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天然的尚好 森林裡的藥方

「松下問童子,言師採藥去。只在此山中,雲深不知處。」
森林中多樣化的林木,在周而復始的生活週期裡,除了作為木材,更能製造出對人類生活有益的產物,拓展新的存在價值。這就跟著我們上山採藥去!

作者/王升陽

(中興大學森林學系特聘教授及中研院農業生物技術研究中心合聘研究員。專長為植物代謝體學與天然藥物開發。研究成果豐碩,並擁有多項專利。)

森林特產物(special forest products),又稱為非木材森林產物(non-wood forest products),是指來自於森林、林地或森林以外的林木,所生產的「非木材」產品。這些產物可以是採集自原始林或是人工林,也可以是生產於混農林業(agroforesty, 結合林業與農業間土地利用的研究科學或實作方式)的產品。森林特產物的種類可包括食物類、醫藥用品、香料及工藝品等。事實上,植物資源在人類文明史上扮演了極重要的角色,舉凡食、衣、住、行, 無一不與其緊密的結合。過去幾年中,我們的研究團隊,即以臺灣產藥用植物資源為研究主題,對其中可能具有生物活性的成分,進行結構鑑定與作用機制的探討。

不只是木材

以醫療保健系統而言,無論是東、西方的傳統體系,很多都是以林木所製造出的特殊成分,作為藥品的主要來源。根據世界衛生組織(WHO)的估計,目前仍有80%左右的人口,還是依賴傳統醫療作為治療疾病的方法。事實上,許多現代的藥品也都來自於植物的成分,如使用超過百年的阿斯匹靈(aspirin),其主要原料即萃取自楊樹樹皮中的水楊酸;又如癌症的臨床用藥,紫杉醇(paclitaxel)、喜樹鹼(camptothecin)等,亦是來自於林木。

臺灣森林面積約佔60%。由於地理環境、地形與氣候得天獨厚,孕育了豐富且多樣化的自然資源,其中更有不少特有種。這些特有種植物含有十分豐富珍貴的特殊成分,且具各種功效,非常值得我們重視、予以研究開發。從原料的角度來看, 我們可將林木視為,一個能製造出特殊化合物的「生物反應器」。這是因為林木為了適應特殊的生長環境,甚至為了加強應付逆境、對抗外來生物或非生物因子的侵襲,自然而然演化、製造出許多的特殊代謝產物。換言之,許多植物體內的代謝物,除了與它自身生化、生理系統功能相關外,也與外在環境的互動有著密不可分的關係。

過去我們對於森林資源的利用,大都只以「木材利用」的角度來思考。而今,自然環境已有極大的改變。除了傳統的木材利用以外,我們更需要發揮森林「多目標利用」的公益功,彰顯其「保健醫療功效」,並使木材「有效且永續的利用」。因此,如能開發林木裡特殊功效的成分,選擇適當的生物科技方法,調控植物的某些代謝產物,將可在持續利用的原則下,更有效的利用天然資源。在這樣環境保護與善用資源的前提下,更能為林業研究及生技產業開創新的契機。不但符合政府的林業永續經營政策,還可創造出無限商機。

與癌細胞對抗

樟科植物為組成臺灣闊葉森林中重要的樹種,約有60種之多。長久以來,許多樟科樹種於民俗植物(指的是與日常生活有關的野生植物)中扮演了重要的角色。因此我們的研究團隊,系統性地收集超過30種臺灣產木本樟科植物,對其生物活性進行探索。我們自活性篩選結果中,具細胞毒性的天臺烏藥(Lindera aggregata)葉子,分離出新的化合物,並將其命名為Secoaggregatalactone-A(SAL-A)。

由細胞毒性試驗得知,SAL-A對人類肝腫瘤細胞株(Hep-G2 cell line)具有顯著的毒殺效果。為解析SAL-A可能對腫瘤細胞造成的毒殺機制,我們觀察了細胞型態與利用流式細胞儀(flow cytometer), 證實SAL-A主要是由細胞凋亡(apoptosis)的機制,致使人類肝腫瘤細胞株死亡。並由蛋白表現分析得知,SAL-A是經由粒線體路徑(mitochondrial pathway),誘導人類肝腫瘤細胞凋亡,進而抑制肝腫瘤細胞的生長。

五加科(Araliaceae)植物,包括有灌木、喬木或草本。有許多是重要的中藥材,如人參(Panax schinseng Nees),就是五加科的草本植物。約84屬920種以上,分布南、北兩半球的熱帶及溫帶。五加科的多種植物在民俗及藥用植物中,具有相當重要的地位。除具獨特的芳香氣味而廣被利用為香料之外,在民俗療法中也常被當成提神補氣的藥材。

臺灣產木本五加科植物共10屬,其中如五加屬(Acanthopanax)、楤木屬(Aralia)、樹參屬(Dendropanax)、八角金盤屬(Fatsia) 等, 除具芳香氣味外,也被利用於藥用或香料。在臺灣森林植物代謝物的抗癌活性研究方面,我們最近自三葉五加(Eleutherococcus trifoliatus)中,分離出木酚素Taiwanin E,並證實其可透過抑制網膜細胞瘤調控蛋白的磷酸化,抑制乳癌細胞的生長。

痛風的天然救星

嘌呤核苷酸(purine nucleotide)在黃嘌呤氧化酶(xanthine oxidase, XOD)的催化下,會氧化成尿酸(uric acid)。人體的肝、腸黏膜及乳液中,含有大量的黃嘌呤氧化酶;一旦作用,則將與嘌呤(purine)、吡啶(pyridine)及乙醛等,生成過氧化氫及尿酸。尿酸及尿酸鹽的含量若超過飽和點,就會以針狀晶體的狀態析出,沉積於關節,引起高尿酸血症(hyperuricemia)。臨床症狀上,高尿酸血症常扮隨著痛風的發生。因此使用XOD抑制劑,可有效阻斷尿酸在人體中的合成,是當前有效治療高尿酸血症的方法之一。

目前臨床上,治療高尿酸血症主要的藥物為別嘌呤醇(allopurinol)。它雖然能有效降低高尿酸血症的程度,但其嚴重的副作用也影響了人體的健康,如肝炎、腎病變及過敏反應等。也因此,尋找新的、無副作用的XOD抑制劑,便成了目前熱門的研究主題。近年來,使用植物性藥物,處理臨床疾病再次獲得關注。科學家轉而從多樣性的傳統中草藥植物中,探究XOD的抑制劑。希望能從中找出有效並且低副作用的XOD抑制劑,取代別嘌呤醇的使用。

由我們的研究結果中發現,臺灣特有樟科樹種土肉桂(Cinnamomum osmophleum , 葉子精油具有極佳的抗真菌活性)所含肉桂醛,具有極強抑制黃嘌呤氧化酶的活性,更可有效降低動物體內的尿酸濃度。因此,土肉桂的確具有發展成抗結石或降尿酸保健產品的潛力。同樣於降尿酸活性的研究,我們也證實忍冬科的裡白忍冬(Lonicera hypoglauca)的葉子,其乙醇萃取物在體外實驗中,能顯著抑制黃嘌呤氧化酶的活性;而在高尿酸血症小鼠模式中,也可降低血清中的尿酸含量。

來自柳杉葉的舒緩

目前對於植物精油成分的研究,已累積了相當的成果。但對於直接分析來自樹木散發於大氣中的芬多精,其研究則相對較少。但另一方面,樹木的揮發性成分,已被廣泛利用在醫療、保健食品、化妝品、或殺蟲劑等方面。過去幾年中,我們已針對臺灣特產的林木,進行精油居家用品的研究與開發。證實紅檜精油具抗真菌活性、蠹魚忌避活性與殺蚊子幼蟲活性,而柳杉精油則具蠹魚忌避與毒殺活性等。

最近,我們更利用動物自動軌跡追蹤數位視訊系統,分析老鼠中樞神經系統在柳杉葉子精油作用後, 所產生的影響。首先,我們利用安眠藥誘導老鼠進入睡眠,結果發現,經柳杉葉子精油處理過的老鼠,能顯著延長睡眠。接著,我們利用「高腳十字迷宮」,試驗柳杉精油對老鼠抗焦慮的影響。結果顯示,口服柳杉葉子精油以及其主成分檸檬烯(d-Limonene),可明顯增加老鼠進入開放區域的比例、進入開放區域的時間。換言之,柳杉葉子精油能明顯降低老鼠產生的焦慮行為。此外,我們利用「冰醋酸扭體試驗」,評估柳杉葉子精油物對老鼠鎮痛的影響,也得到正面結果,可顯著降低老鼠的扭體次數。而在毒理試驗中我們也發現,無論對公鼠或母鼠,即使服用極高的柳杉精油,對老鼠也無毒性反應產生。由此可知,柳杉葉子精油以及其主成分檸檬烯,對中樞神經系統有相當的影響,具有安眠、抗焦慮以及鎮痛的功能。若能善加開發,將對森林資源的利用有重大的貢獻。

除了柳杉之外,臺灣原住民中的賽夏族與泰雅族,常將山胡椒(Litsea cubeba) 用於消除宿醉所引起的頭疼、身體痠痛等症狀。在民間傳統用藥中,也有祛風濕、消腫、解毒、止痛的功效。我們的研究團隊,便先利用了氣相層析質譜儀(gas chromatography-mass spectrophotometer, GCMS),分析山胡椒果實揮發成分之組成,確定其主要成分為香葉醛(geranial)、橙花醛(neral)和檸檬烯。再來利用數種動物行為模型,來評估山胡椒葉部精油,對老鼠中樞神經系統的作用與影響。結果發現,山胡椒葉部精油能延長老鼠的睡眠時間、減少「強迫游泳試驗」所產生的不動時間,並具有抗焦慮、鎮痛的效果。

害怕膽固醇過高嗎

據統計,代謝症候群(metabolite syndrome)普遍發生於成年人口身上,導因於體內慢性發炎。具估計約25%的人口受到影響,而在40歲以上的年齡層,更是超過40%以上都受到此疾病的困擾。近10年內,與代謝失常有關的疾病發生率增加了將近61%。但其增加速率,則又因人口和性別的關係而有差異。從自然資源中找尋低副作用、可治療代謝症候群的天然保健品,已是植物藥學家研發的重要主題之一。若我們能依目前臺灣樹種,已被分離出的特殊成分為開發主軸,針對代謝症候群相關的病症進行研究,相信可以找出具醫療開發價值的林產品。

我們將「土肉桂葉子熱水抽出物」,以口服的方式讓倉鼠服用。持續餵食低劑量的土肉桂葉子熱水抽出物5~10週後,這些倉鼠與只餵食高油脂飲食的倉鼠相比,可降低血清中的總膽固醇及三酸甘油酯。而在經過10週同劑量的餵食後,低密度脂蛋白膽固醇的指數也明顯減少。毒理安全性評估方面,在高劑量下,倉鼠在血清、血球檢測及腎及肝臟的臟器變化,都沒有明顯的毒理情形。根據這些分析,可以推論在高劑量下,土肉桂葉子的熱水抽出物沒有明顯的毒理反應;並且在低劑量時,就具有良好的降低血清脂質的功效。

而分離自紅果山胡椒(Lindera erythrocarpa) 的lucidone,也能有效抑制脂質生成作用(adipogenesis),減少細胞內的脂質生成堆積。在動物試驗中,lucidoneu 也可減少攝食高油脂老鼠的體重。除此之外,其實lucidone也是我們研究抗發炎成分的重要課題之一。我們建立了細胞與動物模型,來研究它的抗發炎機制。在揮發性成分方面,我們發現,山肉桂(Cinnamomum insularimontanum)的果實精油,及其主要成分檸檬醛(citral)具有顯著的抗發炎活性,值得進一步研究與開發。紅檜,為臺灣重要的針葉樹種。我們自其心材(位於樹幹中央,沒有活細胞、顏色較深的部分)甲醇萃取物中,依生物活性為導向的分離策略,分離出數個具抗發炎活性之化合物。我們也從臺灣特有普來氏月桃(Alpinia pricei) 中, 分離出數個具有抗發炎活性的黃酮類化合物。

最有名的樹――金城武樹。臺東池上鄉的一棵茄苳樹,因明星金城武替 航空公司拍攝廣告而暴紅。茄苳(Bischofia javanica)抗風、抗污染、 易栽培,可作為行道樹。木材堅硬耐用,可供建築;根、皮、葉皆可作 藥用。壽命長,可長成巨樹,常成為民間信仰膜拜的樹公。( 圖片來源:JianEn Yu)

最有名的樹――金城武樹。臺東池上鄉的一棵茄苳樹,因明星金城武替航空公司拍攝廣告而暴紅。茄苳(Bischofia javanica)抗風、抗污染、易栽培,可作為行道樹。木材堅硬耐用,可供建築;根、皮、葉皆可作藥用。壽命長,可長成巨樹,常成為民間信仰膜拜的樹公。( 圖片來源:JianEn Yu)

另外,我們的研究團隊也由膽固醇吸收試驗結果證實,臺灣產杉、柏科木材中的二萜類化合物「鐵銹醇(ferruginol)」,對老鼠細胞的膽固醇吸收與酯化具有顯著的抑制效果,頗具潛力開發為預防動脈硬化的保健產品。

就一個天然物化學家的立場而言,如何促使「化學研究」謀取人類最大的福祉;在考慮自然資源保育與永續利用的前提下,開發自然資源是當前我們所感到高度興趣的議題。森林中多樣化的植物,在周而復始的生活週期裡,除具有調節環境、降低溫室效應的功用,更會製造出對人類生活有著莫大助益的產物。如樹木在一次代謝(光合作用)所產生的氧氣,以及在二次代謝中所製造出許許多多的微量成分。

有越來越多科學家相信,植物二次代謝產物除了可作為香料、醫療保健的主要原料外,在植物繁殖、生長發育、防禦及逆境調適等生理作用上應扮演著重要的角色。在過去10年中,我們的研究團隊系統地篩選臺灣特有森林植物的活性成分,並獲得具體的成果。在未來,也將持續進行深入的研究,並推動產業的發展,為臺灣森林資源拓展新的利用價值。

本文轉載自科學月刊2015年2月號

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