Nhân sâm Mỹ (Panax quinquefolius L.)

Cây thảo hoặc cây nhiều năm, cao 20-50 cm. Thân rễ hình thoi. Lá kép chân vịt, gốc cuống lá có phần phụ dạng lá kèm hình mác; lá chét thuôn trứng ngược, 8-14 × (2-) 2.5-8 cm, dạng màng, có lông cứng rải rác ở gân lá hoặc nhẵn về phía gân chính, mép có răng cưa hoặc răng tù, chót lá nhọn mũi. Cụm hoa đơn độc, ở ngọn, hình tán với 6-20 hoa; cuống cụm hoa ngắn hơn cuống lá. Bầu hai lá noãn; vòi nhụy 2. Quả đỏ sáng, đường kính khoảng 1,2 cm. Bộ nhiễm săc 2n=48 (Xiang and Lowry 2007).

Hình 1. Nhân sâm Mỹ (Panax quinquefolius L.) – Nguồn: American Medical Botany

2. Lịch sử phát hiện

So với hàng ngàn năm sử dụng và khai thác của Nhân sâm Châu Á (Panax ginseng Mayer), sâm Mỹ (Panax quinquefolius L.) chỉ mới được phát hiện và thương mại hóa khoảng 300 năm trở lại đây. Theo quan niệm của các thầy thuốc Trung Quốc thì Sâm Mỹ mang tính âm, giúp làm sạch tính dương trong cơ thể và làm mát cơ thể, trong khi đó Nhân sâm Châu Á mang tính dương, giúp cải thiện tuần hoàn, tăng lượng máu, giúp bồi bổ cơ thể sau khi ốm và kích thích hoạt động cơ thể. Các nghiên cứu về Sâm Mỹ cũng khá khiêm tốn khi so sánh với Sâm châu Á (Yuan, Wei et al. 2004) tuy vậy đã có những kết quả đầy hứa hẹn trong những năm gần đây (Jin, Hofseth et al. 2010; Li, Wang et al. 2010).

Câu chuyện về Sâm Mỹ được bắt đầu vào năm 1709, một nhà truyền giáo người Pháp thuộc dòng Jesuit – Cha Jartoux – đã ghi nhận về sâm củ ở Trung Quốc và biên thư cho cha Lafitau ở St Louise, Canada (gần Montreal) mô tả chính xác sự hiện diện của nó. Cha Lafitau đọc thư vào năm 1714 và trong một ngày tình cờ, ông nhận thấy những cây sâm mọc ở gần khu vực ngôi nhà mới của mình. Lượng sâm hoang không đủ cho nhu cầu do vậy những thử nghiệm trồng trọt nó được tiến hành vào năm 1878 ở vườn thực vật tại Jamaica. Tuy nhiên những thử nghiệm này đã không thành công cho đến khi một thợ thiếc đã nghỉ hưu là George Stanton cho nông dân trồng thành công ở Fabius, New York. Câu chuyện của ông được đăng tải trên một tờ báo ở New York vào năm 1897, nhấn mạnh vai trò của bóng râm trong việc trồng thành công nhân sâm, kỹ thuật này thực tế đã được tiến hành ở Hàn Quốc từ nhiều thế kỷ (Yun 2001). Ngày nay, Nhân sâm Mỹ đã được trồng rộng rãi ở Canada, Mỹ, Trung Quốc, New Zealand và Australia.

3. Những khác biệt giữa Sâm Mỹ và Sâm Châu Á

Về mặt hình thái học, vài đặc điểm dễ nhận thấy để phân biệt hai loài này là:

– Sâm Châu Á có cuống cụm hoa hoa dài hơn cuống lá; lá chét có lông thưa đều ở gân; mép có răng nhỏ dày đặc.

– Sâm Châu Mỹ có cuống cụm hoa ngắn hơn cuống lá; lá chét có lông cứng lưa thưa ở gân hoặc nhẵn, mép lá có răng to hoặc răng nhỏ lộn xộn.

Về mặt hoạt chất, cả hai loài cùng chứa các thành phần cơ bản là ginsenosides, polysaccharides, peptides, rượu polyacetylenic và acid béo (Attele, Wu et al. 1999; Jia and Zhao 2009) trong đó các ginsenosides (thuộc họ steroids có tên là steroidal saponins, hay cũng được gọi là saponin nhân sâm) là hoạt chất chính (Attele, Wu et al. 1999; Fuzzati 2004; Wang, Wang et al. 2005). Tuy nhiên khi so sánh hàm lượng và thành phần các ginsenosides chính giữa hai loài bằng kỹ thuật HPLC hoặc TLC cho thấy có sự khác biệt. Cụ thể, hàm lượng Rb1 là 0.85%, Re là 0.38%, Rc là 0.58%, Rd là 0.42%, Rb2 là 0.41%, Rg1 là 0.32% và Re là 0.38% ở sâm Châu Á, trong khi đó hàm lượng tương ứng ở Sâm Mỹ là 3.22%, 1.07%, 0.39%, 0.66%, 0.05%, 0.2% và 1.07% (Li and Fitzloff 2002). Thêm vào đó, sự hiện diện của 24(R)-pseudo-ginsenoside F11 ở sâm Mỹ hay ginsenoside Rf ở sâm Châu Á cũng là đặc điểm phân biệt đặc trưng giữa hai loài (Chan, But et al. 2000). Trong hầu hết trường hợp, tỷ lệ Rg1/Rb1 và Rb2/Rb1 nhỏ hơn 0.4 cho thấy mẫu vật là sâm Mỹ, nếu cao hơn thì là sâm Châu Á (Fuzzati 2004), ngoại trừ một trường hợp hiếm hoi đối với sâm Mỹ hoang có tỷ lệ Rg1/Rb1 cao hơn 0,4 (Schlag and McIntosh 2006).

4. Đa dạng về cấu trúc của các ginsenosides trong Nhân sâm Mỹ và quá trình chuyển hóa chúng

Từ các bộ phận khác nhau của sâm Mỹ (rễ, lá, hoa, quả, …) nhiều loại saponin được phân lập và cấu trúc của chúng vẫn tiếp tục được khám phá. Hàm lượng và thành phần saponin là khác nhau phụ thuộc vào bộ phận sử dụng và độ tuổi cây. Trong cùng một cây, lượng saponin giảm theo trình tự lá, rễ con, gốc, rễ củ, thân.

Hầu hết các ginsenosides có cấu trúc dammarane triterpenoid với bộ khung gồm 4 vòng steroid cố định, sự khác biệt giữa các saponin thể hiện bởi loại, số lượng, vị trí liên kết của các phân tử đường (Yoshikawa, Murakami et al. 1998; Attele, Wu et al. 1999; Nakamura, Sugimoto et al. 2007; Zhang, Wang et al. 2008; Chen, Zhao et al. 2009; Jia and Zhao 2009; Qu, Bai et al. 2009; Qi, Wang et al. 2010), cũng như cấu trúc lập thể và sự thay đổi mặt phẳng chuỗi kéo dài ở vị trí C 20 (Qi, Wang et al. 2010). Các ginsenosides chiết xuất từ sâm Mỹ có thể được phân thành nhiều nhóm gồm: nhóm protopanaxadiol (PPD), nhóm protopanaxatriol (PPT), nhóm ocotillol, nhóm oleanane v.v. PPD and PPT là các nhóm chính, các nhóm khác chiếm hàm lượng thấp hoặc rất hiếm (Wang, Wang et al. 2005; Qu, Bai et al. 2009).

Mặc dù sâm Mỹ có tới hơn 60 loại saponin khác nhau (Wang, Zhao et al. 2007; Qi, Wang et al. 2011) nhưng 70% tổng lượng lại tập trung vào 6 saponin chính là Rb1, Re, Rd, Rc, Rg1 and Rb3 (Lim, Mudge et al. 2005; Wang, Wang et al. 2005; Schlag and McIntosh 2006; Qi, Wang et al. 2010). Quá trình chế biến sẽ chuyển hóa các saponin này thành các loại saponin phân cực có phân tử lượng bé hơn như Rg2, Rg3, Rk3, Rh4, Rk1 and Rg5 bằng cách loại bỏ các phân tử đường ở C-20, at C-6 or C-3 và làm mất nước ở chuỗi C-20, các sản phẩm này được cho là hiệu quả hơn trong điều trị viêm và ung thư (Wang, Zhang et al. 2006).

Thông thường nhân sâm đươc sử dụng qua đường miệng, tuy nhiên chỉ dưới 5% lượng ginsenoside (saponin) là khả dụng qua đường tiêu hóa (Cui, Bjorkhem et al. 1997; Hasegawa 2004). Thời gian bán hủy của các ginsenoside trong cơ thể thường không quá 24 giờ (Tawab, Bahr et al. 2003; Hasegawa 2004). Một lượng nhỏ khoảng 0.2%-1.2% các ginsenosides có thể bị đào thải qua nước tiểu (Cui, Bjorkhem et al. 1997). Các saponin được chuyển hóa trong hệ tiêu hóa bởi các enzyme và vi khuẩn đường ruột và sản phẩm của chúng được hấp phụ vào hệ tuần hoàn (Tawab, Bahr et al. 2003; Hasegawa 2004; Shin, Bae et al. 2006). Phản ứng loại bỏ đường do vi khuẩn đường ruột tạo ra một số loại ginsenosides mới. Cụ thể, ginsenosides nhóm PPD (RB1, Rb2, Rc và Rd) chuyển hóa thành hợp chất K (C-K) và sau đó thay đổi thành các PPD-aglycone. Rg3 và Rg5 chuyển hóa thành Rh2 và Rh3 tương ứng. Ginsenosides Rg1 và Re (Nhóm PPT) chủ yếu chuyển hóa thành Rh1 và F1 tiếp đó là các PPT-aglycone (hình 3) (Tawab, Bahr et al. 2003; Hasegawa 2004; Shin, Bae et al. 2006). Mặc dù C-K chủ yếu bị đào thải cùng dịch mật, một số có thể được esteril hóa với axit béo ở C-3 của aglycone hoặc ở C’-6 của glucose trong gan. C-K este hóa (EM1) không bị bài tiết trong ruột non và do đó, nó được tích lũy trong gan lâu hơn C-K. Ngược lại, hầu hết Aglycone được este hóa với axit béo và tích lũy trong các mô gan và phổi tiếp đó quá trình bài tiết Aglycone este hóa (EM4) cùng dịch mật (Hasegawa 2004).

Hình 2. Cấu trúc cơ bản của các kiểu saponin chiết xuất từ sâm Mỹ. Các saponin chính gồm nhóm protopanaxadiol (PPD) và nhóm protopanaxatriol (PPT). Các saponin thứ yếu gồm nhóm ocotillol, nhóm oleanane và các nhóm khác những thay đổi ở chuỗi C 20. Các nhóm có sự thay đổi ở chuỗi C 20 có thể được phân chia tiếp: e.g. quinquenoside-L1; e.g. quinquefoloside-L2; e.g. quinquenoside-L3; e.g. quinquefoloside-L9; e.g. majoroside-F1; e.g. notoginsenoside-C; e.g. notoginsenoside-K; e.g. quinquefoloside -La; and e.g. ginsenoside III. (Qi, L.W. et al., 2010).

Hình 3. Giả định con đường trao đổi chất của ginsenosides trong cơ thể sau khi uống.

Ginsenosides được chuyển hóa thành C-K (M1) hoặc Aglycone (M4) bởi vi khuẩn đường ruột sau đó được hấp thu vào máu hoặc hệ bạch huyết mạc treo. (nguồn Hideo Hasegawa, 2004).

Tài liệu tham khảo

Attele, A. S., J. A. Wu, et al. (1999). “Ginseng pharmacology: Multiple constituents and multiple actions.” Biochemical Pharmacology 58(11): 1685-1693.

Attele, A. S., J. A. Wu, et al. (1999). “Ginseng pharmacology – Multiple constituents and multiple actions.” Biochemical Pharmacology 58(11): 1685-1693.

Chan, T. W. D., P. P. H. But, et al. (2000). “Differentiation and authentication of Panax ginseng, Panax quinquefolius, and ginseng products by using HPLC/MS.” Analytical Chemistry 72(6): 1281-1287.

Chen, J., R. Zhao, et al. (2009). “Three new triterpenoid saponins from the leaves and stems of Panax quinquefolium.” Journal of Asian Natural Products Research 11(3): 195-201.

Cui, J. F., I. Bjorkhem, et al. (1997). “Gas chromatographic-mass spectrometric determination of 20(S)-protopanaxadiol and 20(S)-protopanaxatriol for study on human urinary excretion of ginsenosides after ingestion of ginseng preparations.” Journal of Chromatography B 689(2): 349-355.

Fuzzati, N. (2004). “Analysis methods of ginsenosides.” Journal of Chromatography B-Analytical Technologies in the Biomedical and Life Sciences 812(1-2): 119-133.

Hasegawa, H. (2004). “Proof of the mysterious efficacy of ginseng: Basic and clinical trials: Metabolic activation of ginsenoside: Deglycosylation by intestinal bacteria and esterification with fatty acid.” Journal of Pharmacological Sciences 95(2): 153-157.

Jia, L. and Y. Q. Zhao (2009). “Current Evaluation of the Millennium Phytomedicine-Ginseng (I): Etymology, Pharmacognosy, Phytochemistry, Market and Regulations.” Current Medicinal Chemistry 16(19): 2475-2484.

Jin, Y., A. B. Hofseth, et al. (2010). “American Ginseng Suppresses Colitis through p53-Mediated Apoptosis of Inflammatory Cells.” Cancer Prevention Research 3(3): 339-347.

Li, B. H., C. Z. Wang, et al. (2010). “Antioxidants potentiate American ginseng-induced killing of colorectal cancer cells.” Cancer Letters 289(1): 62-70.

Li, W. K. and J. F. Fitzloff (2002). “HPLC analysis of ginsenosides in the roots of Asian ginseng (Panax ginseng) and North American ginseng (Panax quinquefolius) with in-line photodiode array and evaporative light scattering detection.” Journal of Liquid Chromatography & Related Technologies 25(1): 29-41.

Lim, W., K. W. Mudge, et al. (2005). “Effects of population, age, and cultivation methods on ginsenoside content of wild American ginseng (Panax quinquefolium).” Journal of Agricultural and Food Chemistry 53(22): 8498-8505.

Nakamura, S., S. Sugimoto, et al. (2007). “Medicinal flowers. XVII. New dammarane-type triterpene glycosides from flower buds of American ginseng, Panax quinquefolium L.” Chemical & Pharmaceutical Bulletin 55(9): 1342-1348.

Qi, L.-W., C.-Z. Wang, et al. (2011). “Ginsenosides from American ginseng: Chemical and pharmacological diversity.” Phytochemistry 72(8): 689-699.

Qi, L. W., C. Z. Wang, et al. (2010). “American ginseng: Potential structure-function relationship in cancer chemoprevention.” Biochemical Pharmacology 80(7): 947-954.

Qu, C. L., Y. P. Bai, et al. (2009). “Study on ginsenosides in different parts and ages of Panax quinquefolius L.” Food Chemistry 115(1): 340-346.

Schlag, E. M. and M. S. McIntosh (2006). “Ginsenoside content and variation among and within American ginseng (Panax quinquefolius L.) populations.” Phytochemistry 67(14): 1510-1519.

Shin, Y. W., E. A. Bae, et al. (2006). “Metabolism of ginsenoside Rg5, a main constituent isolated from red ginseng, by human intestinal microflora and their antiallergic effect.” Journal of Microbiology and Biotechnology16(11): 1791-1798.

Tawab, M. A., U. Bahr, et al. (2003). “Degradation of ginsenosides in humans after oral administration.” Drug Metabolism and Disposition 31(8): 1065-1071.

Wang, A. B., C. Z. Wang, et al. (2005). “Determination of major ginsenosides in Panax quinquefolius (American ginseng) using, high-performance liquid chromatography.” Phytochemical Analysis 16(4): 272-277.

Wang, C. Z., B. Zhang, et al. (2006). “Steamed American ginseng berry: Ginsenoside analyses and anticancer activities.” Journal of Agricultural and Food Chemistry 54(26): 9936-9942.

Wang, W., Y. Q. Zhao, et al. (2007). “In vitro anti-cancer activity and structure-activity relationships of natural products isolated from fruits of Panax ginseng.” Cancer Chemotherapy and Pharmacology 59(5): 589-601.

Xiang, Q. and P. P. Lowry (2007). “Araliaceae.” Flora of China 13: 489-491.

Yoshikawa, M., T. Murakami, et al. (1998). “Bioactive saponins and glycosides. XI. Structures of new dammarane-type triterpene oligoglycosides, quinquenosides I, II, III, IV, and V, from American ginseng, the roots of Panax quinquefolium L.” Chemical & Pharmaceutical Bulletin 46(4): 647-654.

Yuan, C. S., G. Wei, et al. (2004). “Brief communication: American ginseng reduces warfarin’s effect in healthy patients – A randomized, controlled trial.” Annals of Internal Medicine 141(1): 23-27.

Yun, T.-K. (2001). “Brief Introduction of Panax ginseng C.A. Meyer.” J Korean Med Sci 16: 3-5.

Zhang, K., X. Wang, et al. (2008). “Determination of Seven Major Ginsenosides in Different Parts of Panax quinquefolius L.(American Ginseng) with Different Ages.” Chemical Research in Chinese Universities 24(6): 707-711.