漆酚的生物化學(xué)活性及其應(yīng)用進(jìn)展

齊志文, 王成章， 蔣建新

(1.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院 林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所;生物質(zhì)化學(xué)利用國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室;國(guó)家林業(yè)局 林產(chǎn)化學(xué)工程重點(diǎn)開放性實(shí)驗(yàn)室;江蘇省 生物質(zhì)能源與材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 江蘇 南京 210042; 2.北京林業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與技術(shù)學(xué)院, 北京 100083)

生漆是一種傳統(tǒng)的天然樹脂，由漆酚、樹膠質(zhì)、水以及其他化合物組成[1]。漆酚是生漆的主要成分，它是一種兒茶酚衍生物，具有長(zhǎng)的不飽和碳?xì)鋫?cè)鏈結(jié)構(gòu)，由飽和漆酚、單烯漆酚、雙烯漆酚和三烯漆酚等漆酚類化合物組成，是生漆固化成膜以及構(gòu)成漆膜骨架的基本反應(yīng)物，對(duì)漆膜的光澤、附著力、韌性等性能有直接影響[2]。氧化成膜的漆膜為醌類化合物，其生物活性較低，生漆生物活性的研究重點(diǎn)主要為漆酚。漆酚多聚體及其漆酚-多糖-糖蛋白高分子復(fù)合物構(gòu)成了干燥漆膜，這種特殊結(jié)構(gòu)決定了漆膜的物理性能，賦予了生漆漆膜獨(dú)特的超耐久性、磨光性及耐各種化學(xué)藥品性等[1,3]。漆酚鄰位酚羥基及側(cè)鏈不飽和官能團(tuán)使漆酚具有顯著的抗腫瘤細(xì)胞活性、腫瘤血管生成抑制效果以及抑制核轉(zhuǎn)錄因子-κB(NF-κB)活性等，從而對(duì)白血病、肝癌、肺癌和食道癌等癌癥具有顯著的治療效果[4]。筆者綜述了生漆致敏機(jī)理、漆酚抗菌、抗病毒活性和藥用活性，以及漆酚聚合物的應(yīng)用研究進(jìn)展，以期為高附加值漆酚衍生物的研究提供新的發(fā)展方向，同時(shí)為生漆資源的高值化利用提供參考。

1 漆酚的生物化學(xué)活性

1.1 致敏機(jī)理

生漆致敏通常指的是由生漆中油脂化合物直接接觸皮膚引起的過敏性皮炎。生漆樹脂是免疫學(xué)中的半抗原物質(zhì)[5]，滲入皮膚后，由皮膚產(chǎn)生一種酶催化的氧化物，催化漆酚為親電體的鄰位醌，氧化生成的O-醌類衍生物對(duì)親核試劑較為敏感，其與細(xì)胞膜內(nèi)的角蛋白或蛋白質(zhì)結(jié)合形成完整的抗原，進(jìn)攻兒茶酚環(huán)上4、 5和6號(hào)位的C原子[6-8]。

Halloran[9]和Hachisuka等[10]研究了致敏接觸性皮炎，結(jié)果表明：間接接觸漆酚也會(huì)導(dǎo)致過敏性皮疹。漆酚或緬漆酚類中的油性分子為非親電體，不能與親電的蛋白質(zhì)形成免疫蛋白。但當(dāng)這些油性分子進(jìn)入皮膚后，多酚氧化酶能將這類油性分子轉(zhuǎn)化成具有親電性的鄰醌類分子而使其能和蛋白質(zhì)形成免疫蛋白[11]。

皮炎致敏過程分為誘導(dǎo)和釋放2個(gè)階段。在誘導(dǎo)階段，半抗原滲入皮膚形成蛋白質(zhì)-半抗原的混合物，作為完整的抗原能被朗格漢斯細(xì)胞(L細(xì)胞)攝入，為T-淋巴球細(xì)胞提供抗原信息。這些T-淋巴球細(xì)胞繼而遷移至淋巴結(jié)，在淋巴結(jié)內(nèi)辨識(shí)性地進(jìn)入效應(yīng)細(xì)胞、記憶細(xì)胞并增殖。此時(shí)生物體極其敏感，能生成免疫T-淋巴球細(xì)胞應(yīng)對(duì)下次相同半抗原的進(jìn)攻。在釋放階段，半抗原再一次進(jìn)入皮膚，結(jié)合之前形成的蛋白質(zhì)-半抗原混合物。在初次接觸抗原時(shí)形成的效應(yīng)細(xì)胞，進(jìn)入血液循環(huán)和蛋白質(zhì)-半抗原混合物作用。效應(yīng)細(xì)胞釋放一種淋巴因子化學(xué)介質(zhì)[12]。該淋巴因子可作用于不同的靶點(diǎn)：巨噬細(xì)胞、淋巴球和其他類細(xì)胞(可釋放針對(duì)L細(xì)胞的細(xì)胞毒素)。淋巴因子能作用于臨床表現(xiàn)的過敏性皮炎、紅疹和腫脹[13-14]。

刺激因子(S.I.)表示淋巴細(xì)胞試驗(yàn)組活性和對(duì)照組活性的比值[11],淋巴細(xì)胞刺激試驗(yàn)表明漆酚及酯化漆酚顯示了相似的漆酚濃度-刺激因子曲線(漆酚質(zhì)量濃度范圍為0.002～20 mg/L)，且當(dāng)漆酚質(zhì)量濃度為2 mg/L時(shí)，S.I.值達(dá)到最大值近250；但亞甲基漆酚在此濃度范圍并未顯示顯著的刺激因子變化。漆酚致敏機(jī)理如圖1所示[15]。

圖1 漆酚致敏機(jī)理[15]Fig. 1 Urushiol sensitization mechanism[15]

漆酚抗原被L細(xì)胞捕捉，將抗原信息傳遞給T-淋巴球細(xì)胞，誘導(dǎo)T細(xì)胞的敏化反應(yīng)。初始敏化反應(yīng)中，白介素-1β(1L-1β)和主要的組織相容性復(fù)合體(MHC)種類Ⅱ在L細(xì)胞中產(chǎn)生[6]。膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生漆酚傳遞的細(xì)胞因子例如腫瘤壞死因子α(TNF-α)，1L-1α和粒性白細(xì)胞/巨噬細(xì)胞、集落刺激因子，其可進(jìn)一步刺激L細(xì)胞[7]。

Kim等[16]通過合成多種不同烷基側(cè)鏈(—H、—CH3、—C5H11、—C10H21、—C15H31、—C20H41)的1,2-甲氧基苯型和兒茶酚漆酚型衍生物，研究了這類化合物接觸性過敏反應(yīng)和抗氧化能力。其中，兒茶酚類漆酚衍生物(CTUDs)對(duì)1,1-二苯基-2-苦肼基自由基具有較高的自由基清除能力，抑制了經(jīng)偶氮二異庚腈(AMVN)誘導(dǎo)的亞油酸甲酯溶劑中脂質(zhì)的過氧化反應(yīng)。CTUDs也具有對(duì)蛋黃卵磷脂單層泡脂質(zhì)體系統(tǒng)(PC LUV)(被AMVN、 2-脒基-丙烷二鹽酸化物和銅離子等誘導(dǎo))的脂質(zhì)過氧化反應(yīng)抑制作用。由于CTUDs位于雙層磷脂中，被視為一種抵制脂質(zhì)過氧化薄膜的高效抗氧化化合物，其具有抗細(xì)胞和亞細(xì)胞氧化損傷的作用。Coifman等[17]簡(jiǎn)述了肌肉中微米級(jí)不可溶抗體的釋放系統(tǒng)，即不溶于水的疫苗通過乙醇注入體內(nèi)免疫系統(tǒng)作為一種新的免疫療法，此方法對(duì)那些漆酚高度過敏的人群很有效。

1.2 抗菌、抗病毒活性

漆酚具有較強(qiáng)的抗菌能力，能抑制微生物的生長(zhǎng)。Cha等[18]評(píng)價(jià)了2%洗必泰(CHX)、 6%NaOCl、0.01%漆酚溶液的抗變異鏈球菌性能，經(jīng)過30 min培養(yǎng)，樣品均未正常成活，對(duì)照組顯示了極強(qiáng)的團(tuán)聚作用，說明漆酚具有較強(qiáng)的抗變異鏈球菌的能力。何源峰[19]對(duì)漆酚進(jìn)行了結(jié)構(gòu)修飾和生物活性的研究，結(jié)果表明：漆酚對(duì)1,1-二苯基-2-苦肼基(DPPH)和2,2′-聯(lián)氮雙(3-乙基苯并噻唑- 6-磺酸)二胺鹽(ABTS)自由基具有極佳的清除能力，且側(cè)鏈不飽和度越高，對(duì)自由基的清除能力越強(qiáng)；應(yīng)用不同飽和程度的漆酚進(jìn)行抑菌試驗(yàn)，漆酚表現(xiàn)出強(qiáng)烈的抑菌作用，對(duì)表皮葡萄球菌抑菌圈大小達(dá)到22 mm，且不飽和度為3的漆酚抑菌性能最好。Suk等[20]和Hong等[21]研究了漆酚對(duì)幽門螺旋桿菌的抗菌效果，結(jié)果表明：漆酚的最小抑菌濃度范圍為0.064～0.256 g/L，10 min即可將幽門螺旋桿菌的細(xì)胞壁溶解；漆酚與三聯(lián)療法(奧美拉唑+克拉霉素+甲硝咪唑)結(jié)合，使幽門螺旋桿菌的根除率可達(dá)100%。Cho等[22]測(cè)試了一種非致敏性漆酚衍生物的抗菌活性，結(jié)果表明：漆酚衍生物烷基側(cè)鏈中不同長(zhǎng)度的碳鏈抑制了食物腐敗及微生物生長(zhǎng)。

此外，漆酚具有調(diào)節(jié)肝臟細(xì)胞活性和調(diào)節(jié)去乙酰酶(SIRT)蛋白抑制劑活性的作用。Hong等[21]研究表明漆酚激發(fā)了小鼠體內(nèi)某些細(xì)胞的活性，降低了小鼠患脂肪肝的風(fēng)險(xiǎn)。Ryckewaert等[23]通過漆酚影響體外細(xì)胞SIRT蛋白表達(dá)水平和漆酚與SIRT模擬對(duì)接結(jié)果說明了漆酚化合物具有調(diào)節(jié)SIRT蛋白抑制劑活性的能力。此外，這種SIRT蛋白抑制劑的外形及細(xì)胞毒性與去乙?；阜翘禺愋許IRT蛋白抑制劑相似；而不同于特異性SIRT蛋白抑制劑EX-527。

1.3 藥用活性

漆酚具有凝血功能。Xie等[24]從漆樹樹脂中提取了具有血小板抑制活性的新型漆酚化合物，經(jīng)過1H NMR、13C NMR、異核多量子相關(guān)譜(HMQC)、高分辨電噴霧電離質(zhì)譜(HRESIMS)、EI-MS等分析確定了8種新型漆酚化合物結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。除了7a/7b，其他化合物都具有體外抗血小板活性的能力，在ADP刺激下化合物5為最有效的抗血小板活性化合物?；衔?也具有較好的抗血小板活性,IC50=(3.09±0.70)μmol/L。這些新型漆酚化合物因具有抗血小板凝集的作用可用于治療傳統(tǒng)淤血。

圖2 新型漆酚結(jié)構(gòu)圖[24]Fig. 2 Structures of new urushiol[24]

漆酚在預(yù)防肝臟疾病方面也具有一定功效。Hong等[25]通過研究漆酚化合物對(duì)患酒精肝(ALD)小鼠(包括正常小鼠和肥胖小鼠)的Toll樣受體的影響，結(jié)果表明漆酚化合物顯著地降低了小鼠體內(nèi)的TNF-α和1L-1β蛋白的水平，而酒精則增加了這種影響。Bang等[26]研究了漆酚對(duì)酒精性肝病的影響，評(píng)估了漆酚對(duì)老鼠ALD的影響。通過對(duì)比小鼠分組喂食實(shí)驗(yàn)，并經(jīng)病理學(xué)結(jié)果表明漆酚顯著降低了小鼠酒精誘導(dǎo)脂肪變性的程度，提高了小鼠的免疫能力，具備治療ALD的潛力。

2 漆酚的應(yīng)用

2.1 涂料

漆酚分子間可以通過酚羥基或雙鍵的化學(xué)鍵合作用，形成色澤度、硬度較優(yōu)的生漆涂料。Bai等[27]采用循環(huán)伏安法監(jiān)測(cè)，以K2CuCl4·2H2O為氧化還原劑對(duì)“死漆”進(jìn)行處理，在相對(duì)濕度為75%的環(huán)境中，以0.6% K2CuCl4·2H2O處理固化的“死漆”色澤度達(dá)到101.0%、硬度達(dá)到0.84。Yang等[28]研究了生漆熱聚合及其對(duì)生漆涂膜性能的影響，結(jié)果在室溫下從“死漆”中制得一系列的熱聚合生漆(TPL)。

2.2 新型材料

2.2.1漆酚-金屬(鹽)聚合 漆酚和金屬之間可以形成漆酚-金屬配合物，具有較好的彈性和耐熱性。Xue等[29]探討了漆酚/鐵及其聚丙烯復(fù)合材料涂層的竹纖維的制備及表征。結(jié)果表明：漆酚/鐵聚合物通過分子間氫鍵作用與竹纖維(BFs)表面結(jié)合，在通過原位聚合法制得的漆酚/鐵涂層的竹纖維(BCFeU)/聚丙烯(PP)化合物中起著交聯(lián)鍵合的作用。改性后的竹制品BCFeU斷裂伸長(zhǎng)量增加了56%，最大偏轉(zhuǎn)量增加了46%。羅震等[30]以漆酚/銅聚合物(UCP)有機(jī)溶液為鑄膜液，采用Breath Figures法可制備孔型規(guī)整、分布均勻、平均孔徑為1.5 μm的耐熱性疏水性UCP和平均孔徑為0.85 μm的耐酸堿性疏水性UCP。徐艷蓮等[31]采用直接研磨的方法制備了漆酚/鉛聚合物及其自組裝聚合物。漆酚/鉛聚合物(ULP)為形態(tài)均勻的多孔膜和微球，具有良好的耐熱性(ULP分解溫度為432～496 ℃)。Zheng等[32]采用膨脹法制備了兩性功能材料漆酚/鈦金屬螯合物(UTi)-聚苯乙烯聚合物(PS)。其中，聚苯胺(PANi)可以通過特殊的交互作用較好地結(jié)合在PS的球狀凸起部分，結(jié)果表明：修飾后的兩性材料UTi-PANi有望作為一種導(dǎo)電和耐熱材料。

漆酚-金屬配合物材料也具有較好的電子傳遞性能和剛性。Wang等[33]采用原位光敏還原的方法得到漆酚/銀離子復(fù)合多孔材料涂層，以Br?nsted酸為催化劑，通過Friedel-Crafts反應(yīng)合成聚合漆酚(PUS)，PUS/Ag多孔薄膜展示了優(yōu)越的電子性能，具有產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的巨大潛能。

Watanabe等[1]介紹了一種用于制備熱交聯(lián)漆膜薄層簡(jiǎn)單高效的方法，主要是以金屬醋酸鹽作為漆的摻雜物，該固化漆層薄膜具有良好的剛性和韌性。Zheng等[34]通過將正丁基鈦酸鹽和漆酚進(jìn)行層層疊加的自組裝，在紫外照射下得到具有強(qiáng)抗腐蝕性的超薄復(fù)合材料——鈦/聚合漆酚。結(jié)果表明：當(dāng)所有超薄復(fù)合材料浸泡在質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.5%的NaCl和1 mol/L HCl 混合溶液中24 h后，聚合度為7的復(fù)合材料仍保持了良好的形貌特征且完全無缺陷。

2.2.2漆酚-有機(jī)物聚合 新型漆酚基有機(jī)聚合物具有更加優(yōu)良的表面性能和穩(wěn)定性。Lu等[35]制備一種添加特定相對(duì)分子質(zhì)量殼聚糖的新型漆酚涂層。相對(duì)分子質(zhì)量分布、粒度分布、干燥時(shí)間和凝膠含量分析結(jié)果表明：溶解在5%檸檬酸中含3%殼聚糖的漆酚涂層和100%漆酚涂層具有相同的干燥時(shí)間和薄膜硬度，但前者具有更光鮮的表面。Ishimura等[36]以日本黑目生漆(KL)和胺基硅烷試劑混合得到混合生漆涂層(HBL)，核磁分析證實(shí)HBL中的胺基和環(huán)氧亞麻籽油(ELO- 6)中的環(huán)氧基反應(yīng)，之后通過雙鍵的復(fù)雜自氧化和交叉偶聯(lián)反應(yīng)得到色澤優(yōu)良、堅(jiān)硬的聚合物薄膜。Kanehashi等[37]通過混合生物基材料(天然漆酚、環(huán)氧樹脂、有機(jī)硅化合物混合)的液體和固體核磁分析表明：這種發(fā)生在漆酚和有機(jī)硅烷化合物之間的溶膠-凝膠反應(yīng)進(jìn)行的非常迅速，反應(yīng)為溶膠-凝膠高活性化學(xué)反應(yīng)。此外，在環(huán)氧樹脂開環(huán)之后，雙酚A型環(huán)氧樹脂和有機(jī)硅烷之間的反應(yīng)緩慢，且有機(jī)硅烷內(nèi)部—NH2和—OH的凝膠反應(yīng)發(fā)生在環(huán)氧樹脂交叉偶聯(lián)之后，具體反應(yīng)過程如圖3所示。

部分漆酚基有機(jī)聚合材料具有良好的防潮性。Jeong等[38]由漆酚和3-硅烷甲基丙烯酸丙酯(TPM)制備得到方便運(yùn)輸處理的固態(tài)粉末狀漆酚(YPUOH)，其具有較高的熱穩(wěn)定性。Jung等[39]通過在低密度聚乙烯(LDPE)中添加低組分的YPUOH得到了熱穩(wěn)定性增強(qiáng)和防水性能良好的復(fù)合材料，這種材料具有作為新型包裝材料的巨大潛能。該復(fù)合材料中因YPUOH的存在，使得防潮性能隨著YPUOH組分的增加而增強(qiáng)。Watanabe等[40]將漆酚側(cè)鏈中不飽和雙鍵加氫還原得到氫化漆酚。AFM(原子顯微鏡)觀察表明氫化漆酚形成的混合涂層薄膜為均相分布。Jeong等[41]研制了一種耐用、防水、清潔的生物基納米牙齒涂層。將漆酚以納米薄膜的形式層層涂抹在透明干凈的牙具(COAs)上，聚合漆酚(PU)為COAs提供了高強(qiáng)度的機(jī)械性能、低細(xì)胞毒性和抗菌疏水性，具體反應(yīng)過程如圖4所示。

圖3 漆酚、BPAE和硅烷之間的反應(yīng)[37]Fig. 3 The reaction between urushiol, BAPE and silane[37]

圖4 聚合漆酚層層組裝圖[41]Fig. 4 Assembly diagram of polymeric urushiol layer by layer[41]

3 結(jié)語與展望

目前，對(duì)于生漆中漆酚過敏表現(xiàn)、過敏機(jī)理、藥物治療和前期預(yù)防的研究非常重要。生漆主要作為漆膜涂層廣泛應(yīng)用于涂料領(lǐng)域；也可將漆酚從生漆中分離出來加以改性，作為特殊材料使用，但這類特殊材料目前應(yīng)用領(lǐng)域較窄，市場(chǎng)普及率較低。在今后的研究過程中，可以通過改變漆酚基團(tuán)或增加官能團(tuán)合成新型化合物，使其具有更高的生物活性，從而拓寬漆酚的應(yīng)用領(lǐng)域。因此，將漆酚與其他天然產(chǎn)物通過官能團(tuán)反應(yīng)或者化學(xué)鍵合作用合成新型化合物，評(píng)價(jià)新型化合物的生物活性進(jìn)而應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，對(duì)于提高生漆的利用度具有重要的意義。