乌头属Aconitum L.植物属于毛茛科（Ranunculaceae），全世界约有350种，广泛分布于北半球温带地区。中国有200多种，主要分布于西南地区^[1-2]。中药材川乌、草乌、甘青乌头、附子、关白附、雪上一枝蒿的原植物等都为该属植物，其中川乌、草乌、附子作为临床常用药物，被《中国药典》2015年版收录。乌头在蒙、藏医中均为常用药材。乌头类中药多功强效捷，尤其是在危重病症的抢救和慢性顽病痼疾、疑难病证治疗中显示出独特疗效，自古至今一直为临床广泛应用。但是，由于其含有毒性强烈的二萜类双酯型生物碱，乌头类中药毒性极大，未经炮制或炮制不当服用均可出现中毒，重者会导致死亡^[3]。因此，乌头类中药是目前临床应用广泛，且具有代表性的一类有毒中药。乌头生品中主要的毒性成分和有效成分均为二萜类生物碱，由于其治疗窗狭窄，临床使用大大受限，因使用方式不当或错误的进补方式导致的安全性事件时有发生^[4]。

乌头始载于《神农本草经》：“其汁煎之、名射周，杀禽兽”，被列为下品，其性刚烈迅捷，以后历代医家及本草著作称乌头“有毒”，用之不当，易出现严重的毒副作用。《本草纲目》中记载：“草乌头、射罔，乃至毒之药。非若川乌头、附子人所栽种，加以酿制，杀其毒性之比。自非风顽急疾，不可轻投。”可见早在几千年前，古人对乌头类中药的毒性就有明确的认识。唯有正确认识乌头毒性，用合适的方法去应用它，才能让乌头类中药安全可控的发挥其药用价值。因此对其毒性及相关机制的研究一直是乌头类中药研究的重要方向。本文通过对乌头类中药化学成分、急性毒性、毒性及其机制等研究现状进行总结，为其临床安全使用提供参考。

乌头属植物的主要化学成分是二萜类生物碱，根据其骨架碳原子数目及其类型结构上的差异，可以分为4大类：C20、C19、C18-二萜生物碱和双二萜生物碱。其中C19-二萜生物碱中的乌头碱型生物碱是目前研究最多的一类生物碱，也是最具毒性的植物成分之一^[5]。按照取代基的不同乌头碱型生物碱又可分为双酯型二萜生物碱、单酯型二萜生物碱和醇胺型二萜生物碱^[6]，三者的毒性大小顺序：双酯型＞单酯型＞醇胺型。药材中较重要、量较高且研究报道最多的3种C19-二萜生物碱为乌头碱（aconitine）、新乌头碱（mesaconitine）、次乌头碱（hypaconitine），都属于双酯型二萜生物碱。3种双酯型二萜生物碱均含有剧毒，是乌头类中药的主要毒效成分，其中乌头碱毒性最强。小鼠ig给药，三者半数致死量（LD₅₀）值分别为1.0～1.8、1.9、5.8 mg/kg^[7]。

双酯型二萜生物碱性质不稳定，遇水、加热易被水解或分解，其C-8位上的乙酰基水解或分解，失去一分子醋酸，得到相应的苯甲酰单酯型生物原碱，即苯甲酰乌头原碱（benzoylaconine）、苯甲酰新乌头原碱（benzoylmesaconine）、苯甲酰次乌头原碱（benzoylhypaconine），其毒性为双酯型二萜生物碱的1/200～1/500。再进一步水解，使C-14位上的苯甲酰基水解或分解，失去一分子苯甲酸，得到亲水性氨基醇类乌头原碱，即乌头原碱（aconine）、新乌头原碱（mesaconine）、次乌头原碱（hypaconine），其毒性仅为双酯型二萜生物碱的1/2 000～1/4 000。因此乌头类中药在炮制过程中加水、加热处理，都能促进双酯型二萜生物碱水解（图 1），使其结构发生变化，起到减毒的效果。

图 1 乌头碱的2步水解过程 Fig.1 Exampleof two-steps hydrolysis

乌头类中药生品毒性较大，误服或过量服用极易导致中毒。所含有主要成分乌头碱、次乌头碱与新乌头碱毒性极大，但同时也是其有效成分。根据乌头碱、新乌头碱和次乌头碱不同给药途径的小鼠LD₅₀值测定结果，三者急性毒性大小为乌头碱≈新乌头碱＞次乌头碱。乌头经炮制加工或煎煮过程，水解后形成的苯甲酰乌头原碱、苯甲酰新乌头原碱、苯甲酰次乌头原碱急性毒性大大降低。部分二萜类生物碱对小鼠的急性毒性实验结果^{[4, 8-9]}见表 1。

表 1(Table 1)

表 1 部分二萜类生物碱的急性毒性实验结果 Table 1 Acute toxicity tests for diterpenoid alkaloids in mice 生物碱 LD50/(mg·kg−1) po sc ip iv 乌头碱 1.0～1.8 0.27～0.31 0.22～0.31 0.10～0.12 新乌头碱 1.90 0.20～0.38 0.20～0.30 0.068～0.13 次乌头碱 5.80 1.19～1.90 0.50～1.01 0.47 苯甲酰乌头原碱 1 500 70[10] 10.10～23 苯甲酰新乌头原碱 810 230 240[10] 21 苯甲酰次乌头原碱 830 130 120[10] 23 3-乙酰乌头碱 2.11～2.89 0.58～1.0 0.71 0.47 结乌头根碱 0.35 北草乌碱 0.42 高乌甲素 6.1～11.5 刺乌头原碱 142～144 滇乌头碱 0.26 0.585 乌头原碱 117

表 1 部分二萜类生物碱的急性毒性实验结果 Table 1 Acute toxicity tests for diterpenoid alkaloids in mice

乌头类药材以雪上一枝蒿毒性最剧烈，是川乌、草乌毒性的几十倍。草乌的毒性大于川乌，附子为川乌的子根加工品，其毒性小于川乌。草乌、川乌和附子LD₅₀值^[11]分别为292.38、3 300、11 301 mg/kg。乌头类药材经炮制后急性毒性显著降低，可供内服。刘帅等^[12]进行了草乌及其炮制品的急性毒性实验研究，结果表明，生草乌LD₅₀值为700.9 mg/kg，按《中国药典》方法炮制后毒性减小，无法测出LD₅₀值，其粉末和水煎液的最大给药量分别为20和64 g/kg。各组小鼠从ig后5 min均开始出现不同程度的出汗、腹泻、口吐白沫、运动不协调、呼吸急促或呼吸困难、痉挛、僵直、大小便失禁等中毒症状，抽搐，直至死亡。解剖死亡小鼠可见肺部有不同程度水肿，胃胀、部分肠管充盈，心肌肥大，肝脏发黑。附子药用有3种规格，分别为盐附子、黑附片和白附片。柴玉爽等^[11]从毒效角度出发，比较附子3种饮片规格毒性大小，结果表明白附片和黑顺片毒性较小，其最大给药剂量均为20.52 g/kg，盐附子毒性较大，LD₅₀为11.301 g/kg；临床安全指数由大到小依次为黑顺片＞白附片＞盐附子。

张少华等^[13]以川乌与防己配伍（乌防）前后的水煎液分别ig小鼠，其中乌防1∶1组和乌防1∶2组LD₅₀明显大于川乌单煎组（P＜0.05、0.01），表明防己与川乌配伍能降低川乌的毒性。川乌与白芍配伍后，不同比例水煎液LD₅₀值均大于川乌单煎液（P＜0.01），表明川乌与白芍配伍能降低川乌的毒性^[14]。通过平行比较附子和附子配伍不同比例甘草的LD₅₀和半数中毒量（TD₅₀），结果表明，当附子甘草配伍比例为1∶1和1∶3时，附子LD₅₀和TD₅₀增大^[15]。附子配伍不同比例防风、黄芪后，附子的LD₅₀和TD₅₀也得到不同程度地提高，且减毒作用与药物的配伍比例有关^[16]。以上结果说明相杀、相畏配伍是我国古代先贤在应用有毒中药过程中实践的总结，具有一定的科学性。3种乌头经炮制或配伍后对小鼠的急性毒性实验结果见表 2。

表 2(Table 2)

表 2 炮制或配伍对3种乌头急性毒性的影响 Table 2 Acute toxicity tests for processing or compatibility of three species of Aconitum L. in mice 乌头炮制或配伍品 LD50/(mg·kg−1) po iv 草乌 生草乌粉 700.9[12]、292.38[11]、2 406[17] 制草乌粉* 20 000[12]、20 560[11] 诃子制草乌粉 1 169[12]、2 282.9[17] 草乌乙醚提取物 1.405 5[11] 制草乌乙醚提取物 2 209.97[11] 川乌[11] 生川乌粉 3 300.0 制川乌粉 10 000.0 生川乌提取物 2.845 9 制川乌提取物 46.299 2 附子[11] 盐附子粉 11 301.0 白附片粉* 20 560.0 黑顺片粉 20 560.0* 盐附子提取物 2.004 7 白附片提取物 10.723 2 黑顺片提取物 40.205 4 附子配伍[15-16] 附子单煎 17 700 附子＋甘草 (3∶1) 16 800 附子＋甘草 (1∶1) 25 400 附子＋甘草 (1∶3) ＞22 800 附子＋黄芪 (1∶3) 28 800 附子＋防风 (1∶3) 23 300 川乌配伍[13-14] 川乌单煎 163 757 川乌＋防己 (2∶1) 168 461 川乌＋防己 (1∶1) 234 153 川乌＋防己 (1∶2) 196 981 川乌＋白芍 (2∶1) 183 189 川乌＋白芍 (1∶1) 239 332 川乌＋白芍 (1∶2) 250 380 *最大给药剂量 *maximal dose

表 2 炮制或配伍对3种乌头急性毒性的影响 Table 2 Acute toxicity tests for processing or compatibility of three species of Aconitum L. in mice

乌头类中药的主要毒性来源于3种双酯型二萜生物碱，其毒性作用主要是影响中枢神经系统、心脏和肌肉组织。其中损害心脏是乌头碱中毒最重要、最多见的危险因素。现代研究表明，乌头类生物碱的毒理学机制主要包括影响电压依赖性钠离子通道、调节神经递质释放、促进脂质过氧化作用和诱导细胞凋亡等^[18]。乌头碱可使中枢神经系统及周围神经先兴奋后麻痹，阻止冲动的发生和传导，出现一系列胆碱能神经毒蕈碱（M）样症状和烟碱（N）样症状，因而使心率变慢、心律不齐、血压下降^[19]。此外乌头碱可直接作用于心肌细胞，使心室内异位起博点的兴奋性增高和产生折返激动，形成单源或多源多形室性早搏、室性心动过速、心室颤动等^[20]。乌头类中药中毒表现为唇、舌、颜面、四肢麻木及流涎、呕吐、烦躁、心慌、心率减慢或心动过速、肤冷、血压下降、早期瞳孔缩小后放大、肌肉强直、呼吸痉挛、窒息而危及生命。

乌头类中药的心脏毒性主要是由于乌头碱中毒引起。目前，通过离子通道、细胞酶学、离子信号变化、DNA损伤以及蛋白表达等方面的研究，对乌头碱的心肌细胞毒性及其作用机制研究取得了一定的进展（表 3）。心律失常是乌头碱中毒的最典型、最主要的临床表现^[20]，但其作用机制较为复杂。现代研究表明，乌头碱诱导心律失常与乌头碱破坏细胞内Ca²⁺稳态^[21]，激活内质网钙释放通道兰尼碱受体（RyR2）^[23]，抗胆碱和阻断迷走神经特征^[10]，影响K⁺、Na⁺通道^[34]、促进脂质体过氧化反应^[29]等有关。此外，乌头碱可诱导Cx43蛋白在特定位点脱磷酸化可能是其心肌细胞毒性的重要环节^[32]。乌头碱可抑制一系列呼吸酶的活性，造成心肌细胞能量代谢障碍^[25-28]，推测乌头的心脏毒性可能与心肌细胞能量代谢有关。

表 3(Table 3)

表 3 乌头类生物碱心肌细胞毒性及机制 Table 3 Cytotoxicity and mechanism of alkaloids in plants of Aconitum L. on cardiac muscle cells 生物碱 实验模型 毒性 机制 参考文献 乌头碱 心肌细胞 心律失常 破坏细胞内Ca2+稳态 21 乌头碱 新生大鼠心室肌细胞 心肌细胞毒性作用 诱导Cx43蛋白在特定位点脱磷酸化，改变细胞内Ca2＋振动模式 22 乌头碱 新生大鼠心肌细胞 心律失常 激活内质网钙释放通道兰尼碱受体（RyR2） 23 乌头碱 猫 心律失常 抗胆碱和阻断迷走神经 10 乌头碱 鼠下丘脑神经元细胞 神经元细胞去极化 24 乌头碱 大鼠 心脏毒性 抑制呼吸酶的活性——抑制心肌线粒体中细胞色素氧化酶（CCO）、乳酸脱氢酶（LDH）、琥珀酸脱氢酶（SDH）以及还原型尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸脱氢酶（NADHD）的活性 25-28 乌头碱 大鼠 心律失常 促进心肌细胞膜脂质过氧化反应 29 乌头碱 大鼠 损害心肌细胞超微结构 30 新乌头碱 大鼠 心律失常 调节钙通道活性而非hERG通道相对延长了APD90-30 31 乌头碱 新生大鼠心室肌细胞 心脏毒性 可诱发心室肌细胞缝隙连接蛋白Cx43显著脱磷酸化 32 乌头碱 新生大鼠心室肌细胞 心肌损伤 显著加剧Ca2+过载，导致心律失常，最终通过蛋白激酶的磷酸化作用促进细胞凋亡发展 33 乌头碱 豚鼠 心房颤动 可能是激活心房细胞K+通道，也可能是细胞内Na+的积累 34 乌头碱 大鼠心室肌细胞 心律失常 通过促进L-型钙通道电流、改变钠钙交换体（NCX）和心肌细胞肌浆网Ca2+-ATP酶（SERCA2a）的表达增加细胞内Ca2+，细胞内Ca2+升高导致延迟后除极 35 次乌头碱 SD乳鼠 心律失常 抑制心肌细胞钠通道失活，增强细胞内钙调控蛋白RyR2和NCX基因转录和蛋白表达增加，诱发细胞内“钙超载” 36

表 3 乌头类生物碱心肌细胞毒性及机制 Table 3 Cytotoxicity and mechanism of alkaloids in plants of Aconitum L. on cardiac muscle cells

乌头类中药及其生物碱神经毒性及其机制研究近几年也取得了一定进展（表 4）。乌头碱、次乌头碱可使离体大鼠膈肌-膈神经肌肉阻滞，其机制主要是神经复合动作电位被阻断所致^[39]。Peng等^[40]用乌头碱作用于星形间质细胞（ICC），发现细胞膜完整性受到损伤，导致细胞内Na⁺、K⁺、Ca²⁺离子溢出和Na⁺,K⁺-ATP酶失活，其主要机制可能是离子紊乱导致细胞呼吸链中断，使无氧呼吸增加和糖原大量分解，最终造成细胞的能量代谢阻塞而受到损伤。韩屾等的研究表明，乌头类中药在大鼠整体动物试验中未见神经毒性作用，但在海马神经元体外培养模型中，表现出神经毒性，这可能与血脑屏障及体内代谢有关。生川乌明显影响小鼠黏着斑（Focal adhesion）通路中的黏附素（ECM）、局部黏附激酶（FAK）和GTP结合蛋白（Cdc42）等关键基因，推测生川乌可能是通过影响小鼠Focal adhesion信号通路的关键基因而引起毒性，最终导致毒性的产生。严光焰等^[47]研究发现生川乌对小鼠的肌耐力无明显影响，但剂量为生药27.6 g/kg时，可影响小鼠记忆获得能力以及抑制小鼠的自发活动，所以生川乌对小鼠神经行为仍有不良影响。

表 4(Table 4)

表 4 乌头类中药及其生物碱神经毒性及机制研究 Table 4 Neurotoxicity and mechanism of plants in Aconitum L. and its main alkaloids 乌头类中药或其生物碱 实验模型 毒性 机制 参考文献 乌头碱 鼠孤立膈 神经肌肉阻滞 过度的突触前去极化导致神经动作电位和终板电位阻滞 37 乌头碱 大鼠 脑神经细胞凋亡 38 乌头碱、次乌头碱 离体大鼠膈肌-膈神经 神经肌肉阻滞 阻断了神经复合动作电位 39 乌头碱 星形间质细胞（ICC） 细胞膜完整性受到损伤，导致细胞内Na+、K+、Ca2+离子溢出和Na+，K+-ATP酶失活 离子紊乱导致细胞呼吸链中断，使无氧呼吸增加和糖原大量分解，最终造成细胞的能量代谢阻塞而受到损伤 40 乌头碱 新生SD大鼠大脑皮层神经元细胞 细胞突触的断裂，细胞膜碎片，线粒体肿胀，胞质空泡，核染色质的凝聚和积累 抑制Na+,K+-ATP泵活性，影响细胞内Na+、K+、Ca2＋、Mg2＋和神经递质的浓度，导致细胞的形态和功能的损伤 41 乌头碱 胎鼠 抑制中脑多巴胺能神经元细胞生长 42 生川乌、生草乌、生附子提取物 胚胎大鼠的海马神经元细胞 对体外海马神经元均具有较明显的细胞毒性，毒性强度依次为生草乌＞生川乌＞生附子 43 生川乌 昆明小鼠 明显影响小鼠黏着斑通路中的黏附素（ECM）、局部黏附激酶（FAK）和GTP结合蛋白（Cdc42）等关键基因 44 川乌 犬 脊髓运动神经元损害 45 生草乌、川乌、附子水提取液 大鼠离体海马组织 对大鼠海马神经元具有一定毒性，呈剂量效应关系，毒性强度为生草乌＞生川乌＞生附子 46 生川乌 小鼠 在27.6 g/kg剂量下可影响小鼠记忆获得能力、抑制小鼠的自发活动数 47

表 4 乌头类中药及其生物碱神经毒性及机制研究 Table 4 Neurotoxicity and mechanism of plants in Aconitum L. and its main alkaloids

乌头碱各剂量组对大鼠睾丸间质细胞均无明显毒性作用^[48]，但高剂量乌头碱（5、50 µg/mL）对大鼠睾丸支持细胞具有一定的毒性作用，可抑制大鼠睾丸支持细胞的增殖，降低其对乳酸分泌的刺激作用^[49]。张建军^[50]研究了盐附子、生川乌、生草乌及其主要毒性成分乌头碱的生殖毒性，发现在体内它们对雄性大鼠性腺无明显毒性作用；体外实验，乌头碱各剂量组（50、500、5×10³、5×10⁴ ng/mL）对Leydig细胞无明显毒性作用；仅高剂量乌头碱（5、50 µg/mL）对Sertoli细胞具有一定毒性作用。

Xiao等^[51]将大鼠胚胎在发育关键时期分离出来暴露于不同浓度的乌头碱下，发现2.5 mg/L乌头碱即可影响胚胎的生长发育，主要表现为冠臂和头部长度的减少、体节数下降、身体形态改变；当乌头碱浓度上升到5 mg/L时会引起胚胎严重畸形，包括心脏缺损（如心血管的黏连和心包腔的膨大）、体节不规则、脑畸变等。刘强强等^[52]研究乌头碱对体外培养的大鼠卵巢颗粒细胞的毒性，发现乌头碱浓度高于5 mg/L时，对雌性大鼠卵巢颗粒细胞有毒性作用，主要表现为抑制颗粒细胞的增殖及对细胞的氧化损伤作用。肖凯^[53]研究了盐附子、生川乌、生草乌及乌头碱的胚胎发育毒性及其作用机制，结果发现生草乌8.39 g生药/kg出现胎鼠身长减小、胸骨骨化数减少，显示出一定的胚胎毒性。在体外胚胎培养实验中，生草乌＞1.25 mg/mL和乌头碱＞2.5 μg/mL对大鼠胚胎具有明显胚胎毒性和致畸性。并认为生草乌和乌头碱对脏层卵黄囊（VYS）结构破坏和功能的干扰可能是其胚胎发育毒性的重要机制之一。在尚未明确乌头类中药对人体胚胎发育的影响之前，建议孕妇在妊娠期间应慎用乌头类中药，避免对胚胎发育产生毒性作用。

乌头类中药川乌、草乌、附子等为临床常用药，但由于其毒性较大，一般需炮制后方可供内服使用。乌头经蒸、煮等方法加工处理过程，所含剧毒的双酯型生物碱水解，转化成毒性较小的苯甲酰单酯型生物碱；再进一步将苯甲酰基水解，失去一分子苯甲酸，得到几乎无毒性的乌头原碱，既降低了剧毒双酯型生物碱的量，新转化的单酯型生物碱又保留了部分功效，从而达到减毒存效的目的。在炮制过程中，大量的生物碱类成分流失。乌头类中药服用方式多要求先煎久煎，进一步降低汤液中双酯型生物碱的量，保证了临床用药的安全性。乌头类中药经炮制和煎煮后毒性降低，临床使用安全范围增大。然而，由于乌头生物碱类成分即是有毒成分也是有效成分，量降低导致毒性大大减少的同时，疗效也降低^[54-55]。因此，如何保证乌头类药物临床使用的安全、有效、可控是亟待解决的问题。

对乌头类中药的毒性及其机制进行深入研究和总结，从不同的角度揭示乌头毒性机制，阐明乌头类中药毒性的现代科学内涵，可以更加有效地指导乌头的合理安全应用及进一步研究。对乌头类中药炮制配伍减毒的合理性及内在科学机制做深入探索，弄清其主要成分及水解产物的比例与毒-效之间的谱效关系^[56]，进一步阐释乌头炮制或配伍应用的“减毒存效”机制。最后，结合传统经验与HPLC、LC-MSⁿ，MIR等现代分析技术，建立更加科学合理的质量控制及评价标准，大大促进乌头类中药的现代化研究，使其更加合理科学地应用于临床，使有毒中药发挥更大的价值。