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臺灣常見莧屬植物之化學成分及生物活性研究與應用

臺灣常見莧屬植物化學與活性研究
 
一、前言
    相信大家對「莧菜」一定都不陌生,這個植物除了扮演日常食用葉菜類的角色外,中醫藥典籍亦記載其具醫藥保健之功效。莧菜 (A. tricolor) 是臺灣農業主要生產的莧屬植物,包含紅莧與白莧,原產於印度及熱帶亞洲 [1]。白莧舊學名為 A. mangostanus,過去認為與紅莧是不同物種,最新的植物分類系統則將兩者合併 [2]。在中藥典籍《神農本草經》中「莧實」列為上品。《本草綱目》中記載白莧可以補氣除熱,通九竅;赤莧可以主赤痢;莧實可以治眼疾,功效類似青葙子。莧屬 (Amaranthus) 植物在分類學上一共有 95 個物種,臺灣並沒有原生莧屬植物,包含莧菜 (A. tricolor) 在內都為外來種 [3]。由於莧屬植物在臺灣分布廣泛,因此在食用及醫療保健上皆有相關應用,但在後者的角色,則有待科學的佐證,以推動相關產業發展及升級。
    衛生福利部國家中醫藥研究所團隊透過科技計畫「強化本土中草藥研究」的支持,於 107 至 108 年進行臺灣常見莧屬植物研究,除了探討野莧的化學組成及生物活性外,並比較莧菜、青莧及野莧分別在化學組成及生物活性的差異性。本文將介紹相關成果,並針對未來保健應用上的發展潛力進行探討。
 
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二、野莧
    野莧 (A. viridis) 原產於中南美洲及加勒比海 [1],在臺灣廣泛分布,也作為葉菜類食材,衛生福利部食品藥物管理署亦把野莧列於可供食品使用原料彙整一覽表內。野莧近年來有許多文獻報導證實其具有抗瘧疾 (Antimalarial activity) [4]、抗發炎活 (Anti-inflammatory activity) [5]、降血脂 (Anti-hypolipidemic activity)、抗氧化 (Antioxidant activity)、降糖尿病 (Anti-diabetic activity) [6, 7] 及保護心臟功能 (Cardioprotection activity) [8] 等。
(一) 化學組成
    本團隊從野莧乙醇萃取物分離得到 22 種化合物,分別為 cis-N-Feruloyltyramine、trans-N-Feruloyltyramine、Caffeic acid、Abscisic acid、Ferulic acid、3,4-Dihydroxybenzoic acid、4-Hydroxybenzoic acid、Quercetin、Vanillic acid、p-Hydroxyphenethyl alcohol、2-(4-Hydroxyphenyl) acetic acid、N-4-Hydroxy-E-cinnamoyl-tyrosine、pheophoribide a、13-epi- pheophoribide a、Rutin、3,4-Dihydroxybenzoic acid、Guanosine、Vanillic acid 4-glycoside、4-(Glucosyloxy) benzoic acid、Tryptophan 及 Uridine,並純化出一種 sesquterpene glycoside 新化合物 KAVP-18。野莧菜多醣具有 4 個分子量群,分別為 514.34、64.01、8.80 及 0.81 kDa;進一步分析野莧菜的第二與第三分子量群醣組成,單醣含量皆以半乳糖最多,分別為 74.01 μmol/g 和 39.52 μmol/g。
(二) 生物活性
    野莧分離出的 Vanillic acid 及 N-4-Hydroxy-E-cinnamoyl-tyrosine,在濃度 20 µg/ml 可以有效抑制發炎物質 TNF-α 的生成,也可部分抑制與癌症相關的免疫查核點分子 PD-L1 之表現;野莧特定極性萃取物在保護 C2C12 肌細胞免於順鉑毒性的效果也相當好,而且生長環境中的氮肥量變化,並不影響最終的保護效果,本團隊將進一步透過動物實驗確效。此外,野莧特定極性物質具有抑制脂肪前驅細胞分化的活性,顯示野莧萃取物可能具有抑制胖作用,具有開發為健康食品潛力。
 
三、青莧
    青莧舊學名為 A. patulus,最新的植物分類系統將其併入 A. hybridus,原產於美洲 [2]。在先前藥理研究指出,青莧酒精萃取物可有效降低鏈脲佐菌素 (streptozotocin) 所導致糖尿病鼠之血糖指數及各項生理指標改善 [9]。另一篇研究顯示,青莧甲醇萃取物可以促進紅血球生成,並有抑制 Ehrlich Ascites Carcinoma (EAC) 癌細胞生長 [10]。
(一) 化學組成
    本研究團隊在青莧萃取物分析到 9 種已知化合物,分別為 4-Hydroxybenzoic acid、4-Hydroxy-3-methoxybenzoic acid、p-Coumaric acid、Ferulic acid、N-trans-Feruloyloctopamine、Loliolide、Indole-3-carboxylic acid、6-Methoxy-indole-3-carboxylic acid 及 Rutin,且分離鑑定出一種 megastigmane 類新化合物 KAP-3。
(二) 生物活性
    青莧萃取物透過極性分液分離及部分純化後,發現低極性部分純化物(也就是脂溶性物質)1D1E 與 0D1E 具抗發炎活性,其半抑制濃度 (50% Inhibitory Concentration, IC50) 介於 19.7 至 17.8 μg/mL;而部分純化物 7D1E 對人類乳癌細胞及肝癌細胞有毒殺作用,其半抑制濃度 (IC50) 分別為 11.8 與 18.1 μg/mL。另一方面,癌症化療抗癌藥物順鉑 (Cisplatin) 會引發肌細胞毒害的副作用,透過鼠的 C2C12 肌母細胞離體 (in vitro) 實驗,我們發現青莧低極性萃取物可有效保護肌細胞免於順鉑毒性,細胞存活率提升至 81 至 87%。
 
四、莧菜
    莧菜 (A. tricolor) 是臺灣農業主要生產的莧屬植物,包含紅莧與白莧,由於莧菜在醫療保健上已有相當久遠的利用歷史,因此本研究亦探討其不同品系 (種) 的化學成分組成。
(一) 化學組成
    本研究團隊透過 HPLC 指紋圖譜比較方法,發現紅莧與白莧化學組成大致相近,但紅莧含有更豐富的成分。在紅莧萃取物中分離到豐富的葉綠素 (chlorophyll a & b) 及一種葉黃素 lutein,另外還分離到 4 種脂肪酸分子化合物 oleic acid、linoleic acid、linolenic acid、1-monolinolein。此外,於紅莧及白莧萃取出的多醣具有相似的分子量分布,紅莧多醣高分子量族群 (1568 kDa) 佔總多醣的 45.71%,低分子量族群 (19.56 kDa) 佔總多醣的 52.53%;白莧多醣高分子量族群 (1231 kDa) 佔總多醣的 47.13%,低分子量族群 (14.70 kDa) 佔總多醣的 51.02%。紅莧多醣體含半乳糖最多 (56.01 μmol/g),其次依序為葡萄糖 (32.64 μmol/g)、半乳糖胺 (12.93 μmol/g)、甘露糖 (5.44 μmol/g);白莧則是多醣體含葡萄糖最多 (60.90 μmol/g)。由於紅莧及白莧富含多醣體,是否因此具有免疫調節作用,則需進一步實驗釐清,以開發其附加保健價值。
 
五、結語
    本計畫進行三種常見莧屬植物 (野莧、青莧及莧菜) 的研究,發現不同莧屬植物在化學分子組成上各具有特性,本團隊同時建立不同莧屬植物的 HPLC 化學指紋圖譜,以利於未來產品開發過程所需的品管制度建置。透過癌症細胞毒殺試驗、肌細胞萎縮試驗以及抑制脂肪細胞分化等測試平台,我們發現莧屬植物具有多元活性,顯示臺灣常見莧屬植物除了食用價值物以外,可能也有醫藥保健應用潛力,值得進一步以動物試驗確效,以利進行產業化發展,並提升台灣本土植物的附加價值。
 
參考文獻
 
[1].The Royal Botanic Gardens, Kew, Harvard University Herbaria & Libraries and Australian National Botanic Gardens. Amaranthus tricolor L.. International Plant Names Index. https://www.ipni.org/n/327386-2. 2020.
 
[2] Bayón ND. Revisión taxonómica de las especies monoicas de Amaranthus (Amaranthaceae): Amaranthus subg. Amaranthus y Amaranthus subg. Ann Mo Bot Gard. 2015;101(2):261-383.
 
[3] Royal Botanic Gardens, Kew. Amaranthus L.. Plant of the world online. http://powo.science.kew.org/taxon/327362-2. Published March 2017.
 
[4] Ayoka OA, Ojo OE, Imafidon EC, Ademoye KA, Oladele AA. Neuro-endocrine effects of aqueous extract of Amaranthus viridis (Linn.) leaf in male Wistar rat model of cyclophosphamide-induced reproductive toxicity. Toxicol Rep. 2016;3:608-619.
 
[5] Adetutu A, Olorunnisola OS, Owoade AO, Adegbola P. Inhibition of in vivo growth of Plasmodium berghei  by Launaea taraxacifolia and Amaranthus viridis in mice. Malar Res Treat. 2016;9248024.
 
[6] Ashok Kumar BS, Lakshman K, Jayaveea KN, et al. Antidiabetic, antihyperlipidemic and antioxidant activities of methanolic extract of Amaranthus viridis Linn in alloxan induced diabetic rats. Exp Toxicol Pathol. 2012;64(1-2):75-79.
 
[7] Girija K, Lakshman K, Udaya C, Sabhya SG, Divya T. Anti-diabetic and anti-cholesterolemic activity of methanol extracts of three species of Amaranthus. Asian Pac J Trop Biomed. 2011;1(2):133-138.
 
[8] Saravanan G, Ponmurugan P. Amaranthus viridis Linn., a common spinach, modulates C-reactive protein, protein profile, ceruloplasmin and glycoprotein in experimental induced myocardial infarcted rats. J Sci Food Agric. 2012;92(12):2459-2464.
 
[9] Balasubramanian T, Karthikeyan M, Muhammed Anees KP, Kadeeja CP, Jaseela K. Antidiabetic and antioxidant potentials of Amaranthus hybridus in streptozotocin-induced diabetic rats. J Diet Suppl. 2017;14(4):395-410.
 
[10] Al-Mamun MA, Husna J, Khatun M, et al. Assessment of antioxidant, anticancer and antimicrobial activity of two vegetable species of Amaranthus in Bangladesh. BMC Complement Altern Med. 2016;16(1):157.
 
作者: 衛生福利部國家中醫藥研究所 陳昶璋 助理研究員 、鄭靜枝 副研究員、魏紋祈 助理研究員、廖家慶 助理研究員、盧美光 研究員、邱俊棠 助理研究員、郭曜豪 研究員/組長、行政院農業委員會臺東區農業改良場 薛銘童 助理研究員、陳信言 研究員/場長
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