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 林木代謝體學暨天然藥物開發研究室
    Tree Metabonomic and Natural Medicine Development Lab.
聯絡電話:
04-22840345 ext. 338
指導教授:
 
 

研究室簡介:

        林木代謝體學暨天然藥物開發研究室成立於20048月,主持人為王升陽特聘教授,研究室及實驗室位於森林二館二樓。目前研究室已建構完成植物代謝體學核心教學實驗室、林木分子生物實驗室、細胞培養室。核磁共振光譜儀、液相層析質譜儀及氣相層析質譜分析實驗室。 

研究室簡介-海報

發展方向:

 1. 牛樟芝活性研究及代謝物解析 
    
         
牛樟芝為臺灣特有珍貴藥用真菌,我們的研究團隊針對此一重要且具高經濟價值之真菌深入探討其代謝物組成及其活性。證實了牛樟芝子實體之乙醇萃取物能有效降低因LPS誘導之小鼠體內發炎反應,並證實此一活性主要是來自於牛樟芝子實體之特有成分Antrocamphin A,並由小鼠巨噬細胞(Raw 264.7 cells)的抗發炎試驗證實Antrocamphin A可明顯的降低iNOSCOX-2NF-κB 路徑的系列蛋白及DNA的表現。在抗發炎相關的研究中,我們可以歸納出牛樟芝萃取物的抗發炎能力主要是透過抑制TNF-α激素的產生,並減少IκB的磷酸化,避免NF-κB 進入細胞核內,進而抑制更下游之iNOSCOX-2蛋白的表現降低NO-PGE-2的生成(Hsieh et al., 2010)。此外,我們亦利用固態培養牛樟芝菌絲體之乙醇萃取物,口服餵食小鼠10天後,再以酒精誘發急性肝病變,發現口服菌絲體萃取物之小鼠之肝指數GOTGPTMDA有明顯回復之趨勢,隨後以蛋白質表現分析證實此一效果是來自Nrf-2解毒基因的啟動,並利用細胞層面的實驗證實菌絲體中之一主要成分Antroquinonol為表現此活性之主要成分(Kumar et al., 2011)。申請人之研究團隊並透過所選用之13種代表性牛樟芝化合物作為指標化合物,建立了牛樟芝菇體(子實體)代謝物指紋圖譜,此成果可對牛樟芝之產品進行品質評價並作為生產時品管之依據(Lin et al., 2011)。人工培養之牛樟芝子實體於牛樟木上培養九個月即可產生與野生牛樟芝相類似之成分組成。研究團隊證實,雖然牛樟芝在不同樹種的木材上均可出菇與成長,但是所產生之化合物與培養於牛樟木上菇體所產生之成分則大不相同。透過研究團隊所建立之指紋圖譜可快速並清楚的做出區分。在牛樟芝成分之生合成方面,我們認為牛樟芝所含之「14號碳去甲基酵素( 14α-demethylase)」對樟芝特有三萜類之生成具有重要的貢獻,經由這個酵素的作用可將在菌絲體內具有的羊毛固醇(lanostane)轉變成麥角固醇(Lee et al., 2010),對於未來的研發具有重要的意義。

 
2.
木材香味成分與森林芬多精之解析及其對動物中樞神經(CNS)作用之影響研究 
   
         
為瞭解臺灣珍貴針葉樹之香味成分組成,我們的研究團隊利用了固相微萃取(Solid phase microextraction, SPME)結合氣相層析質譜分析,成功地對臺灣珍貴的針葉樹材之芳香氣味進行代謝物指紋圖譜分析(Wang et al., 2006),由我們的研究數據可知,紅檜含量較多的芳香成分為MyrtenolMyrtenal,臺灣扁柏為β-Elemene及γ-Cadinene,臺灣肖楠為p-Cymene4-Terpineol,臺灣杉為β-Cedrene及α-Cadinene,柳杉則為,3-Carenep-Cymene,我們並依據所得之揮發性成分之組成,利用主成分分析法(Principal component analysis, PCA)及相似度分析(Similarity analysis)對所選用的六種針葉樹材揮發性成分進行相似性分析,結果顯示紅檜及臺灣扁柏和香杉及臺灣杉是彼此之間較為相似。就代謝物的角度而言,柳杉似乎與柏木科的肖楠相為親近,而與杉科木材包括臺灣杉與柳杉相距較遠。目前對於植物精油成分之研究已累積了相當的成果,但對於直接分析自樹木散發於大氣中之芬多精的研究則相對較少。為瞭解森林中林木散發出之揮發性氣體組成,我們首先針對柳杉人工林之揮發性氣體進行分析,結果共分析出26種成分,其中之α-Pinene (19.35%)、β-Myrcene (16.98%)以及Limonene (15.21%)含量最高。其它尚含有γ-Muurolene (7.48%)Cedrol (5.48%)Sabinene (4.65%)Longifolene (3.48%)Bornyl acetate (2.59%)(Chen et al., 2009)。另一方面,樹木的揮發性成分已被廣泛的利用在醫療、保健食品、化妝品、或是殺蟲劑等等,過去幾年已針對臺灣特產之林木精油開發成居家用品進行研究,證實紅檜精油具抗真菌活性(Wang et al., 2005)、衣魚忌避活性與殺蚊子幼蟲活性(Kuo et al., 2007);柳杉精油具衣魚忌避與毒殺活性(Wang et al., 2006)等。最近,我們更利用動物自動軌跡追蹤數位視訊系統分析小鼠之中樞神經系統在柳杉(臺灣重要的造林樹種)葉部精油作用後所產生之影響。首先,小鼠在餵食精油後,我們利用戊巴比妥(Pentobarbitone)誘導小鼠進入睡眠,結果發現柳杉葉部精油具有顯著的增加小鼠睡眠的作用。接著,我們利用高腳十字迷宮評估柳杉精油對小鼠抗焦慮之影響,高腳十字迷宮試驗被廣泛用來評估藥物對囓齒類動物的抗焦慮行為。試驗結果顯示,口服柳杉葉部精油以及其主成分d-Limonene可明顯增加小鼠進入開放區域的比例、進入開放區域的時間。換言之,柳杉葉部精油與其主成分d-Limonene具有明顯的降低小鼠在高腳十字迷宮狀態下所產生的焦慮行為。此外,我們並利用冰醋酸扭體試驗來評估柳杉葉部精油物對小鼠鎮痛之影響,結果亦獲得正面的結果,口服處理低劑量之柳杉葉部精油及可明顯降低扭體次數;同時,在口服處理d-Limonene時,同樣具有顯著的降低扭體次數。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(9 g/kg),對小鼠亦無毒性反應產生。由此可知,柳杉葉部精油以及其主成分d-Lomonene,對中樞神經系統有相當之影響,其具有安眠、抗焦慮以及鎮痛的功能 (Chen et al., 2009)。另外,山胡椒為台灣原生植物屬樟科小喬木,全株具有芳香氣味,味道類似胡椒與薑的綜合,在泰雅族語中稱為「馬告」,為原住民傳統調味食品。而在台灣的原住民中,賽夏族與泰雅族常將其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,亦有祛風濕、消腫、解毒、止痛之效。我們利用了氣相層析質譜儀分析了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(d-Lemonene),續利用數種動物行為模型來評估山胡椒葉部精油對小鼠中樞神經系統的作用與影響。結果發現山胡椒葉部精油具有明顯的延長小鼠之睡眠時間、減少強迫游泳試驗所產生的不動時間;在高腳十字迷宮試驗中也顯示出山胡椒果實揮發性成分具有抗焦慮的功用;研究結果並顯示山胡椒果時精油具有有鎮痛之效果(Chen et al., 2012),若能善加利用將對森林資源的利用有著重大的貢獻。

3.
具活性林木成分之篩選及其作用機制探討 

         
樟科植物為組成台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(Ethnobotany)學中扮演了重要的角色,過去幾年間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,並對其生物活性進行探索(Lin et al., 2007a)。申請人自活性篩選結果中具細胞毒性之天臺烏藥(Lidera aggregata)葉子中分離出一新的化合物,並將其命名為Secoaggregatalactone-A (SAL-A),並證實SAL-A主要是經由粒線體路徑(mitochondrial pathway)來誘導人類肝腫瘤細胞細胞凋亡,進而抑制肝腫瘤細胞之生長(Lin et al., 2007b)。在對來自台灣森林植物之代謝物的抗癌活性研究方面,申請人的研究團隊,最近亦自食用土當歸(Aralia cordata)之葉子中得到一個多炔類新化合物araliadiol,經光學活性衍生物的合成及光譜分析後,決定其絕對結構為3(S),8(R)-pentadeca-1,9(Z)-diene- 4,6-diyne-3,8-diolMCF-7細胞經Araliadiol處理後其細胞生長周期被抑制在G1期,MCG-7之網膜細胞瘤調控蛋白(retinoblastoma proteinRb)之磷酸化會被抑制,伴隨著降解細胞周期素D3(Cyclin-D3)和週期素依賴性激酶(4 cyclin-dependent kinase 4cdk4)以及增加p21WAF
1/Cip1蛋白的表現(Cheng et al., 2011 ) 

         
我們亦證實同是臺灣特有之樟科樹種,土肉桂(Cinnmomum osmophleum) 葉子精油具有極佳的抗真菌活性(Wang et al., 2005)。最近的研究成果更發現,土肉桂所含肉桂醛具有極強之抑制黃嘌呤氧化酵素的活性(IC50 = 8.4 μg/mL),申請人並利用氧酸鉀(Oxonate)誘發小鼠高尿酸之動物模型,評估肉桂醛於動物體內是否也可有效降低血液中之尿酸,同時利用臨床用藥—別嘌呤醇作為控制組,比較肉桂醛於動物體內之活性,結果亦顯示小鼠未經氧酸鉀處理,其血液中之尿酸濃度為1.73 ± 0.27 mg/dL,經氧酸鉀處理後3小時,其體內尿酸濃度提高了2.03倍,由1.73 ± 0.27 mg/dL增加至5.25 ± 0.03 mg/dL,而餵食肉桂醛(150 mg/kg)之小鼠血液中的尿酸值則迅速降低了84.48%,即由5.25 ± 0.63 mg/dL降低至2.10 ± 0.04 mg/dL;同時,餵食別嘌呤醇(10 mg/dL)之小鼠亦降低至 1.84 ± 0.13mg/dL。由以上的研究結果發現,肉桂醛可有效降低動物體內之尿酸濃度,土肉桂的確具有發展成抗結石或降尿酸保健產品之潛力(Wang et al., 2007)。同樣於降尿酸活性的研究,我們亦證實忍冬科之裡白忍冬(Lonicera hypoglauca)葉子乙醇萃取物在體外實驗中,表現出顯著的抑制黃嘌呤氧化酵素活性,而在氧酸鉀誘導型高尿酸血症小鼠模式中,亦可以有效降低血清中尿酸含量。同時依活性為導向的分離策略,自乙醇萃取物中分離獲得了一新的雙黃酮結構的化合物,將其命名為LoniceraflavoneLoniceraflavone對於黃嘌呤氧化酶活性之IC500.85 μg/mL。由以上的結果可以推論裡白忍冬的乙醇抽出物和化合物Loniceraflavone在製成抗高尿酸血症藥劑上具有很好的潛力,值得進一步的發展和研究(Chien et al., 2009)。而申請人對於土肉桂之研究工作亦持續進行,將土肉桂葉子熱水抽出物以口服的方式給予倉鼠服用,經過持續餵食低劑量的土肉桂葉子熱水抽出物(100 mg Kg-1, bw) 510週後的倉鼠與只餵食高油脂飲食(0.2%膽固醇)的倉鼠相比,可分別降低血清中的總膽固醇及三酸甘油酯(12.63%34.25%33.88%36.88%),在經過10週同劑量(100 mg Kg-1, bw)的餵食後,低密度脂蛋白膽固醇的指數方面也有明顯減少的情況(27.77%);在毒理安全性評估方面,在高劑量(2 g Kg-1, bw)的劑量下,血清、血球檢測及腎及肝臟的臟器變化方面,都沒有明顯的毒理情形,根據這些分析可以推論在高劑量(2 g Kg-1, bw)的劑量下,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(100 mg Kg-1, )時,就具有很好的降低血清脂質的功效。經過分離及一系列光譜技術鑑定後,得知kaempferol-O-β-D-apiofuranosyl-(12)-α-L-arabinofuranosyl-7-O-α-L-rhamnopyra-noside (1) kaempferitrin (2) 為土肉桂葉子的熱水抽出物中所含的主要成分,其含量分別為7.56%9.95%Lin et al., 2011)。 

        
尋找抗發炎天然物為我們研究室過去幾年中重要的研究課題之一,我們已建立了細胞與動物模型來研究化合物之抗發炎機制。在揮發性成分方面,我們發現山肉桂(Cinnamomum insularimontanum)果實精油及其主要成分具有顯箸的抗發炎活性,其果實精油在18.68μg/mL可達到半抑制濃度,而實驗結果證明,其中之成分Citral具有極佳的抗發炎活性,於 13.18 μg/mL的濃度下即可在脂蛋白誘導巨噬細胞產生一氧化氮自由基(NO)的模型中,抑制半數NO的生成,進一步經由蛋白表現證明,CitralLPS誘導的iNOS蛋白(130 kDa)具有抑制效果;另外,在利用巴豆油(Croton oil)誘導小鼠耳朵發炎的試驗中,Citral在劑量為0.10.3mg/ear時,鼠耳發炎分別減少了22%和83%,結果顯示出山肉桂果實精油及Citral非常值得進一步研究及開發(Lin et al., 2008)。紅檜為臺灣重要的針葉樹種,我們亦自其心材甲醇萃取物中依生物活性為導向的分離策略,分離出6個具抗發炎活性之化合物,包括Vanillin, 4-Hydroxybenzaldehyde, trans-Hinokiresinol, Taiwanin E, 4α-Hydroxyeudesm-11-en-12-al, Savinin,並利用RT-PCRWestern bolt analysis證明Vanillin, trans-Hinokiresinol, 4α-Hydroxyeudesm-11-en-12-al三個化合物可抑制iNOS之基因表現以及其在細胞內的蛋白表現(Hsieh et al., 2007)Lucidone則是分離自紅果釣樟(Lindera erythrocarpa Makino)之抗發炎成分,我們證實Lucidone對於脂多醣類(LPS)誘導一氧化氮(NO)及前列腺素E2 (PGE2) 生成具有很強的抑制作用。此外,Lucidone也顯著的降低腫瘤壞死因子(TNF-α)蛋白之釋出。另外,誘導型一氧化氮合成脢(iNOS)與環氧酵素-2(COX-2)的蛋白及mRNA表現也會依Lucidone劑量的增加而被抑制。Lucidone同時也抑制了核轉錄因子(NF-κB)的轉移,此現象是與I-κB的降解之阻斷是有關聯的,進而降低了細胞核內的p65/p50蛋白量。並且經由降低NF-κB結合於順向作用的DNA片段(Cis-acting element),進而抑制NF-κB的活性。此外在動物實驗中,Lucidone也顯著的抑制LPS刺激誘導的CD-1小鼠體內NOTNF-α生成。另一方面,我們亦發現Lucidone會同時阻斷p38 MAPKc-JNK蛋白磷酸化,但對ERK1/2蛋白沒有影響。並且顯著抑制LPS誘導經磷酸化p38 MAPK/c-JNK轉移至細胞核內活化轉錄調控因子(ATF-2)促使激活蛋白(AP-1)DNA結合活性。綜合上述結果,Lucidone在體內及體外之抗發炎性質上可能是起因於NF-κBAP-1結合活性的下降調節,而抑制iNOSCOX-2蛋白之表現。因此我們可以了解到Lucidone會抑制核轉錄因子(NF-κB)及裂原活化蛋白激酶(MAPKs)兩訊息途徑(Wang et al., 2008Senthil Kumar and Wang, 2009),同樣的活性亦利用了動物模式予以證實(Senthil Kumar and Wang, 2010), 因此Lucidone為一具有潛力作為抗發炎之前導藥物。除此之外,關於Lucidone的活性開發,計畫主持人並進一步地證明Lucidone對酪胺酸酶活性具有很強的抑制效能,進一步以α-MSH誘導B16黑色素瘤細胞(Melanoma cells)之細胞模式來確認及評估Lucidone對於酪胺酸酶活性之影響。結果顯示,Lucidone可顯著抑制酪胺酸酶活性且導致B16黑色素瘤細胞中黑色素含量的降低。並由蛋白質活性表現之分析證實細胞內之酪胺酸酶及MITF (Microphthalmia-associated Transcription Factor)等蛋白表現會隨著Lucidone劑量之增加而降低,並經由定量即時RT-PCR確認Lucidone對酪胺酸酶mRNA表現也同樣具有顯著的抑制現象。本研究也同時評估LucidoneERK訊息路徑的影響,然而,LucidoneERK活化誘導上並沒有顯著的作用。因此,本研究證實Lucidone之抗黑色素生成活性很可能是起因於酪胺酸酶活性與酪胺酸酶及MITF蛋白表現的抑制(Senthil Kumar et al., 2011)。最近申請人又從臺灣特有普來氏月桃(Alpinia pricei)中分離出數個Chalcone骨架的黃酮類化合物,包括Alpinetinchalcone, Flavokawain B , 2',4',6'-TrimethoxychalconePinostrobinchalcone等,並利用細胞及動物試驗證實了這些化合物的抗發炎活性與作用機制(Lin et al., 2009)

 

進行中研究計畫:


國科會


臺灣紅檜木材形成及其抽出成分生成機制之功能型基因體研究(3/3)
台灣原生木本香料植物之保健功能探索及種源保存(2/3)(國家型計畫)

紅檜萜類化合物生合成酵素基因之選殖、功能定性及其與環境逆境交互作用之研究(傑出學者養成計畫)

農委會


臺灣本土樹種特殊成分之開發與永續應用及其生合成基因之歧異度分析
土肉桂降尿酸活性及抑制脂肪分解酵素活性評估

柳杉林芬多精成分解析及其精油作用於動物行為之影響

奧萬大國家森林遊樂區森林資源永續利用推廣教育計畫(1/3)

 

主要設備:

400 MHz 核磁共振光譜儀

液相層析質譜儀
氣相層析質譜儀
高效能液相層析儀
動物軌跡分析儀
盤式酵素免疫分析儀
照膠顯相系統

梯度PCR
超低溫冷凍櫃
低溫高速離心機
走入式抽氣櫃
無菌操作台
二氧化碳細胞培養箱

分光光度計
程式控制植物生長箱
生物反應器

研究室成員:

研究助理:賴建興、Gokila Vani(瑪妮)、吳慧容、林俐吟。

就讀中研究生

博士班研究生:陳啟榮、莊閔傑、曹乃文。

碩士班研究生:林晏綺、王思涵。

大學部專題生:王雅昀、劉彥廷、羅傑文、吳宜臻、江萬栓、蔡伯恆、陳培瑜、徐采罄。

 
畢業成員:

          博士班                             

                      2013  謝瑀心 (中研院國際研究生院)

                      2012  郭佩旻。

                      2010  Senthil Kumar

                      2009  林建宗。

          碩士班

                      2013  許惟甯。

                      2011  謝翰文、蕭浚宏、林庭宇。

                      2009  王雅欣。

                      2008  鄭崴文。

                      2007  林彥均、楊鎮瑋。

                      2006  賴婉綺。

                      2005  郭佩旻。

 

 

 
 
 
         
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