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厚朴酚与和厚朴酚的药理作用及提取合成研究进展

2018-05-03邓百万解修超王梦姣

关键词:研究

王 颖, 邓百万, 彭 浩, 解修超, 王梦姣

(陕西理工大学 生物科学与工程学院, 陕西省食药用菌工程技术研究中心, 陕西 汉中 723000)

厚朴,别名紫朴、紫油朴、温朴等,为木兰科(Magnoliaceae)、木兰属(Magnoliasp.)植物,常见为厚朴(MagnoliaofficinalisRehd. et Wils.)和凹叶厚朴(MagnoliaofficinalisRehd. et Wils. var. biloba Rehd. et Wils.)两种,如图1所示。厚朴为落叶乔木,高6~15 m;树皮厚,褐色,不开裂;小枝粗壮,淡黄色或灰黄色,幼时有绢毛;顶芽大,狭卵状圆锥形。厚朴主要分布在湖北西部、四川西南部、陕西南部及甘南;凹叶厚朴主要分布在江西、浙江、福建、安徽、湖南、广西及广东北部[1-2]。厚朴在我国药用历史悠久,其树皮、根皮、花、种子及芽皆可药用,皮能化湿导滞、行气平喘、化食消痰、祛风镇痛;花有宽中利气、开郁化湿的功效;种子能明目益气,并可治虫瘿;芽可做妇科药用[3]。

(a) 厚朴 (b) 凹叶厚朴 (c) 厚朴花图1 厚朴、凹叶厚朴及花图像

厚朴中含挥发油、生物碱、皂甙以及微量烟酸等成分,木脂素类在厚朴中含量最高,迄今已分离出厚朴酚(magnolol)、和厚朴酚(honokiol)、和厚朴新酚(obovatol)、6’-O-甲基和厚朴酚(6’-O-methylhonokiol)等20多种化合物[4],其中厚朴酚与和厚朴酚作为主要有效成分被广泛研究。现代药理试验证明,二者有抗病毒、抗肿瘤、抗菌、抗溃疡、抗痉挛、镇痛、抗炎、防龋等作用,临床上主要用作消除胸腹满、镇静中枢神经、运动员肌肉松弛、抗真菌、抗溃疡等[5-6],应用广泛,需求量大。

传统的厚朴酚与和厚朴酚提取自野生厚朴干燥的树皮、枝皮,成本高、产量低,既不利于厚朴资源保护又会造成环境破坏。本文通过对厚朴中有效成分厚朴酚与和厚朴酚的理化性质、药理作用、提取合成及临床应用进行综述,并对研究中存在的问题进行讨论,以期为厚朴资源的有效保护、厚朴酚及和厚朴酚的合理开发和综合利用提供理论依据。

1 厚朴酚及和厚朴酚的理化性质

厚朴酚(C18H18O20)(图2),别名5’,5-二烯丙基-2,2’-联苯二酚,为白色至黄褐色粉末。和厚朴酚(C18H18O20)(图3),别名3’,5-二-2-丙烯基-1,1’-联苯-2,4’-二酚,为棕褐色至白色精细粉末。厚朴酚与和厚朴酚互为同分异构体,化学性质相似,与三氯化铁甲醇溶液反应,显蓝黑色,与Millon试剂反应,现棕色沉淀,与间苯三酚盐酸溶液反应现红色沉淀。两者虽互为同分异构体,物理性质却相差较大,如厚朴酚的熔点为102 ℃,和厚朴酚的熔点却为87.5 ℃。苏德辉等[7]利用厚朴酚与和厚朴酚在同一溶剂同一温度下溶解度的差异,实验得出在60 ℃时,和厚朴酚在环己烷的溶解度是厚朴酚的5.7倍。

图2 厚朴酚结构式 图3 和厚朴酚结构式

2 厚朴酚及和厚朴酚的药理作用

2.1 抗癌作用

近年来研究表明,厚朴酚对胆囊癌[8]、皮肤癌[9]、胃癌[10]、肺癌[11]等肿瘤疾病有很好的疗效。Liu Y等[12]发现厚朴酚可通过抑制NF-kB结合活性和NF-kB/IkB通路,从而抑制乳腺癌的扩增。何胜利等[13]发现厚朴酚可联合5-氟尿嘧啶(5-fluorouracil,5-FU)通过调节人结肠癌细胞(HCT-8)中分泌型卷曲相关蛋白(SFRP-4)和β-链蛋白(β-catenin)的表达水平增加G0/G1期细胞所占比例,从而抑制人结肠癌HCT-8细胞的增殖。

和厚朴酚也是一种抗肿瘤疾病的良药,主要对乳腺癌[14]、口腔癌[15]、肺癌[16]、胃癌[17]等有良好的治疗作用。Zhang Q等[18]研究表明和厚朴酚可通过转录调控在mRNA和蛋白质水平上抑制组蛋白甲基转移酶同源序列2增强子(enhancer of zeste homolog 2,EZH2)的表达,为治疗膀胱肿瘤疾病提供一种新途径。Cheng S等[19]研究发现和厚朴酚可抑制肾癌细胞(RCC)的入侵、集落形成等转移过程,且抑制其转移能力随着和厚朴酚剂量的增加而增大,对肾细胞癌的治疗提供了可能。Hahm E等[20]研究发现和厚朴酚还可抑制前列腺癌细胞雄激素受体的活性,达到抑制癌细胞的目的。

2.2 抑菌作用

厚朴酚及和厚朴酚对格兰氏阳性菌、耐酸性菌、丝状真菌有显著的抗菌活性,对变形链球菌(Streptococcusmutans)有更加显著的抗菌作用,对葡萄球菌(staphylococcus)的抑制作用最强。Sun L等[21]通过逆转录聚合酶链反应分析与白色念珠菌(Moniliaalbican)菌丝生长和细胞粘附相关的基因,发现厚朴酚与和厚朴酚可通过抑制Ras1-cAMP-Efg1途径中RAS1、EFG1、TEC1和CDC35基因的表达水平,抑制白色念珠菌生物膜形成。实验还发现厚朴酚与和厚朴酚可延长感染白色念珠菌线虫的存活时间,降低白色念珠菌感染的发病率。Kim S等[22]发现厚朴酚与和厚朴酚可通过抑制mecA、mecI、femA和femB基因在mRNA中的表达抑制金黄色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)的活性,实验还发现厚朴酚具有恢复β-内酰胺抗生素(MRSA)和其他β-内酰胺抗金黄色葡萄球菌菌株效力的潜力,为新型联合抗生素的发展提供可能。Fang C等[23]实验发现和厚朴酚能抑制2型登革病毒(DENV-2)活性,可通过抑制NS1、NS3和dsRNA的表达来抑制DENV-2的复制,有可能成为新型抗DENV-2的化疗药物。

2.3 保护心血管

自1994年发现厚朴酚具有心血管保护功效以来,对其心血管保护机制及适宜剂量研究颇多。在中低剂量下厚朴酚具有保护心脏免受缺血/再灌注损伤[24],减少动脉粥样硬化变化[25],保护内皮细胞免于凋亡,抑制嗜中性粒细胞-内皮粘附的能力,中等浓度厚朴酚可诱导血管平滑肌细胞凋亡,高浓度厚朴酚可抑制其增殖,高浓度的厚朴酚还有消除血小板、活化血栓的功效。Chen Y等[26]发现厚朴酚可抑制体内血管细胞粘附因子的表达,并降低人体主动脉内皮细胞的黏附能力,为预防动脉粥样硬化提供理论指导。去乙酰化酶(SirT3)是一种特殊的蛋白质,可帮助衰老的血液干细胞应对衰老过程的氧化应激反应。Pillai V等[27]首次发现厚朴酚可作为SIRT3的激活剂,减少心肌细胞的增殖反应,并且可以减弱纤维细胞增殖阻止心脏纤维化。

2.4 对神经系统的作用

Alexeev M等[28]使用全细胞记录测量厚朴酚与和厚朴酚对γ-氨基丁酸A型受体(GABAA)介导的诱发性多能干细胞(IPSC)的影响,并测量它们对IPSC的振幅和衰减时间的影响,结果发现它们能显著增加IPSC频率而IPSC的幅度不受影响,IPSC频率的增加说明两种调节剂在突触前作用增加了GABA的释放,而这种突触前效应通常对于失眠和焦虑等症状有很好的疗效。傅强等[29]采用免疫组化方法检测厚朴酚对抑郁模型小鼠海马内脑源性神经营养因子(BDNF)的表达和溴脱氧尿嘧啶核苷(BrdU)掺入DNA合成的影响,发现厚朴酚可通过海马表达BDNF来促进海马神经元再生从而发挥抗抑郁作用。

2.5 抗脂肪肝形成

高脂肪的摄入(HFD)对人体有很大的负面影响,固醇调节元件结合蛋白(SREBP-1c)在肝脏脂肪变性的发展和合成中起重要作用。研究发现,厚朴酚与和厚朴酚合用(HM)可阻断肝X受体-α激动剂诱导SREBP-1c活化的路径,通过HM的共同处理阻断由HFD所引起的脂肪肝得到抑制[30]。

2.6 降血糖作用

体内研究表明,口服200 mg/kg和厚朴酚8周可显著降低糖尿病小鼠的空腹血糖[31]。经和厚朴酚处理后信号蛋白(AKT)、细胞外调节蛋白激酶(ERK1/2)以及胰岛素信号因子的磷酸化在脂肪、骨骼肌和肝组织中显著增加。同时,和厚朴酚还增强胰岛素刺激易化葡萄糖转运蛋白4(GLUT4)。另外,和厚朴酚表现出对蛋白酪氨酸磷酸酶(PTP1B)的可逆竞争抑制活性,通过靶向PTP1B改善胰岛素敏感性,从而降低血糖。

2.7 对胃肠道的作用

2.7.1 抗腹泻作用

曾红等[32]实验发现,厚朴酚与和厚朴酚均有抗腹泻作用,对大黄致腹泻小鼠小肠炭末推进,番泻叶枝致小鼠腹泻和阿托品致小鼠胃排空抑制均有明显的抑制作用,但体内实验显示两者的效能存在差异,厚朴酚作用效果高于和厚朴酚,其原因可能与厚朴酚在体内药时曲线面积较大和抑制肝脏细胞色素P450(CYP450)酶活性相关。

2.7.2 促进胃排空和肠推进

Zhang W等[33]采用常规实验方法发现厚朴酚与和厚朴酚能明显抑制用乙酰胆碱(Ach)或5-羟色胺(5-HT)处理的大鼠离体胃底条和豚鼠离体回肠段,离体的收缩后乙酰胆碱、血清素和离体回肠豚鼠乙酰胆碱、氯化钙处理的大鼠胃底条,均表现为非竞争性毒蕈碱受体拮抗剂。厚朴酚与和厚朴酚抑制乙酰胆碱诱导的钙离子的培养基和细胞外钙依赖性收缩乙酰胆碱诱导的收缩。每个组的厚朴酚与和厚朴酚的实验显著降低胃中的核素残留率及小鼠小肠推进比增加。

除所列上述药理作用以外,厚朴酚与和厚朴酚在抗龋[34]、抗癫痫[35]、镇痛[36]等方面也发挥着不可替代的作用。

3 厚朴酚及和厚朴酚的来源

3.1 植物提取

20世纪30年代,日本学者杉井善雄首次从厚朴中分离得到厚朴酚[37]。随着研究的不断深入,厚朴酚与和厚朴的分离提纯方法也不断改进。目前传统的分离纯化方法主要有水提取法、碱提酸沉法、机械化学反应法、超临界流体萃取技术、高速逆流色谱分离纯化技术、O/W型微乳法[38]等。李卫民等[39]采用超声强化超临界提取方法,在一定程度上降低了提取压力和夹带剂的用量,提取率明显上升。姜宁[40]等利用微波辅助提取厚朴酚及和厚朴酚,得到微波功率中火,体积分数50%乙醇,提取时间8 min,料液比1∶40的提取工艺,所得厚朴酚、和厚朴酚及总酚的提取率分别为91.31%、71.41%和86.53%,有望适用于工业生产的放大工艺。徐洲等[41]经响应面优化醇碱法提取厚朴总酚,在超声强度150 W、体积分数56%乙醇、碱浓度0.8%、料液比1∶36、超声时间29 min的条件下,和厚朴酚、厚朴酚及厚朴总酚得率分别为1.95、9.80、11.75 mg/g,优选出提取率高、耗能少的工艺。

3.2 化学合成

3.2.1 厚朴酚的化学合成

厚朴酚最早是由瑞典科学家H. Erdtman和J. Runebeng[42]以对烯丙基苯酚为原料,经偶联反应合成的,产率仅25%,且反应条件对产物影响大,分离提纯难度大。1958年,两人以2,2’-联苯二酚为原料,经过溴代、甲基化、偶联、去甲基化等反应,将产率提升到37%[43],但仍存在反应条件苛刻、步骤繁琐等问题。1985年,席与珪等[44]以邻甲氧基苯胺为原料,经重氮化、碘化、乌尔曼等反应合成厚朴酚,产率为44%。此方法产率虽高,但因反应条件苛刻,后处理复杂,也不能应用于工业生产。康雪峰[37]首次以廉价易得的苯甲醚为起始原料,经过氧化溴代反应、格氏及烯丙基偶合反应、去甲基反应和氧化偶联反应合成得到厚朴酚,并优化得到了一条高产率低成本的工艺路线。郑昌戈[45]选用相对廉价的对溴苯酚、氯甲基甲醚和稀丙基溴为主要原料,经过羟基保护、格式反应,生成中间产品对稀丙基苯酚;将对稀丙基苯酚溶解于溶剂中,在加入氧化催化剂及通入空气或氧气的条件下,进行氧化偶,联反应,合成得到厚朴酚,合成得到厚朴酚产品的总产率可达到50%左右。张云[46]将2,2’-联苯二酚与1-溴丁烷经Williamson反应后,利用该反应产物溴化钠在酸性条件下与溴酸钠反应生成初生态的溴作为溴源,溴代反应得到5,5’-二溴-2,2’-二丁氧基联苯;中间产物5,5’-二溴-2,2’丁氧基联苯制成Grignard试剂后与烯丙基溴反应生成5,5’-二烯丙基-2,2’-二丁氧基联苯,最后在-20 ℃下,以三溴化硼为催化剂脱去丁基保护得到厚朴酚。与已报道路线相比,反应处理简单高效,条件温和,产率由44%提高到60.2%,且产物纯度高(>98%),具有一定的前景。

3.2.2 和厚朴酚的化学合成

和厚朴酚的合成方法研究较少,大多数方法是根据和厚朴酚上基团的结构改造或者结构修饰,合成新的同和厚朴酚相类似药效的化合物[47]。Fukuyama[48]以5-溴水杨酸化合物与对羟基苯甲酸化合物为原料,通过溴代、加成等14步反应得到和厚朴酚化合物,总产率为16.1%,反应步骤复杂,产率低。胡炽文等[49]用邻碘苯酚与对碘苯酚为起始原料,经过8步反应得到和厚朴酚,产率达到23.6%,但原料及试剂价格高,经济效益很低。刘之华[50]以4-烯丙基苯甲醚及4-溴苯甲醚为起始原料,选取NiCI2(PPh3)2为交叉偶联催化剂,在4-溴-2烯丙基苯甲醚与2-溴-4-烯丙基苯甲醚反应时间12 h、摩尔比为1∶1条件下经过5步反应得到和厚朴酚,将总产率提升到31.2%。

4 厚朴酚及和厚朴酚在医药上的应用

厚朴在我国用药历史悠久,其有效成分厚朴酚与和厚朴酚应用广泛,常见有栓剂、洗剂、片剂、胶囊等。其中用于胃肠道疾病的有:丁沉透隔丸、桂朴微丸、黄芪正气胶囊、小儿磨积片、小承气汤、平胃散、藿香正气口服液、保济丸等;用于抗抑郁药物的有:半夏厚朴汤;用于调经养血的有:济坤丸;用于农药的有:复方陆朴微乳剂;娄杰等[51]制备了和厚朴酚轻丙基β-环糊精温敏原位凝胶,用于临床眼部感染和炎症等疾病的治疗,提高了制剂的滞留时间进而提高药物在眼部的生物利用度。

5 存在的主要问题与前景展望

5.1 厚朴酚与和厚朴酚的稳定性及临床应用有待深入研究

作为药用植物厚朴中的主要活性成分,厚朴酚与和厚朴酚的生物学活性被陆续发现,对其药理作用的研究已成为热点。但其结构中含有的酚羟基导致它们的化学性质极不稳定,又因其水溶性极差,给其提取、加工与保存工作带来难度,若在不影响其药理活性的前提下提高其稳定性,将是一次大的突破。沈贝莉莎等[52]采用乙醇注入法,以大豆磷脂酰胆碱、胆固醇为膜材制备厚朴酚脂质体,使其水溶性大大提高,且稳定性良好。此外,厚朴酚与和厚朴酚的广泛药理作用并未得到全面开发,临床上仍是与多种中药成分混合用药,而非对于其单体的直接利用。故只有对其单体做更深入的研究与临床试验,才能使其拥有更广泛的应用前景。

5.2 厚朴酚与和厚朴酚的药源有待创新

传统的厚朴酚与和厚朴酚来源于厚朴或凹叶厚朴的干燥干皮、根皮及枝皮,尽管有不少学者对其提取工艺及技术进行优化,仍存在耗材费力等缺陷,且对废弃残渣的处理或再利用技术的研究尚属空白。研究发现,厚朴叶中同样含有厚朴酚及和厚朴酚,只是含量较低,仅0.29%~0.36%[53]。可厚朴叶资源丰富,每年秋天的落叶和厚朴树皮质量相当,从树叶中提取厚朴酚与和厚朴酚既保护了厚朴资源又经济廉价。姚蓉[54]从一种红叶木莲中分离得到厚朴酚纯品,打破了从厚朴中提取的传统思路,提供了新来源。

1993年美国植物病理学家Strobel G等人从红豆杉中分离出代谢可产生紫杉醇的内生真菌,打开了研究微生物代谢产物的大门。微生物的发酵生产不需要特殊的技术,操作简单,可用发酵罐进行大规模生产,而且可通过培养条件的改变产生不同的生物活性物质。近些年,关于微生物代谢产生紫杉醇、喜树碱、白藜芦醇等活性物质被陆续报道。庞蕾等[55]从两个不同来源的厚朴茎中分离出45株内生真菌,经鉴定为1纲、3目、6科、16属,证实了不同来源的厚朴内生真菌的种群、数量及分布部位存在显著差异;仝保慧等[56]从来源不同的三种厚朴中分离出51株内生真菌,并对其发酵液提取物进行药理学检测,检测出13株具有抑菌活性的菌株。目前,关于内生真菌发酵产生厚朴酚及和厚朴酚依然有极大的空间可供开发利用,尤其是在抗癌、抗菌药物的开发方面所表现出来的巨大潜力已毋庸置疑,在寻找新思路、探索新方法的基础上,厚朴酚与和厚朴酚将有更为广阔的前景。

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