蒼術(shù)有效成分提取工藝及合成途徑研究進(jìn)展

陳研，黃榮，周一，張濤，齊偉辰

（長(zhǎng)春中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130117）

蒼術(shù)是我國(guó)傳統(tǒng)中藥材，為菊科植物茅蒼術(shù)[Atractylodes lancea (Thunb.) DC.]或北蒼術(shù)[Atractylodes chinensis(DC.)koidz.]的干燥根莖。蒼術(shù)是多年生草本植物，味辛、苦、性溫、歸脾、胃、肝經(jīng)，有燥濕健脾、祛風(fēng)散寒、明目的功效[1]。2020 版《中國(guó)藥典》中主要記載的蒼術(shù)基原有茅蒼術(shù)和北蒼術(shù)，茅蒼術(shù)主產(chǎn)于江蘇、湖北、河南等南部地區(qū)，所以也稱其為南蒼術(shù)。北蒼術(shù)主產(chǎn)于河北、東北三省、內(nèi)蒙古、山西、陜西、甘肅、寧夏和青海等地[2]。蒼術(shù)具有抗腫瘤、抗炎，抗菌、改善胃功能、保肝等臨床藥理作用。近年來，蒼術(shù)市場(chǎng)需求量不斷擴(kuò)大，蒼術(shù)受到的關(guān)注度持續(xù)提高，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)蒼術(shù)的研究逐步加深，其潛在藥理作用也被逐步闡明，并在新冠疫情中發(fā)揮重要作用。本文就蒼術(shù)的化學(xué)成分、提取工藝、藥理作用及有效成分合成途徑進(jìn)行綜述，旨在為蒼術(shù)的進(jìn)一步開發(fā)利用和指導(dǎo)臨床應(yīng)用提供一定參考。

1 蒼術(shù)的化學(xué)成分

近年來，學(xué)者從蒼術(shù)中分離出了近百種化合物，主要包括有揮發(fā)油類成分（倍半萜類、聚乙烯炔類、酚類、有機(jī)酸類）和非揮發(fā)油類成分（黃酮類、有機(jī)酸類和多糖類等）[3]。

1.1 倍半萜類

倍半萜是由3 個(gè)異戊二烯單位聚合形成的C15 化合物。目前已從蒼術(shù)中分離鑒定出了4 種主要的倍半萜類化合物：白術(shù)內(nèi)酯Ⅰ-Ⅶ、蒼術(shù)酮、-桉葉油醇和茅蒼術(shù)醇（見圖1）[4]。其中白術(shù)內(nèi)酯包括白術(shù)內(nèi)酯ⅠC15H18O、白術(shù)內(nèi)酯ⅡC15H20O2、白術(shù)內(nèi)酯ⅢC15H20O3、白術(shù)內(nèi)酯ⅣC17H23O5、白術(shù)內(nèi)酯ⅤC15H20O4、白術(shù)內(nèi)酯ⅥC15H2O 和白術(shù)內(nèi)酯ⅦC17H27O2。白術(shù)內(nèi)酯Ⅰ、白術(shù)內(nèi)酯Ⅱ和白術(shù)內(nèi)酯Ⅲ為蒼術(shù)中含量最多的白術(shù)內(nèi)酯性成分。從生源上來講白術(shù)內(nèi)酯Ⅲ為白術(shù)內(nèi)酯Ⅰ的氧化產(chǎn)物，白術(shù)內(nèi)酯Ⅱ?yàn)榘仔g(shù)內(nèi)酯Ⅲ的脫水產(chǎn)物。目前已從茅蒼術(shù)中分離得到了20 種桉葉烷型倍半萜化合物，分別為3 -羥基紫檀醇、紫檀醇、（11R）-2,11,12-三羥基- -芹子烯、kudtdiol、（11S）-2,11,13-三羥基- -芹子烯、14-羥基-異紫檀醇酮[5]、桉葉-4（15）-烯-7 ,11-二醇、桉葉-4（15）,7-二烯-11-醇-9-酮[6]、（1R,7R,10R）-1-羥基假虎刺酮-11-O- -D-吡喃葡萄糖苷、（5R,7R,10S）-3-O--D-吡喃葡萄糖基異紫檀醇酮-11-O- -D-呋喃芹菜糖基（-1→6）- -D-吡喃葡萄糖苷、（5R,7R,10S）-14-羧基異紫檀醇酮-11-O- -D-吡喃葡萄糖苷[7]、（2S,7R,l0S）-3-羥基假虎刺酮-11-O- -D-吡喃葡萄糖苷、（2R, 7R,l0S）-3-羥基假虎刺酮-11-O- -D-吡喃葡萄糖苷、（5R,7R, 10S）-3-羥基異紫檀醇酮-3-O- -D-吡喃葡萄糖苷、（5R,7R,10S）-6′′-O-乙酰蒼術(shù)苷Ⅰ、（5R,7R,l0S）-6′-O-乙酰蒼術(shù)苷Ⅰ、（5R,7R,10S）-異紫檀醇酮-11-O- -D-呋喃芹菜糖基（-1→6）- -D-吡喃葡萄糖基[8]、蒼術(shù)苷G2-- -D-吡喃葡萄糖苷、（5R,7R,10S）-異紫檀醇酮- -D-吡喃葡萄糖苷、（5R,7R,10S）-14-羥基異紫檀醇酮-11-O- -D-吡喃葡萄糖苷[9]。劉曉冬利用氣相色譜法分離出蒼術(shù)揮發(fā)油中的62 種組分，除去已知的單萜和倍半萜類化合物以外，還分離出了一種含量較高的倍半萜類化合物愈創(chuàng)醇C15H26O，該物質(zhì)可通過抑制M2型巨噬細(xì)胞，阻抑肺癌上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化，達(dá)到抗腫瘤的作用[10]，為繼續(xù)探究蒼術(shù)的有效成分及其應(yīng)用提供了新思路。

圖1 蒼術(shù)中的倍半萜類化合物結(jié)構(gòu)Fig.1 The structure of sesquiterpenoids in A.Lancea

1.2 聚乙烯炔類

聚乙烯炔類是一種具有多個(gè)共軛三鍵的天然化合物，包括蒼術(shù)素、蒼術(shù)素醇和乙酰蒼術(shù)素醇等（見圖2）。其中，蒼術(shù)素（C13H10O）是蒼術(shù)根莖中的主要活性成分。2020 版《中國(guó)藥典》中規(guī)定蒼術(shù)中的有效成分蒼術(shù)素的含量不得少于0.30%[1]。除這3 種含量最高的成分以外，外國(guó)學(xué)者還分離出了19種聚炔類化合物[11-13]。

圖2 蒼術(shù)中的聚乙烯炔類化合物結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure of polyethylene alkynes

此外，蒼術(shù)不同部位的蒼術(shù)素含量會(huì)隨著植物的生長(zhǎng)發(fā)育呈階段性變化。根莖的高峰期是萌芽期，次高峰為花芽分化中期；根中的高峰期是花芽分化中期；莖中蒼術(shù)素含量在枯萎前會(huì)達(dá)到最高值；葉片中的高峰期為萌芽期[14-16]。利用這一特性可以進(jìn)行分時(shí)段采集，從而更好的發(fā)揮蒼術(shù)植株的作用，使蒼術(shù)飲片具有更高的藥用價(jià)值，在臨床上充分發(fā)揮療效。

1.3 非揮發(fā)油類成分

蒼術(shù)素中非揮發(fā)性成分主要由黃酮類、有機(jī)酸類和多糖類等化合物組成[17]。已分離鑒定出了8 種非揮發(fā)性化合物，分別為蒼術(shù)烯內(nèi)酯丙、漢黃芩素、香草酸、3,5-二甲氧基-4-羥基苯甲酸、2 苯乙基O-L-鼠李糖-（1-6）- -D-吡喃葡萄糖苷、漢黃芩苷甲酯、原兒茶醛和原兒茶酸[18,19]?，F(xiàn)今對(duì)于蒼術(shù)有效成分的研究大都集中于揮發(fā)性成分，對(duì)非揮發(fā)油類成分的研究較少，而蒼術(shù)的藥用水煎液中非揮發(fā)性成分占比較大，同樣具備研究?jī)r(jià)值，理應(yīng)成為關(guān)注的重點(diǎn)。

2 蒼術(shù)素的提取工藝

常見的提取蒼術(shù)素方法包括水蒸氣蒸餾法、微波輔助提取法、超聲波提取法、索氏提取法以及超臨界CO2萃取法。本文就以上幾種方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較，見表1。

表1 蒼術(shù)素不同提取工藝對(duì)比Table 1 Comparison of different extraction processes of atractylenol

SFE-CO2與其他傳統(tǒng)提取方法相比優(yōu)勢(shì)明顯，可以有效避免提取過程造成的浪費(fèi)及提取物不純等缺點(diǎn)，是最適合提取蒼術(shù)素的工藝，且有數(shù)據(jù)證明了這一點(diǎn)，莫秋華等[21]應(yīng)用SFE-CO2得到的蒼術(shù)揮發(fā)油得率和揮發(fā)油中蒼術(shù)素含量均為最高，而水蒸氣蒸餾法提取所得揮發(fā)油最少，超聲提取的揮發(fā)油中蒼術(shù)素含量最低。張興德等[28]分別采用水蒸氣蒸餾法和SFECO2提取蒼術(shù)中的揮發(fā)油，研究發(fā)現(xiàn)SFE-CO2的提取率是傳統(tǒng)水蒸氣蒸餾法的十倍。此外，將蒼術(shù)粉末預(yù)先進(jìn)行酶處理可以溶解細(xì)胞壁中的纖維素、半纖維素、果膠等物質(zhì)，破壞蒼術(shù)細(xì)胞的緊密結(jié)構(gòu)，有利于有效成分溶出，可以提高蒼術(shù)素的浸出率[29]，且酶解輔助法不需要特定的設(shè)備，易于實(shí)施，成本較低，較為適合蒼術(shù)揮發(fā)油的工業(yè)化生產(chǎn)。

3 蒼術(shù)的藥理作用

3.1 抗腫瘤

蒼術(shù)的有效成分蒼術(shù)素在一定濃度時(shí)可使食管癌細(xì)胞脫落、核與染色質(zhì)濃縮、細(xì)胞分裂減少或消失，抑制食管癌細(xì)胞的增殖從而達(dá)到抑制癌細(xì)胞的作用[30,31]。研究者在探究蒼術(shù)抑制人胃癌細(xì)胞增殖的過程中發(fā)現(xiàn)，蒼術(shù)素含量不同的蒼術(shù)藥材對(duì)胃癌細(xì)胞有不同程度的阻斷作用[32]。隨后在探究蒼術(shù)對(duì)結(jié)腸癌的影響機(jī)制中發(fā)現(xiàn)，蒼術(shù)給藥組的結(jié)腸癌細(xì)胞增殖率最小，且其抑制作用隨植物體內(nèi)蒼術(shù)素濃度增高而顯著增強(qiáng)，證實(shí)了蒼術(shù)可以有效抑制結(jié)腸癌細(xì)胞增殖的事實(shí)[33]。除此之外，蒼術(shù)根部的化合物茅蒼術(shù)醇可以有效抑制前后細(xì)胞周期蛋白的表達(dá)，能夠起到抗腫瘤的作用[34]。

3.2 抗炎

蒼術(shù)的有效成分蒼術(shù)酮可以抑制一氧化氮和前列腺素的生成，阻斷脂多糖誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞炎癥及疼痛反應(yīng)[35,36]，同時(shí)，抑制前列腺素的生成還可用于治療足腫脹[37]。從關(guān)蒼術(shù)中分離出的東方草藥組合能夠?qū)鼓z原及佐劑誘導(dǎo)的炎癥，可用于治療風(fēng)濕性水腫和急性關(guān)節(jié)炎[38]。麩炒后的蒼術(shù)抗炎能力大大提升，可用于治療炎癥所致胃潰瘍，其機(jī)制為下調(diào)炎癥因子從而達(dá)到抗炎目的[39]。蒼術(shù)的醇提物可通過抑制炎癥介導(dǎo)，能在不同程度上浸潤(rùn)炎癥細(xì)胞以及改善血管翳、骨破壞、骨侵蝕，進(jìn)而降低關(guān)節(jié)炎的發(fā)病率[40]。有研究發(fā)現(xiàn)，蒼術(shù)體內(nèi)的蒼術(shù)素還可抑制促炎性細(xì)胞因子，作用于胃腸道用于治療由腸胃炎導(dǎo)致的胃痛、腹瀉等[41]。

3.3 抗菌

痤瘡是一種由痤瘡丙酸桿菌過度增殖所產(chǎn)生的炎癥反應(yīng)。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，蒼術(shù)可顯著抑制痤瘡丙酸桿菌的生成，起作用項(xiàng)為體內(nèi)的蒼術(shù)素，這也為蒼術(shù)的臨床治療提供了新思路。沈志濱等[42]隨后研發(fā)了一種能有效對(duì)抗痤瘡的藥物，其主要發(fā)揮療效的物質(zhì)就是從蒼術(shù)體內(nèi)提取出的蒼術(shù)素。尹秀芝等[43]通過觀察蒼術(shù)煎劑的試管抑菌作用發(fā)現(xiàn)，蒼術(shù)對(duì)二十多種真菌有抑制作用，以此為啟發(fā)應(yīng)用于治療手足癬病人，達(dá)到了不錯(cuò)的臨床效果。通過對(duì)比蒼術(shù)最小抑菌濃度值可知，蒼術(shù)對(duì)大腸埃希菌株、腸炎沙門氏菌株、金黃色葡萄球菌株、鼠傷寒沙門氏菌株、銅綠假單胞菌株均有顯著的抑制及滅活作用[44]。蒼術(shù)的抗菌功能也可結(jié)合其抗炎作用，通過滅活大腸桿菌及沙門菌，同時(shí)修復(fù)炎癥受損細(xì)胞，從而達(dá)到治療腹瀉的效果。

3.4 改善胃功能

蒼術(shù)素可以有效改善胃黏膜病理形態(tài)、黏膜細(xì)胞的超微結(jié)構(gòu)異常，用于治療脾虛所導(dǎo)致的胃黏膜損害以及胃功能紊亂，其含量與改善強(qiáng)度呈正相關(guān)[45]。蒼術(shù)的醇提物可抑制胃酸分泌，用于臨床治療胃酸過多所致的胃潰瘍[46]。Nogami 等[47]通過分離蒼術(shù)體內(nèi)化學(xué)物質(zhì)，得到的茅術(shù)醇和-桉葉醇在一定劑量下能有效抑制胃液的分泌，降低總酸度和總胃蛋白酶的活性，前者可抑制幽門結(jié)扎伴阿斯匹林潰瘍的形成，后者在此基礎(chǔ)上還可抵抗組胺性潰瘍的形成。蒼術(shù)中的（6E,12E）-十四烷二烯-8,10-二炔-1,3-二醇可以通過抑制胃組織中黃嘌呤氧化酶的活性，從而達(dá)到抗?jié)冃Ч鸞48]。蒼術(shù)中的-桉葉醇可通過調(diào)節(jié)多巴胺達(dá)到抑制胃酸過度分泌的作用，從而改善腸胃運(yùn)動(dòng)功能[49,50]。

3.5 其他作用

蒼術(shù)水煎液能夠有效減少心肌細(xì)胞乳酸脫氫酶的釋放，改善強(qiáng)氧化物對(duì)心肌細(xì)胞的損傷[51]。其醇提物可以抑制鈉離子內(nèi)流，改善由烏頭堿所致的大鼠室性心律失常，還可通過促進(jìn)鈣離子的排出，抑制氯化鋇誘發(fā)的大鼠室性心律失常[52]。北蒼術(shù)的水提液和多糖部位具有良好的降酶保肝作用，且炮制后的療效更優(yōu)[53]。茅蒼術(shù)有效成分提取物可有效預(yù)防四氯化碳一級(jí)培養(yǎng)鼠的肝細(xì)胞損傷。除此之外，蒼術(shù)湯對(duì)正常小鼠肝臟蛋白的合成有明顯的促進(jìn)作用[54]。另有研究證明，蒼術(shù)還擁有抗過敏[55]、免疫調(diào)節(jié)[56]以及保護(hù)心腦血管的作用[57,58]。

4 蒼術(shù)有效成分蒼術(shù)素的合成途徑

2020 年《中國(guó)藥典》中規(guī)定，蒼術(shù)中所含蒼術(shù)素含量不得低于0.03%，其他成分未有特殊要求，蒼術(shù)素作為蒼術(shù)核心成分這一點(diǎn)毋庸置疑，然有關(guān)蒼術(shù)素生物合成途徑的研究現(xiàn)仍未有詳細(xì)記載，但可以肯定的是，蒼術(shù)素作為一種炔類化合物，其生物合成與脂肪酸密切相關(guān)。蒼術(shù)素在蒼術(shù)植物體內(nèi)通過乙酸-丙二酸（AAMA）途徑合成，具體表現(xiàn)為油酸通過代謝中間體還陽參油酸經(jīng)過連續(xù)的脫氫變化，最終生成聚炔化合物[59]，見圖3。蒼術(shù)素的合成與轉(zhuǎn)化過程少不了酶的催化，通過熒光定量PCR 技術(shù)可以探究蒼術(shù)代謝過程中關(guān)鍵酶的表達(dá)方式，如一氧化氮合酶（NOS）、苯丙氨酸解氨酶（PAL）、乙酰輔酶A 合成酶（ACS）和乙酰輔酶A 羧化酶（ACC）等[60]。其中ACC 是蒼術(shù)素生物合成過程中的關(guān)鍵酶，參與催化脂肪酸合成的限速步驟，調(diào)控脂肪酸合成。因此，后續(xù)研究可以著手于調(diào)控關(guān)鍵酶基因的表達(dá)，從而達(dá)到調(diào)控蒼術(shù)素生物合成的目的。從生物化學(xué)的角度來講，對(duì)蒼術(shù)素生物合成具有調(diào)控作用的還包括一氧化氮（NO），NO 作為合成反應(yīng)中的上游信號(hào)分子，其在蒼術(shù)細(xì)胞中需要通過水楊酸信號(hào)途徑介導(dǎo)內(nèi)生真菌誘導(dǎo)子，從而激活乙酰輔酶A 羧化酶，進(jìn)而誘發(fā)蒼術(shù)細(xì)胞中蒼術(shù)素的合成[61]。蒼術(shù)素的生物合成途徑較為復(fù)雜，僅憑籠統(tǒng)的代謝與合成還不足以闡明其準(zhǔn)確的通路及中間產(chǎn)物，對(duì)于它的生物合成過程還需要研究者的進(jìn)一步挖掘。

圖3 蒼術(shù)素的合成途徑Fig.3 Synthetic pathway of A.Lancea

5 結(jié)語

蒼術(shù)作為我國(guó)的傳統(tǒng)中藥材，應(yīng)用歷史悠久，臨床療效顯著，發(fā)揮其療效作用的主要有效成分是揮發(fā)油類成分，其中含量最多的化合物是蒼術(shù)素，而蒼術(shù)素作為一種炔類化合物，它的生物合成與脂肪酸密切相關(guān)，是由油酸經(jīng)過一系列的脫氫變化生成的。同時(shí)，蒼術(shù)素的含量也是評(píng)價(jià)蒼術(shù)質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要標(biāo)準(zhǔn)。

綜合大量文獻(xiàn)可以發(fā)現(xiàn)，蒼術(shù)在抗心律失常和改善胃功能等方面擁有正向調(diào)節(jié)作用，并通過不同的機(jī)制發(fā)揮其抗癌、抗菌和保肝等方面的作用。其核心成分蒼術(shù)素可通過促使癌細(xì)胞脫落及抑制細(xì)胞增殖的方式達(dá)到抗癌作用，還可通過抑制促炎性細(xì)胞因子達(dá)到抗炎作用，其抗菌作用則體現(xiàn)在抑制細(xì)菌增殖等方面。蒼術(shù)具有較高的藥用價(jià)值，但其主要有效成分蒼術(shù)素在高溫及強(qiáng)光下易分解，因此提取及保存時(shí)要做到嚴(yán)格把控，或可考慮從其結(jié)構(gòu)改變等思路著手，以提高蒼術(shù)素的穩(wěn)定性。超臨界CO2萃取法可以有效避免蒼術(shù)素在提取過程中被高溫分解，同時(shí)以CO2作為萃取劑大大提升了提取物的純度，是目前提取蒼術(shù)素的較佳工藝。蒼術(shù)素在植物體的不同生長(zhǎng)階段均有合成，其生物合成途徑較為復(fù)雜，且有多種酶的參與，合理推測(cè)可以通過促進(jìn)酶的活性，使中間產(chǎn)物的表達(dá)量增加，有利于蒼術(shù)中聚炔類成分的累積，從而提高蒼術(shù)飲片的質(zhì)量?，F(xiàn)有文獻(xiàn)中僅闡述了中間產(chǎn)物丙二酰輔酶A 的合成過程，而后的代謝過程尚未明確，未來還應(yīng)著重探究由還陽參油酸生成蒼術(shù)素的一系列脫氫反應(yīng)過程。