五味子科药用植物亲缘学初探

植物分类学报46(5):692–723(2008)doi:10.3724/SP.J.1002.2008.07112JournalofSystematicsandEvolution(formerlyActaPhytotaxonomicaSinica)五味子科药用植物亲缘学初探许利嘉刘海涛彭勇*肖培根(中国医学科学院中国协和医科大学药用植物研究所北京100094)ApreliminarypharmacophylogeneticinvestigationinSchisandraceaeLi-JiaXUHai-TaoLIUYongPENG*Pei-GenXIAO(InstituteofMedicinalPlantDevelopment,ChineseAcademyofMedicalSciences,PekingUnionMedicalCollege,Beijing100094,China)AbstractThefamilySchisandraceae(Magnoliiadae)containsapproximatelysixtyspecieswhicharedisjunctlydistributedinthesoutheastofAsiaandNorthAmerica.Itwasdividedintotwogenera,SchisandraandKadsura,representedby29speciesinChina,19inSchisandraand10inKadsura.Thispaperreviewscurrentknowledgeaboutthechemistry,ethnopharmacologyandpharmacologyofthefamilyinanattempttopresentapreliminarystudyintothepharmacophylogeneticsofthefamilyasawhole.Dibenzocyclooctadienelignans(I)areconsideredtobethemainchemicalcomponentsofthefamily.Despitetheirtraditionallyrecognizedhepatoprotectivefunc-tion,theyalsoexhibitanti-oxidant,anti-cancerandanti-HIVpotential.Thosedibenzocyclooctadienelignans(I)possessinghydroxylorangeloyloxygroupsatC-6orC-9intheethylidene-cyclooctaneringtendtoexhibitahigheranti-canceractivity.Spirobenzofuranoiddibenzocyclooctadienes(II),mostlypresentinKadsura,containaspecialtetrahydrofuranringspanningthebiphenyllinkageandthesedemonstrateparticularanti-PAFactivities.ThissupportsthetraditionaluseofKadsuratoimprovebloodcirculationand“removedampness”.Spirobenzofu-ranoiddibenzocyclooctadienes(II)couldbeconsideredasthebioactivemarkercompoundsinKadsuraandhencemarkersforassessingquality.ThedistributionofallknownlignansinthefamilyshowedthatKadsuraisrela-tivelyadvancedinevolution.CycloartanonetriterpenesoccurinbothSchisandraandKadsura.ThosewiththeA-ringopen(II)tendtoexhibitgreateranti-cancerandanti-HIVactivity.7/7/5/6triterpenelactones(IV),showingstrongcytotoxicity,haveonlyrecentlybeendiscoveredinKadsuralongipedunculataandassuchhavepotentialasanticanceragents.Recently,novelnortriterpenoidspossessingauniqueskeletonwerefoundinS.lancifoliaandS.micrantha;someexhibitedclearanti-canceroranti-HIVactivityandarethesubjectofseparatestudies.Keywordschemotaxonomy,ethnopharmacology,pharmacophylogenetics,Schisandraceae.摘要五味子科Schisandraceae隶属于双子叶植物门木兰亚纲Magnoliidae八角目Illiciales,全球分布约60种,包括两个属:五味子属Schisandra和南五味子属Kadsura,间断分布于亚洲东南部和北美东南部。本文归纳了中国五味子科植物两大类活性成分——木脂素和三萜的分布规律、传统疗效和现代药理活性,并对中国五味子科的药用植物亲缘学进行了初探。联苯环辛烯类木脂素(I)集中分布于五味子科植物,可以被认为是五味子科植物的特征性化学成分,除了传统的保肝作用外,这类化合物中很多具有潜在的抗氧化、抗肿瘤和抗HIV活性,一些联苯环辛烯类的木脂素,尤其是在八元环C-6、C-9位上具有羟基或者酯化取代具有更好的抗HIV和抗肿瘤活性;而螺苯骈呋喃型联苯环辛烯类木脂素(II)绝大多数存在于南五味子属,其特殊的螺苯骈呋喃环及其钙拮抗、抗凝血和抑制血小板聚集的活性,不仅初步说明了民间南五味子属药用植物藤茎具有较强活血化瘀药理作用的活性物质基础,也提示在对南五味子属的药材质量标准研究中,可以考虑以此类成分作为定性定量指标。五味子科植物中木脂素成分的分布规律提示,在演化程度上五味子属植物较南五味子属植物更原始。环菠萝蜜烷类三萜在五味子属和南五味子属均有分布,尤其是A环开环的环菠萝蜜烷类三萜(II)在抗HIV和抗肿瘤活性方面具有很好的潜力,而结构更进化的7/7/5/6型三萜内酯(IV)显示了很强的细胞毒活性,目前只在南五味子属的长梗南五味子K.longipedunculata中发现。从五味子属的小花五味子S.micrantha和狭叶五味子S.lancifolia中分离得到的多个成环复杂且高度氧化的类三萜内酯中也发现具有抗肿瘤和抗HIV潜力。关键词化学分类学;传统药物学;药用植物亲缘学;五味子科五味子科Schisandraceae隶属于双子叶植物门木兰亚纲Magnoliidae八角目Illiciales,包括两个属:五味子属SchisandraMichx.和南五味子属KadsuraKaempf.exJuss.。该科植物为木质藤本,共约60种,———————————2007-08-27收稿,2008-04-15收修改稿。*通讯作者(Authorforcorrespondence.E-mail:[e-mail])。许利嘉等:五味子科药用植物亲缘学初探693间断分布于亚洲东南部和北美东南部。我国是世界上五味子科植物资源最丰富的国家,两属均产,主要分布于中南部和西南部。五味子属约30种,主产于亚洲东部和东南部,仅1种Schisandraglabra(Brickell)Rehder产于美国东南部,我国约有19种,南北均有分布;南五味子属约28种,主产于亚洲东部和东南部,我国约有10种,相对集中于西南部和东南部。1五味子科植物分类学研究概况Brickell(1803年2月底–3月初)发表StellandriaglabraBrickell,同年4月,Michaux发表SchisandracoccineaMichx.,属名Stellandria长期被忽视。Rehder(1944)建议保留SchisandraMichx.作为五味子属的学名,并以Brickell的植物为基本名,确定五味子属的模式种Schisandraglabra(Brickell)Rehder,被人们沿用至今。1810年,deJussieu发表南五味子属KadsuraKaempf.exJuss.的学名,Dunal(1817)以Linnaeus的植物为基本名,确定了南五味子属的模式种为Kadsurajaponica(L.)Dunal。1830年,Blume正式描述了五味子科“Schizandreae”,提出它与木兰科Magnoliaceae近缘。Don(1831)将该名扩改为Schizandraceae。1947年Smith发表《Schisan-draceae》专著,对五味子科进行了全面研究,将Schisandra属分为4组,并对南五味子属进行了属下分类,包括22种。五味子科建立以来,中外学者们运用形态学、孢粉学、胚胎学与细胞学、现代分子系统学等多种手段对该科的系统位置、两属之间关系及属下分类进行了大量的研究。对于五味子科的系统位置,传统上一致认为五味子科和木兰科关系很近,它们在花的形态上特性一致,因此很长一段时间五味子类被放在木兰科中。随着各个分支学科的研究发展,五味子科的系统发育工作不断丰富和完善,人们在研究中发现五味子类和木兰科相差甚远,晚近的分类学家(Lawrence,1915;Cronquist,1968;Takhtajan,1969;Thorne,1992)将原隶属于木兰科的木兰族、八角族和五味子族分别独立为三个科。而八角科和五味子科由于在很多性状上有别于木兰亚纲其他类群而被另立为八角目(胡先骕,1950;Heywood,1971;Dahlgrenetal.,1985;Cronquist,1988;Takhta-jan,1997)。五味子科从传统的木兰科中分出,独立为科,目前已被大多数学者接受,且多方面证据支持它与八角科形成一个很紧密的类群,其共同特征为具三沟或其衍生类型的花粉和毛茛型Ranaleantype的分泌细胞(Bailey&Nast,1948),Smith(1947)揭示此两科都是出自同一个祖干上的明显衍生物,但向不同方向特化而每个有各自的某些原始特征保留。杨志荣和林祁(2007)通过比较五味子科与八角科Illiciaceae的木材解剖特征,进一步证明两个科的亲缘关系很近,不支持将五味子科从八角目Illiciales中独立出来成立五味子目Schisandrales的观点。五味子科分为五味子属和南五味子属两个类群,也得到多方面的支持,为植物分类学界所接受,大多数学者认可传统2属的划分,其区别主要在于雌花花托倒卵形或椭圆形(南五味子属)或圆锥至圆柱形(北五味子)。但到底哪一个属原始哪一个属进化,似乎仍不统一,且各有证据。目前主要有三种观点:1.五味子属系统位置在南五味子属之前(Smith,1947),2.南五味子属系统位置在五味子属之前(刘玉壶,1984),3.两属起源于共同祖先,平行进化或沿不同路线演化(孙成仁,2000;王彦涵等,2003)。至于五味子科的属下分类,分歧更多,较具有代表性的有:Smith(1947)在五味子属下设4组:多蕊五味子组sect.PleiostemaA.C.Smith(包括华中五味子群和大花五味子群)、少蕊五味子组sect.Maximowiczia(Rupr.)Law、五味子组sect.Schisan-dra、团蕊五