酶輔助超聲法提取陜產(chǎn)黃精總黃酮及其抗氧化、抗A549細(xì)胞增殖活性研究

郭凱麗，劉繼平，趙重博，史永恒，王 斌，權(quán)利娜，過(guò)曉芳，朱星枚*

1陜西中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院；2陜西省中醫(yī)藥管理局中藥藥效機(jī)制與物質(zhì)基礎(chǔ)重點(diǎn)研究室；3陜西省中藥基礎(chǔ)與新藥研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，咸陽(yáng) 712046；4西安工業(yè)大學(xué)數(shù)理系，西安 710032

黃精(Polygonatumsibiricum，PS)是我國(guó)著名藥食同源藥材，主產(chǎn)于河北、陜西、安徽、云南、浙江、黑龍江等地區(qū)，藥用取其干燥根莖，用于養(yǎng)陰補(bǔ)氣，補(bǔ)腎潤(rùn)肺[1]。研究表明黃精通過(guò)多糖、黃酮、皂苷、木脂素、氨基酸、揮發(fā)油等成分，發(fā)揮抗腫瘤、抗衰老、調(diào)節(jié)免疫等藥理作用[2,3]，臨床廣泛用于治療食管癌、胃癌、直腸癌、肺癌等惡性腫瘤[4]。

我們前期基于網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)研究發(fā)現(xiàn)黃精中黃酮類(lèi)成分可以通過(guò)細(xì)胞凋亡、低氧誘導(dǎo)因子-1、腫瘤壞死因子等信號(hào)通路發(fā)揮抗非小細(xì)胞肺癌(non-small cell lung cancer，NSCLC)作用，其具體物質(zhì)基礎(chǔ)與分子機(jī)制需通過(guò)提取黃精總黃酮進(jìn)行研究。研究表明陜產(chǎn)黃精總黃酮含量最高，滇黃精總黃酮含量最低[5]。黃精總黃酮提取方法包括浸提法[6]、超聲法[7]、酶法輔助超聲法[8]，但未見(jiàn)對(duì)提取工藝的優(yōu)化及黃酮成分分析，各成分含量及其抗氧化、抗腫瘤作用研究更少。

近年來(lái)超聲波聯(lián)合酶法逐漸應(yīng)用到中藥有效成分提取[9-11]。超聲波可以在液體介質(zhì)中傳播產(chǎn)生特殊的“空化效應(yīng)”，以強(qiáng)大的沖擊波作用中藥材，加速植物有效成分的浸出。纖維素酶主要通過(guò)降解植物細(xì)胞壁，增加細(xì)胞壁的滲透性，促進(jìn)中草藥有效成分快速溶出和擴(kuò)散，從而提高活性化合物的得率[12]。因此，酶輔助超聲法提取中藥有效成分可減少溶劑用量，縮短提取時(shí)間，并提高藥用成分的得率[13]。本研究擬采用酶輔助超聲法提取陜產(chǎn)黃精總黃酮，并結(jié)合黃酮類(lèi)物質(zhì)提取關(guān)鍵因素即料液比、乙醇濃度、酶用量、超聲時(shí)間等，借助響應(yīng)面法優(yōu)化黃酮類(lèi)物質(zhì)的最優(yōu)提取工藝，通過(guò)高效液相色譜(High performance liquid chromatography，HPLC)法檢測(cè)陜產(chǎn)黃精的黃酮成分，并研究該提取物體外抗氧化、抗A549細(xì)胞增殖作用，為開(kāi)發(fā)陜產(chǎn)黃精更豐富的藥效部位提供數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 藥材、細(xì)胞與主要試劑

黃精藥材購(gòu)自陜西略陽(yáng)黃精生產(chǎn)基地，經(jīng)陜西中醫(yī)藥大學(xué)顏永剛教授鑒定，干燥粉碎后過(guò)6號(hào)篩備用。人NSCLC細(xì)胞系A(chǔ)549購(gòu)于中國(guó)武漢普諾賽生命科技有限公司。蘆丁(批號(hào)：T20N11Z131674；純度≥98.5%)、槲皮素二水物(批號(hào)：C13A9Y58602；純度≥97%)、黃芩素(批號(hào)：C06M11Y112461；純度≥98%)、維生素C(Vc)(批號(hào)：S19J6G1；純度≥99.9%)、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚(2,6-di-tert-butyl-4-methylphenol，BHT)(批號(hào)：Y17A9Y307695；純度≥98%)、檸檬酸(批號(hào)：20190711；純度≥99.5%)檸檬酸鈉(批號(hào)：20190708；純度≥99.0%)、纖維素酶(批號(hào)：191125；純度50 U/mg)、1,1-二苯基-2-苦肼基試劑盒(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH)(批號(hào)：20210417；純度≥98%)、羥基自由基(批號(hào)：20210608；純度≥98%)、總還原能力檢測(cè)試劑盒(ABTS)(批號(hào)：031221210518；純度≥98.5%)、CCK-8(批號(hào)：EG20201111)。其中，蘆丁、槲皮素二水物、黃芩素、維生素C、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚(上海源葉生物公司)；檸檬酸、檸檬酸鈉(天津科密歐化學(xué)公司)；纖維素酶(上海藍(lán)季生物公司)；1,1-二苯基-2-苦肼基試劑盒(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH)、羥基自由基、總還原能力檢測(cè)試劑盒(ABTS)(南京建成生物公司)、CCK-8(南京恩晶生物公司)。

1.2 儀器

800Y中藥粉碎機(jī)(永康市猛牛商貿(mào)有限公司)；Scout SE分析天平(奧豪斯儀器有限公司)；Sartorius pH酸度計(jì)(北京賽多利斯科學(xué)儀器有限公司)；KS-500DV液晶超聲波清洗器(昆山潔力美超聲儀器有限公司)；TDZ5-WS低速離心機(jī)(湖南湘儀實(shí)驗(yàn)儀器開(kāi)發(fā)有限公司)；TY2021000834全波長(zhǎng)酶標(biāo)儀(美國(guó)伯騰儀器有限公司)；Ultimate 3000型高效液相色譜儀(賽默飛世爾科技(中國(guó))有限公司)。

1.3 方法

1.3.1 黃精總黃酮的含量測(cè)定

精密稱(chēng)取蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品10.0 mg，甲醇(色譜純)溶解定容，配成濃度為0.2 mg/mL的對(duì)照品儲(chǔ)備液，4 ℃保存?zhèn)溆?。精密吸取蘆丁對(duì)照品儲(chǔ)備液0.0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0 mL，置25 mL容量瓶，按亞硝酸鈉-硝酸鋁法[14]法以濃度為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)，得標(biāo)準(zhǔn)曲線y=10.239x+0.027 2(R2=0.997 6)。

精密稱(chēng)取黃精粉末2.00 g，90%乙醇溶解。稱(chēng)取0.04 g纖維素酶，溶于400 μL 0.1 mol/L檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液(pH=4.8)，40 ℃水浴活化30 min。50 ℃，超聲20 min后沸水滅活10 min，趁熱過(guò)濾，90%乙醇補(bǔ)足至32 mL。精密吸取上述溶液1.0 mL，依文獻(xiàn)測(cè)定黃精總黃酮提取液的吸光度，計(jì)算總黃酮濃度及得率[14]。

總黃酮得率=(C×V)/m× 100%

式中，C：總黃酮濃度(g/mL)；V：藥液體積(mL)；m：藥材質(zhì)量(g)。

1.3.2 響應(yīng)面法優(yōu)化提取黃精總黃酮的最佳工藝

分別進(jìn)行纖維素酶用量A(1%、1.5%、2%、2.5%、3%)，乙醇濃度B(40%、50%、60%、70%、80%、90%)，超聲時(shí)間C(5、10、15、20、25、30、40、50、60、70 min)，料液比D(1∶5、1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30 g/mL)單因素試驗(yàn)，依據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果，設(shè)計(jì)四因素三水平的響應(yīng)面試驗(yàn)，Box-Behnken法篩選最佳提取工藝。

1.3.3 HPLC法測(cè)定黃精黃酮提取物中黃酮成分及含量

1.3.3.1 對(duì)照品溶液的制備

對(duì)照品貯備液：分別取蘆丁、槲皮素二水物和黃芩素對(duì)照品適量，精密稱(chēng)定，置于不同10 mL量瓶中，加100%甲醇溶解并定容至刻度，得對(duì)照品貯備液。混合對(duì)照品溶液：分別移取適量上述3種對(duì)照品貯備液，置于同一5 mL量瓶中，用100%甲醇制備成含有0.5 mg/mL槲皮素二水物、0.5 mg/mL黃芩素、0.5 mg/mL蘆丁的混合標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照品溶液。4 ℃冰箱保存，備用。

1.3.3.2 供試品溶液的制備

將“1.3.1”項(xiàng)制得提取液濃縮至無(wú)醇味。濃縮液經(jīng)等倍量乙醚萃取3次，合并濃縮后用甲醇溶解，0.45 μm濾器過(guò)濾，備用。

1.3.3.3 色譜條件與系統(tǒng)適用性試驗(yàn)

安捷倫ZORBAX SB-pheny1(250 mm×4.6 mm，5 μm)色譜柱；乙腈(A)-0.1%磷酸水(B)為流動(dòng)相，梯度洗脫50 min(0～45 min，15%→55%A；45～50 min，55%→15%A)，流速1 mL/min，柱溫35 ℃，檢測(cè)波長(zhǎng)280 nm，進(jìn)樣量20 μL。取“1.3.3.1”項(xiàng)下混合對(duì)照品溶液和“1.3.3.2”項(xiàng)下供試品溶液，按此色譜條件分別進(jìn)樣測(cè)定，記錄色譜圖。

1.3.3.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線及線性范圍

取“1.3.3.1”項(xiàng)下對(duì)照品溶液，分別進(jìn)樣4、8、12、16、20 μL，于280 nm波長(zhǎng)處測(cè)其峰面積。進(jìn)樣量為橫坐標(biāo)，峰面積為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線并計(jì)算回歸方程，得黃芩素標(biāo)準(zhǔn)曲線y= 23.658x+ 216.64(R2= 0.999 2)；槲皮素二水物標(biāo)準(zhǔn)曲線y= 5.194x+ 55.611(R2= 0.999 7)。

1.3.3.5 含量測(cè)定

取“1.3.3.2”項(xiàng)下供試品溶液分別重復(fù)進(jìn)樣3次，測(cè)定供試品溶液的峰面積并根據(jù)“1.3.3.4”項(xiàng)下線性關(guān)系求得樣品中各成分的含量。

X=(C×V)/m

式中，X：每g供試品中化合物的含量(μg/g)；C：標(biāo)準(zhǔn)曲線求得供試品溶液中目標(biāo)化合物的質(zhì)量濃度(μg/mL)；V：供試品溶液的體積(mL)；m：藥品樣品質(zhì)量(g)。

1.3.4抗氧化活性評(píng)價(jià)

以下各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)以蒸餾水作空白組，維生素C、BHT分別作陽(yáng)性對(duì)照組。

1.3.4.1 1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)自由基清除能力的測(cè)定

配制不同質(zhì)量濃度(0、12.5、25、50、100 μg/mL)黃精總黃酮溶液，取上述溶液100 μL，加0.1 mmol/L DPPH無(wú)水乙醇溶液100 μL，混勻，室溫避光30 min，517 nm測(cè)定A值。每組實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。

DPPH自由基清除率=[1-(A樣品-A對(duì)照)/A空白]×100%

式中，A樣品組：加入樣品的DPPH無(wú)水乙醇溶液的吸光度；A對(duì)照組：加入樣品的80%甲醇溶液的吸光度；A空白組：加入80%甲醇的DPPH無(wú)水乙醇溶液的吸光度。

1.3.4.2 羥基自由基清除能力的測(cè)定

配制不同質(zhì)量濃度(0、12.5、25、50、100 μg/mL)黃精總黃酮溶液，精密吸取上述溶液50 μL，依次加入50 μL 6 mmol/L FeSO4、100 μL 6 mmol/L H2O2，充分搖勻后室溫放置10 min；再加入50 μL 6 mmol/L水楊酸，充分搖勻室溫放置30 min，510 nm測(cè)定A值。每組實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。

羥自由基清除率=(A0-Ai)/A0×100%

式中，A0：50 μL蒸餾水代替樣品的吸光度；Ai：加入樣品的吸光度。

1.3.4.3 總抗氧化能力的測(cè)定(ABTS快速法)

將7.5 mL 7 mmol/L ABTS溶液和132 μL 140 mmol/L過(guò)硫酸鉀水溶液避光反應(yīng)16 h，用乙醇稀釋到A732 nm約0.7備用。配制不同質(zhì)量濃度(0、12.5、25、50、100 μg/mL)黃精總黃酮溶液，精密吸取上述溶液50 μL，加入100 μL ABTS，避光10 min，734 nm測(cè)吸光值(Ai)。每組實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。

總抗氧化化能力=[1-(Ai-Ai0)/A0]×100%

式中，Ai：加入樣品的ABTS溶液的吸光度；A0：加入無(wú)水乙醇的ABTS溶液的吸光度；Ai0：加入蒸餾水的樣品提取液的吸光度。

1.3.5 黃精總黃酮體外抗A549增殖作用

分別給予A549細(xì)胞不同濃度的黃精黃酮提取物分別處理24、48、72 h，每孔加入10 μL CCK-8溶液，37 ℃，5% CO2恒溫培養(yǎng)3.5 h，600 nm測(cè)定吸光值(OD)，每組藥設(shè)置五個(gè)復(fù)孔，IC50重復(fù)測(cè)定5次。

細(xì)胞生存率 =[(OD實(shí)驗(yàn)-OD空白)/(OD對(duì)照-OD空白)]×100%

式中，OD實(shí)驗(yàn)：加入培養(yǎng)基、細(xì)胞、CCK-8和藥的吸光度；OD對(duì)照：加入培養(yǎng)基、細(xì)胞和CCK-8的吸光度；OD空白：加入培養(yǎng)基和CCK-8的吸光度。

1.3.6 統(tǒng)計(jì)分析

采用GraphPad Prism 7.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，One-way Analysis of Variance(ANOVA)比較多組間差異，t檢驗(yàn)比較兩組間差異，P<0.05為具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

纖維素酶用量為2.5%時(shí)，總黃酮得率最高(見(jiàn)圖1a)。總黃酮得率在纖維素酶用量1%～3%范圍內(nèi)先升后降，可能植物細(xì)胞破壁率隨纖維素酶用量增加而提高，但纖維素酶用量超過(guò)2.5%時(shí)，植物細(xì)胞內(nèi)雜質(zhì)溶出增加，反而降低黃酮得率[15]。

圖1 各單因素對(duì)黃精總黃酮得率的影響

乙醇濃度為80%時(shí)，總黃酮得率最高(見(jiàn)圖1b)。總黃酮得率在乙醇濃度40%～90%范圍內(nèi)先升后降，可能黃酮類(lèi)是醇溶性成分，一定范圍內(nèi)，黃酮類(lèi)溶出率隨乙醇濃度提高而增加。當(dāng)乙醇濃度超過(guò)80%時(shí)，纖維素酶活性被抑制，整體黃酮得率反而下降[16]。

超聲時(shí)間15 min時(shí)，總黃酮得率最高(見(jiàn)圖1c)?？傸S酮得率在超聲時(shí)間5～70 min范圍內(nèi)先升后降，可能延長(zhǎng)超聲時(shí)間破壞了纖維素酶活性，導(dǎo)致得率降低[17]。

料液比1∶15(g/mL)時(shí)，總黃酮得率達(dá)峰值(見(jiàn)圖1d)?？傸S酮得率在料液比1∶5～1∶30(g/mL)范圍內(nèi)先升后降，可能隨著料液比增加，溶出物雜質(zhì)增多，總黃酮得率相對(duì)降低[18]。

2.2 響應(yīng)面法優(yōu)化黃精總黃酮提取工藝結(jié)果

2.2.1 響應(yīng)面法優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

依據(jù)“2.1”各單因素結(jié)果(見(jiàn)圖1)，四因素三水平結(jié)果見(jiàn)表1。應(yīng)用Box-Behnken法進(jìn)行響應(yīng)面設(shè)計(jì)(見(jiàn)表2)。黃精總黃酮得率Y的二次多項(xiàng)回歸模型∶Y=9.06+1.54A+0.65B+0.51C-0.59D-0.46AB+0.43AC+0.42AD+1.59BC-0.49BD-2.42CD-1.96A2+0.36B2-0.73C2-0.12D2。

表1 試驗(yàn)因素及水平

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

2.2.2 響應(yīng)面回歸模型方差分析

Design Expert 10.6.4軟件分析上述二次多元回歸模型方差(見(jiàn)表3)?；貧w模擬方程中，一次項(xiàng)纖維素酶(A)，二次項(xiàng)纖維素酶(A2)及超聲時(shí)間(C)與料液比(D)互作對(duì)總黃酮得率影響顯著。各因素對(duì)黃精總黃酮得率影響的主次順序?yàn)椋豪w維素酶用量>乙醇濃度>料液比>超聲時(shí)間。

表3 回歸模型方差分析

2.2.3 各因素互作關(guān)系可視化

Design-Expert 10.6.4軟件繪制各影響因素對(duì)黃精總黃酮得率影響的響應(yīng)面曲線圖。曲線越陡峭，該因素變化對(duì)結(jié)果的影響越大；曲線越平直，該因素變化對(duì)結(jié)果的影響越小。各因素存在交互作用，其中超聲時(shí)間與料液比，乙醇濃度與超聲時(shí)間的互作作用對(duì)黃精總黃酮得率影響最顯著(見(jiàn)圖2)。

圖2 各因素對(duì)黃精黃酮得率的影響

2.2.4 最優(yōu)提取工藝條件與黃精總黃酮的得率

黃精總黃酮最佳提取工藝：纖維素酶用量2%，乙醇濃度90%，超聲時(shí)間20 min，料液比1∶16(g/mL)。根據(jù)以上最優(yōu)工藝，平行3次提取黃精總黃酮，黃精總黃酮的得率為103.10 ± 0.02 μg/g。該法操作簡(jiǎn)便，結(jié)果可靠。

2.2.5 2種黃酮化合物的分離色譜圖與含量

在“1.3.3.3”色譜條件下，2種黃酮化合物與相鄰峰間的分離度均大于1.5，色譜圖見(jiàn)圖3。取制備好的供試品溶液進(jìn)樣，根據(jù)色譜峰面積平均值和標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算各物質(zhì)的含量。結(jié)果得出，陜產(chǎn)黃精黃酮提取物中主要有槲皮素二水物和黃芩素兩種黃酮類(lèi)，得率分別為6.43 ± 0.25 μg/g和92.31 ± 1.75 μg/g。與文獻(xiàn)報(bào)道[19]的黃精飲片中黃酮成分及含量有差異。陜產(chǎn)黃精黃酮提取物中未檢測(cè)出蘆丁及甘草素，檢測(cè)出槲皮素二水物，同時(shí)首次檢測(cè)出黃芩素成分，且含量較槲皮素高。

圖3 高效液相色譜圖

2.2.6 黃精總黃酮抗氧化能力

黃精總黃酮對(duì)DPPH、羥自由基清除能力及總抗氧化能力如圖4，DPPH自由基是一種穩(wěn)定的自由基，滇黃精多糖當(dāng)質(zhì)量濃度大于1 g/mL時(shí)，表現(xiàn)出對(duì)DPPH的清除能力[19]，圖4a表明黃精總黃酮具有較強(qiáng)的清除DPPH能力，其清除DPPP自由基的EC50是11.20 μg/mL，較維生素C(EC50=1.09 μg/mL)和BHT弱(EC50=4.05 μg/mL)；但隨著黃精黃酮濃度增加，其對(duì)DPPH自由基的清除能力趨近維生素C的清除能力，且較BHT強(qiáng)。圖4b表明黃精總黃酮清除羥自由基的EC50是57.88 μg/mL，與BHT(EC50=51.14 μg/mL)清除能力相當(dāng)，但弱于維生素C(EC50=26.49 μg/mL)；圖4c表明黃精總黃酮總抗氧化能力的EC50是23.75 μg/mL，其還原力介于維生素C(EC50=13.42 μg/mL)與BHT之間。

圖4 黃精總黃酮對(duì)抗氧化能力的影響

2.2.7 黃精總黃酮的體外抗A549增殖能力

不同濃度的黃酮提取物(0、4.78、9.56、19.1、38.2、76.5、153 μg/mL)處理A549細(xì)胞，其24、48、72 h的IC50分別是25.18、12.52、9.25 μg/mL。表明黃精黃酮提取物對(duì)A549細(xì)胞有較強(qiáng)的抗增殖能力，且具有劑量和時(shí)間依賴(lài)性(見(jiàn)圖5)。

圖5 不同劑量黃精總黃酮作用A549細(xì)胞24、48、72 h的生長(zhǎng)曲線

3 結(jié)論

本文采用超聲輔助纖維素酶法提取陜產(chǎn)黃精總黃酮，借助響應(yīng)面法優(yōu)化黃精總黃酮的提取工藝為：纖維素酶用量2%，乙醇濃度90%，超聲時(shí)間20 min，料液比1∶16(g/mL)，該條件下陜產(chǎn)黃精總黃酮得率為103.10 ± 0.02 μg/g。據(jù)文獻(xiàn)[5]，該得率比黑龍江阿城產(chǎn)黃精總黃酮得率低，較安徽九華山產(chǎn)多花黃精及廣西百色和云南臨滄產(chǎn)滇黃精總黃酮得率高。多因素分析中對(duì)得率影響最大的是纖維素酶用量，說(shuō)明黃精的破壁率與其黃酮物質(zhì)的溶出成正比，此結(jié)果與文獻(xiàn)報(bào)道一致[8]。各因素互作關(guān)系研究表明超聲時(shí)間與料液比，乙醇濃度與超聲時(shí)間互作對(duì)黃精總黃酮得率影響最顯著。本研究首次應(yīng)用HPLC方法分析并測(cè)定了陜產(chǎn)黃精中的黃酮成分及含量。不同于貴州國(guó)藥集團(tuán)同濟(jì)堂的黃精飲片及亳州北京同仁堂的黃精飲片[20,21]，陜產(chǎn)黃精黃酮中以槲皮素二水物和黃芩素為主，此兩種成分均具有很好的抗腫瘤、抗氧化作用[22,23]，其中首次發(fā)現(xiàn)陜產(chǎn)黃精黃酮中富含黃芩素成分。

抗氧化實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明陜產(chǎn)黃精總黃酮具有較強(qiáng)的抗氧化能力，其對(duì)DPPH自由基的清除率與維生素C相當(dāng)，小劑量使用時(shí)，其抗氧化能力不及維生素C和BHT，但隨劑量增加，其清除自由基能力逐漸增強(qiáng)，基本和維生素C和BHT相當(dāng)。本文還首次證實(shí)陜西產(chǎn)黃精黃酮提取物體外可呈劑量和時(shí)間依賴(lài)性抗A549細(xì)胞增殖。這與我們前期網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)和循證醫(yī)學(xué)研究[24]結(jié)果一致，該研究可為進(jìn)一步研究陜產(chǎn)黃精黃酮類(lèi)成分及黃精抗NSCLC作用提供物質(zhì)基礎(chǔ)。