杨茗等^[1]在川乌三氯甲烷部位分离并鉴定了9种化合物,依次为次乌头碱、金色酰胺醇酯、乌头碱、松胞素B₂、宋果灵、新乌头碱、多根乌头碱、北乌碱、附子灵,其中金色酰胺醇酯首次从乌头属植物中分离得到,松胞素B₂首次从植物界分离得到。川乌含有生物碱类成分,二萜生物碱是川乌的特征有效成分,具有显著的药效活性。根据母核化学结构的不同,二萜生物碱可以分为C₁₈-、C₁₉-、C₂₀-以及双二萜型^[2]。又可根据C₁₉-型生物碱结构中取代基的不同,分为双酯型生物碱、单酯型生物碱和醇胺型生物碱等,2015年版《中华人民共和国药典》规定制川乌含双酯型生物碱以乌头碱(C₃₄H₄₇NO₁₁)、次乌头碱(C₃₃H₄₅NO₁₀)及新乌头碱(C₃₃H₄₅NO₁₁)的总量计,不得过0.040%^[3]。其中这3种生物碱是乌头属植物中主要的药效成分,也是毒性成分,具有镇痛抗炎等药理活性。双酯型生物碱、单酯型生物碱易发生水解,随着炮制时间的延长,双酯型生物碱质量分数逐渐减少,而单酯型生物碱生物碱逐渐增加^[4,5],炮制后的镇痛抗炎的活性仍存在,但毒性显著降低。

乌头属除生物碱外,还含有非生物碱类黄酮、皂苷、神经酰胺类等物质。从附子中分离得到的附子苷具有明显的正性肌力作用^[6]。但对非生物碱类成分研究较少,在全面理解川乌化学成分以及药理作用中存在一定的瓶颈。

乌头类生物碱具有明显抗炎活性,口服乌头碱、苯甲酰乌头碱、苯甲酰中乌头碱、苯甲酰次乌头碱、均能明显对抗角叉莱胶引起的大鼠和小鼠后踝关节肿,抑制组织胺引起的皮肤渗透性增加,减少受精鸡胚浆膜囊上肉芽组织形成^[7,8]。李敏等^[9]采用不同致炎剂复制大鼠、小鼠模型,检测其毛细血管通透性、多形核白细胞百分比和炎症组织前列腺素E(PGE)、丙二醛(MDA)含量及血清超氧化物歧化酶(SOD)活性来研究松潘乌头总碱(total alkaloids of Aconitum Surgpanense Hand-Mazz,TAS)的抗炎机制。结果显示3.0,1.5 mg·kg^-1TAS对乙酸致小鼠腹腔毛细血管通透性的增加与明胶诱发的多形核白细胞游走均有明显抑制作用;2.0,1.0 mg·kg^-1TAS可使角叉莱胶致炎大鼠炎症组织中PGE、气囊灌洗液中MDA含量降低,同时提高血清SOD活性,结果表明TAS的抗炎机制与其降低毛细血管通透性、抑制多形核白细胞游走与抑制炎症介质PGE的释放和清除自由基、抑制脂质过氧化有关。其抗炎作用机制可能还与NF-κB信号通路有关,LI等^[10]研究发现从黄花乌头提取的精制多糖RG-Ⅱ型可以通过阻断NF-κB信号通路来减轻由脂多糖诱导的炎症,KMPS-2E可以明显抑制由巨噬细胞和卡拉胶性足肿胀引起的炎症,并呈剂量依赖,该研究提示KMPS-2E是一种很有前途的抗急性炎症药物。对于川乌的抗炎作用临床可用于治疗风湿性或类风湿性关节炎等慢性炎症性病变。

镇痛作用是川乌的重要药理活性之一,《普济方》中记载川乌(炮去皮、脐)治疗风寒湿痹,挛痛不能步握。可用于治疗各种疼痛,如风寒湿痹,关节疼痛,心腹冷痛,寒疝作痛及麻醉止痛。刘铭佩^[11]通过采用小鼠热板法和大鼠甩尾法测定动物的痛阀,同时检测乙酸致痛小鼠脑组织NO、MDA含量及SOD活性,研究松潘乌头总碱(TAS)的镇痛作用机制。结果表明静脉注射TAS 0.025 mg·kg^-1后能明显提高小鼠、大鼠的痛阀;TAS能使乙酸致痛小鼠脑组织NO、MDA含量明显降低,SOD活性明显增强;CaCl₂能拮抗TAS的镇痛作用,维拉帕米则使之增强,这提示TAS的镇痛作用部位可能在中枢神经系统,其作用机制可能与影响Ca²⁺内流和减少NO、MDA含量,提高SOD活性有关。乌头碱类的镇痛作用还与调节脑内和外周血液中单胺类递质含量有关^[12]。临床上川乌头生物碱常与桂枝白术甘草等配伍,用于治疗风寒湿痹,尤适合周身骨节疼痛属于寒湿偏胜者。

次乌头碱在心血管方面具有双重疗效,一方面可以保护心肌细胞,另一方面可引发心律失常。在过氧化氢(H₂O₂)诱导的大鼠心肌细胞凋亡模型中,适宜浓度的次乌头碱能够下调半胱氨酸蛋白酶(Caspase)-3和9的表达,改善心肌细胞氧化损伤和心肌细胞凋亡^[13]。而次乌头碱可上调心肌细胞内Ca²⁺水平,促进发生心律失常的易感性^[14]。心律失常的发生常伴随血压的变化,研究发现乌头属药材对血管和血压都有影响,附子能升高一氧化氮合酶(NOS)抑制型高血压模型小鼠体内NO含量,下调MDA的水平,起到降压和保护组织免受氧化损伤的作用^[15]。川乌头生物碱类可谓是具有回阳救逆的功效,临床上对于乌头碱的强心作用可用于治疗缓慢型心律失常,其扩血管作用可用于降压,但就乌头碱类的毒效两重性,在剂量使用中应注意个体化给药。

关于乌头用于治疗肿瘤的研究已有较多报道。GAO等^[16]通过四唑盐比色的方法验证了附子中的乌头碱、次乌头碱、新乌头碱等能够抑制肝癌细胞的增长,结果显示双酯型乌头碱中酯基的存在和数量对细胞毒性具有重要的影响。附子的非生物碱成分多糖下调了多聚乳糖胺表达水平,抗肝癌作用显著。另外有研究显示C₂₀型二萜生物碱对肺(A549)、前列腺(DU145)、鼻咽(KB)、耐药鼻咽(KB-VIN) 癌症细胞系均有抑制作用^[17]。通过附子生物碱与放射治疗Lewis肺癌(Lewis lung cancer,LLC)小鼠模型相结合的方法,显示附子具有放射敏化剂、调节免疫、改善放射治疗肺癌效果的作用^[18]。临床中显示采用含川乌的方剂治疗慢性肺心病,疗效显著。乌头生物碱类可用于治疗多种癌症,如肝癌、肺癌、前列腺癌等,并可提高癌症化疗效果及减缓患者治疗后的疼痛感,有望成为化疗中的辅助药物。

SHI等^[19]通过微量热法研究了生物碱对细菌生长的影响,显示乌头碱对大肠细菌的影响较小,对金黄色葡萄球菌生长有潜在的影响。从高乌头根部的提取物雷波乌头碱在 0.10‰时对金黄色葡萄球菌、蕈状芽孢杆菌和普通变形杆菌有抑菌作用^[20]。

近年来关于乌头属植物的免疫调节作用及机制研究较少,刘太华等^[21]研究乌头碱、新乌头碱对巨噬细胞RAW264.7活性、分泌肿瘤坏死因子(TNF-α)和表达钙网蛋白(CD91、CD13)的抑制作用。结果不同浓度的乌头碱、新乌头碱对巨噬细胞活性有不同程度的抑制作用,抑制巨噬细胞分泌TNF-α,浓度越大,抑制作用越强,临床中具有治疗银屑病的价值。韦祎等^[22]观察附子理中汤对免疫细胞因子的影响,结果显示与模型组比较,附子理中汤中、大剂量组胸腺指数、脾指数、IL-2、IL-6、TNF-α均升高,IL-10降低,附子理中汤对细胞免疫因子产生影响,这种影响可能改善脾阳虚大鼠免疫功能。中药川乌多与白芍、人参、甘草等配伍使用,可以提高人的免疫调节作用,制川乌与配伍白芍可增强制川乌的免疫调节,其增强免疫作用的机制可能是抑制类风湿因子和增加细胞因子来发挥作用。

LIU等^[23]通过强制游泳实验和旷场实验研究了附子生物碱的抗抑郁作用及其剂量效应关系,以强制游泳不动时间和自发运动量为考察指标,显示附子生物碱连续给药7 d能够缩短正常小鼠和卵巢摘除小鼠的强制游泳不动时间而不影响小鼠本身的自发运动量,进一步的实验表明连续给予一定量的附子生物碱后,卵巢摘除小鼠前额叶灰质和海马内脑源性神经营养因子(brain derived neurotrophic factor,BDNF)的蛋白表达水平及环磷腺苷效应元件结合蛋白(cAMP-responce element binding protein,CREB)磷酸化水平升高,提示CREB-BDNF信号通路可能介导了附子生物碱对卵巢摘除小鼠的抗抑郁作用。随着近年来对多糖药理作用的研究发现附子多糖具有改善抑郁大鼠行为学的作用,同时还可以促进神经元的再生^[24]。

乌头类生物碱的药理作用多种多样,外用可麻醉末梢神经,临床上可以作为黏膜表面麻醉。从乌头生物碱中提取的水溶性多糖具有抗氧化作用^[25],显示具有抗衰老的药理活性。乌头碱还具有抗癫痫 的作用^[26]。另外,在附子代谢的研究中,附子可升高肝细胞Na⁺-K⁺-ATP、Ca⁺-Mg⁺-ATP酶活性,促进细胞能量代谢,增加细胞的能量储备^[27]。在肾阳虚外小鼠模型中,麻黄细辛附子汤可能是通过改善糖代谢、调节视黄醇代谢、甘油磷脂代谢等多靶点,上调肺指数、胸腺指数、肾指数、睾丸指数^[28]。