大黃素來(lái)源的研究進(jìn)展綜述

于彥民 王真真

摘 要

大黃素作為多種中藥中廣泛存在的一種羥基蒽醌類(lèi)化合物，具有抗炎、抗菌、抗病毒、抗腫瘤、止咳及降血壓等多種藥理作用，具有良好的臨床應(yīng)用前景。本文根據(jù)大黃素的不同來(lái)源方式，從中藥中提取分離、生物合成以及有機(jī)合成等三個(gè)方面全面概括了目前大黃素來(lái)源的新進(jìn)展，以期為大黃素的工業(yè)化生產(chǎn)提供借鑒意義。

關(guān)鍵詞

大黃素;中藥中提取分離;生物合成;有機(jī)合成

中圖分類(lèi)號(hào)： R285.5 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.16.081

大黃素（1，3，8-三羥基-6-甲基蒽醌）是一種天然蒽醌類(lèi)化合物，橘黃色晶體，難溶于水，易溶于乙醇等極性有機(jī)溶劑，廣泛存在于蘆薈、大黃、首烏藤、鼠尾草、決明子、瞿麥和虎杖等多種植物及中草藥中[1]。大黃素具有抗炎、抗菌、抗病毒、抗腫瘤、止咳和降血壓等多種藥理作用[2]，在臨床上大黃素被廣泛應(yīng)用到腸道、腎臟、心血管及胰腺等器官相關(guān)疾病的治療[3]。我國(guó)為中藥大國(guó)，各類(lèi)中藥資源豐富，但由于蒽醌類(lèi)化合物提取純化的困難性，純品大黃素依舊相對(duì)短缺。基于這種現(xiàn)狀，本文分別從中藥提取、生物合成及有機(jī)合成等角度全面總結(jié)了目前大黃素的來(lái)源，期望為相大黃素的工業(yè)化生產(chǎn)提供借鑒意義。

1 中藥中提取分離

從中藥中提取分離純化是目前大黃素的主要來(lái)源，應(yīng)用不同的提取分離方法與技術(shù)可顯著影響其提純的效果，因此改善提取工藝與加工技術(shù)也是目前研究的重點(diǎn)方向。

1.1 溶劑萃取法

大黃素傳統(tǒng)的提取方法為水煎煮法、回流法和滲漉法。公等[4]使用不同的pH酸水提取虎杖根莖，在最優(yōu)條件下10g虎杖根莖粗粉中大黃素提取量可達(dá)70.3mg，提取率為0.703%。曹等[5]報(bào)道對(duì)大黃粉末采用15%硫酸與氯仿混合提取，優(yōu)化條件后大黃素提取率可高達(dá)0.79%。但采用傳統(tǒng)方法提取時(shí)，溶劑耗費(fèi)量大，提取時(shí)間長(zhǎng)，中藥活性成分高溫作用下有可能被破壞，提取效率低，有機(jī)溶劑也會(huì)對(duì)環(huán)境造成一定損害，因此許多新的工藝及技術(shù)已經(jīng)逐漸開(kāi)發(fā)替代傳統(tǒng)方法[6]。

1.2 能量輔助提取法

中藥中活性成分大多存在于細(xì)胞中，加熱等常規(guī)方式難以破壞植物細(xì)胞壁，導(dǎo)致提取效率較低，而外加輔助能量（超聲、微波、微流動(dòng)力等），幫助細(xì)胞壁破裂，增加溶劑與細(xì)胞內(nèi)有效成分碰撞，可增加活性成分的提取效率。超聲波[7]以其顯著的振動(dòng)效應(yīng)、熱效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)以及空化效應(yīng)增加了中藥中活性成分的提取效率，而微波[8]能是利用電磁場(chǎng)的作用，能直接作用到細(xì)胞內(nèi)部進(jìn)行加熱。微射流技術(shù)[9]借助微射流發(fā)生器，給予物料一定動(dòng)力，使其向不同方向高速運(yùn)動(dòng)，在細(xì)胞發(fā)生碰撞的瞬間物理破裂，增加有效成分的溶出。采用超聲波、微波、微流控等能量供給方式，促使植物細(xì)胞易于破裂，加速有效成分的擴(kuò)散與溶解，具有提取速度快，能量消耗小，溶劑用量小，萃取效率高，環(huán)境污染小等眾多優(yōu)勢(shì)。高等發(fā)現(xiàn)，溫度70oC，有機(jī)溶劑比例80%，料液比為1：20，超聲時(shí)間30min，即可使虎杖中大黃素的提取率升高至1.4%[10]。鄒等采用超聲及微波協(xié)同方式進(jìn)行虎杖中大黃素提取，在50W超聲波，30W微波作用下，5min大黃素產(chǎn)率高達(dá)1.26%[11]。微波輔助的（NH4）2SO4 /乙醇雙相體系被應(yīng)用來(lái)萃取虎杖中大黃素[12]，超聲波輔助Na2SO4 /丙醇雙相體系提取大黃中蒽醌類(lèi)成分，總蒽醌收率相比普通方法提高了61.8%[13]。吳少莉比較了微射流提取法與煎煮法對(duì)虎杖飲片中大黃素的提取效率，同樣使用60%乙醇作為提取媒介，發(fā)現(xiàn)微射流對(duì)大黃素的提取率為0.323%，而在煎煮法提取液中未檢測(cè)到大黃素[14]。

1.3 臨界流體萃取法

臨界流體萃取法即采用臨界狀態(tài)的物質(zhì)作為提取溶劑，例如超臨界流體[15]、亞臨界水[16]等。超臨界流體采用的萃取劑一般為CO2，在CO2接近液體的密度時(shí)具有較高的溶解度，同時(shí)兼具良好的流動(dòng)性，具有較強(qiáng)的萃取能力。亞臨界水是在高溫作用下，水的氫鍵數(shù)目減少，極性減弱，從而使亞臨界水具有較強(qiáng)的極性范圍，實(shí)現(xiàn)連續(xù)提取水溶性及脂溶性組分。臨界流體提取具有工藝簡(jiǎn)便、提取時(shí)間短、效率高、溶劑與組分可快速分離，環(huán)境友好等眾多優(yōu)點(diǎn)。童勝?gòu)?qiáng)等采用超臨界流體CO2提取虎杖中的大黃素，采用1%的無(wú)水乙醇作為改性劑，正交實(shí)驗(yàn)篩選最優(yōu)提取條件下大黃素的提取率為0.36%[17]。毛等發(fā)現(xiàn)在不同條件下使用亞臨界水提取法對(duì)大黃素的提取率均高于有機(jī)溶劑提取法[18]。可見(jiàn)臨界流體在大黃素的提取中具有潛在應(yīng)用前景。

2 生物合成

合成生物學(xué)的發(fā)展為制備大黃素提供了新的方法。通過(guò)將細(xì)菌、真菌等微生物與中藥共培養(yǎng)，利用微生物產(chǎn)生的特定催化酶對(duì)中藥中的活性成分進(jìn)行轉(zhuǎn)化，為中藥的開(kāi)發(fā)利用提供了新方向[19]。并且大黃素本身即為一些微生物的次級(jí)代謝產(chǎn)物，在青霉菌屬、黃絲曲霉屬及曲霉屬的代謝物中均有發(fā)現(xiàn)[20]。田等發(fā)現(xiàn)將虎杖與一株產(chǎn)生β-葡萄糖苷酶的根霉菌株T-34共發(fā)酵，其能將虎杖中大黃素β-葡萄糖苷的糖苷鍵水解，優(yōu)化發(fā)酵及提取條件后，可使大黃素產(chǎn)率提高至2.25%[21]。杜等偶然發(fā)現(xiàn)赭曲霉（Aspergillus Ochraceus）可以大量產(chǎn)生大黃素，通過(guò)離子注入誘變高產(chǎn)菌株，并進(jìn)一步優(yōu)化其發(fā)酵過(guò)程，但大黃素在發(fā)酵液中含量較少，而大部分存在于菌體中。通過(guò)對(duì)虎杖、何首烏、決明子、大黃、齒果酸模、羊蹄等六種中藥的根、莖、葉進(jìn)行大黃素定量分析發(fā)現(xiàn)，大黃根部含量最高可達(dá)9.69mg/g，但仍然僅為赭曲霉菌絲中大黃素含量的2/3（14.58mg/ml），可見(jiàn)微生物的培養(yǎng)開(kāi)發(fā)有望成為大黃素來(lái)源的一種重要方法[22]。

3 有機(jī)合成

鑒于大黃素在中藥中含量的限制以及提取純化的困難性，隨著合成方法學(xué)的發(fā)展，化學(xué)家也在一直探索使用有機(jī)合成的方法來(lái)構(gòu)建大黃素[23]。但目前現(xiàn)有的合成路線(xiàn)仍然存在產(chǎn)率較低、路線(xiàn)復(fù)雜等各種缺點(diǎn)，簡(jiǎn)便高產(chǎn)的合成路線(xiàn)仍有待開(kāi)發(fā)。

3.1 半合成

大黃素3位羥基的甲基化衍生物被熟知為大黃素甲醚，同為蓼科植物中含量較為豐富天然蒽醌類(lèi)化合物，可通過(guò)簡(jiǎn)單的pH梯度萃取大量提取。在眾多酸性條件下（例如鹽酸吡啶鹽、氫溴酸等），大黃素甲醚1即可高效率脫去甲基轉(zhuǎn)化為大黃素2（圖1）。[24，25]

3.2 全合成

1923年，Eder第一個(gè)報(bào)道了大黃素的全合成方法，以間甲酚及3，5-二硝基鄰苯二甲酸酐作為原料，經(jīng)過(guò)兩次Friedel-C rafts反應(yīng)構(gòu)建蒽醌主體，并采用硝基還原，重氮化等四步反應(yīng)完成大黃素的全合成，收率文章中未見(jiàn)報(bào)道[26]。Gravers[27]和Jacobson[28]均采用3，5-二甲氧基鄰苯二甲酸酐作為原料，同樣經(jīng)Friedel -Crafts反應(yīng)與間甲酚構(gòu)建酮基，后經(jīng)分子內(nèi)傅克反應(yīng)作為關(guān)鍵步完成大黃素的全合成。但3，5-二甲氧基鄰苯二甲酸酐并非市售易得的原料，且這些路線(xiàn)繁瑣復(fù)雜，收率較低。大黃素通常也被用來(lái)作為制備金絲桃素的原料，在探索金絲桃素的合成路線(xiàn)中，Liang[29]采用兩步Fridel-Crafts反應(yīng)合成，如Fig.2所示，以7.7%收率合成了大黃素，反應(yīng)路線(xiàn)簡(jiǎn)潔，但反應(yīng)收率較低，不適合工業(yè)大量生產(chǎn)。

大黃素具有抗菌、抗病毒、抗炎、抗腫瘤等多種重要藥理活性，在臨床具有廣泛的應(yīng)用前景，發(fā)揮了重要的治療作用，但由于其提取純化的困難性及其來(lái)源的局限性，目前國(guó)內(nèi)純品大黃素仍較為短缺。本文首先總結(jié)了大黃素最新的藥理活性研究進(jìn)展，進(jìn)一步從中藥中提取分離、生物合成及有機(jī)合成等三個(gè)方面詳細(xì)的介紹了目前大黃素來(lái)源的研究新進(jìn)展。從傳統(tǒng)中藥中提取分離的產(chǎn)率相對(duì)較低，有機(jī)合成也存在產(chǎn)率低、路線(xiàn)復(fù)雜等相關(guān)問(wèn)題，生物合成在大黃素的生產(chǎn)上展現(xiàn)了巨大的潛力，但如何提高大黃素從菌絲中釋放速度也存在一定的挑戰(zhàn)，因此高效的大黃素生產(chǎn)路線(xiàn)仍有待開(kāi)發(fā)研究。

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