姜黃中姜黃素的提取分離及藥用價值研究

王莉娟，張櫻山，張國霞，曹 盼

（1.甘肅中醫藥大學，甘肅 蘭州 730000；2.甘肅省中藥現代制藥工程研究院，甘肅 蘭州 730010）

姜黃為姜科植物姜黃（Curcuma longaL.）的干燥根莖。性溫，味辛、苦。歸脾、肝經，功能破血行氣，通經止痛[1]。姜黃中富含姜黃素類、揮發油、黃酮、糖類、生物堿、有機酸等多種化合物，其中姜黃素為最主要的藥理活性成分[2]，具有抗腫瘤、抗炎、抗氧化、抗纖維化、降血脂等多種藥理作用[3-4]。姜黃素為姜黃中一種脂溶性多酚類化合物，常溫下呈橙黃色結晶粉末，味稍苦，不溶于水,易溶于乙醇、二甲基亞砜、丙二醇、冰醋酸和堿溶液等[5-6]，遇光、熱不穩定，毒性極小[7]。廣泛應用于醫藥衛生、食品、化妝品、保健品行業，具有寶貴的開發利用價值。

1 姜黃素提取、分離制備

1.1 提取

姜黃素是一種具有二酮結構的色素，其母核為二苯基庚烴，是姜黃的主要活性成分，約占姜黃色素的70%[8]。提取姜黃素的常用方法有有機溶劑提取法、酸堿提取法、酶提取法、超臨界CO2流體提取法、水楊酸鈉法、閃式提取法等[9]，但因姜黃素化學性質活潑，遇光熱不穩定，因此，對姜黃素提取方法的優化是提取分離姜黃中姜黃素的重要內容。

單后松等[10]通過響應面法比較浸漬法與超聲波輔助提取法對姜黃中姜黃素提取率，結果發現超聲波提取法在提取溫度為48 ℃，料液比為1∶30，乙醇濃度為75%時得最佳提取率2.716 mg/g。說明超聲波提取法具有較浸漬法更高的提取率，且溶劑消耗少，操作簡單。

馬銘研和陳維[11]以超聲輔助離子液體提取姜黃中的姜黃素，并通過反相高效液相色譜法測定姜黃素含量。實驗結果顯示姜黃素平均回收率達98.31%，說明該方法不僅操作簡捷、綠色無污染，而且提取效率高，重現性好。

加速溶劑萃取（ASE）是一種密閉容器內在提高溫度（50～200 ℃）和壓力（6.89～20.7 MPa）的條件下，用溶劑從固體、半固體基質中提取分析物的新型萃取技術，具有省時、消耗溶劑少、提取效率高、操作模式多樣化、過程自動化等優點。Yadav 等[12]以乙醇、乙酸乙酯、丙酮為提取溶劑，使用ASE 技術提取姜黃中的姜黃素，結果表明以丙酮為提取溶劑提取的姜黃素純度最高，達46.2%。符合ASE 技術高效、省時的優點。

隨著現代科學技術的高速發展，姜黃素的提取方法已不再局限于傳統的有機溶劑提取法。由于姜黃素化學性質不穩定，且經酸堿法提取的姜黃素除雜過程繁瑣，因此酸堿提取法也不再是姜黃素的最佳提取方法。酶法提取是在酸堿提取法的基礎上通過加入纖維素酶、果膠酶等以加快提取速率、縮短提取時間，但由于酶法所需作用條件溫和，此過程酸堿度難以準確控制，很難達到最佳提取率。目前，超聲提取法是提取姜黃中姜黃素的主要方法，具有操作簡便、提取效率高等優點，但此方法不適于大規模提取。加速溶劑萃取法雖能更好地改善超聲提取法僅適于小規模提取的局限性，但由于該方法需在高溫條件下進行，姜黃素在高溫條件下結構極易被破壞。因此，研制開發一種高效經濟的提取技術并應用于大生產，是開發利用姜黃素的首要任務。

1.2 分離制備

姜黃經有機溶劑提取所得的姜黃素粗品中含有糖類、谷甾醇、脂肪酸等大量雜質，使其純度降低，影響后續生產使用，故須對姜黃素粗品進一步分離精制。傳統的分離純化方法有有機溶劑萃取法、酸堿沉淀法、活性炭吸附柱層析法、聚酰胺吸附法、重結晶法、大孔樹脂吸附法等。

近幾年，分子印跡技術、S-8 樹脂分離技術及其他色譜技術在化合物分離純化中的廣泛使用，為姜黃素的分離純化方法的選擇奠定基礎。陳凌通[13]經比較磁力攪拌與機械攪拌條件下姜黃素的收率，結果發現磁力攪拌的收率高于機械攪拌，并在以每分鐘10 ℃的速率下降溫，磁力攪拌、加晶種的條件下，進行冷卻結晶分離純化姜黃素，結果顯示經一次結晶的純度達93.5%，經三次結晶的純度可高達99.8%。說明緩慢冷卻、加晶種能顯著提高晶體的純度。周培培等[14]經一系列實驗研究發現經S-8 樹脂純化后姜黃素類化合物的純度可提升25.28%，說明S-8 樹脂可用于姜黃素類化合物的初步純化。Wang 等[15]通過考察姜黃素分子印跡聚合膜對姜黃素、去甲氧基姜黃素及二去甲基姜黃素的選擇識別能力，結果發現印跡膜對姜黃素選擇識別能力明顯高于去甲氧基姜黃素、二去甲基姜黃素，說明姜黃素分子印跡聚合膜能有效分離富集姜黃素，且高效環保、成本低。

2 藥理作用

2.1 抗腫瘤

姜黃素為姜黃中發揮抗腫瘤作用的重要活性成分。據研究，姜黃素的抗腫瘤作用機制包括以下3個方面：（1）抑制腫瘤細胞增殖、誘導細胞凋亡；（2）抑制腫瘤細胞遷移和侵襲；（3）抑制腫瘤細胞血管生成等多種途徑實現抗腫瘤作用。

陳佳權等[16]經研究不同濃度梯度的姜黃素對卵巢癌細胞SKOV3 細胞增殖及細胞遷移活性的影響，并通過ELISA 試驗測定姜黃處理后卵巢癌細胞培養液MMP-9 含量，結果顯示姜黃素對卵巢癌細胞呈時間與濃度依賴性抑制。推測姜黃素對卵巢癌細胞增殖、遷移的抑制作用可能與誘導癌細胞凋亡，抑制MMP-9 表達有關。據報道，姜黃素對乳腺癌細胞增殖、遷移及侵襲的抑制作用，可能與其下調miR-7641促進PTPN14 的表達有關[17]。Tang 等[18]實驗研究姜黃素與黃芪多糖聯合干預HepG2 來源裸鼠HCC 原位移植瘤，結果顯示干預后腫瘤組織血管稀疏，分支較少，形態規則有完整血管壁，血管內皮細胞排列緊密，腫瘤組織血管趨于正常化。說明姜黃素不僅能抑制血管的生成，還能誘導腫瘤血管趨于正常化，改善腫瘤血管形態結構。此外，姜黃素還可通過與塞來昔布聯合用藥，抑制NF-KB 和STAT3的激活從而抑制腫瘤生長，實現抗腫瘤活性[19]。

2.2 抗炎

炎癥的發生主要源于生物或化學因素不同程度的刺激誘導，如燒燙傷、感染、化學試劑的刺激腐蝕等[20]。Sordllo 和Helson[21]研究表明姜黃素可通過抑制促炎細胞因子白介素-1、白細胞介素-6 和腫瘤壞死因子-α 活性，阻斷細胞炎癥因子的釋放，實現抗炎作用。鮑彩彩等[22]通過觀察姜黃素對小鼠實驗性自身免疫性腦脊髓炎（EAE）的抗炎作用結果表明，姜黃素可通過緩解EAE 病程中的神經功能損傷,下調EAE 病程中外周及中樞炎癥反應，同時上調中樞Atg-5、LC3-Ⅱ的表達及中樞神經細胞的自噬水平，實現姜黃素對EAE 病程炎癥反應的抑制作用。Qian等[23]經制備一系列新的姜黃素雙羰基類似物（DACS），并評價其抗炎性能，初步結果表明絕大多數化合物均能有效抑制LPS 誘導的腫瘤壞死因子（TNF）-α 和白細胞介素-6（IL-6）的產生，從而抑制炎癥反應的發生。此外，姜黃素還可通過改善風濕性關節炎大鼠異常的血液流變性及抑制炎癥因子的表達而實現對風濕性關節炎大鼠的抗炎作用[24]。

2.3 抗纖維化

姜黃素還可通過不同途徑發揮抗肺纖維化、肝纖維化、心纖維化及腎纖維化作用，且在臨床治療中被廣泛應用[25]。據報道，姜黃素可通過促進線粒體釋放凋亡誘導因子而誘導肺成纖維細胞凋亡，從而實現抗肺纖維化作用[26]。韓剛等[27]研究發現，姜黃素固體分散體可有效抑制小鼠血清中丙氨酸氨基轉移酶（ALT）和天冬氨酸氨基轉移酶（AST）活性，能有效降低四氯化碳所致的小鼠急性肝損傷，改善肝損傷程度，保肝作用顯著。姜黃素還可通過下調iNOS 表達，實現姜黃素對硒誘導的肝、腎毒性的保護作用[28]，從而預防肝損傷進一步向肝纖維化方向發展[29]。姜黃素也能通過平衡心肌梗死后膠原降解與合成發揮抗心肌纖維化作用[30]。此外，姜黃素對腎小管上皮細胞的作用呈劑量雙向性。姜黃素在3.125～25.000 μmol/L 濃度范圍內，能顯著促進人腎小管上皮細胞（HKC）增殖并維持其表型，能對抗TGF-β1 誘導的HKC 向梭形細胞轉化，抑制細胞上皮TGF-β1 和Ⅰ型膠原的表達，而促進骨形態發生蛋白（BMP-7）表達，有效預防腎纖維化；但高濃度姜黃素（100.000 μmol/L）則對HKC 增殖表現為抑制作用[31]。

2.4 降血脂

血脂異常是冠心病發生的主要危險因素。研究表明，姜黃素能明顯降低血漿總膽固醇（TC）、甘油三酯（TG）、低密度脂蛋白膽固醇（LDL-C）含量，增加高密度脂蛋白膽固醇（HDL-C）的含量[32]。據報道，姜黃素具有顯著的降膽固醇作用，其作用機制可能與抑制機體對膽固醇的吸收，促進機體對膽固醇的降解有關[33]。竇曉兵[34]研究表明姜黃素的降血脂作用機制與上調肝酞基輔酶A 還原酶活性，增強脂肪酸代謝有關。

2.5 心肌保護

經大量心血管疾病研究顯示，姜黃素抗心肌損傷作用明顯。Liu 等[35]研究發現，姜黃素能明顯改善冠狀動脈微栓塞（CME）誘導的心肌損傷，其作用機制可能與抑制TLR4/MyD 88/NF-KB 信號通路介導的心肌細胞凋亡和心肌炎反應的發生有關。馬榕禎等[36]通過小鼠盲腸結扎穿孔法建立膿毒癥模型，探究姜黃素預處理對膿毒癥小鼠心肌保護作用，結果顯示姜黃素預處理可以通過激活SIRT1 信號通路抑制心肌組織氧化應激損傷和凋亡，改善膿毒癥引起的心肌損害。說明姜黃素可通過激活SIRT1 信號通路抑制氧化應激損傷和凋亡實現心肌保護。姚博華和蔣衛紅[37]經動物實驗研究發現姜黃素后處理可明顯上調血紅素氧合酶1（HO-1）的活性和表達,并能顯著抑制心肌缺血/再灌注損傷（I/R）后的心肌氧化應激損傷反應，說明姜黃素可通過抗氧化作用減輕I/R，其作用機制可能與上調HO-1 蛋白的活性和表達有關。此外，姜黃素還可通過抑制全身炎癥反應，減輕氧化應激反應，降低Ca2+水平，從而有效改善機械性創傷所致的心功能障礙[38]。

2.6 其他

現代藥理研究發現，姜黃素除上述抗腫瘤、抗炎、抗氧化、抗纖維化、心肌保護、降血脂作用外，有抗氧化、抗焦慮、神經保護、保肝、改善腸道菌群失調等多種藥理作用[39-46]。

3 應用研究

姜黃素不但能防治多種疾病，而且在食品添加劑、保健品、化妝品等行業也有很好的發展前景[47-49]。

姜黃素是一種綠色天然的食品保鮮劑，無毒無害，而且具有抗菌、抗氧化等保鮮效果[50]。王一鑫等[51]研究姜黃素與胡椒堿聯合抑菌作用，結果表明姜黃素-胡椒堿在40∶1 時抑菌圈最大，最低抑菌濃度（MIC）降低，抑菌pH 范圍更廣，防腐時間顯著延長。說明姜黃素是一種天然食品防腐劑。

4 小結與展望

姜黃素極性小、穩定性差的性質顯著降低了其生物利用度，成為姜黃素開發新劑型的一大難題。因此，結合現代新技術對提高姜黃素生物利用度、增強穩定性的研究愈來愈成為學術熱點。據報道姜黃素自納米乳（Cur-SNEDDS）在人工胃腸液中分散后產生的沉淀中姜黃素含量約為姜黃素原料的95%，且在未改變化學結構的情況下達到晶型的改變，使姜黃素在分散體系中發生以氫鍵為主的分子間作用力，顯著提高了姜黃素的體外釋放度和腸吸收[52]。

此外，現代制藥新技術納米技術、包埋、微囊、脂質體、靶向制劑等也能明顯增強化合物穩定性，提高藥物生物利用度。文獻報道，固體自納米乳化給藥系統（S-SNEDDS）也可有效提高姜黃素的口服生物利用度，且能加速預防大鼠神經病理性疼痛[53]。文納川等[54]通過制備姜黃素二聚體緩釋納米粒，研究不同藥物與聚合物質量比等對納米粒性能的影響，結果表明姜黃素二聚體緩釋納米粒不僅具備極高的載藥效率，增強了姜黃素的穩定性，而且能實現藥物緩釋作用，為姜黃素新劑型的研究提供科學依據。經微囊包埋后的姜黃素納米級微粒不僅穩定性好，而且更容易吸收利用和有效著色，為姜黃素開發制劑提供科學依據[55]。蔡美紅和劉向東[56]研究發現姜黃素聯合負載透明質酸修飾的乙醇質體可通過調節免疫系統，調節皮損組織中NF-κBmRNA 的表達、免疫球蛋白IgA 和IgG 和IL-2 和IL-4 的含量，從而有效緩解銀屑病的臨床治療。也有研究表明，粒徑較小、穩定性良好、具有良好的線粒體靶向性和“溶酶體逃逸”功能的姜黃素TPP-PEG-PCL 納米膠束，能顯著增強藥物促腫瘤細胞凋亡作用，姜黃素生物利用度大大提高[57]。

目前，雖有不少報道研究不同新技術對姜黃素穩定性及生物利用度的影響，但因姜黃中化學成分復雜，現有的提取分離方法很難滿足姜黃素遇光熱不穩定的性質。因此，亟須研究開發符合姜黃素特殊化學性質的提取分離技術，并應用于大生產。姜黃素在機體內吸收利用的過程復雜，且影響其生物利用度的因素較多，而多數研究僅限于體外實驗，故對姜黃素結合新型制劑技術在機體內吸收利用機理的研究有待進一步探討。