中的有机酸包括苹果酸、莽草酸、乌头酸、柠檬酸等，其含量在36～51 g·kg-1;Taveira等[33]采用顶空固相微萃取（HS-SPME）结合气相色谱-离子阱质谱联用（GC/IT-MS）分析芜菁叶中的挥发性成分，共检测出醇类、醛类、酯类、烯萜类等64种化合物。Hua等[34]从芜菁中分离得到新化合物（2-methoxy-5-methyl-1,4-dioxan-2-yl)methyl acetate。叶挥发油中含有48种挥发性成分，占总挥发性成分的94.0%～96.6%。主要成分为3-丁烯基异硫氰酸酯（1.4%～29.2%）、4-戊烯基异硫氰酸酯（8.2%～23.5%）、2-甲基5-己腈（1.3%～16.8%）、2-苯乙基异硫氰酸酯（7.0%～13.7%）、叶绿醇（6.1%～23.5%），芜菁叶挥发油以含硫和含氮化合物含量高为特征。从芜菁中分离得到的其他类化合物见图3[8,13,18,32,34]。

图3芜菁的其他类化学成分  

2、芜菁的生物活性及作用机制

2.1抗缺氧活性及作用机制

长期居住平原的人进驻高原后，由于缺氧会使人体发生一系列的高原缺氧反应，如人体动脉血氧分压下降，心、肺功能的储备能力下降，组织细胞缺氧，从而导致机体活动能力下降[35]。近年来多项研究表明芜菁具有抗缺氧活性，例如，食用7 d芜菁可能有助于提高健康人群的缺氧耐受，这可能是由于芜菁能够改善氧的吸收和输送，增强机体抗氧化能力，增加平均红细胞血红蛋白浓度[36]。体外抗缺氧活性评价表明，芜菁多糖是一种新型的潜在抗缺氧药物[37]。邝婷婷[3]研究证明了芜菁多糖能够提升急性高原低氧大鼠血清中超氧化物歧化酶（SOD）、还原型谷胱甘肽（GSH）的水平，降低丙二醛（MDA）、氧化型谷胱甘肽（GSSG）和乳酸脱氢酶（LDH）的含量，减少大鼠脑组织神经元细胞的凋亡，降低Caspase-3、Bax蛋白的表达，激活HIF-lα/microRNA 210/ISCU1/2(COX10）信号通路，改善线粒体的功能，达到抗高原低压缺氧的脑保护作用。芜菁中分离得到单体化合物也具有抗缺氧作用，例如芜菁中的反式-对香豆素葡萄糖对物理缺氧条件下的细胞具有保护作用[2]。从芜菁分离得到的（2-methoxy-5-methyl-1,4-dioxan-2-yl)methyl acetate在氧糖剥夺/再灌注损伤的HT22细胞模型中，通过激活PI3K/Akt通路对产生抗缺氧保护作用[34]。

2.2抗氧化活性及作用机制

人体主要有两条抗氧化损伤的防线：一是酶途径，基于体内的SOD、过氧化氢酶和谷胱甘肽等抗氧化酶的自然防御机制；二是非酶途径，由食物或补充剂中富含的抗氧化物质所提供的外部支持[38]。正常情况下，人体内的自由基处于不断产生和不断消除的动态平衡中，但如果自由基产生过多或消除过慢时，就会造成机体在分子、细胞及组织水平的损伤，加速机体的衰老，诱发疾病[39]。许多研究表明芜菁具有抗氧化活性，如从芜菁花中分离得到的布卢门醇A、8-O-β-D-吡喃葡萄糖基-（7R）-苯基乙二醇、（E）-对香豆酰基-O-β-D-吡喃葡萄糖苷、丁香树脂醇吡喃葡萄糖苷表现出良好的DPPH自由基清除活性，IC50分别为47.30、45.17、48.70、39.47μmol·L-1[32]。杨保求等[40,41]研究发现芜菁皂苷有一定的清除自由基的作用，并且能够显著提高小鼠体内SOD和谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）的活性，降低MDA的含量，进而表明芜菁皂苷具有提高小鼠抗氧化能力的作用。动物实验提示芜菁多糖BRP-80(Brassica rapa L-80）在体内具有抗氧化活性[42]。以上结果说明芜菁具有作为一种新的天然抗氧化剂来源的潜力。

2.3保肝活性及作用机制

随着经济的发展和生活方式的改变，全球酒精消耗量逐年递增，与之相关肝的发病率也在逐年攀升[43]。研究表明，芜菁在治疗肝脏相关问题方面有一定的作用[44]。例如Li等[24]研究发现芜菁多糖预处理能显著降低小鼠血清中谷丙转氨酶（ALT）、碱性磷酸酶（ALP）和谷草转氨酶（AST）的酶活性，提高肝脏中SOD和GSH-Px的活性，降低MDA的浓度，显著抑制肿瘤坏死因子（TNF-α）、白细胞介素（IL)-1β和IL-6的表达，下调四氯化碳（CCl4）诱导的肝组织Caspase-3的表达，芜菁多糖通过下调JAK2/STAT3信号通路，调节细胞凋亡和炎症反应对CCl4诱导的肝损伤产生肝保护作用。其他一些研究结果也证实了芜菁具有抗肝损伤的能力，如口服芜菁提取物对D-半乳糖胺致实验性肝损伤大鼠血清AST、ALT和LDH酶活性明显降低[45]；芜菁根乙醇提取物对顺铂所致大鼠肝损伤具有保护作用[46]。以上研究足以说明芜菁在治疗肝损伤上的应用潜力。

2.4抗肿瘤活性与作用机制

癌症是全球最严重的健康问题，2020年全球新发癌症病例1929万例，死亡病例996万例[47]。近年来研究发现芜菁具有抗肿瘤活性，例如从芜菁中分离得到的新的菲衍生物brassicaphenanthrene A和二芳基庚烷类化合物6-paradol和反式-6-shogaol对人类癌症细胞株HCT-116、MCF-7和He La均表现出较高的生长抑制活性[48]。Adila等[49]研究发现芜菁正丁醇馏分通过增加活性氧（ROS）和以线粒体膜电位降低和细胞色素C的释放为特征的线粒体功能障碍，显著诱导A549肺腺癌细胞的细胞周期停滞和凋亡，从而促进Caspase-3和多聚（ADP-核糖）聚合酶的加工，并明显抑制A549细胞的体外迁移。这些结果表明芜菁正丁醇馏分通过增加ROS产生和线粒体依赖的凋亡途径抑制A549细胞增殖。Reziyamu等[50]研究发现芜菁多糖也能通过线粒体途径促使肺癌A549细胞凋亡。以上研究证明了芜菁可作为治疗肺癌的潜在候选药物。

2.5抗炎活性与作用机制

炎症是人体对有害刺激（包括病原体、受损细胞或病毒）的复杂生物反应的一部分。然而，以血管扩张、促炎分子产生、细胞因子释放和白细胞聚集为特征的过度炎症反应是有害的[51,52]。体外和体内实验表明，芜菁根乙酸乙酯部位通过抑制NF-κB活性发挥其抗关节炎和抗炎特性[53]。芜菁中分离得到的arvelexin通过抑制IκB激酶的激活，抑制NF-κB调控的促进炎症基因表达，从而降低脂多糖诱导的小鼠的血清中一氧化氮（NO）和炎症细胞因子水平[54]。在卵清蛋白诱导法诱导小鼠哮喘炎症模型中，芜菁提取物（125～500 mg·kg-1）能有效降低血清中卵清蛋白（Ig E）的特异性和支气管肺泡灌洗液（BALF）中IL-4、IL-5和IL-13的水平。芜菁提取物抑制BALF中炎性细胞浸润，改善肺顺应性和气道阻力，还能显著降低ERK、p38MAPK、IκB-α和NF-κB的磷酸化表达水平，剂量依赖性激活JNK。这说明芜菁提取物在抑制卵清蛋白诱导的哮喘方面是有效的[55]。

2.6促进骨质生长与作用机制

骨质疏松是人体常见的一种疾病，其发病原因多样、发病机制复杂，临床上用于治疗的药物不良反应多。因此亟需寻找一种治愈率高、不良反应少的药物[56]。研究发现芜菁油能通过调节骨质疏松大鼠的成骨细胞特异性转录因子（Osterix）、大鼠组织蛋白酶K(CathK）和TNF-α的信使核糖核酸（TNF-αmRNA）的水平，升高钙、磷、骨碱性磷酸酶（BALP）和维生素D水平，从而促进骨质疏松大鼠的骨形成，明显增强股骨轴皮质骨和股骨头小梁骨的厚度，表现出治疗骨质疏松症的潜力[57]。Jaehoon等[58]的研究同样证实了芜菁具有促进骨形成的作用。

2.7免疫调节活性与作用机制

芜菁具有提高人体免疫力活性，如芜菁花提取物在脂多糖刺激的外周血单个核细胞（PBMCs）中，通过减弱COX-2、i NOS、IL-6、TNF-α和NF-κB基因表达的上调表现出免疫调节活性[59]。生物活性检测结果显示，较高剂量（400μg·m L-1）的BRNP-1和BRNP-2多糖通过刺激RAW264.7巨噬细胞增殖、NO释放和细胞因子（IL-6、TNF-α）分泌。这些结果表明BRNP-1和BRNP-2多糖可能增强巨噬细胞介导的免疫反应[60]。

2.8降血糖活性与作用机制

Sihem等[61]认为芜菁水提物可以激活糖尿病受损的AKT信号通路，调节ERK1/2活性，可能对2型糖尿病及其并发症的预防具有重要意义。Hassanzadeh-Taheri等[62]研究认为芜菁叶及根茎提取物可作为糖尿病肾病患者易于获取的膳食来源。从芜菁中分离得到的查尔酮A通过氢键（Gln1372、Asp1420、Gln1372、Arg1510）、疏水作用（Tyr1251、Tyr1251、Trp1355、Phe1560、Ile1587、Trp1355、Phe1559、Phe1559）和π-π堆积作用（Trp1355）与α-葡萄糖苷酶的活性位点（对接score=-52.88）进行对接表现出α-葡萄糖苷酶的活性，该研究为芜菁作为抗糖尿病候选药物的新资源提供了有价值的信息[13]。从芜菁花中分离得到2-O-β-D-吡喃葡萄糖基-（1S)-(4-甲氧基苯基）乙二醇等9个化合物具有抑制α-葡萄糖苷酶活性[20]。酶抑制动力学研究表明芜菁的新化合物2-O-β-D-吡喃葡萄糖-（1S)-(4-甲氧基苯基）乙二醇和2-(4-O-β-D-阿洛糖）苯基-乙醇通过非竞争性抑制α-葡萄糖苷酶活性，能与麦芽糖糖苷酶形成稳定复合物，深入Nt-麦芽糖糖苷酶和Ct-麦芽糖糖苷酶狭窄的-1位底物结合位点，占据底物结合位点从而抑制酶活性；选择性地抑制醛酮还原酶家族醛糖还原酶的活性，可减小对该家族其他酶的影响。这些研究结果表明，芜菁花缓解血糖快速升高和预防持续高血糖导致的慢性并发症的发生发展方面具有一定的价值，有望成为多靶点防治糖尿病及其慢性并发症的重要膳食来源，为芜菁花的进一步研究和功能性食品开发提供理论依据[63]。

2.9神经保护作用与作用机制

芜菁分离得到的芸苔素A通过Nrf2介导HO-1表达对谷氨酸诱导的神经毒性具有保护作用。如芸苔素A提高了细胞谷胱甘肽和谷氨酰胺半胱氨酸连接酶基因的表达，引起Nrf2核转位，抗氧化反应元件ARE启动子活性增加。Nrf2还通过PI3K/Akt和JNK调节通路介导芸苔素A诱导的HO1。这说明芜菁中天然成分芸苔素A具有神经保护作用[31]。从芜菁中得到的4'-O-β-D-吡喃葡萄糖基-4-羟基-3,3',5-三甲氧基查尔酮对神经母细胞瘤细胞具有显著的选择性抗肿瘤作用。它通过抑制Rb的磷酸化和E2F的释放，抑制S期转换，诱导细胞周期阻滞在G1期，同时该化合物通过Caspase途径诱导细胞凋亡[64]。此外，4'-O-β-D-吡喃葡糖基-3',4-二甲氧基查耳酮显著增加PC12细胞外信号调节ERK1/2蛋白，p38MAPK和JNK/SAPK的磷酸化形式，但不影响Akt，这可能介导了明显的神经突起生长[16]。这些发现表明芜菁可能具有开发神经治疗药物的潜力。

2.1 0其他活性与作用机制

除上述多种生物活性外，芜菁还具有抑菌、护肾等活性。从芜菁中分离得到的4'-O-β-D-吡喃葡萄糖-4-羟基-3-甲氧基查尔酮和4'-O-β-D-吡喃葡萄糖-3,4-二甲氧基查尔酮使NOX酶失活，抑制细胞内ROS的产生来抑制细胞内Ca2+的升高，并对抗原（Ag）刺激的RBL-2H3细胞脱颗粒表现出抑制作用[17]。王建玲等[65]通过定性定量的抑菌实验，验证了芜菁子挥发油对大肠埃希菌、金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌均有一定的抑制作用，可能与其中含有异硫氰酸酯类和腈类化合物有关。Kim等[66]研究表明芜菁根的乙醇提取物减弱了氧化应激，对顺铂诱导的肾毒性具有保护作用。

3、结语

芜菁作为药、食、饲三用植物，它的多糖类、硫代葡萄糖苷类、黄酮类、苯丙素类化合物等多种活性成分具有抗缺氧、抗氧化、保肝、抗炎、促进骨质生长、提高免疫力等活性。虽然芜菁具有较大的药用潜力，但从目前发表的研究成果来看，对芜菁生物活性研究仍有不足。首先，芜菁的生物活性主要体现对粗提物的研究，而有关纯的单体化合物的生物活性研究较少；其次，芜菁的物质基础研究还不够深入，主要表现在新化合物的挖掘；最后，毒性和使用禁忌研究尚不明确。因此需要加强芜菁的化学成分研究，揭示新化合物的结构，并通过药理研究阐述其在体内的作用机制，芜菁将有望开发成为一种具有改善患者生活质量的药物制剂或保健食品。

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基金资助: 蔓菁､红景天等药用植物种质资源保护及栽培技术研究(No.KX132020033);

文章来源:王证德,平措绕吉,刘莹等.芜菁的化学成分和生物活性研究进展[J].中南药学,2023,21(09):2391-2399.