菊苣酸的研究進(jìn)展

王紅，馮帥，史磊，田新，李峰*，李鵬

(1.山東中醫(yī)藥大學(xué)，山東 濟(jì)南 250355;2.山東省醫(yī)學(xué)科學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究所，山東第一醫(yī)科大學(xué)，山東 濟(jì)南 250062)

菊苣酸，又稱二咖啡酰酒石酸，是一種主要從菊科植物(菊苣、紫錐菊、萵苣)中提取分離得到的咖啡酸類成分。研究表明菊苣酸具有抗炎、抗氧化、抗腫瘤、抗病毒、提高機(jī)體免疫等多種藥理作用[1]，然而其藥理作用機(jī)理尚不明確。自從1958年菊苣酸被鑒定分離后，很大程度上被忽視，《中國(guó)藥典》2020年版也無(wú)收載其含量測(cè)定等項(xiàng)目，近年來，醫(yī)藥界對(duì)菊苣酸的研究越來越廣泛，不僅是在保健方面，更多的是將重心轉(zhuǎn)移至對(duì)其藥理作用方面的研究。本文就近年來國(guó)內(nèi)外有關(guān)菊苣酸的植物來源、化學(xué)研究、藥代動(dòng)力學(xué)及生物活性進(jìn)行歸納總結(jié)，旨在為菊苣酸提取工藝及藥理學(xué)方面的深入研究提供參考，為其合理開發(fā)與利用奠定理論基礎(chǔ)。

1 菊苣酸的植物來源

1958年，研究者從菊苣的葉中分離鑒定出菊苣酸，研究發(fā)現(xiàn)，菊苣酸存在多個(gè)種屬中，其中以菊科植物為主[2]。已有文獻(xiàn)表明，菊苣酸存在于6科12屬14種中，存在部位涉及根、莖、葉、花及胚子體，具體詳見表1。

表1 不同種屬植物中菊苣酸的分布及存在部位

2 菊苣酸的理化研究

2.1 菊苣酸性質(zhì)

2.1.1 理化性質(zhì) 菊苣酸(cichoric acid，CA)，分子式C22H18O12,分子量為474，不同植物中含有的菊苣酸的構(gòu)型不盡相同，主要分為3種構(gòu)型：分別為左旋型菊苣酸(L-CA)、右旋型菊苣酸(D-CA)及內(nèi)消旋體(meso-CA)(見圖1)，自然界中存在最多的構(gòu)型為L(zhǎng)-CA。其晶型為細(xì)針狀結(jié)構(gòu)，D-CA的旋光度[α]+為 383.5°(甲醇，濃度為1.555 mol·L-1)，L-CA的旋光度[α]+為 333°(甲醇，濃度為0.1 mol·L-1)易溶于甲醇、乙醇及丙酮等各類有機(jī)溶劑，較易溶于熱水中，微溶于乙酸乙酯和乙醚，不溶于苯、氯仿和輕石油。因其分子結(jié)構(gòu)中含有多個(gè)羥基，可與三氯化鐵試劑發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)而變成黑綠色；處于堿性環(huán)境時(shí)，菊苣酸溶液起初呈現(xiàn)黃色，顏色隨pH變化而變化，堿性條件下則容易分解[19]。

圖1 3種不同構(gòu)型的菊苣酸立體異構(gòu)體化學(xué)結(jié)構(gòu)式

2.1.2 穩(wěn)定性 菊苣酸不穩(wěn)定，尤其易在水相及潮解的地方發(fā)生酶解和氧化，因此其穩(wěn)定性受到諸多因素的影響，如所處環(huán)境的溫度、濕度、酶、紫外光等。在紫錐菊中菊苣酸是最主要的活性成分，Nusslein等[20]研究發(fā)現(xiàn)紫錐菊產(chǎn)品制備中，在萃取溶劑或飽和氮的緩沖蛋白提取物中加入抗氧化劑可降低因多酚氧化酶導(dǎo)致的菊苣酸和其他咖啡酸衍生物的降解。Stuart等[21]研究表明隨著干燥溫度的升高，紫錐菊各部位的菊苣酸濃度在下降，可見溫度對(duì)菊苣酸穩(wěn)定性有較大的影響。Kim等[22]發(fā)現(xiàn)干燥方法和溫度對(duì)紫錐菊花中菊苣酸有較大的影響，全真空微波干燥法和冷凍干燥法能夠最大限度地保留菊苣酸的含量，而風(fēng)干干燥方法對(duì)菊苣酸含量影響較大。謝繼國(guó)等[23]研究表明，晶體狀和棉絮狀菊苣酸在固態(tài)條件下不易降解，可穩(wěn)定保存；菊苣酸在水溶液中易發(fā)生水解反應(yīng)，而在有機(jī)相(甲醇溶液)中則能長(zhǎng)時(shí)間保存。甘婧等[24]研究了環(huán)境、溫度、pH值、紫外光和金屬離子等對(duì)菊苣酸穩(wěn)定性的影響，結(jié)果表明菊苣酸的穩(wěn)定性會(huì)伴隨pH值和溫度的升高而降低；0.5 moL·L-1的Na+和K+不影響菊苣酸的穩(wěn)定性，但菊苣酸能使含有Ca+的溶液變?yōu)辄S色；紫外光照射也會(huì)影響菊苣酸的穩(wěn)定性。影響其穩(wěn)定性的具體因素如圖2所示。

圖2 影響菊苣酸穩(wěn)定性的因素

2.2 提取工藝研究 目前使用較多的菊苣酸提取方法有回流提取法、溶劑提取法、萃取法、正交試驗(yàn)法及超聲波提取法等，菊苣酸提取工藝研究詳見表2。

表2 菊苣酸提取工藝研究

表2(續(xù))

2.3 含量檢測(cè)方法 目前菊苣酸含量的檢測(cè)方法有高效液相色譜法、超高效液相色譜法、高速逆流色譜法等。羅旭彪等[31]報(bào)道了用等度HPLC紫外檢測(cè)法[Xterra C18柱(5 μm，150 mm×3.9 mm)為色譜柱，流動(dòng)相：400 mmol·L-1醋酸銨-甲醇 為95∶5]測(cè)定紫錐菊及其復(fù)方制劑中菊苣酸的含量。陳英紅等[32]采用反相高效液相色譜法[色譜柱Hypersil C18(4.6 mm×250 mm,5 μm)，流動(dòng)相：乙腈和0.4%磷酸梯度洗脫比例在0～40 min由10∶90線性變化為31∶69]測(cè)定了苦碟子中(-)3，4-二咖啡?；剖岷途哲乃岬暮?，該方法操作簡(jiǎn)單、快速精確，靈敏度高。魏秀麗等[33]采用反相超高相液相色譜法[采用ACQUITY UPLC C18色譜柱(2.1 mm×100 mm,1.7 μm)為分離柱，以乙腈-0.4%磷酸水溶液進(jìn)行梯度洗脫]快速測(cè)定了紫錐菊根末中單咖啡酰酒石酸和菊苣酸的含量，與HPLC相比，該法分析速度快，色譜分離好，前處理簡(jiǎn)單。

3 菊苣酸的藥代動(dòng)力學(xué)研究

藥物及其制劑在體內(nèi)的藥代動(dòng)力學(xué)過程包括在體內(nèi)的吸收、分布、代謝及排泄，根據(jù)各個(gè)過程的動(dòng)力學(xué)參數(shù)可確定給藥方式、給藥劑量、給藥時(shí)間等，為新藥研發(fā)提供藥理學(xué)方面的參考。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，經(jīng)灌胃給藥后，菊苣酸在大鼠的肝、肺、腎、心及脾臟中的分布均呈下降趨勢(shì)[34]。熊曉紅[35]發(fā)現(xiàn)菊苣酸在大鼠腸道內(nèi)吸收差，在體內(nèi)生物利用度較小，可能是由于進(jìn)入胃、腸道及肝臟后發(fā)生轉(zhuǎn)化所致。Bel-Rhlid等[36]通過模擬人體胃腸道消化過程，表明菊苣中的活性成分菊苣酸和咖啡酸在體內(nèi)吸收和代謝前被腸道菌群降解。Liu等[37]采用液質(zhì)串聯(lián)質(zhì)譜分析菊苣酸在大鼠肝微粒體中的代謝過程，證明菊苣酸的代謝過程與菊苣酸及微粒蛋白的濃度和孵育時(shí)間密切相關(guān)。

4 生物活性

菊苣酸主要具有抗炎、抗氧化、抗腫瘤、抗病毒、抗糖尿病、抗肥胖、免疫調(diào)節(jié)等藥理作用。

4.1 抗炎作用 文獻(xiàn)報(bào)道顯示[38]，80 μmol·L-1菊苣酸能夠顯著抑制脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)誘導(dǎo)的BV2小膠質(zhì)細(xì)胞活力的下降，細(xì)胞活力從82.73%下降到90.43%。Liu等[39]發(fā)現(xiàn)菊苣酸可顯著改善線粒體功能，調(diào)節(jié)絲裂原蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPKs)和PI3K/AKT等氧化還原穩(wěn)態(tài)相關(guān)信號(hào)通路，增加PGC-1α、SIRT1表達(dá)，增強(qiáng)AMPK磷酸化，促進(jìn)能量代謝來減輕神經(jīng)元的炎癥反應(yīng)。Park等[40]評(píng)估了木犀草素和菊苣酸(濃度比例為1∶2)的協(xié)同抗炎活性，木犀草素和菊苣酸共同處理可抑制NF-κB和Akt的磷酸化，降低細(xì)胞一氧化氮(nitric oxide，NO)和前列腺素E2(prostaglandin，PGE2)的產(chǎn)生和表達(dá)，抑制誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase，iNOS)和環(huán)氧合酶(cyclooxygenase-2，COX-2)的表達(dá)，同時(shí)降低促炎細(xì)胞因子、腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor-alpha，TNF-α)和白細(xì)胞介素-1(interleukin -1，IL-1)的水平。此外，不同劑量的菊苣酸(12.5、25、50 mg·kg-1)可顯著抑制脂多糖和半乳糖胺引起的急性肝損傷，死亡率分別降低到30%、50%和80%[41]。程永學(xué)等[42]研究紫錐菊花中乙醇提取物對(duì)二甲苯所致的小鼠耳腫脹和蛋清所致的小鼠足跖腫脹的效果，結(jié)果表明，當(dāng)提取物劑量為1 125 mg·kg-1時(shí)，小鼠耳腫脹和足跖腫脹抑制率分別為14.05%和12.23%；當(dāng)提取物劑量為2 250 mg·kg-1時(shí)，小鼠耳腫脹和足跖腫脹抑制率分別為19.14%和21.24%；當(dāng)提取物劑量為3 375 mg·kg-1時(shí)，小鼠耳腫脹和足跖腫脹抑制率分別為23.05%和26.21%。

4.2 抗氧化作用 Federica等[43]在評(píng)估紫錐菊甲醇提取物自由基清除能力時(shí)，發(fā)現(xiàn)松果菊苷(EC50為6.6 μmol·L-1)清除自由基的能力最強(qiáng)，菊苣酸(EC50為8.6 μmol·L-1)次之，咖啡酸(EC50為20.5 μmol·L-1)最弱。Jia等[44]研究表明10 mg·kg-1或100 mg·kg-1菊苣酸能夠顯著抑制活性氧(reactive oxygen species，ROS)的產(chǎn)生和環(huán)氧化酶(cyclooxygenase，Cox-2)的表達(dá)，其主要機(jī)制是通過p38-MAPK、c-Jun和AKT信號(hào)通路抑制腦缺血再灌注損傷大鼠的氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)。Ma等[45]通過體外試驗(yàn)和斑馬魚模型研究菊苣酸的抗氧化作用，發(fā)現(xiàn)6、12及24 mg·L-1的菊苣酸能劑量依賴性的抑制ROS和MDA的表達(dá)，刺激超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)和谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase，GSH-px)的產(chǎn)生，并且也通過Keap1-Nrf2和HO-1信號(hào)通路發(fā)揮抗氧化作用。刁志君[46]分別從細(xì)胞和動(dòng)物水平研究了菊苣酸抑制機(jī)體氧化的能力與機(jī)制，研究表明100 mg·kg-1菊苣酸能顯著提高小鼠大腦皮質(zhì)和肝臟中 Nrf2 通路相關(guān)蛋白的表達(dá)、0.5 mg·mL-1的菊苣酸能夠維持細(xì)胞內(nèi)氧化還原平衡，以及50 μmol·L-1菊苣酸和100 μmol·L-1H2O2共同作用能夠上調(diào) Nrf2/Keap1 信號(hào)通路下游相關(guān)抗氧化防御酶的表達(dá)。另外，植物中不同成分之間也可發(fā)揮協(xié)同抗氧化的作用，孟創(chuàng)鴿等[47]研究了菊苣莖中5種酸性成分的協(xié)同抗氧化活性，結(jié)果表明菊苣酸與綠原酸或木犀草苷的復(fù)配比例為1∶15時(shí)，協(xié)同抗氧化能力更強(qiáng)。

4.3 抗腫瘤作用 Tasi等[48]研究了的紫錐菊花中的乙醇提取物對(duì)人結(jié)腸癌細(xì)胞增殖、凋亡和端粒酶活性的影響，發(fā)現(xiàn)其乙醇提取物對(duì)結(jié)腸癌細(xì)胞有較強(qiáng)的生長(zhǎng)抑制作用(其特征是DNA片段化、caspase-9活化、PARP裂解和 β-catenin下調(diào))，可能的機(jī)制是端粒酶活性降低，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡所致。Sun等[49]研究證實(shí)在異種移植胃癌模型中，20 μmol·L-1菊苣酸以劑量依賴性的方式顯著降低SGC-701和MGC-803胃癌細(xì)胞的細(xì)胞活力，誘導(dǎo)胃癌細(xì)胞凋亡，抑制腫瘤生長(zhǎng)。菊苣酸這一作用的機(jī)制是促進(jìn)AMPK調(diào)控的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(endoplasmic reticulum，ER)應(yīng)激誘導(dǎo)胃癌細(xì)胞自噬。

4.4 抗病毒作用 Zhang等[50]建立了D-半乳糖胺(D-GalN)誘導(dǎo)的人HL-7702肝細(xì)胞損傷的模型，發(fā)現(xiàn)10～100 μg·mL-1菊苣酸能夠顯著減輕D-GalN誘導(dǎo)的HL-7702肝細(xì)胞損傷，1～100 μg·mL-1的菊苣酸在受感染的鴨胎肝細(xì)胞中顯著抑制DHBV DNA的復(fù)制。Langland等[51]發(fā)現(xiàn)具有咖啡酰基的部分有機(jī)化合物(如咖啡酸、迷迭香酸、菊苣酸等)與金屬和其他無(wú)機(jī)離子配對(duì)時(shí)咖啡酸抗單純皰疹病毒(herpes simplex virus，HSV)的特性增強(qiáng)。Lee等[52]研究發(fā)現(xiàn)L-菊苣酸的半聚體可作為新的HIV-1(human immunodeficiency virus type1，HIV-1)整合酶抑制劑，兩種半聚體的IC50值分別為10.5和12.0 μmol·L-1，與母體化合物L(fēng)-菊苣酸(IC50為15.7 μmol·L-1)相當(dāng)。Robinson[53]驗(yàn)證了HIV整合酶抑制劑L-Chicoric acid與蛋白酶抑制劑和齊多夫定的組合，發(fā)現(xiàn)其結(jié)合物具有抗HIV活性的作用。另外，Pluymers等[54]發(fā)現(xiàn)L-CA和D-CA及各自的類似物抗HIV的機(jī)制表現(xiàn)在抑制病毒復(fù)制的早期階段，即為病毒的入侵階段。

4.5 抗糖尿病作用 近年來，糖尿病已經(jīng)成為一種威脅人類健康的隱形的、慢性的基礎(chǔ)代謝疾病，其特點(diǎn)主要是發(fā)病率高、并發(fā)癥多，這使得患病人數(shù)逐年增多，給社會(huì)造成巨大負(fù)擔(dān)，由于西藥毒副作用大、毒性大、安全性差，因此尋找可靠的天然抗糖尿病的藥物迫在眉睫[55]。Azay-Milhau等[56]研究表明，50 μg·mL-1和100 μg·mL-1天然菊苣酸提取物均能夠增加胰腺細(xì)胞的胰島素分泌及15和30 mg·kg-1天然菊苣酸提取物均能夠增加肌肉細(xì)胞的葡萄糖攝取，從而發(fā)揮抗高血糖的作用。Kim等[57]研究發(fā)現(xiàn)10 和15 μmol·L-1菊苣酸均可以平衡機(jī)體對(duì)葡萄糖的攝取、改善受損的胰島素信號(hào)通路及增強(qiáng)線粒體膜電位和耗氧量。

4.6 抗肥胖作用 有研究認(rèn)為，前脂肪細(xì)胞的死亡和抑制脂肪細(xì)胞中脂肪的生成在發(fā)揮減肥效果中起著關(guān)鍵作用。雖然菊苣酸具有較強(qiáng)的生物活性，但很少有人研究菊苣酸對(duì)3T3-L1前脂肪細(xì)胞的作用。Xiao等[58]發(fā)現(xiàn)菊苣酸通過ROS介導(dǎo)的PI3K/Akt和MAPK信號(hào)通路誘導(dǎo)3T3-L1前脂肪細(xì)胞的凋亡達(dá)到抑制肥胖的效果，除此之外菊苣酸還通過PI3K/Akt途徑下調(diào)HO-1和COX-2的表達(dá)發(fā)揮作用。

4.7 免疫調(diào)節(jié)作用 Kour等[59]研究了從蒲公英中分離的菊苣酸在增強(qiáng)慢性應(yīng)激小鼠免疫反應(yīng)中的作用，發(fā)現(xiàn)1 mg·kg-1菊苣酸通過控制CD28/CTLA-4共刺激分子的表達(dá)以及通過調(diào)節(jié)Th1細(xì)胞因子IL-12和抑制IL- 10的表達(dá)來刺激免疫應(yīng)答。Stevenson等[60]采用3種體外測(cè)量巨噬細(xì)胞免疫功能的方法對(duì)NF-κB，TNF-α 和 NO的產(chǎn)生進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)果表明0.2 μg·mL-1的菊苣酸能降低LPS誘導(dǎo)的NF-κB、TNF-α和NO的水平。

4.8 抗衰老 隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的飛速發(fā)展和生活質(zhì)量的提高，衰老問題逐漸引發(fā)社會(huì)各界人士的廣泛關(guān)注，據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，衰老是人體各器官及生理機(jī)能逐漸老化的過程且與慢性疾病息息相關(guān)，導(dǎo)致死亡風(fēng)險(xiǎn)的程度加大，因此預(yù)防自身機(jī)能衰老顯得尤為重要[61]。Peng等[62]研究表明濃度為25～50 μmol·L-1的菊苣酸能夠顯著延長(zhǎng)線蟲的壽命，其主要機(jī)制可能是通過調(diào)控AAK2上游因子和SKN1下游因子來增強(qiáng)抗氧化應(yīng)激的特性，延緩其壽命。菊苣酸具體生物活性機(jī)制詳見下圖3。

圖3 菊苣酸的生物活性機(jī)制

5 結(jié)語(yǔ)與展望

菊苣酸作為菊科植物的主要活性成分，具有較廣泛的藥理作用，提示其作為有效的藥物新成分具有一定的可能。近年來，菊苣酸的研究取得了一定的進(jìn)展，但其穩(wěn)定性、有效性方面還存在不足，具體表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：①化學(xué)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性還需進(jìn)一步深入研究。菊苣酸具有L-菊苣酸、D-菊苣酸及meso-菊苣酸3種異構(gòu)體，不同空間結(jié)構(gòu)的異構(gòu)體也會(huì)影響其藥理活性強(qiáng)弱。另外，菊苣酸易受到各種外界因素影響，不穩(wěn)定、易降解，這也與其化學(xué)結(jié)構(gòu)相關(guān)，因此選取何種構(gòu)型的菊苣酸作為新藥開發(fā)的重要活性成分，作用于人體后是否會(huì)發(fā)生分解反應(yīng)還有待進(jìn)一步考究；②植物不同部位的菊苣酸是否存在協(xié)同或拮抗作用。植物不同部位(如根、莖、葉、花等)均含有菊苣酸，不同部位菊苣酸可能會(huì)影響植物多種分子生物學(xué)過程，但此過程中不同部位菊苣酸是協(xié)同還是拮抗發(fā)揮藥理活性還需建立動(dòng)物模型和大量的臨床試驗(yàn)來驗(yàn)證；③菊苣酸作為單體成分，具有成分單一、安全、有效、毒性小的優(yōu)點(diǎn)，但在免疫調(diào)節(jié)、抑制肥胖及抗衰老作用方面研究較少，尚需進(jìn)一步深入研究闡明其機(jī)制。

目前，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平和生活質(zhì)量的提高，菊苣酸無(wú)論是作為保健產(chǎn)品的主要成分還是新藥的有效成分，其作用都不可估量，具有廣闊的市場(chǎng)發(fā)展前景。因此，基于菊苣酸具有提高人體免疫力的功能，可開發(fā)出適合廣大消費(fèi)者的醫(yī)療用品和保健品，充分發(fā)揮其潛在的藥用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。