大黃蒽醌類化合物抑菌作用研究進(jìn)展

劉玲麗，周紫芳，胡婕妤，鄧欣彤，湯雨虹，陳焱婷，白雪蓮

(杭州師范大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，浙江 杭州 311121)

大黃是我國(guó)的常用中藥材，屬于蓼科多年生草本植物.2015版《中國(guó)藥典》中收錄了3種藥用大黃：掌葉大黃(Rheum palmatum L)、藥用大黃(Rheum officinale Baill)及唐古特大黃(Rheum tangguticum Maxim. ex Balf)[1-3].大黃具有抗菌、止血、抗病毒、調(diào)節(jié)免疫力等藥理作用，在臨床治療腸梗阻、急性胰腺炎、皮膚病和腎病等方面具有良好的功效[4].大黃中的化學(xué)成分包括蒽醌類、吡喃酮類、苯丁酮類、萘苷類、酰基糖苷類、二苯乙烯類、鞣質(zhì)前體及鞣質(zhì)等，其中蒽醌類化合物是主要的藥理有效成分，也是大黃內(nèi)生菌的重要次級(jí)代謝產(chǎn)物之一[5-7].大黃蒽醌類化合物具有抗菌消炎、抗病毒、抗癌、抗氧化、利尿、止血等藥理作用，其中，抗菌作用效果顯著[8].根據(jù)已有研究結(jié)果，蒽醌類化合物能對(duì)多種細(xì)菌和真菌起到抑制甚至殺滅的作用，抗菌機(jī)理主要是抑制菌體糖及糖代謝中間產(chǎn)物的氧化和脫氫過程，并與DNA結(jié)合，干擾其模板功能，抑制蛋白質(zhì)和核酸合成[9].相比于蒽醌類化合物的抗腫瘤活性，其抑菌作用的研究相對(duì)較少.本文主要對(duì)大黃蒽醌類成分抑菌作用的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，為進(jìn)一步開發(fā)和應(yīng)用大黃蒽醌類成分提供研究思路.

1 大黃蒽醌類化學(xué)成分的研究

早在19世紀(jì)初，德國(guó)化學(xué)家首次從大黃中分離出了大黃酚結(jié)晶，此后，國(guó)際上對(duì)大黃中化學(xué)成分的研究不斷深入.2001年，向蘭等[10]利用硅膠柱層析法從窄葉大黃里首次分離出了6種蒽醌類化合物，分別為大黃素-8-O-β-D-吡喃葡萄糖苷(emodin-8-O-β-D-glucopyra-noside)、蘆薈大黃素-8-O-β-D-吡喃葡萄糖苷(aloe-emodin-8-O-β-D-glucopyranoside)、ω-羥基大黃素 (citreorosein)、大黃素甲醚(physcion)和大黃酚(chrysophanol).2006年，Lin等[11]以大黃中的19種化合物為標(biāo)記，開發(fā)了一種高效液相色譜-紫外-質(zhì)譜法，測(cè)定出了新的蒽醌類成分：蘆薈大黃素-ω-O-β-D-吡喃葡萄糖苷(aloeemodin-ω-O-β-D-glucopyranoside).2012年，高亮亮[12]在對(duì)唐古特大黃和藥用大黃進(jìn)行分離純化的過程中，首次從唐古特大黃中分離得到了大黃酚 1-O-β-D-吡喃葡萄糖苷(chrysophanol 1-O-β-D-glucopyranoside)、大黃酸 8-O-β-D-吡喃葡萄糖苷(rhein 8-O-β-D-glucopyranoside)、蘆薈大黃素 1-O-β-D-吡喃葡萄糖苷(aloe-emodin 1-O-β-D-glucopyranoside)、大黃素 8-O-β-D-吡喃葡萄糖苷(emodin 8-O-β-D-glucopyranoside)、大黃素 1-O-β-D-吡 喃 葡 萄 糖 苷(emodin 1-O-β-D-glucopyra-noside)等蒽醌類化合物.截至目前，共有34種蒽醌類化合物被分離鑒定出來.

蒽醌類化合物是各種天然醌類化合物中數(shù)量最多的化合物[8]，具有多種生物活性，在自然界中分布很廣，存在于如百合科的蘆薈，豆科的決明子、番瀉葉，茜草科的茜草、鼠李，蓼科的大黃、虎仗、何首烏、拳參等高等植物中，還存在于低等植物地衣和菌類的代謝產(chǎn)物中.蒽醌(C14H8O2)母核被羥基、羥甲基、甲氧基和羧基取代則形成蒽醌衍生物，蒽醌衍生物(蒽酮類、蒽醌類)是大黃的主要特征成分之一，含量約2%～5%.蒽醌衍生物常以游離或者蒽醌苷的形式存在于植物體內(nèi)，蒽醌苷多以單糖甙和雙糖甙的形式存在，主要是單糖甙，蒽醌經(jīng)過還原可以產(chǎn)生不同程度的還原產(chǎn)物，如蒽酚(C14H10O3)、氧化蒽酚、蒽酮(C14H10O)、蒽酮的二聚體等.氧化蒽酚不穩(wěn)定，容易被氧化為蒽醌，蒽酚或蒽酮的羥基衍生物一般存在于新鮮植物中，以游離苷元或結(jié)合苷的形式存在，含量較少，可被緩慢氧化成蒽醌衍生物，二蒽酮可以看成兩分子蒽酮結(jié)合而成的化合物[13].

大黃蒽醌類化合物按母核結(jié)構(gòu)分為單蒽核類和雙蒽核類，單蒽核類蒽醌又分為游離蒽醌類和結(jié)合蒽醌類，結(jié)合蒽醌類以和葡萄糖結(jié)合狀態(tài)為多[14-15].游離型蒽醌主要是大黃素(C15H10O5)、蘆薈大黃素(C15H10O5)、大黃酚(C15H10O4)、大黃酸(C15H8O6)、大黃素甲醚(C16H12O5)等，結(jié)合型蒽醌衍生物為游離蒽醌類的葡萄糖苷或雙蒽酮苷，雙蒽酮苷為番瀉苷 A、B、C、D、E、F[7]，其側(cè)鏈主要為葡萄糖、羥基、吡喃葡萄糖等物質(zhì)，連接位置主要為1號(hào)碳、6號(hào)碳、8號(hào)碳[5].

2 大黃蒽醌類化合物的抑菌作用

大黃蒽醌類化合物以游離或結(jié)合的形式存在，是大黃中起抑菌作用的有效成分，具有廣譜的抑菌活性，且不會(huì)產(chǎn)生細(xì)菌耐藥性，能清除細(xì)菌感染時(shí)的有害代謝物和死后菌體留下的內(nèi)毒素[9].

2.1 游離型蒽醌化合物的抑菌作用

虞夏暉等[16]通過提取大黃中的游離蒽醌，采用最小抑菌濃度測(cè)定、紙片擴(kuò)散法和繪制抑菌生長(zhǎng)曲線進(jìn)行抑菌活性實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)游離蒽醌對(duì)大腸桿菌、金黃色葡萄糖球菌、枯草芽孢桿菌、雙歧桿菌、乳酸桿菌均有抑制作用，對(duì)雙歧桿菌的生長(zhǎng)抑菌作用最明顯.Agarwal等[17]通過研究大黃蒽醌衍生物抗真菌活性，發(fā)現(xiàn)蘆薈大黃素、大黃素甲醚、大黃酚、大黃酸對(duì)白色念珠菌、新型隱球菌、煙曲菌、須瘡廯菌都有抗菌作用.Wu等[18]通過研究藥用大黃中的5種游離蒽醌對(duì)金黃色葡萄球菌的抑制作用，發(fā)現(xiàn)5種羥基蒽醌對(duì)金黃色葡萄球菌的抑菌活性大小為：大黃酸>大黃素>蘆薈大黃素>大黃酚>大黃素甲醚.Lu等[19]通過測(cè)定大黃粗提物及其主要生物活性成分對(duì)嗜水氣單胞菌的抗菌性能，發(fā)現(xiàn)5種游離蒽醌化合物對(duì)嗜水氣單胞菌均有抑菌作用，表明大黃中的蒽醌提取物具有制備抑菌劑的潛在用途.趙瑞芝等[20]用乙醇提取大黃中的游離蒽醌，發(fā)現(xiàn)大黃素、大黃酸、大黃酚、蘆薈大黃素4種大黃蒽醌化合物均可抑制幽門螺桿菌的生長(zhǎng)，且其含量與抑菌活性基本上呈正相關(guān).Ibrahim等[21]的研究結(jié)果中也發(fā)現(xiàn)了大黃提取物對(duì)于幽門螺桿菌生長(zhǎng)的抑制作用.

2.1.1 大黃素的抑菌活性

大黃素是游離型蒽醌化合物的一種，具有抗炎作用，Alexander等[22]通過小鼠體內(nèi)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)大黃素對(duì)治療胃腸道炎癥具有顯著的療效.目前研究表明，大黃素除了具有抗炎作用，還可以抑制多種細(xì)菌和真菌生長(zhǎng).

Hazin等[23]通過研究抑制金黃色葡萄球菌的植物化學(xué)成分，發(fā)現(xiàn)大黃素對(duì)金黃色葡萄球菌、溶血性鏈球菌、肺炎球菌、白喉?xiàng)U菌、炭疽桿菌、痢疾桿菌、大腸桿菌、變形桿菌等都有較強(qiáng)的抑制作用.韓強(qiáng)[24]通過研究大黃素的毒性，發(fā)現(xiàn)大黃藥材對(duì)豬鏈球菌生物被膜的形成具有干預(yù)作用，其中的游離型蒽醌大黃素對(duì)豬鏈球菌生物被膜的形成干預(yù)作用最強(qiáng)，并存在劑量效應(yīng)關(guān)系.大黃素對(duì)常見的厭氧菌也有很強(qiáng)的抑制效果，其最小抑菌濃度為8 μg/L，大致和頭孢噻吩的效果相近甚至優(yōu)于頭孢噻吩[25].Rajan等[26]研究發(fā)現(xiàn)大黃素對(duì)細(xì)菌和真菌都有極高的抑菌活性，并和抗生素一起使用時(shí)具有協(xié)同作用.

2.1.2 大黃素甲醚的抑菌活性

大黃素甲醚是游離型蒽醌化合物的一種，可以從天然植物大黃中提取得到，是大黃內(nèi)生菌的次生代謝產(chǎn)物，可以干擾真菌細(xì)胞壁物質(zhì)合成，使真菌芽管以及菌絲體膨大、破裂，導(dǎo)致真菌細(xì)胞內(nèi)容物瀉出而死亡，還可以抑制孢子生成，從而起到防治植物病害的作用[27].

Yang等[28]通過田間試驗(yàn)表明大黃素甲醚水劑對(duì)黃瓜霜霉病表現(xiàn)出優(yōu)異的防治效果.楊立軍等[29]分別采用菌絲生長(zhǎng)速率法、孢子萌發(fā)法和盆栽法測(cè)定大黃素甲醚對(duì)不同植物病原菌的抑菌活性：菌絲生長(zhǎng)結(jié)果表明大黃素甲醚具有廣譜的抑菌活性，對(duì)水稻稻瘟病菌和黃瓜灰霉病菌的菌絲生長(zhǎng)具有較強(qiáng)的抑制作用；盆栽法表明大黃素甲醚對(duì)小麥白粉病菌具有明顯的抑菌活性；根據(jù)大黃素甲醚對(duì)黃瓜白粉病菌保護(hù)作用和治療作用的盆栽效果，表明大黃素甲醚對(duì)黃瓜白粉病菌也具有明顯的抑菌活性.王娜[30]通過對(duì)大黃素甲醚處理后的稻瘟病菌進(jìn)行室內(nèi)離體、溫室盆栽和田間試驗(yàn)，驗(yàn)證大黃素甲醚對(duì)稻瘟病菌的防治效果.實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：離體條件下，大黃素甲醚水劑20 mg/L對(duì)離體大麥葉片的稻瘟病防治效果為90%；盆栽試驗(yàn)中，大黃素甲醚水劑60 mg/L對(duì)稻瘟病的防治效果達(dá)到93%；田間試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)對(duì)于水稻葉瘟，施藥兩次的情況下，大黃素甲醚的葉瘟防治效果高于稻瘟靈，并且施藥一次的效果與傳統(tǒng)農(nóng)藥三環(huán)唑無顯著差異.同時(shí)，當(dāng)大黃素甲醚的處理質(zhì)量濃度達(dá)到40 mg/L時(shí)，稻瘟病菌菌絲孢子萌發(fā)受到嚴(yán)重抑制，也不能產(chǎn)生附著胞，不能侵染葉片.

2.2 結(jié)合型蒽醌化合物的抑菌作用

虞夏暉等[16]通過最小抑菌濃度測(cè)定、紙片擴(kuò)散法和繪制抑菌生長(zhǎng)曲線的實(shí)驗(yàn)方法，發(fā)現(xiàn)蒽醌苷對(duì)大腸桿菌、金黃色葡萄糖球菌、枯草芽孢桿菌、雙歧桿菌、乳酸桿菌均有抑制作用，且抑制效果強(qiáng).來進(jìn)君[31]采用牛津杯法對(duì)大黃蒽醌類化合物對(duì)膽囊炎病原菌的抑菌活性展開實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明大黃素-8-O-β-D 吡喃葡萄糖苷、大黃素-1-O-β-D 吡喃葡萄糖苷對(duì)金黃色葡萄球菌、糞鏈球菌、大腸桿菌、肺炎克雷伯氏菌肺炎亞種、產(chǎn)氣腸桿菌、陰溝腸桿菌陰溝亞種、變形桿菌、產(chǎn)酸克雷伯氏菌、銅綠假單胞菌、屎腸球菌均有抑制活性，其中，大黃素-8-O-β-D 吡喃葡萄糖苷對(duì)產(chǎn)氣腸桿菌抑菌作用較強(qiáng)，大黃素-1-O-β-D 吡喃葡萄糖苷對(duì)大腸桿菌和屎腸球菌抑制作用較強(qiáng).虞夏暉等[32]通過研究大黃蒽醌苷對(duì)大鼠腸道菌群的影響作用，發(fā)現(xiàn)與模型組相比，隨著藥劑用量的增加，大黃蒽醌苷組顯著抑制大腸桿菌和腸球菌的生成.以上研究結(jié)果證實(shí)了大黃蒽醌苷單體成分對(duì)病原菌具有抑制作用.

根據(jù)已有研究結(jié)果，大黃蒽醌類化合物對(duì)多種細(xì)菌和真菌都具有良好的抑制效果，見表1.

表1 大黃中蒽醌類化合物的抑菌作用Tab.1 Antibacterial effects of anthraquinone compounds in Rhubarb

續(xù)表1

3 結(jié)語與展望

大黃在我國(guó)的應(yīng)用歷史已有4000余年，是多種中草藥配方中的原材料，具有非常高的藥用價(jià)值，在我國(guó)的種植面積逐年增加.大黃中的蒽醌類化合物是大黃的主要活性成分，已有眾多研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，大黃蒽醌類化合物對(duì)多種細(xì)菌和真菌具有抑制效果.目前市場(chǎng)上已經(jīng)有應(yīng)用大黃素甲醚來防治小麥白粉病菌、黃瓜白粉病菌等植源性病原菌引起的農(nóng)作物病害的例子，但大多數(shù)地區(qū)依舊在使用化學(xué)農(nóng)藥防治農(nóng)作物病害，化學(xué)農(nóng)藥污染環(huán)境，存在安全性和耐藥性問題，應(yīng)用效果逐漸減弱，亟須開發(fā)新型農(nóng)藥取代化學(xué)農(nóng)藥來防治病蟲害.

在古羅馬時(shí)代，植物的提取物就被人類用來防治病蟲害[42]，植物界作為潛在有用的生物活性化合物資源，其植物源性化學(xué)物質(zhì)在病蟲害防治中有較大的應(yīng)用前景.大黃蒽醌類化合物以天然植物大黃為原料，可經(jīng)提取加工制成新型植物源殺蟲劑，具有風(fēng)險(xiǎn)低、活性好、用量少、防病效果好且穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，但目前對(duì)大黃蒽醌類化合物的研究主要集中在醫(yī)源性病原菌上，對(duì)植物病原菌的相關(guān)研究較少.未來應(yīng)深入研究大黃蒽醌類化合物對(duì)植源性病原菌的抑制作用，為商業(yè)開發(fā)以大黃蒽醌類化學(xué)成分為主的生物農(nóng)藥提供新的思路.