中藥活性小分子5-羥甲基糠醛生物活性研究進(jìn)展

曲欣楠，鄭毅男，劉文叢※，王英平，李偉，

(1．吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)中藥材學(xué)院，長(zhǎng)春130118；2．中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院特產(chǎn)研究所，長(zhǎng)春130112)

5-羥甲基糠醛(5-hydroxymethyl-2-furfural、5-hydroxymethylfurfural，5-HMF)又名5-羥甲基-2-糠醛、羥甲基糠醛、5-羥甲基呋喃甲醛、5-羥甲基-2-呋喃甲醛，分子式為C6H6O3，是一種重要的化工原料，其結(jié)構(gòu)式為：

5-HMF為一種暗黃色針狀結(jié)晶，具有甘菊花味，有吸濕性，易液化，保存需避光低溫密封。5-HMF不能與強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑、強(qiáng)還原劑共存；加熱時(shí)放出干燥刺激性的煙霧，燃燒和分解時(shí)釋放CO和CO2；易溶于水、甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯、甲基異丁基甲酮、二甲基甲酰胺等，可溶于乙醚、苯、氯仿等，微溶于四氯化物，難溶于石油醚。

5-HMF是葡萄糖或果糖等單糖化合物在高溫或酸性環(huán)境催化等條件下脫水產(chǎn)生的一種醛類化合物，果糖在酸性條件下脫去3分子水， 在脫水過(guò)程中，經(jīng)過(guò)2個(gè)中間產(chǎn)物C6H10O5和C6H8O4，生成具有呋喃環(huán)結(jié)構(gòu)的糠醛化合物。該物質(zhì)不穩(wěn)定，可進(jìn)一步分解為乙酰丙酸和甲酸或是聚合。Antal[1]通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了5-HMF的生成主要是經(jīng)歷一個(gè)環(huán)狀中間體的路線，其反應(yīng)路線如圖1所示。

圖1 果糖脫水制備HMF的反應(yīng)路線圖

1 5-HMF的用途

5-HMF是一種新型的平臺(tái)化合物，具有高活性的呋喃環(huán)、芳醇、芳醛結(jié)構(gòu)，可通過(guò)氧化、氫化和縮合等反應(yīng)制備一系列呋喃衍生物。5-HMF具有合成醫(yī)藥方面的先導(dǎo)化合物、樹(shù)脂類塑料、柴油燃料添加物、合成有光學(xué)活性的高分子材料等不同方面的功能[2～4]。

5-HMF廣泛存在于多種中藥炮制品中，可能是一種單味藥及中藥復(fù)方的活性成分，多由配伍、煎煮后產(chǎn)生。研究表明，5-HMF具有抗心肌缺血、改善學(xué)習(xí)記憶、改善血液流變性、抗酪氨酸酶、非競(jìng)爭(zhēng)抑制氧化左旋多巴等對(duì)機(jī)體積極的效應(yīng)。李英華[5]從生脈散煎劑中分離鑒定了原藥材中沒(méi)有的5-HMF，并具有很好的抗氧化及心血管系統(tǒng)作用，對(duì)5-HMF的生物活性有了新的見(jiàn)解。

2 5-HMF的毒副作用

研究認(rèn)為，5-HMF對(duì)人體有一定的毒副作用，對(duì)眼睛、黏膜、皮膚有刺激性，能與人體蛋白質(zhì)結(jié)合后引起中毒，造成橫紋肌麻痹和內(nèi)臟損害，并且具有神經(jīng)毒性，且存在潛在的遺傳及生殖毒性[6，7]。Zhang等[8]實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，5-HMF可以產(chǎn)生結(jié)腸小囊異常生長(zhǎng)(ACF)的作用，并呈劑量依賴性。5-HMF在體內(nèi)經(jīng)過(guò)硫化和氯化，會(huì)產(chǎn)生一定程度的基因毒性，因此，在醫(yī)藥、化工、食品等多個(gè)領(lǐng)域限定都比較嚴(yán)格?！吨袊?guó)藥典》(2010版)對(duì)葡萄糖和葡萄糖氯化鈉注射液中5-HMF的含量均做了吸光度不得大于0.25[9，10]的限量規(guī)定。目前，我國(guó)煉蜜工藝采用直火熬制加工方式，使得產(chǎn)生的5-HMF含量相差很大，結(jié)合我國(guó)蜂蜜標(biāo)準(zhǔn)，在284nm與336nm波長(zhǎng)處的吸光度差不得大于0.34，建立5-HMF定量測(cè)定的高效液相色譜分析方法，為大蜜丸及煉蜜的質(zhì)量控制提供依據(jù)[11～14]。

3 5-HMF藥理作用

3.1 降血糖作用

隨著人們飲食水平的提高，糖尿病的發(fā)生率也越來(lái)越高，由于長(zhǎng)期的高血糖，機(jī)體內(nèi)許多組織和器官會(huì)受到危害，導(dǎo)致視網(wǎng)膜病變、神經(jīng)病變、腎臟病變等多種糖尿病慢性并發(fā)癥發(fā)生，嚴(yán)重威脅著人們的生活和健康。中藥瓜蔞的有效成分5-HMF可以用于治療Ⅱ型糖尿病[15]。王琦等[16]研究發(fā)現(xiàn)，5-HMF作為醛糖還原酶抑制劑，可以預(yù)防和延緩糖尿病并發(fā)癥的發(fā)生和發(fā)展。Du等[17]報(bào)道，5-HMF的降糖機(jī)制是抑制胰島素抵抗作用的TNF-α水平和誘導(dǎo)β細(xì)胞凋亡的關(guān)鍵細(xì)胞因子IL-1β水平。張欣等[18]對(duì)5-HMF進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，設(shè)計(jì)合成了5-羥甲基-2-呋喃甲醛(5-HMF)衍生物，采用Balb/C3T3細(xì)胞模型，觀察衍生物對(duì)該細(xì)胞消耗葡萄糖的影響情況，結(jié)果表明，二酯結(jié)構(gòu)衍生物的葡萄糖促吸收率為87.45%，是一種新型降血糖化合物。

3.2 抗心肌缺血

復(fù)方是中醫(yī)用藥的主要形式，由于復(fù)方各組成藥物間、各有效成分間的“協(xié)同作用”，使得復(fù)方藥效優(yōu)于單味藥及單味藥之間的簡(jiǎn)單加和。王慶慧等[19]從復(fù)方生脈散中分離得到1個(gè)未知的水溶性新成分，經(jīng)UV、IR、MS、及NMR鑒定為5-HMF。單味藥人參、麥冬、五味子在煎煮前均不含5-HMF，推測(cè)可能是復(fù)方生脈散在煎煮、制劑過(guò)程中發(fā)生了化學(xué)變化，可能是五味子提供的酸性環(huán)境導(dǎo)致麥冬的糖水解產(chǎn)生5-HMF，且含量受麥冬影響，并且發(fā)現(xiàn)，5-HMF的產(chǎn)生提高了復(fù)方生脈散的整體療效[20]。夏云等[21]對(duì)復(fù)方生脈散中5-HMF的藥效學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，心肌缺血小鼠血清中低密度脂蛋白(LDH)和心肌組織中丙二醛(MDA)含量均降低，表明5-HMF是復(fù)方生脈散全方治療心肌缺血的有效成分，為心肌缺血的防治、藥物的研發(fā)提供新的策略和方向。

3.3 改善學(xué)習(xí)記憶

《醫(yī)學(xué)新悟》所述“腎虛則智不足”，強(qiáng)調(diào)了腎虛、髓海不足是學(xué)習(xí)記憶功能減退的主要病機(jī)[22]。多項(xiàng)研究表明，以熟地黃為主藥的左歸丸、六味地黃丸等補(bǔ)腎復(fù)方均可以改善學(xué)習(xí)記憶功能。張麗娜等[23]研究報(bào)道，熟地黃中有效成分5-HMF通過(guò)調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)記憶相關(guān)蛋白(GCR)、腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(BDNF)、血清和糖皮質(zhì)激素調(diào)節(jié)蛋白激酶(SGK)的基因表達(dá)，對(duì)高濃度皮質(zhì)酮(CORT)致海馬神經(jīng)元損傷起到保護(hù)作用，可以延緩學(xué)習(xí)記憶功能的退化。通過(guò)多方位作用，熟地黃可以實(shí)現(xiàn)益智的功效，5-HMF作為熟地黃的指標(biāo)物質(zhì)被廣泛使用。趙玲等[24]研究發(fā)現(xiàn)，5-HMF口服給藥可改善腦缺血再灌注模型小鼠的學(xué)習(xí)記憶障礙。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，5-HMF在改善學(xué)習(xí)記憶方面有一定作用。

3.4 肝保護(hù)作用

近年來(lái)，隨著對(duì)肝保護(hù)活性機(jī)制的深入研究及中藥有效成分提取工藝的提高， 中藥有效成分保護(hù)肝損傷的研究成為一個(gè)非常活躍的領(lǐng)域，并且顯示出廣闊的應(yīng)用前景。丁霞等[25]報(bào)道，5-HMF是山茱萸炮制品中的活性成分，酒山茱萸中5-HMF含量增加2.5倍，含量高達(dá)80%以上，是補(bǔ)肝益腎作用的物質(zhì)基礎(chǔ)之一。余宗亮等[26]從酒山茱萸水煎液的二氯甲烷萃取部位中分離鑒定出主要單體成分5-HMF，是山茱萸炮制后補(bǔ)肝益腎作用增強(qiáng)的物質(zhì)基礎(chǔ)。5-HMF體外藥理實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)CCl4急性肝損傷組織有保護(hù)作用，5-HMF均能降低丙氨酸氨基轉(zhuǎn)氨酶(ALT)和天冬氨基酸氨基轉(zhuǎn)氨酶(AST)含量且存在一定的量效關(guān)系，給藥組既可使SOD活力增大，又能使MDA含量降低，結(jié)果表明炮制后二氯甲烷部位能增強(qiáng)對(duì)急性肝損傷的保護(hù)作用。

3.5 改善血液流變學(xué)

KuboM等[27]研究發(fā)現(xiàn)， 生地黃在蒸制過(guò)程中生成5-HMF，炮制后其含量增加約20倍左右。用于改善血液循環(huán)的六味地黃丸，用熟地黃替代了該藥原方中常用的生地黃，在血液流變學(xué)和促進(jìn)血液循環(huán)方面具有顯著作用。姜旭等[28]從熟地黃50%乙酸乙酯層提取、分離得到5-HMF，藥效學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該化合物可增強(qiáng)大鼠紅細(xì)胞的變形性。

3.6 抗氧化作用

氧化應(yīng)激破壞了強(qiáng)氧化劑和抗氧化劑的平衡，導(dǎo)致細(xì)胞損傷，使抗氧化酶等活性下降，機(jī)體代謝紊亂。近年來(lái)，對(duì)氧化損傷機(jī)制的研究越來(lái)越多，已經(jīng)深入到細(xì)胞水平和分子水平。張建宏等[29]報(bào)道，5-HMF對(duì)H2O2誘導(dǎo)的氧化損傷有明顯保護(hù)作用。MTT檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，5-HMF能明顯提高細(xì)胞在氧化損傷后的存活能力；形態(tài)學(xué)上觀察到細(xì)胞氧化損傷有所減緩；免疫細(xì)胞化學(xué)方法檢測(cè)，5-HMF抑制了H2O2對(duì)8-oxo-dG的誘導(dǎo)作用，表明5-HMF具有抗DNA氧化損傷作用。5-HMF提高了機(jī)體氧化損傷時(shí)抗氧化酶的表達(dá)，對(duì)疾病的預(yù)防及治療有一定作用。

3.7 抗過(guò)敏作用

龔勇等[30]報(bào)道，烏梅有一定的拮抗活性，能顯著抑制組胺所致的豚鼠離體氣管、回腸平滑肌收縮。烏梅配伍路路通臨床上可以治療過(guò)敏性哮喘，其抗過(guò)敏機(jī)理是非特異性刺激會(huì)產(chǎn)生游離的抗體與過(guò)敏原相中和的結(jié)果[31]。文獻(xiàn)報(bào)道[32]，烏梅在加工炮制過(guò)程中由其中所含的蔗糖轉(zhuǎn)變會(huì)生成5-HMF。

3.8 影響甘草酸代謝

中藥有效成分的腸道菌群代謝處置研究已經(jīng)引起很多學(xué)者的重視，并成為一個(gè)重要課題受到國(guó)際的關(guān)注。Hou YC等[33]報(bào)道，5-HMF可以增加甘草次酸在體內(nèi)的吸收，甘草酸及其代謝產(chǎn)物甘草次酸對(duì)腸道細(xì)菌生長(zhǎng)及其所含酶類有促進(jìn)或抑制作用。

4 討論

綜上可知，5-HMF是廣泛存在含糖類中藥中的一種小分子化合物，其生物活性受到人們的廣泛關(guān)注。復(fù)方生脈飲中五味子、六味地黃丸中的地黃經(jīng)加工炮制后5-HMF含量顯著增多，是其抗心肌缺血、發(fā)揮益智功能的物質(zhì)基礎(chǔ)之一，但5-HMF具有刺激性毒性，對(duì)其含量的控制成為關(guān)鍵。5-HMF作為中藥的活性成分，闡明5-HMF自身和中藥復(fù)方之間的內(nèi)在聯(lián)系將成為中醫(yī)藥領(lǐng)域的重要研究方向。

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