蘆薈苷及其水解產(chǎn)物蘆薈大黃素的研究進展

張小妮，陳由強，陳建楠

福建師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，福建 福州 350100

蘆薈是百合科的民間草藥，種類繁多，主要分布在熱帶、亞熱帶地區(qū)，屬多年生常綠草本植物。蘆薈中含有20多種蒽醌化合物，包括蘆薈苷、蘆薈大黃素、大黃素甲醚和大黃酸等[1]，其中最重要的就是存在于蘆薈葉片內(nèi)表皮層中的蘆薈苷和蘆薈大黃素，被普遍用于臨床醫(yī)學(xué)、保健食品、護膚品等領(lǐng)域[2]。

蘆薈苷（aloin，C21H22O9）也被稱為蘆薈素或蘆薈酵素，具有良好的抗菌[3]、抗氧化、促進排便、調(diào)節(jié)腫瘤細胞凋亡、保護皮膚等作用[4]，還具有增強免疫力、預(yù)防心律不齊和動脈硬化等心腦血管疾病的功效[5-7]。蘆薈大黃素（aloe-emodin）也被稱為蘆薈瀉素，帶有多個酚羥基[8]，也具有抗腫瘤、抗菌和瀉下作用，還有清除人體自由基、降脂減肥、去屑和光澤頭發(fā)等功效。1個葡萄糖分子與蘆薈大黃素結(jié)合可以形成蘆薈苷，相反蘆薈苷水解可以生成蘆薈大黃素。王普等[9]發(fā)現(xiàn)，在同一溫度下蘆薈苷在水溶液中的水解程度更為明顯。與蘆薈苷相比，蘆薈大黃素有更加強烈的致敏和致瀉作用，蘆薈苷可以在人體內(nèi)寄生菌的作用下水解為蘆薈大黃素，刺激腸壁蠕動，利于腸道內(nèi)排泄物排出，這種刺激性的瀉下作用對便秘和痔瘡患者有很好的療效。我們主要從蘆薈苷和蘆薈大黃素的提取分離技術(shù)、檢測方法，以及蘆薈苷的抗炎作用、抗腫瘤機制等方面概述近年來蘆薈苷和蘆薈大黃素的研究進展。

1 蘆薈苷和蘆薈大黃素的提取與分離技術(shù)

從蘆薈中提取蘆薈苷的方法有超聲波提取法、回旋振蕩法和索氏提取法等[10-11]。秦加敏等[12]采用超聲波輔助提取法提取大黃和蘆薈干粉中的蘆薈大黃素，提取率分別為0.81%和10.69%，發(fā)現(xiàn)超聲波提取氧化蘆薈苷法制備蘆薈大黃素的產(chǎn)率高于索氏提取法。2017年，楊嬌嬌[13]采用酶解輔助甲醇浸提法，從庫索拉蘆薈中提取蘆薈苷作為防曬產(chǎn)品的輔助成分，發(fā)現(xiàn)在50℃下，當復(fù)合酶濃度為30 U/g，用60%的甲醇浸提1 h，利用高效液相色譜法紫外檢測器檢測蘆薈苷的含量，在波長359 nm處檢測到蘆薈苷的提取率高達17.36%。

研究人員也在蘆薈苷的基礎(chǔ)上通過生物法合成蘆薈大黃素。之前有研究表明，可以利用大腸桿菌等細菌來源的生物酶特異性地催化蘆薈苷生成蘆薈大黃素[14-15]。鐘桂芳等[16]利用源自米曲霉中的重組葡萄糖苷酶催化C-C糖苷鍵的水解，從而將蘆薈苷水解為蘆薈大黃素，并且發(fā)現(xiàn)重組葡萄糖苷酶不耐酸性，在pH5.2時蘆薈苷轉(zhuǎn)化為蘆薈大黃素的速率最大。

2 蘆薈苷和蘆薈大黃素的檢測方法

2.1 中華人民共和國藥典

最早檢測蘆薈苷的方法源自中華人民共和國藥典。首先用甲醇將待測的蘆薈苷樣品浸濕后加入少量水，振蕩后抽濾，收集濾渣，加入鹽酸和三氯化鐵，進行回流加熱，將所得液體轉(zhuǎn)移至分液漏斗中用氯仿提取。將部分提取液加入醋酸鎂甲醇溶液中，混合均勻，檢測波長在512 nm處的吸光度，根據(jù)所得吸光度值計算蘆薈苷的含量。但是經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，采用這種方法測定的是蘆薈中總的蒽醌類化合物含量，因此所測結(jié)果比蘆薈苷的實際含量高。

2.2 高效液相色譜法

謝玲等[17]采用 C18色譜柱（5 μm，4.6 mm×200 mm）檢測蘆薈苷，流動相為甲醇∶水（40∶60）或乙腈∶水（25∶75），檢測波長359或360 nm。徐海燕[18]也用高效液相色譜法檢測了不同種蘆薈中的蘆薈苷和蘆薈大黃素，發(fā)現(xiàn)蘆薈大黃素的含量比較低，只在中華蘆薈中檢測出微量蘆薈大黃素。但高效液相色譜法對待檢測的樣品要求較高，需要復(fù)雜的前處理。

2.3 薄層色譜法

薄層色譜法是一種吸附分離法，其原理是將固定相均勻涂布于玻璃板、塑料或鋁基片上，當流動相通過固定相時，樣品中不同組分對吸附劑有不同的吸附能力，經(jīng)過連續(xù)的吸附、解吸附、再吸附、再解吸，達到各組分相互分離的目的。劉玉魁等[19]用甲醇溶解蘆薈苷，選擇醋酸乙酯-甲醇-水（5∶1.5∶0.7）作為展開劑，在365 nm的紫外燈照射下檢測了庫拉索蘆薈中蘆薈苷的含量。

2.4 表面增強拉曼光譜法

表面增強拉曼光譜（surface-enhanced Raman scattering，SERS）是使用普通的拉曼光譜法檢測吸附在納米金屬顆?；蚣{米金屬棒如金、銀或銅表面的樣品，或附著在這些納米金屬粒子或金屬棒表面上的樣品。以金膠作為檢測基底，將蘆薈苷溶液與濃縮的金膠充分混勻并在室溫下干燥，然后收集蘆薈苷的表面增強拉曼光譜。進行表面增強拉曼光譜檢測時加入適量NaOH溶液調(diào)節(jié)溶液為堿性來確定蘆薈苷的最低檢測限，發(fā)現(xiàn)蘆薈苷的檢測限達5 mg/L，已經(jīng)達到了蘆薈苷的國家限量標準[20-21]。

2.5 基于分子印跡技術(shù)的SERS法檢測蘆薈大黃素

分子印跡技術(shù)是指在制備的聚合物中有與被分離物質(zhì)形狀和大小都相同的空穴，能特異性地識別和選擇吸附要分離的目的物質(zhì)，達到分離某種特定物質(zhì)的分離技術(shù)。具有這種特異性識別和選擇功能的聚合物被稱為分子印跡聚合物。為了檢測蘆薈大黃素，首先須合成蘆薈大黃素分子印跡聚合物，并用此分子印跡聚合物吸附富集蘆薈大黃素，然后將吸附樣品后的分子印跡聚合物與金膠混合均勻，在室溫下干燥后收集蘆薈大黃素的拉曼光譜。

3 蘆薈苷抗炎作用和抗腫瘤作用的分子機制

3.1 活性氧介導(dǎo)的JAK-STAT信號通路

脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）是革蘭陰性細菌細胞壁的組成成分，由脂質(zhì)和多糖組成，它屬于一種內(nèi)毒素，當其作用于人類或動物等其他生物細胞時，就會表現(xiàn)出多種細胞活性。LPS的生理作用是通過存在于宿主細胞表面的Toll樣受體而體現(xiàn)的，而Toll樣受體家族又與炎性因子有關(guān)，因此LPS在自然免疫中起著極其重要的作用。為了評估蘆薈苷的抗炎機制，研究人員用LPS誘導(dǎo)細胞產(chǎn)生炎癥。Lee等[22]研究了蘆薈苷對人臍靜脈內(nèi)皮細胞中的血紅素加氧酶-1（HO-1）的誘導(dǎo)以及LPS誘導(dǎo)激活的人臍靜脈內(nèi)皮細胞中誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（iNOS）和環(huán)氧合酶-2表達水平的影響，發(fā)現(xiàn)蘆薈苷有助于肺損傷的治療。這主要是因為在LPS存在的情況下，JAK/STAT信號被激活，這對iNOS和環(huán)氧合酶-2的差異表達起關(guān)鍵作用，發(fā)現(xiàn)蘆薈苷會降低LPS激活的人臍靜脈內(nèi)皮細胞中STAT-1蛋白的磷酸化。

同樣，在馬云飛和王子謙等[23-24]的研究中，將Raw264.7細胞與不同劑量的蘆薈苷和LPS孵育一定的時間，然后檢測了iNOS和環(huán)氧合酶-2的表達水平，發(fā)現(xiàn)蘆薈苷會降低LPS誘導(dǎo)的iNOS表達水平，抑制白細胞介素（IL）-1β、IL-6，腫瘤壞死因子α（TNF-α）的釋放和NO劑量依賴性。在機制上，蘆薈苷可以抑制LPS誘導(dǎo)的活性氧（ROS）介導(dǎo)的JAK1-STAT1/3激活和STAT1/3核易位?？偟膩碚f，蘆薈苷可通過抑制ROS介導(dǎo)的JAK1-STAT1/3的活化信號通路減弱LPS誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)，從而抑制Raw264.7細胞中的STAT1/3核轉(zhuǎn)位。

3.2 NF-κB信號通路

敗血癥是指病菌或條件致病菌侵入血液循環(huán)，并在血中生長繁殖，產(chǎn)生毒素而發(fā)生的急性全身性感染。敗血癥伴有多發(fā)性膿腫而病程較長者稱為膿毒癥。早些年，鄒憲寶等[25]研究發(fā)現(xiàn)人膿毒癥血清可以激活人肺血管內(nèi)皮細胞核因子κB（NF-κB）信號通路，激發(fā)炎癥反應(yīng)，損傷血管內(nèi)皮細胞。而NF-κB信號通路主要是通過調(diào)節(jié)TNF-α和IL-6來進行的。在蘆薈苷的抗炎機制中，蘆薈苷通過抑制NF-κB的活化來抑制LPS誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)和細胞凋亡。蘆薈苷通過抑制上游激酶p38和Msk1抑制NF-κB的p65亞基的磷酸化和乙?；?，從而阻止LPS誘導(dǎo)的p65蛋白亞基分離出來并易位到細胞核，進而降低p65蛋白亞基的表達水平。因此，通過研究p65蛋白亞基在細胞核中的表達水平，可以反應(yīng)NF-κB信號通路的激活水平[26]。還有研究表明，蘆薈苷抑制LPS誘導(dǎo)的caspase-3活化和細胞凋亡。

李萬華等[27]通過對雄性20 g左右的C57BL/6小鼠進行盲腸結(jié)扎和穿刺（CLP手術(shù)）來誘導(dǎo)膿毒癥作為研究蘆薈苷抗炎作用的動物模型。基于CLP手術(shù)誘導(dǎo)膿毒癥而造成腎損傷，然后用蘆薈苷處理，通過檢測小鼠的血清肌酐、血尿素氮、脂質(zhì)過氧化、總谷胱甘肽、谷胱甘肽過氧化物酶活性、過氧化氫酶活性、細胞炎癥因子等生理指標，發(fā)現(xiàn)蘆薈苷使CLP手術(shù)后引起的炎癥因子顯著降低，并且提高CLP手術(shù)誘導(dǎo)的膿毒癥小鼠的存活率。

3.3 MAPK信號通路

絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）是信號從細胞表面?zhèn)鲗?dǎo)到細胞核內(nèi)部的重要傳遞者，可以被不同的細胞外刺激（如神經(jīng)遞質(zhì)、激素、細胞應(yīng)激及細胞黏附、細胞因子等絲裂原）激活的絲氨酸-蘇氨酸蛋白激酶。MAPK可以分為4個亞族，即ERK、p38、JNK和ERK5。2019年，復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院神經(jīng)外科等部門[28]研究了蘆薈苷對于D-半乳糖引起小鼠的氧化應(yīng)激、認知障礙和內(nèi)分泌障礙的保護作用及其潛在機制，發(fā)現(xiàn)蘆薈苷可能是通過介導(dǎo)ERK、p38和NF-κB信號通路來減輕D-半乳糖誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激及認知障礙和炎癥。

3.4 SIRT1介導(dǎo)的抑制HMGB1的釋放

高遷移率蛋白族1（high mobility group box-1 protein，HMGB1）是高度保守的核DNA結(jié)合蛋白，被公認為是在敗血癥晚期產(chǎn)生的中間體[27]，因此抑制HMGB1釋放和恢復(fù)血管屏障完整性已成為當前治療敗血癥的前瞻性策略。Yang等[29]發(fā)現(xiàn)蘆薈苷誘導(dǎo)的沉默調(diào)節(jié)蛋白1（SIRT1）和HO-1能夠抑制LPS誘導(dǎo)的HMGB1的釋放，從而抑制HMGB1誘導(dǎo)的通透性增加，并提高了CLP手術(shù)誘導(dǎo)的敗血癥小鼠的存活率，保護了敗血癥小鼠的組織器官損傷。在細胞中，蘆薈苷通過SIRT1介導(dǎo)的HMGB1脫乙?；饔煤蚉I3K/Nrf2/HO-1信號轉(zhuǎn)導(dǎo)軸，顯著降低了LPS誘導(dǎo)的細胞炎癥模型中HMGB1的釋放。研究表明，蘆薈苷通過激活SIRT1和PI3K/Nrf2/HO-1信號降低HMGB1的釋放和敗血癥的死亡率，表明蘆薈苷具有治療膿毒癥的潛力。另外，SIRT1可以通過去乙?；饔糜贜F-κB的亞單位RelA/p65，使參與調(diào)節(jié)NF-κB活性的基因表達缺失，可減少NF-κB與核內(nèi)炎癥基因結(jié)合，進而減少了TNF-α、IL-1β等炎癥因子的產(chǎn)生[30]。

3.5 蘆薈苷的抗腫瘤作用機制

許多蒽醌化合物及其衍生物具有抗腫瘤活性，因為蒽醌化合物能夠阻止拓撲異構(gòu)酶Ⅱ介導(dǎo)的DNA與細胞機體的蛋白質(zhì)結(jié)合，致使DNA裂解乃至細胞凋亡，因此一些蒽醌化合物成為有效的抗腫瘤藥物[31]。2018年王子謙等[24]研究了蘆薈苷對人胃癌細胞MKN-28和HGC-27凋亡的分子機制。用不同濃度的蘆薈苷處理MKN-28和HGC-27細胞特定的時間，發(fā)現(xiàn)當蘆薈苷在一定濃度時，能夠明顯抑制MKN-28和HGC-27細胞的活力，誘導(dǎo)細胞凋亡。這是因為蘆薈苷處理胃癌細胞后，胞內(nèi)JNK和p38的磷酸化水平明顯增加，而ERK的磷酸化水平下降。這表明特異性抑制劑阻斷ERK活化，能夠增強蘆薈苷誘導(dǎo)的細胞凋亡，阻斷p38和JNK的激活，能夠部分逆轉(zhuǎn)蘆薈苷誘發(fā)的胃癌細胞凋亡。劉萍等[32]研究發(fā)現(xiàn)，一定濃度的蘆薈苷可以抑制非小細胞肺癌的增殖和侵襲行為，這可以為非小細胞肺癌的早期診斷和治療提供參考意見。蔡華榮等[33]探討了不同濃度的蘆薈苷對食管癌細胞系KESY70的促凋亡作用，發(fā)現(xiàn)高濃度的蘆薈苷對KYSE70細胞活力有抑制作用，當高濃度的蘆薈苷與KYSE70細胞孵育72 h后，細胞增殖能力減弱，表明蘆薈苷可以抑制食管癌KYSE70細胞的增殖和侵襲，促進細胞凋亡。

4 結(jié)語

綜上所述，由于蘆薈苷和蘆薈大黃素在醫(yī)學(xué)和藥學(xué)上的抗炎、抗氧化、抗腫瘤作用，世界各國關(guān)于蘆薈的藥理性研究不斷取得進展。由于蘆薈大黃素在蘆薈中的含量相對較少，對蘆薈大黃素的研究也相對較少，因此有必要對蘆薈大黃素的提取、合成及其發(fā)揮作用的機制進行更加深入的研究，更好地把蘆薈苷和蘆薈大黃素應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)、保健食品、美容護膚等領(lǐng)域。此外，還需要注重蘆薈苷和蘆薈大黃素的副作用，如長期使用蘆薈苷產(chǎn)品有引發(fā)腸道癌癥的風險[34]，因而需要對蘆薈苷在藥品、食品、化妝品中的含量做出更加權(quán)威的限量標準，有利于預(yù)防蘆薈苷所致副作用。