龙葵素

研究简史

最初于1820年在龙葵(SolanumnigrumL.)中发现。后来从茄科的马铃薯(SolanumtuberosumLinn.)中也分离得到龙葵素，故也称其为马铃薯毒素。4随后的研究发现，龙葵素并非单一物质，而是一类结构类似、理化性质相近、有毒的甾体皂甙(苷)类生物碱，包括茄碱、卡茄碱等。总共发现有100多种龙葵素类的生物碱，主要存在于马铃薯、番茄、茄子等茄科植物中，也发现在百合科、菊科植物中发现有龙葵素的合成。迄今为止在马铃薯中发现的龙葵素种类多达80种。3

主要结构

龙葵素主要是以茄啶(Solanidine)为糖苷配基构成的茄碱(Solanine)和卡茄碱(Chaconine)两种共计6种不同的糖苷生物碱。

理化性质

龙葵素主要是一些以茄啶(Solanidine)为苷元构成的甾体皂苷类生物碱，根据连接的糖基不同可分为茄碱(Solanine)和卡茄碱(Chaconine)等。其中α-茄碱和α-卡茄碱是马铃薯中龙葵素的主要构成形式，占马铃薯中总龙葵素含量的95%。其他还有少量垂茄碱、克莫森茄碱、次勒帕茄碱和勒帕茄碱等。3

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龙葵素的对碱较为稳定，而酸在加热情况下可水解龙葵素的糖苷键，将其分解为茄啶和糖，毒性降低。6

制备方法

龙葵素合成(以α-茄碱和α-卡茄碱为例)是以乙酰辅酶A为底物，途经萜类和甾醇类合成途径，产生胆甾醇，进一步合成茄啶，最终通过糖基化作用得到最终产物。7

在萜类途径中，首先以乙酰辅酶A经3-羟基-3-甲基-戊二酰辅酶A还原酶(HMG-CoA还原酶)产生3-羟基-3-甲基-戊二酰辅酶A(HMG-CoA)，再进入甲羟戊酸途径合成法尼基焦磷酸(Farnesyl-PP)，通过鲨烯合酶(PSS1)催化鲨烯(Squalene)合成，氧化和环化作用催化合成环阿屯醇(Cycloartenol)。7

甾醇类合成途径中，环阿屯醇通过多步氧化还原反应合成胆甾醇(Cholesterol)。随后，龙葵素合成酶1(PGA1)和2(PGA2)分别催化胆甾醇26位与22位碳的羟基化。然后，经过两步氧化、转氨作用、还原作用合成番茄碱，继而合成茄啶。7

α-茄碱和α-卡茄碱分别由茄啶半乳糖基转移酶(SGT1)和茄啶葡萄糖基转移酶(SGT2)催化茄啶与糖基连接，合成各自的β型生物碱(β-茄碱和β-卡茄碱)，再经茄啶鼠李糖基转移酶(SGT3)催化形成α-茄碱和α-卡茄碱。7

药理作用

抗肿瘤

龙葵素能够影响降低肿瘤细胞膜上蛋白的表达，如减少唾液酸的含量、抑制ATP酶活性、下调N-乙酰基转移酶的表达，从而降低肿瘤细胞膜的流动性、抑制肿瘤细胞的代谢生长。龙葵素还能降低癌细胞内的能量代谢，使癌细胞生长受阻，抑制其增殖。同时，龙葵素能够激活癌细胞凋亡的信号通路，促进癌细胞凋亡。此外，龙葵素能下调血管内皮生长因子，抑制肿瘤血管的生成。8

对抗病虫害

龙葵素主要在马铃薯受到病虫害时会大量产生，通过抑制昆虫体内胆碱酯酶活性杀死昆虫。如α-茄碱和α-卡茄碱就对蝗虫和马铃薯象甲具有毒性作用。龙葵素也改变菌体细胞膜通透性、破坏细胞膜的完整性来抑制细菌、真菌的生长。如α-茄碱可以抑制马铃薯晚疫病菌和软腐病菌的生长。6

龙葵素对病虫害的抵御作用已在抗性育种中得到应用，通过特异性增加马铃薯地上部分龙葵素的合成，在增加植株对病原菌、虫害等抵御能力的同时不影响块茎的品质。3

中毒症状与机制

通常情况下马铃薯中的龙葵素含量较低，100g新鲜马铃薯中约含7~10mg龙葵素，较为安全。而当马铃薯贮存不当而引起发芽或皮肉变绿发紫时，龙葵素的含量会显著增加，当马铃薯中龙葵素含量达到10~15mg/100g时食用有明显的苦味，而含量超过20mg/100g即可引起龙葵素中毒。9

龙葵素的致毒机理主要包含两个方面：

其一是通过抑制胆碱酯酶的活性引起中毒反应。胆碱酯酶被抑制失活后，乙酰胆碱(Ach)大量累积，以致胆碱能神经兴奋增强，引起胃肠肌肉痉挛以及神经系统功能失调等一系列中毒症状。3龙葵素中毒的症状无特异性，且与肠胃炎症状相似，临床上常会被误诊而耽误治疗。5

其二，龙葵碱还能与生物膜上的甾醇类物质结合，导致生物膜穿孔，引起膜结构破裂。当龙葵素被吸收进入体内后，就会随着血液循环破坏胃肠道、肝脏等体内脏器的细胞结构。6高剂量的龙葵素由于其表面活性作用可能会导致红细胞破裂，产生溶血。10

龙葵碱中毒的病理变化主要为急性脑水肿，其次是胃肠炎，肺、肝、心肌和肾脏皮质水肿。症状较轻者口腔及咽喉部瘙痒，上腹部疼痛，并有耳鸣、畏光、头晕、恶心、呕吐、腹痛等症状，经过1～2小时会通过自身的解毒功能而自愈。严重者表现为体温升高和反复呕吐而致失水、瞳孔散大、呼吸困难、昏迷、抽搐，应尽早送医院治疗。极少数严重中毒的患者最终会因呼吸麻痹而死亡。龙葵素还有致畸作用，孕妇中毒后可能导致胎儿出现脑畸形和脊柱裂。9

检测方法

马铃薯作为主要的粮食作物之一，是很多加工食品的制作原料，如：土豆泥、薯条等。若马铃薯因储藏不当等原因致食品中含大量龙葵素时，食品安全受到极大威胁，人一旦服用则会产生中毒甚至死亡。因此在食品安全领域和法医毒物学领域，龙葵素的检测已受到研究人员的关注。针对龙葵素的检测主要包括两大领域：5

食品安全检测

通过一定的提取方法，检测马铃薯或马铃薯食品中的龙葵素含量是否符合安全标准，含量是否在人服用的安全限量下。其检测方法主要有紫外分光光度法(UV)、薄层色谱法(TLC)、高效液相色谱法(HPLC)、液相色谱-质谱联用法(LC-MS)及基质辅助激光解吸-电离质谱分子成像技术(MALDI-MSI)等。通过分析马铃薯及其制品中龙葵素的含量或马铃薯各组织中龙葵素的分布，为食品安全监控提供参考依据。5

法医毒物学

对人服用含有龙葵素的马铃薯及相关食品后，龙葵素在人或动物体内的吸收、分布、代谢情况进行检测，给马铃薯中龙葵素中毒的鉴定提供一定的指导意义。生物检材中龙葵素的检测可为中毒判断提供依据，对体内龙葵素的检测方法主要有放射免疫分析法(RIA)，高效液相色谱法(HPLC)和液相色谱-质谱联用法(LC-MS)。其中，应用最为广泛的是HPLC法。5

去除方法

马铃薯及其制品中的龙葵素含量与光照条件、储藏时间、储藏温度、空气湿度、氧气浓度以及二氧化碳浓度密切相关。在光照的条件下，马铃薯及其制品中的龙葵素会快速合成，其含量比没有光照的条件时增加将近1倍。此外，增加储藏时间，升高储藏温度、氧气浓度以及二氧化碳浓度，马铃薯中的龙葵素含量都会增加。因此，最好将马铃薯储藏在干燥、通风、低温的条件下，一般储藏温度在4℃左右比较适宜。同时，在采购、贮存、加工马铃薯时要按规范进行。

在食用马铃薯时，要挖去生芽的马铃薯的芽眼以及附近的皮肉，并将变紫表皮削除。削好的马铃薯需要放入冷水中浸泡40分钟左右，以使剩余龙葵素溶于水中。如在烹调时放些醋，也可以破坏龙葵素，避免引起食物中毒。11