天然黃酮異葒草素研究進展

袁 莉， 王 曉， 李慶舒， 鄧 紅， 李建科

（陜西師范大學(xué) 食品工程與營養(yǎng)科學(xué)學(xué)院，陜西 西安710062）

近年來，隨著對異葒草素的深入研究，其功能活性備受關(guān)注。 研究發(fā)現(xiàn)：異葒草素能降低氧化損傷、炎癥、癌細胞增殖，充分揭示了異葒草素對預(yù)防疾病的發(fā)生、 發(fā)展和維持人體健康具有重要的意義。 作者綜述了異葒草素的化學(xué)性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、來源分布、功能活性、體內(nèi)代謝以及化學(xué)合成等方面，以期為其功能活性的深入探究及在食品、化工和醫(yī)療等領(lǐng)域的開發(fā)應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 異葒草素的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)

異葒草素（Isoorientin），又稱為3′，4′，5，7-四羥基黃酮-6-O-β-D-吡喃葡糖糖苷或木犀草素6-C-葡萄糖苷， 是一種黃酮類物質(zhì)。 其分子式為C21H20O11，相對分子質(zhì)量為448.38；同時，異葒草素具有一個同分異構(gòu)體， 葒草素 （orientin）， 又稱3′，4′，5，7-四羥基-8-吡喃葡萄糖基黃酮，其化學(xué)結(jié)構(gòu)如圖1 所示[1]。 異葒草素固體為淡黃色粉末狀，其熔點/凝固點為237～239 ℃，辛醇—水的分配系數(shù)的對數(shù)值為-1.253，它可溶于水、甲醇、乙醇，易溶于熱水，不溶氯仿及苯[1-2]。

圖1 異葒草素及其同分異構(gòu)體的化學(xué)結(jié)構(gòu)式Fig. 1 Chemical structure of isoorientin and orientin

2 異葒草素的分布

異葒草素廣泛分布于各種植物中，如葒草[3]、山楂[4]、黑蕎麥[2]、西番蓮[5]、苦菜[6]、黃瓜[7]、葛根[8]、玉米須[9]、竹葉[10]、千屈草[11]、鳶尾花[12]、鴨跖草[13]、人字草[14]、箬葉[15]等。 葒草是蓼科植物紅蓼的干燥全草，是一味中草藥[16]，因其主要藥理成分異葒草素質(zhì)量分數(shù)在每年秋季達到最高值（1.28 mg/g），隨后持續(xù)下降至0.20 mg/g，故10月上旬為葒草最佳采收期[17]。除采收期外，同一植株的不同部位中異葒草素質(zhì)量分數(shù)也有所差異， 例如， 蕎麥芽子葉中異葒草素（8.37 mg/g）明顯高于胚軸（0.02 mg/g）[2]；麻花艽地上部分（9.50 mg/g）普遍高于地下部分（1.50 mg/g）[18]；同一株玉米， 異葒草素在花粉中的質(zhì)量分數(shù)最高，其次是玉米穗，最低為玉米須[19]。 此外，不同品種果實中異葒草素質(zhì)量分數(shù)也存在差異，如西番蓮是一種芳香可口的水果，有粉果、紫果和黃果3個品種，但異葒草素的質(zhì)量分數(shù)相差較大[20]。 不同植物中異葒草素的質(zhì)量分數(shù)見表1。

3 異葒草素的功能活性

3.1 降低氧化損傷

體內(nèi)氧化及抗氧化系統(tǒng)失衡與機體疾病發(fā)生和發(fā)展密切相關(guān)，通過抑制氧化損傷可在一定程度上控制疾病的發(fā)生。 體外研究發(fā)現(xiàn)，異葒草素可有效清除DPPH 自由基（IC50=9.00 μmol/L）、羥基自由基（IC50=1.07 μmol/L）、單線態(tài)氧自由基（IC50=15.00 μmol/L）以及過氧化氫（IC50=0.65 μmol/L）；同 時，0.10 mmol/L 異葒草素的鐵還原能力為0.38 mmol/L[21]。Orrego 等研究發(fā)現(xiàn)，0.25 μmol/L 異葒草素可抑制低密度脂蛋白氧化， 兩者作用6 h 后， 抑制率可達99.60%[22]。 Anilkumar 等發(fā)現(xiàn)，異葒草素可通過提高過氧化氫酶（CAT）和谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶（GST）來預(yù)防脂多糖誘導(dǎo)RAW 264.7 小鼠巨噬細胞發(fā)生氧化損傷[23]。 前期研究也發(fā)現(xiàn)，300.00 μmol/L H2O2處理24 h 后可使BRL-3A 大鼠肝細胞活力下降30.00%，80.00 μmol/L 異葒草素預(yù)處理則可抑制H2O2造成的肝細胞氧化損傷， 使細胞存活率上升80.40%[24]。 此外， 異葒草素可顯著清除DPPH·、H2O2、·OH 自由基， 并且有效抑制Cu2+/H2O2誘導(dǎo)的脂質(zhì)過氧化、BSA 和DNA 的氧化損傷[25]。

表1 不同植物中異葒草素的質(zhì)量分數(shù)Table 1 Content of isoorientin in different plants

3.2 降低炎癥反應(yīng)

炎癥是機體對于外界刺激所做出的防御反應(yīng)，脂多糖是革蘭氏陰性細菌細胞壁的組成成分，同時也是誘發(fā)炎癥的重要因素。 Yang 等發(fā)現(xiàn)，異葒草素可有效抑制脂多糖誘導(dǎo)的RAW264.7 小鼠巨噬細胞與3T3-L1 前脂肪細胞中炎癥因子NO 與iNOS含量的增加[26]。 Lee 等發(fā)現(xiàn)異葒草素可通過降低膽堿酯酶（IC50=26.80 μmol/L）和NO（IC50=61.63 μg/mL）的含量來抑制RAW264.7 小鼠巨噬細胞中炎癥的發(fā)生[27]。 此外，體內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)，30.00 mg/kg 異葒草素可抑制卡拉膠誘導(dǎo)的大鼠足腫，且不造成胃部損傷及急性毒性[28]。作者也發(fā)現(xiàn)，異葒草素可通過阻止MAPK 家族激酶以及NF-κB 信號通路激活， 降低BV-2 小膠質(zhì)細胞中炎癥相關(guān)因子TNF-α、IL-1β、IL-6、COX-2 和iNOS 的釋放，從而抑制脂多糖誘導(dǎo)的神經(jīng)炎癥的發(fā)生[29]。

3.3 抑制癌細胞增殖

隨著社會發(fā)展、環(huán)境改變、生活節(jié)奏加快以及各種原因， 癌癥已成為導(dǎo)致人類死亡的重要原因。Pzcific 等發(fā)現(xiàn)，6.25 μmol/L 的異葒草素作用HepG2人肝癌細胞24 h 和48 h 后， 細胞活力分別降低19.60%和84.00%，25.00 μmol/L 異葒草素處理細胞48 h 后， 細胞活力降低了92.00%， 即異葒草素對HepG2 人肝癌細胞增殖的抑制具有時間和劑量依賴性[30]。 此外，于?，幍妊芯堪l(fā)現(xiàn)，異葒草素通過提高細胞中的空泡和自噬特征性蛋白LC-3II 與Beclin-1 的表達量， 來抑制HepG2 人肝癌細胞與SGC-7901 胃癌細胞的生長[31]。 研究發(fā)現(xiàn)，異葒草素可通過抑制HepG2 人肝癌細胞中PI3K/Akt 信號通路，增加細胞色素C 的含量、活性氧和NO 水平，導(dǎo)致細胞出現(xiàn)DNA 碎片化， 細胞核聚集及線粒體功能障礙，從而抑制HepG2 人肝癌細胞的增殖，但對于正常的HL-7702 人肝細胞和BRL-3A 鼠肝細胞并沒有影響[32-33]。

3.4 保護肝臟

肝臟是體內(nèi)進行新陳代謝的重要器官，具有解毒、儲存糖原、合成分泌蛋白質(zhì)等功能。 近年來肝臟疾病日趨嚴重，如肝纖維化、肝硬化以及肝癌等。 據(jù)報道， 異葒草素可通過降低谷丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶（ALT）， 天 冬 氨 酸 氨 基 轉(zhuǎn) 移 酶 （AST）、 丙 二 醛（MDA）、肝組織中過氧化物酶（MPO）以及促炎因子（IL-6，TNF-α）等的水平，減少纖維化特征性蛋白平滑肌肌動蛋白（α-SMA）和促纖維化效應(yīng)轉(zhuǎn)化因子（TGF-β1）的表達，提高超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）的活性，來有效減弱由乙醇造成的雄性Wistar 大鼠肝纖維化，且異葒草素劑量越高，保肝效果越顯著[34-35]。 Orhan 等發(fā)現(xiàn)15.00 mg/kg 異葒草素可抑制血液中AST 和ALT 含量的增加， 從而預(yù)防CCL4 及半乳糖誘導(dǎo)的大鼠肝臟損傷[28]。 Lin 等也研究發(fā)現(xiàn)，異葒草素通過抑制NFκB、TGF-β1/Smad 信號通路以及清除自由基來抑制CCL4誘導(dǎo)的SD 雄性大鼠肝損傷以及肝纖維化[36]。此外， 體外研究發(fā)現(xiàn)，5.00 μg/mL 異葒草素作用肝細胞15 min 后，通過上調(diào)Nrf2 信號通路，來保護由活性氧引起的肝細胞氧化損傷[14]。作者也發(fā)現(xiàn)，異葒草素通過抑制ERK1/2、JNK、p38 信號通路，提高線粒體膜電位，降低Bax 的蛋白表達、細胞色素C 的含量、Caspase-3 的活化和PARP 的裂解，來預(yù)防由H2O2誘導(dǎo)BRL-3A 大鼠肝細胞損傷[24]。

3.5 抑菌

Cottiglia 等發(fā)現(xiàn)從亞麻葉瑞香中提取的異葒草素， 可有效抑制金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureusATCC 25923）、 大腸桿菌 （Escherichia coliATCC 25922）、芽孢桿菌（Bacillus lentusB60）、糞鏈球菌 （Streptococcus faecalis3208）、 假單胞桿菌（Pseudomonas aeruginosaCA2） 和 摩 根 式 菌（Morganella morganiiCA8）的生長[37]。 Mcnally 等研究發(fā)現(xiàn)， 黃瓜植株接種單絲殼白粉菌孢子48 h 后，植株中異葒草素含量急劇上升，可能是異葒草素通過增強植株抗病性來阻礙黃瓜病原孢子的生長[38]。研究發(fā)現(xiàn)，異葒草素可通過抑制細菌對數(shù)生長期的分裂速度， 增加細菌中蛋白質(zhì)和DNA 等內(nèi)容物的外溢，抑制鼠傷寒沙門氏菌的生長[39]。

3.6 調(diào)節(jié)腸道菌群

腸道菌群與人體生理狀態(tài)密切相關(guān)。 通過體內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)， 異葒草素對小鼠腸道菌群具有一定影響，它可抑制腸道中另枝菌屬（Alistipes）、幽門螺桿菌（Helicobacter）等致病菌的生長；同時，對一些有益 菌 如 乳 酸 桿 菌 （Lactobacillus）、 雙 歧 桿 菌（Bifidobacterium）也存在一定的抑制作用[40]。 異葒草素對益生菌的抑制作用，可能是其廣譜抑菌性所致。

3.7 其他功能活性

3.7.1 降低糖尿病發(fā)病風(fēng)險糖尿病是一種代謝性疾病，胰島素分泌的缺陷或其生物作用受損可能引起疾病的發(fā)生，造成高血糖及并發(fā)癥等。 Sezik 等研究發(fā)現(xiàn)，15.00 mg/kg 異葒草素持續(xù)灌胃SD 糖尿病小鼠15 d 后，可顯著降低小鼠的血糖、甘油三酯和膽固醇含量[41]。 也有報道表明，50.00 μmol/L 異葒草素可將人前脂肪細胞和3T3-F442A 鼠前脂肪細胞對葡萄糖的吸收能力分別提高到60.00%和139.00%， 從而抑制TNF-α 誘導(dǎo)的胰島素抵抗，降低糖尿病發(fā)病風(fēng)險[42]。

3.7.2 抑制蟲害生長研究發(fā)現(xiàn)，玉米須中的異葒草素是抵抗棉鈴蟲侵染玉米的關(guān)鍵因素，某種基因可使玉米須中異葒草素的質(zhì)量分數(shù)提高2.00%，達到更好的抗蟲效果[43]。此外，異葒草素也可抑制布氏羅得西亞錐蟲（Trypanosoma brucei rhodesiense）、黑熱 病 原 蟲 （Leishmania donovani）、 克 氏 錐 蟲（Trypanosoma cruzi） 與 惡 性 瘧 原 蟲（Plasmodium falciparum） 的 生 長，IC50值 分 別 為52.80、100.00、57.20、9.70 mg/mL，從而達到抑制蟲害的效果[44]。

3.7.3 降低脂肪積累據(jù)報道，小麥芽中提取的異葒草素可有效降低3T3-L1 前脂肪細胞中脂肪積累[45]。 Poudel 也研究發(fā)現(xiàn)，10.00 μmol/L 異葒草素可通過上調(diào)3T3-L1 細胞中胰島素誘導(dǎo)基因insig1 和insig2 的表達， 下調(diào)與脂質(zhì)代謝相關(guān)的特異性標志物激活蛋白-2 和脂肪酸合成酶（FAS）的釋放以及降低脂肪生成轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子CAAT/增強結(jié)合蛋白-α 和固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白（SREBP）-1c 的生成來抑制細胞脂質(zhì)沉積，且抑制率高達65.00%[46]。20.00mg/kg 與40.00 mg/kg 的異葒草素可有效減輕以高果糖為飲食的昆明小鼠的體質(zhì)量，與以水為飲食的對照組相比，體質(zhì)量分別降低11.90%和11.07%，有效抑制肥胖[47]。

3.7.4 降低疼痛疼痛伴隨疾病出現(xiàn)，降低疼痛感在治療疾病過程中也是關(guān)鍵一步。Gou 等研究顯示，異葒草素通過降低昆明小鼠血液中TNF-α、IL-1β、IL-6 炎癥因子的水平，來減弱醋酸扭體實驗及甲醛誘導(dǎo)實驗分別導(dǎo)致小鼠的腹部和足部的痛感[48]。Kupeli 等發(fā)現(xiàn)15.00 mg/kg 異葒草素可顯著降低苯醌導(dǎo)致的大鼠腹痛[49]。 近期Strada 等也發(fā)現(xiàn)，10.00 mg/kg 異葒草素灌胃瑞士小鼠后， 可有效減弱小鼠痛感，且隨著異葒草素濃度的增加，降低疼痛的效果更明顯[50]。

3.7.5 預(yù)防抑郁和保護神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)系統(tǒng)是機體調(diào)節(jié)生理活動的主要系統(tǒng)，傳遞、加工、儲存信息以及支配人體活動等。 近期，Ortmann 等通過對Wistar 大鼠細胞因子水平、 能量代謝參數(shù)以及行為的測評， 發(fā)現(xiàn)異葒草素可防止大鼠大腦的氧化損傷，從而降低抑郁癥的發(fā)病風(fēng)險[51]。

4 異葒草素的體內(nèi)代謝

小腸是黃酮類物質(zhì)體內(nèi)代謝的主要部位。Wister 大鼠灌胃葒草藥液后， 收集不同時間段的大鼠尿液、糞便以及24 h 的膽汁，檢測發(fā)現(xiàn)異葒草素體外排出的含量較少，說明異葒草素被腸道充分吸收繼而發(fā)揮了它的活性功能。Zhang 等研究發(fā)現(xiàn)，竹葉中異葒草素經(jīng)過SD 大鼠體內(nèi)代謝后， 在胃腸管中除少量異葒草素外，還檢出間苯三酚、氫化咖啡酸等小分子物質(zhì)。 作者認為，異葒草素在體內(nèi)可發(fā)生分解代謝，代謝途徑如圖2 所示。 異葒草素擬存在兩種代謝途徑，一種是經(jīng)去糖基化作用被水解為木犀草素；另一種是直接加氫生成3′，4′，5，7-四羥基黃酮-6-葡萄糖，然后去羰基化生成圣草酚，最后苯環(huán)開環(huán)作用后被水解生成間苯三酚和二氫咖啡酸[52]。

圖2 異葒草素代謝途徑Fig. 2 Proposed metabolic pathways of isoorientin

5 異葒草素的化學(xué)合成方法

除從植物中提純天然異葒草素外，也可通過有效的化學(xué)手段合成異葒草素。 Kumazawa 等研究發(fā)現(xiàn)，可通過以下10個步驟，獲得總得率為15%的異葒草素（圖3）。 首先，合成葡萄糖基受體5；其次，氫化水解獲得葡聚糖苯乙酮衍生物；再次，葡聚糖苯乙酮衍生物與3，4-雙芐氧基苯甲醛的羥醛縮合形成相應(yīng)的黃酮的前體；最后，應(yīng)用I2-DMSO，隨后構(gòu)建黃酮系統(tǒng)，產(chǎn)生異葒草素[53]。

圖3 異葒草素化學(xué)合成過程Fig. 3 Chemical synthesis of isoorientin