丁香揮發(fā)化學(xué)成分與藥理活性研究進(jìn)展

湯逸飛，張 婷，陳 誠(chéng)，王經(jīng)緯，丁美紅*

(1.浙江中醫(yī)藥大學(xué)，浙江 杭州 310053，2.嘉興市農(nóng)業(yè)綜合檢驗(yàn)檢測(cè)中心，浙江 嘉興 314050)

丁香揮發(fā)成分源于桃金娘科植物丁香(EugeniacaryophyllataThunb.，又稱(chēng)SyzigiumaromaticumLinn.等)，該品種目前在國(guó)內(nèi)僅海南和云南等省有少量種植記錄，大宗原料以國(guó)外進(jìn)口為主。我國(guó)的丁香藥用歷史可追溯到清代趙學(xué)敏編著的《本草綱目拾遺》，書(shū)中載明丁香揮發(fā)成分具有“治胃寒痛脹、呃逆、吐瀉、痹痛，疝痛，口臭，牙痛”等功效。雖然我國(guó)藥典收載的丁香揮發(fā)成分提取物明確用丁香的干燥花蕾作為原料，但是丁香果實(shí)和葉在國(guó)際貿(mào)易中仍較為常見(jiàn)。本研究通過(guò)查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究資料，首次對(duì)丁香揮發(fā)化學(xué)成分藥理功能等進(jìn)行了系統(tǒng)性概述，為合理開(kāi)發(fā)和利用丁香“藥輔合一”作用，為中醫(yī)藥“通行向?qū)е埂?，研究其攜藥入轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)力學(xué)作為中醫(yī)藥穴位給藥機(jī)制的關(guān)鍵提供了科學(xué)依據(jù)。目前，丁香揮發(fā)化學(xué)成分分析和研究主要包括丁香酚(1)、乙酸丁香酚酯(3)、丁香烯(14)等化合物30余種，現(xiàn)詳述如下。

1 丁香揮發(fā)化學(xué)成分

1.1 芳香族類(lèi)化合物

丁香揮發(fā)成分中芳香族化合物以丁香酚(1)、異丁香酚(2)和乙酸丁香酚酯(3)為代表。丁香酚(1)是丁香主要的非特有揮發(fā)成分[1]，約占75.0%～88.0%。而一些丁香酚(1)含量低于70%，可能與采用丁香果實(shí)和葉原料有關(guān)。根據(jù)大鼠大劑量試驗(yàn)，丁香酚(1)發(fā)揮作用半衰期較短，能夠在體內(nèi)迅速消除，代謝物主要是在尿液中。代謝的主要途徑是丁香酚的游離羥基與葡萄糖醛酸或硫酸鹽的結(jié)合，其他代謝途徑包括去甲氧基化和烯丙基雙鍵的還原[2]。丁香中本身不存在異丁香酚(2)，但丁香大劑量揮發(fā)可能造成丁香酚(1)異構(gòu)形成異丁香酚(2)的現(xiàn)象[3]，應(yīng)避免大量產(chǎn)生皮膚刺激性更大的順式-異丁香酚[4]。

此外，乙酸丁香酚酯(3)是丁香揮發(fā)成分的重要組成部分之一[1]。其他芳香族類(lèi)化合物，包括惕各酸芐酯(4)、肉桂酸乙酯(5)、2-苯乙酸乙酯(6)、苯甲酸乙酯(7)、乙酸芐酯(8)、薄荷基苯甲酸酯(9)、薄荷基丁香酚(10)、肉桂醛(11)、反式茴香烯(12)和苯甲醇(13)也均能檢出，但含量均小于0.1%[4]，而這些常見(jiàn)香味物質(zhì)少量存在，并不會(huì)影響丁香揮發(fā)成分品質(zhì)，甚至可以降低丁香酚(1)的潛在高劑量刺激性[2]。部分常見(jiàn)丁香揮發(fā)成分中芳香族類(lèi)化合物的結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖1。

圖1 部分常見(jiàn)丁香揮發(fā)成分中芳香族類(lèi)化合物結(jié)構(gòu)式

1.2 倍半萜類(lèi)化合物

丁香揮發(fā)成分中倍半萜類(lèi)化合物主要分為丁香烯類(lèi)、葎草烯類(lèi)和薄荷基類(lèi)。丁香烯類(lèi)屬于丁香烷型倍半萜，主要以丁香烯(14)和氧化丁香烯(15)為代表。丁香烯(14)約占正品丁香揮發(fā)成分的5.0%～14.0%，為主要的鑒別成分之一[1]。雖然氧化丁香烯(15)本身在丁香揮發(fā)成分中占比很小(0.1%～1.41%)[5-6]，但是丁香烯(14)暴露在空氣中數(shù)周后會(huì)超半數(shù)氧化生成氧化丁香烯(15)。雖然氧化丁香烯(15)也有獨(dú)特的藥理活性，但已經(jīng)被證明對(duì)皮膚刺激性較大，容易產(chǎn)生皮膚過(guò)敏，因此應(yīng)盡量避免丁香揮發(fā)成分暴露在空氣中[7]。

葎草烯類(lèi)屬于葎草烷型倍半萜，約占正品丁香揮發(fā)成分的0.6%～2.1%[5-8]，由α-葎草烯(16)、葎草烯醇(17)和氧化葎草烯(18)組成，主要以α-葎草烯(16)為研究熱點(diǎn)。α-葎草烯(16)有天然的11元單環(huán)萜烯，具有3個(gè)分離的E-構(gòu)型雙鍵，對(duì)正常細(xì)胞毒性相較于丁香酚(1)和丁香烯(14)要小[9]。

薄荷基類(lèi)是帶有一個(gè)薄荷基類(lèi)的倍半萜，約占正品丁香揮發(fā)成分的0.2%[5]，以菖蒲烯(19)和去二氫菖蒲烯(20)研究較多。其他薄荷基類(lèi)包括α-紫穗槐烯(21)、γ-杜松烯(22)、α-蓽澄茄油烯(23)、古巴烯(24)和α-依蘭油烯(25)。這些物質(zhì)可調(diào)和丁香揮發(fā)成分的香味，使得其更加獨(dú)特。部分常見(jiàn)丁香揮發(fā)成分中倍半萜類(lèi)化合物的結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖2。

圖2 部分常見(jiàn)丁香揮發(fā)成分中倍半萜類(lèi)化合物的結(jié)構(gòu)式

1.3 二萜和單萜類(lèi)化合物

丁香揮發(fā)成分中二萜僅發(fā)現(xiàn)有薄荷基胡椒酚(26)的存在，單萜類(lèi)化合物包括芳樟醇(27)、香芹酮(28)和α-乙酸松油酯(29)其含量發(fā)現(xiàn)均小于0.1%[5]，這和丁香揮發(fā)成分的性質(zhì)和制取工藝有關(guān)，這些物質(zhì)除芳樟醇(27)已研究證明有獨(dú)特的生物活性，可調(diào)和丁香揮發(fā)成分的香味。部分常見(jiàn)丁香揮發(fā)成分中二萜和單萜類(lèi)化合物的結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖3。

圖3 部分常見(jiàn)丁香揮發(fā)成分中二萜和單萜類(lèi)化合物的結(jié)構(gòu)式

1.4 酮、酯和醇類(lèi)化合物

丁香揮發(fā)成分中酮、酯和醇類(lèi)化合物都具有一定水果香味，2-庚酮(30)約占0.9%，己酸乙酯在丁香揮發(fā)成分中約占0.7%，其他微量物質(zhì)(<0.1%)包括2-十一烷酮、2-壬酮、辛酸薄荷酯、辛酸乙酯、2-壬醇和2-庚醇等[5]。

2 藥理活性

2.1 抗氧化

許多天然抗氧化劑都為酚類(lèi)結(jié)構(gòu)，丁香揮發(fā)成分中存在大量的丁香酚(1)，抗氧化效果更為明顯。丁香酚可以參與光化學(xué)反應(yīng)并展示強(qiáng)大的抗氧化活性，可以通過(guò)多種機(jī)制清除自由基和螯合金屬離子。另外，α-葎草烯(16)可防止由于產(chǎn)生化合物活性氧(ROS)引起的氧化應(yīng)激，從而保護(hù)細(xì)胞免受損傷[9]。

2.2 抑制細(xì)菌

離體實(shí)驗(yàn)證明丁香揮發(fā)成分對(duì)大腸桿菌(Escherichia coli)、枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)[10]、變形鏈球菌(Streptococcus mutans)[11]、偶發(fā)分枝桿菌(Mycobacterium fortuitum)、普通變形桿菌(Proteus vulgaris)、肺炎克雷伯菌(Klebsiella Pneumoniae)、粘質(zhì)沙雷氏菌(Serratia marcescens)和乙型副傷寒沙門(mén)氏菌(Salmonella type B)[12]有很好的抑菌效果，甚至在抗耐甲氧西林金黃色葡萄球菌體外活性方面表現(xiàn)突出[13]。大鼠實(shí)驗(yàn)證明丁香揮發(fā)成分能夠抑制大鼠胃中的細(xì)菌菌群[14]，而且研究也發(fā)現(xiàn)其抑菌活性成分主要是丁香酚(1)，該成分對(duì)鼠傷寒沙門(mén)氏菌(Salmonella typhimurium)、金黃色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)和副溶血性弧菌(Vibrio parahemolyticus)都有很好的抑制作用[15]。另外，丁香揮發(fā)成分中丁香烯(14)、α-葎草烯(16)[16]和芳樟醇(27)[17]等成分均有一定的抑菌效果，可能在丁香揮發(fā)成分抑制細(xì)菌時(shí)起到協(xié)同作用。

2.3 抑制真菌

一些真菌菌種對(duì)丁香揮發(fā)成分中的丁香酚(1)具有敏感性，這些真菌包括白色念珠菌(Candida albicans)[12，18]、新型隱球菌(Cryptococcus neoformans)[18]、新月彎孢菌(Culvularia lunata)、少根根霉(Rhizopus arrhizus)、黑根霉(Rhizopus nigricans)和總狀共頭霉(Syncephalastrum racemosum)[19]。另外，丁香酚(1)對(duì)曲霉屬(Aspergillus spp.)[19-22]、青霉屬(Penicillium spp.)[19，21]、鐮刀菌屬(Fusarium spp.)[19，21]、枝孢屬(Cladosporium sp.)[19]和炭疽菌屬(Colletotrichum sp.)[19]菌群普遍有抑制作用。

2.4 抗病毒

研究發(fā)現(xiàn)丁香烯(14)有抗1型單純皰疹病毒活性作用，并且有研究表明，像丁香酚(1)、異丁香酚(2)和乙酸丁香酚酯(3)這些存在苯丙烷基團(tuán)和像丁香烯(14)和α-葎草烯(16)這樣的倍半萜可能有助于丁香揮發(fā)成分的抗病毒活性[23]。

2.5 局部麻醉和止痛

丁香揮發(fā)成分對(duì)斑馬魚(yú)[24]、加州黃尾魚(yú)[25]和錦鯉[26]等小個(gè)體動(dòng)物有明顯麻醉作用，丁香酚(1)、丁香烯(14)和芳樟醇(27)[17]在其中起著關(guān)鍵性作用。丁香酚(1)是低濃度的膜穩(wěn)定藥物，對(duì)人體有局部麻醉作用：可逆的激活蛋白(CAP)抑制作用，閾值增加，高頻抑制和靜息膜電位無(wú)反應(yīng)藥物的肌肉[27]。盡管血管組織長(zhǎng)時(shí)間暴露于丁香酚(1)水溶液中看起來(lái)會(huì)抑制細(xì)胞功能，但可能有助于藥物的鎮(zhèn)靜劑在使用期間產(chǎn)生止痛藥效果[28]。丁香烯(14)在(10-4～1 μg/mL)兔結(jié)膜反射試驗(yàn)中表現(xiàn)局部麻醉效果，但氧化丁香烯(15)證明沒(méi)有效果[29]。在神經(jīng)性疼痛的小鼠模型中，注射丁香烯(14)可以通過(guò)激活外周大麻素(CB)2受體拮抗劑產(chǎn)生抗異常性疼痛[30]。

2.6 肌肉松弛和抗驚厥

丁香揮發(fā)成分中丁香酚(1)的水溶液能夠抑制血管收縮反應(yīng)，對(duì)離體灌注在兔耳中央動(dòng)脈中的外源去甲腎上腺素、組胺和動(dòng)脈周?chē)桓猩窠?jīng)刺激有抑制作用。丁香酚(1)可以抑制平滑肌收縮，其原理類(lèi)似于局部麻醉，起到抗驚厥作用[28]。

2.7 清熱

丁香揮發(fā)成分中丁香酚(1)可以減輕發(fā)燒，與常見(jiàn)清熱藥物乙酰氨基酚的作用相似，可抑制下丘腦調(diào)節(jié)中樞，通過(guò)神經(jīng)調(diào)節(jié)引起外周血管擴(kuò)張、出汗而發(fā)揮解熱的作用[28，31]。

2.8 抑制炎癥細(xì)胞因子

丁香揮發(fā)成分中丁香烯(14)和α-葎草烯(16)可有效降低血小板活化因子，能夠減少由組胺注射引起的水腫，在很大程度上抑制了給大鼠注射角叉菜膠引起的腫瘤壞死因子-α(TNF-α)的產(chǎn)生；而丁香烯(14)對(duì)白介素-8(IL-8)和α-葎草烯(16)對(duì)白介素-1β(IL-1β)的抑制作用也非常明顯。此外，通過(guò)將地塞米松用作陽(yáng)性對(duì)照藥物的口服試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，丁香烯(14)和α-葎草烯(16)可降低前列腺素E2(PGE2)的產(chǎn)生，并誘導(dǎo)性一氧化氮合酶(iNOS)和環(huán)氧合酶(COX-2)的表達(dá)。因此，丁香揮發(fā)成分可抑制緩激肽、血小板活化因子、組胺、白介素-1β(IL-1β)、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)和前列腺素E2(PGE2)等不同的炎癥介質(zhì)，可能通過(guò)抑制轉(zhuǎn)錄因子如核因子-κB(NF-κB)的活化來(lái)抑制炎癥蛋白的表達(dá)[32-35]。

2.9 抑制腫瘤細(xì)胞

丁香揮發(fā)成分中丁香烯(14)、氧化丁香烯(15)、α-葎草烯(16)和菖蒲烯(19)對(duì)腫瘤細(xì)胞的抑制作用已被實(shí)驗(yàn)證實(shí)。丁香烯(14)通過(guò)誘導(dǎo)鈣黃綠素的細(xì)胞內(nèi)蓄積這樣的不同作用機(jī)制促進(jìn)藥物蓄積，促進(jìn)常見(jiàn)抑制腫瘤細(xì)胞藥物紫杉醇通過(guò)細(xì)胞膜，增強(qiáng)紫杉醇對(duì)人乳腺癌細(xì)胞(MCF-7)和人結(jié)腸腺癌細(xì)胞(DLD-1)的抗癌活性[36]。

氧化丁香烯(15)不僅抑制磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)/蛋白激酶B(Akt)/雷帕霉素靶蛋白(mTOR)/激酶(S6K1)信號(hào)級(jí)聯(lián)的組成性激活；而且還導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞中細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)、c-Jun氨基末端激酶(JNK)和p38 MAP激酶(p38 MAPK)的激活。氧化丁香烯(15)可以干擾參與腫瘤發(fā)生的上述多個(gè)信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)，可作為預(yù)防和治療癌癥的潛在治療候選藥物[37]。

另外，α-葎草烯(16)有在體外和體內(nèi)抑制蛋白激酶B(Akt)，降低肝細(xì)胞癌(HCC)增殖和增強(qiáng)肝細(xì)胞癌(HCC)凋亡誘導(dǎo)的能力[38]。菖蒲烯(19)可用于基于樹(shù)突細(xì)胞的免疫療法治療癌癥[39]。

2.10 治療心理疾病

丁香揮發(fā)成分的獨(dú)特香味對(duì)各種動(dòng)物包括人類(lèi)都具有引誘效果，再加上由于丁香揮發(fā)成分的主要成分丁香酚(1)對(duì)神經(jīng)傳遞具有的阻斷作用，目前丁香揮發(fā)成分已開(kāi)始用于手掌多汗癥等心理疾病的治療[40]。

3 結(jié)語(yǔ)

丁香揮發(fā)成分香味獨(dú)特誘人，化學(xué)成分脂溶性好、揮發(fā)性強(qiáng)，具備抗氧化、抑菌、抗病毒、局部麻醉、止痛、肌肉松弛、抗驚厥、清熱、消炎、預(yù)防和治療癌癥等藥理活性，可以協(xié)同配合其他藥物或直接發(fā)揮藥效。但這些特點(diǎn)并不是丁香揮發(fā)成分所有有效活性成分都能體現(xiàn)或協(xié)同體現(xiàn)的，因此，在丁香揮發(fā)成分的實(shí)際應(yīng)用上應(yīng)注意以下3點(diǎn)：①應(yīng)對(duì)丁香揮發(fā)成分的使用劑量進(jìn)行嚴(yán)格控制。丁香揮發(fā)成分的抑制和增強(qiáng)作用似乎有劑量依賴(lài)性，例如丁香揮發(fā)成分對(duì)小鼠免疫應(yīng)答的調(diào)節(jié)，其中觀察到了劑量-反應(yīng)關(guān)系的倒置，代表了一種非典型的多相反應(yīng)[41]。這也說(shuō)明丁香揮發(fā)成分的有效性與劑量有關(guān)，也與各有效活性成分的協(xié)同有關(guān)。不過(guò)在丁香揮發(fā)成分作為藥輔材料的應(yīng)用過(guò)程中，不能一味地加大劑量或濃度，不然可能會(huì)造成對(duì)機(jī)體的毒害作用。②應(yīng)進(jìn)一步調(diào)和丁香揮發(fā)成分的毒害作用。有研究表明，丁香酚(1)大劑量給藥會(huì)對(duì)肝臟產(chǎn)生不利影響，對(duì)胃黏膜細(xì)胞有刺激性作用，胃表皮細(xì)胞會(huì)受到機(jī)械損傷而脫落。也有研究證明谷胱甘肽對(duì)丁香揮發(fā)成分中的丁香酚(1)過(guò)敏，因此，細(xì)胞內(nèi)谷胱甘肽水平在調(diào)和丁香酚(1)的毒性方面具有重要意義[42]。③應(yīng)控制丁香揮發(fā)成分的原料來(lái)源和儲(chǔ)存環(huán)境。加大對(duì)順式-異丁香酚[4]和氧化丁香烯(15)[7]等過(guò)敏成分的檢測(cè)力度，以保證丁香揮發(fā)成分的使用安全，可以考慮分離或提純丁香揮發(fā)成分的各種有效活性成分。

總之，丁香揮發(fā)成分具備開(kāi)發(fā)應(yīng)用的潛力，但其協(xié)同配合其他藥物或直接發(fā)揮藥效的機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。