紫蘇葉的活性成分及生物活性研究進(jìn)展

張婉萍,陳婕,王恒,鄭時蓮,彭常梅,岳恒*

1(上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué) 香料香精化妝品學(xué)部,上海,201418)2(上海東方美谷產(chǎn)業(yè)研究院,上海,201403)

紫蘇[Perillafrutescens(L.)Britt.],又名桂荏、赤蘇、白蘇、紅蘇等,為唇形科紫蘇屬下唯一種,一年生直立草本植物,具有藥用和營養(yǎng)價(jià)值[1]。我國的紫蘇資源豐富,廣泛分布于河北、江蘇、湖北、安徽等地。紫蘇的種子可以加工成食用油或其他食物,其葉子常被用作中草藥、蔬菜和香料[2]。紫蘇葉性味辛溫,具有發(fā)表、理氣、散寒、和營的功效,臨床主要用于風(fēng)寒感冒、妊娠嘔吐、咳嗽等癥狀,長期以來一直被用作天然中草藥來治療抑郁癥、腫瘤、細(xì)菌感染、過敏和腸道疾病等各種疾病[3]。數(shù)千年來,紫蘇葉在許多國家被廣泛用于各種用途。在我國南方,常用紫蘇葉來搭配各種海鮮菜肴以減輕對腸胃的刺激,夏季飲用蘇葉水還可以解暑、增加食欲[4]。在日本和韓國,新鮮紫蘇葉可直接食用,或制作各種菜肴,深受人們的喜愛。研究表明紫蘇葉中不僅富含蛋白質(zhì)、氨基酸、脂肪酸、礦物質(zhì)、維生素等營養(yǎng)成分[5],還含有大量的次級代謝產(chǎn)物,包括萜類、黃酮類、苯丙素類等物質(zhì)[6-7],這些活性成分具有抗菌、抗炎、抗氧化和抗腫瘤等多種藥理作用[8]。同時,紫蘇葉也是一種重要的天然香料,在食品和化妝品工業(yè)中發(fā)揮重要的作用。

紫蘇葉作為多種活性化合物的潛在來源,已成為人們廣泛關(guān)注的研究熱點(diǎn)。因此,對紫蘇葉的植物化學(xué)成分、生物活性進(jìn)行全面系統(tǒng)的綜述將有助于紫蘇葉資源在食品、醫(yī)藥、化妝品等領(lǐng)域的開發(fā)應(yīng)用。目前,國內(nèi)外學(xué)者對紫蘇葉化學(xué)成分和藥理作用進(jìn)行了大量的研究,但是對紫蘇葉中化學(xué)成分的結(jié)構(gòu)和生物活性作用機(jī)理進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)的綜述還較少,因此本工作全面系統(tǒng)地評價(jià)了紫蘇葉中的活性成分、生物活性及其作用機(jī)制。此外,本文還介紹了在紫蘇葉研究方面存在的不足以及今后的研究方向和發(fā)展趨勢。

1 紫蘇葉的生物活性成分

1.1 萜類

萜類化合物(terpenoids)是天然產(chǎn)物中數(shù)量最多的一類化合物,分布廣泛、骨架龐雜,具有豐富的生物活性和藥理作用。其分子結(jié)構(gòu)以異戊二烯單元為基本骨架,除了以萜烴的形式存在外,還以各種含氧衍生物的形式存在,包括萜醇、萜醛、萜酮、萜羧酸及萜酯等[9]。相較于紫蘇的其他部位,紫蘇葉中萜類化合物的含量更高,目前從紫蘇葉中分離得到70多種萜類化合物,主要有紫蘇醛、紫蘇酮、檸檬烯等(表1和圖1)。萜類化合物是食品和化妝品行業(yè)重要的原料,目前從紫蘇葉中分離得到多種結(jié)構(gòu)獨(dú)特的萜類化合物,但是這些化合物的應(yīng)用大多缺乏深入的研究。

圖1 紫蘇葉中萜類化合物結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of terpenoids in Perilla leaves

表1 紫蘇葉中萜類化合物Table 1 Terpenoids in Perilla leaves

1.2 黃酮類

黃酮類化合物屬于低分子酚類化合物,是由2個苯環(huán)通過中央三碳原子(C6-C3-C6)相互連接而形成,作為一類重要的天然有機(jī)化合物廣泛存在于自然界植物中[20]。在植物體內(nèi),黃酮類化合物大部分以碳糖基或糖苷類的形式存在,有一些則以游離形式存在。紫蘇葉中含有大量的黃酮類化合物,從成熟的紫蘇葉中已分離出20種黃酮類化合物(表2和圖2)。黃酮類化合物具有多種生物學(xué)活性,包括保肝、抗炎、抗菌、抗氧化等作用,故被廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化妝品行業(yè)中[25]。

表2 紫蘇葉中黃酮類成分Table 2 Flavonoid in Perilla leaves

1.3 苯丙素類

苯丙素類化合物是由苯環(huán)與3個直鏈碳連在一起為結(jié)構(gòu)單元(C6-C3)的化合物,包括苯丙稀及其氧化程度不同的衍生物等[20],在藥用植物成分中普遍存在。苯丙素類化合物在治療或預(yù)防人類疾病方面發(fā)揮著重要的作用,包括癌癥、肥胖、糖尿病、感染、心血管疾病等。LEE等[26]利用核磁共振波譜和液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用的方法從紫蘇葉中檢測出咖啡酸和迷迭香酸及其衍生物。除此以外,紫蘇葉中還含有少量香豆素類、木脂素類化合物,但這些化學(xué)成分在紫蘇葉的研究中鮮有報(bào)道,仍需相關(guān)學(xué)者進(jìn)一步研究。具體見表3和圖3。

圖3 紫蘇葉中苯丙素類化合物結(jié)構(gòu)Fig.3 Structure of phenylpropanoids in Perilla leaves

表3 紫蘇葉中苯丙素類成分Table 3 Phenylpropanoids in Perilla leaves

1.4 其他

紫蘇葉中活性成分復(fù)雜多樣,還含有甾體化合物、芳香族化合物、多糖等多種活性成分。目前,已經(jīng)從紫蘇葉中分離出來β-谷甾醇、20-異戊基-孕甾-3β,14α-二醇、胡蘿卜苷及豆甾醇等甾體化合物[30],且此類化合物具有一定的抗氧化活性和鎮(zhèn)靜作用[24]。此外,KWON等[31]采用熱水提取和乙醇沉淀等步驟從紫蘇葉中提取分離得到粗多糖。紫蘇葉多糖的分析是研究紫蘇葉中活性成分的一個重要環(huán)節(jié),對于紫蘇葉多糖的結(jié)構(gòu)解析還有待進(jìn)一步研究。

由于紫蘇葉中存在大量結(jié)構(gòu)新穎、活性獨(dú)特的化合物,從紫蘇葉中尋找具有藥用價(jià)值的天然化學(xué)成分成為越來越多研究者關(guān)注的熱點(diǎn)。但目前的研究還存在很多不足,紫蘇葉中只有部分化合物的結(jié)構(gòu)被分離和鑒定,仍有大量的化學(xué)成分(多糖、醌類化合物)需要被表征。

2 紫蘇葉中活性成分的生物活性

2.1 抗氧化活性

黃酮類和酚酸類成分被認(rèn)為是植物中的基本抗氧化物質(zhì),可以顯著抑制上皮細(xì)胞誘導(dǎo)的低密度脂蛋白或偶氮自由基氧化,增加上皮細(xì)胞中抗氧化酶和蛋白表達(dá)水平[32]。研究表明,從紫蘇葉中提取的黃酮類物質(zhì)對羥自由基和DPPH自由基均有較好的清除能力,半數(shù)抑制濃度(inhibitory concentration of a substance,IC50)分別為0.130、0.032 mg/mL[33]。ZHOU等[34]實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)紫蘇葉中迷迭香酸的質(zhì)量濃度為10 μg/mL時,DPPH自由基的清除率達(dá)到88.3%。王月等[35]采用超聲輔助法從紫蘇葉中提取花色苷,發(fā)現(xiàn)紫蘇葉花色苷對ABTS陽離子自由基、羥自由基和DPPH自由基的清除率分別為47.85%、51.27%和84.42%。此外,從紫蘇葉中分離得到以β-糖苷鍵為主的多糖,測得其對DPPH自由基的IC50值為27.07 μg/mL,表明紫蘇葉多糖具有良好的抗氧化活性[36]。然而,紫蘇葉中有效成分的抗氧化活性作用機(jī)制仍尚待發(fā)現(xiàn),需進(jìn)一步研究。

2.2 抑菌活性

紫蘇葉中黃酮類物質(zhì)能夠抑制細(xì)菌、真菌的生長,具有一定的抗菌作用。張蕾蕾[37]通過乙醇、白醋分別提取紫蘇葉中的黃酮類化合物,并比較了它們對壽司攜帶菌的抑菌作用,結(jié)果發(fā)現(xiàn)2種溶劑提取的黃酮對大腸桿菌的最低抑菌濃度(minimum inhibitory concentration,MIC)分別為65 μg/mL和50 μg/mL,對匍枝根霉的MIC分別是55 μg/mL和45 μg/mL,而且以白醋作為溶劑提取得到的黃酮類物質(zhì)抑菌率最高可達(dá)到81.7%。郭群群等[38]也發(fā)現(xiàn),從紫蘇葉中分離的木犀草素(1 mg/mL)具有良好的抗菌作用,對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌的抑菌圈直徑分別為24、16 mm。此外,研究發(fā)現(xiàn)紫蘇葉揮發(fā)油對化膿性鏈球菌、假結(jié)核棒狀桿菌具有持續(xù)的抑菌效果,其主要成分紫蘇醛與多糖聯(lián)用時具有廣譜抑菌性[30]。劉小琴等[39]的研究表明,紫蘇葉的水提取物和乙醇提取物對念珠菌具有較好的抑制作用。因此,對紫蘇葉提取物中的抑菌活性成分進(jìn)一步采取活性成分跟蹤和分離分析相結(jié)合的方法,將可能發(fā)現(xiàn)高效的天然活性抑菌物質(zhì),為植物中抗菌物質(zhì)的研究開發(fā)提供新資源。

2.3 抗炎活性

紫蘇葉中萜類、黃酮類和苯丙素類化合物是主要的抗炎活性物質(zhì)。研究結(jié)果表明,用不同濃度乙醇和甲醇提取的紫蘇葉中活性成分對特異性皮炎、結(jié)腸炎和腎炎均具有廣泛的抑制作用[40]。LIM等[41]研究發(fā)現(xiàn)紫蘇葉中的肉豆蔻醚和欖香素能夠濃度依賴性地抑制肺泡上皮細(xì)胞A549產(chǎn)生白細(xì)胞介素(interleukin,IL)-6,說明紫蘇葉醇提物對肺炎促炎因子的形成具有抑制作用。XU等[42]評估了紫蘇醛對大鼠腦缺血再灌注損傷的影響,發(fā)現(xiàn)灌胃給藥后大鼠的一氧化氮(NO)水平、誘導(dǎo)型一氧化氮合成酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS)活性、炎癥細(xì)胞因子的表達(dá)均顯著下降,揭示了紫蘇醛是通過調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)來減輕大鼠大腦皮層的腦缺血再灌注損傷的。此外,王宇寧等[19]對紫蘇葉乙醇提取物進(jìn)行分離純化得到的各單體化合物進(jìn)行體外抗炎活性實(shí)驗(yàn),結(jié)果顯示化合物2在濃度為80 μmol/L時可以顯著抑制iNOS的蛋白表達(dá),表現(xiàn)出一定的抗炎活性。綜合目前的研究報(bào)道,紫蘇醛和肉豆蔻醚可能是紫蘇葉中發(fā)揮抗炎作用的主要成分,然而活性化合物的潛在靶標(biāo)和作用機(jī)制仍需進(jìn)一步的探索研究。具體見表4。

表4 抗炎機(jī)制Table 4 Anti-inflammatory mechanism

2.4 抗腫瘤活性

近年來,國內(nèi)外學(xué)者發(fā)現(xiàn)紫蘇葉中的化合物具有抗腫瘤活性,其中紫蘇葉揮發(fā)油中的活性成分與乳腺癌、肺癌、肝癌等多種腫瘤發(fā)病率的降低密切相關(guān)[47]。WANG等[48]研究發(fā)現(xiàn)紫蘇葉中的異白蘇烯酮降低了肝癌細(xì)胞(Huh-7)的活性和腫瘤的體積及質(zhì)量,并推測抗癌作用是通過阻斷PI3K/Akt信號通路發(fā)揮的。袁芃等[49]從紫蘇葉中分離出的萜類化合物能夠明顯抑制肺癌細(xì)胞(LTEP-α-2)的增長,其活性物的最佳抑制濃度為20～30 mg/mL。體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)[50]發(fā)現(xiàn)紫蘇葉中的萜類成分紫蘇醇可以誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡,且紫蘇醇的濃度越高抑制癌細(xì)胞生長的能力越強(qiáng)。綜上所述,紫蘇葉中多種生物活性成分對不同腫瘤細(xì)胞均具有抑制作用,其中紫蘇醇作為紫蘇葉揮發(fā)油的主要成分,表現(xiàn)尤為突出。近年來癌癥發(fā)病態(tài)勢持續(xù)走高,尋找天然高效的藥物具有較大研究價(jià)值,隨著對紫蘇葉中活性成分的抗癌活性及其作用機(jī)制的不斷深入研究,有望開發(fā)出應(yīng)用于治療多種惡性腫瘤的新型藥物。具體見表5。

表5 抗腫瘤機(jī)制Table 5 Anti-tumor mechanism

2.5 其他

紫蘇葉除具上述活性作用外,還具有抗抑郁、降血糖、免疫調(diào)節(jié)等作用。紫蘇醛可以抑制和調(diào)節(jié)NOD樣受體熱蛋白結(jié)構(gòu)域相關(guān)蛋白3(NOD-like receptor thermal protein domain associated protein 3,NLRP3),減輕慢性不可預(yù)測的輕度應(yīng)激誘導(dǎo)的抑郁行為[54]。此外,研究表明益生菌發(fā)酵紫蘇葉可以增強(qiáng)α-葡萄糖苷酶的抑制能力,α-葡萄糖苷酶得到抑制可延遲碳水化合物消化和葡萄糖吸收,從而降低餐后血糖水平,達(dá)到緩解糖尿病及其并發(fā)癥的目的[55]。PHROMNOI等[56]研究發(fā)現(xiàn)富含木犀草素和黃芩素的紫蘇葉正己烷組分(Perillaleaf hexane fraction,PLH)具有抑制破骨細(xì)胞分化和促進(jìn)成骨細(xì)胞增殖的功能,表明PLH可能是一種潛在的骨質(zhì)疏松癥預(yù)防和治療藥物,但需要更廣泛的生理病理學(xué)研究以確認(rèn)PLH在治療骨病方面的療效。

3 結(jié)論和展望

紫蘇作為一種傳統(tǒng)的藥用和食用植物,越來越受到研究者的重視。除了富含必需營養(yǎng)素外,它還含有多種生物活性化合物,如萜類、黃酮類、苯丙素類、甾體和植物多糖。這些生物活性化合物具有良好的抗炎、抑菌、抗氧化、抗腫瘤等活性。此外,紫蘇葉還可以用作色素、香料、防腐劑等,有巨大的開發(fā)價(jià)值。本文綜述了紫蘇葉中的生物活性物質(zhì),并對分離出的化學(xué)物質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了總結(jié)。實(shí)驗(yàn)和臨床研究已經(jīng)證實(shí),紫蘇葉中的活性成分具有治療潛力,副作用較小。然而,仍有一些問題需要進(jìn)一步研究。a)紫蘇葉中的活性成分結(jié)構(gòu)復(fù)雜,種類繁多,對其分離純化較難,在天然植物活性成分研究和應(yīng)用方面給人們帶來許多挑戰(zhàn)。b)紫蘇葉中植物化學(xué)成分的生物活性和作用機(jī)制尚未完全清楚,且大多停留在實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)研究階段,缺乏關(guān)于活性物質(zhì)應(yīng)用評價(jià)的研究報(bào)道。c)綜合以往研究發(fā)現(xiàn),紫蘇葉中化學(xué)成分有待國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)一步探索,尤其是紫蘇葉中多糖的化學(xué)結(jié)構(gòu)。因此,進(jìn)一步分析紫蘇葉中的活性成分結(jié)構(gòu)具有重要的研究意義。