肉桂化學(xué)成分與藥理作用研究進(jìn)展

高銘哲,李 婷,田晨琪,洪 潔,李雅園,王 浩,王元清

(中南林業(yè)科技大學(xué) 生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,湖南 長(zhǎng)沙410004)

肉桂(Cinnamomum cassiaPreesl)原名為菌桂、牡桂,系樟科樟屬的植物,國(guó)產(chǎn)肉桂為樟科植物肉桂(Cinnamomum cassiaPreesl)的干燥樹皮[1],具有重要的食用與藥用價(jià)值,具有引火歸元、散寒止痛、補(bǔ)火助陽(yáng)等作用[1],其喜歡生長(zhǎng)在溫暖、濕潤(rùn)和陽(yáng)光充足的環(huán)境之中,但不適合在缺水和積水的環(huán)境中生長(zhǎng)。肉桂大多是人工栽培,原產(chǎn)地是中國(guó),但其在印度、老撾、越南和印度尼西亞也有廣泛的分布,而就中國(guó)而言,廣東與廣西栽培較多,特別是廣西的產(chǎn)量達(dá)到全國(guó)的一半以上。肉桂是我們國(guó)家中藥材出口的第一大品種,其既可以用作藥材,又可以作為食品調(diào)料,所以廣受歡迎。植物肉桂的樹皮有香味,常作為香料使用。肉桂作為一種中藥材,其全身都是寶,樹皮、樹枝、果實(shí)均可入藥。肉桂藥用研究歷史悠久,在《本經(jīng)》《珍珠囊》等古書中都有對(duì)其藥用價(jià)值的記載?，F(xiàn)在肉桂的研究已精確到分子水平,肉桂藥用的相關(guān)理論更完善,藥理作用機(jī)制更清晰,對(duì)其化學(xué)成分的研究也更明確?，F(xiàn)對(duì)肉桂的化學(xué)成分與藥理作用研究進(jìn)行綜述,以期為肉桂的開發(fā)利用提供依據(jù)。

1 肉桂的化學(xué)成分

肉桂中的化學(xué)成分復(fù)雜,主要含有揮發(fā)性成分、多糖類成分、倍半萜及其糖苷類成分和黃酮類成分,其中還含有肉桂酸、桂皮酸、丁香酸和膽堿等其他成分[2]。在所有成分當(dāng)中,揮發(fā)性成分(揮發(fā)油)為其主要活性部位[3]。本文主要針對(duì)肉桂中的肉桂油及其成分進(jìn)行研究分析。

1.1 肉桂油中的化學(xué)成分

張小飛等[4]利用水蒸氣蒸餾法提取四川產(chǎn)肉桂揮發(fā)油,采用氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)分析了其中的化學(xué)成分,并從其中鑒定出了21種揮發(fā)油成分,其中的主要成分為桂皮醛,占比大約72.54%,其余成分包括蒎烯、鄰甲氧基肉桂醛和蓽澄茄烯等,除以上成分外還有15種含量不足1%的成分,在總成分中占比為6.37%。董巖等[5]的實(shí)驗(yàn)中鑒定出了35種化學(xué)成分,占揮發(fā)油相對(duì)含量的96%以上。邱琴等[6]從福建寧德產(chǎn)肉桂和云南文山縣產(chǎn)肉桂揮發(fā)油中鑒定出含量最高的組分均為反式-肉桂醛,前者占76.13%,后者占71.65%。還有其他含量較高的成分,如順式-肉桂醛(福建2.01%,云南1.38%),肉桂醇(福建0.52%,云南1.72%),鄰甲氧基肉桂醛(福建2.06%,云南2.17%),苯甲醛(福建0.76%,云南1.02%)等。

1.2 肉桂油的提取

1.2.1 水蒸氣蒸餾法提取 將肉桂藥材粉碎后置于揮發(fā)油提取器進(jìn)行提取,提取至油量不再增加之后收集所得的肉桂揮發(fā)油通過(guò)無(wú)水硫酸鈉脫水處理,得到肉桂揮發(fā)油樣品[4]。

1.2.2 超臨界CO2萃取法 將肉桂藥材粉碎后放入萃取釜中進(jìn)行萃取,萃取完畢后,用無(wú)水硫酸鈉脫水,得到肉桂揮發(fā)油[7]。超臨界CO2萃取(SFE-CO2)分離技術(shù)是目前揮發(fā)油提取領(lǐng)域頗具前景的一種提取技術(shù),該法的原理是物質(zhì)在一定溫度和壓力下,脂溶性物質(zhì)會(huì)從物質(zhì)中分離出[8]。

1.3 肉桂油成分檢測(cè)

采用水蒸氣蒸餾法或超臨界CO2萃取法從肉桂中提取出肉桂油后,需要對(duì)其進(jìn)行化學(xué)成分分析,這樣可以更清晰地了解肉桂油中的各成分以及各成分的含量,為肉桂精油在食品藥品中的應(yīng)用提供依據(jù)。

目前對(duì)于從肉桂提取出的肉桂油的化學(xué)成分檢測(cè)主要有氣相色譜法、高效液相色譜法、氣相色譜質(zhì)譜法等方法[9-11]。而目前在實(shí)驗(yàn)室中最常見(jiàn)且最為方便的方法就是運(yùn)用氣相色譜質(zhì)譜儀進(jìn)行氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用法,也就是GC-MS分析法。其中色譜條件分為GC條件和MS條件,包括色譜柱的相關(guān)數(shù)據(jù)、升溫程序、進(jìn)樣方法、監(jiān)測(cè)模式、氣流量、溫度等數(shù)據(jù)。質(zhì)譜條件包括電離源的選擇、能量的設(shè)定、溫度與載氣的預(yù)選、掃描方式等。不同GC條件與MS條件分析肉桂成分的情況見(jiàn)表1。

表1 肉桂成分分析GC-MS條件對(duì)比

利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀,用計(jì)算機(jī)NIST譜庫(kù)檢索肉桂中各組分的質(zhì)譜數(shù)據(jù),就可以對(duì)各組分進(jìn)行鑒定;使用NIST02標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖庫(kù)檢索,用峰面積歸一化法可以計(jì)算各成分含量。當(dāng)然不同產(chǎn)地、不同采收方法獲得的肉桂中各成分含量不同。

2 肉桂的藥理作用

2.1 抗腫瘤作用

肉桂中的多種成分都對(duì)腫瘤細(xì)胞有抑制作用,加快癌細(xì)胞凋亡。曾瓊瑤等[15]將不同濃度的肉桂醛加入培養(yǎng)基與結(jié)腸癌細(xì)胞一起培養(yǎng),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明肉桂中的肉桂醛能明顯抑制結(jié)腸癌細(xì)胞的增殖并且誘導(dǎo)腸癌細(xì)胞凋亡,培養(yǎng)基上結(jié)腸癌菌落數(shù)減少,且隨著培養(yǎng)時(shí)間延長(zhǎng)、肉桂醛用量增加,結(jié)腸癌細(xì)胞增殖速度明顯下降。肉桂多酚能通過(guò)阻斷細(xì)胞周期進(jìn)程、誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡等方式消滅腫瘤細(xì)胞。SCHOENE N W等[16]發(fā)現(xiàn)肉桂總多酚對(duì)抑制急性淋巴性白血病細(xì)胞增殖有很好效果。ASSADOLLAHI V等[17]主要是以Schoene NW的研究為基礎(chǔ),通過(guò)進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)肉桂多酚能抑制HL-60細(xì)胞系的增殖,細(xì)胞周期止于G1期。GWANG HUN PARK等[18]發(fā)現(xiàn)肉桂嫩枝水提物可下調(diào)βcatenin和TCF4的表達(dá),下調(diào)Cyclind1mRNA的表達(dá),抑制Wnt的活化,從而抑制Cyclind1的轉(zhuǎn)錄來(lái)抑制直腸癌細(xì)胞增殖;另外,可能通過(guò)ROS依賴的NF-κB和ATF3激活誘導(dǎo)直腸癌細(xì)胞凋亡。HSING-CHEN Wu等[19]發(fā)現(xiàn)肉桂提取物(60μg/m L)通過(guò)抑制基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)-2和尿激酶型纖溶酶原激活劑(u-PA)抑制肺腺癌A549和H1299細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)、侵襲和遷移;通過(guò)FAK-to-ERK1/2途徑抑制U-PA/MMP-2,顯示出抗肺腺癌A549和H1299細(xì)胞轉(zhuǎn)移的活性。SOUMYA J KOPPIKAR等[20]發(fā)現(xiàn)肉桂改變宮頸癌細(xì)胞系SiHa細(xì)胞的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)呈劑量依賴性。與對(duì)照細(xì)胞相比,經(jīng)肉桂水提物處理的細(xì)胞集落數(shù)減少,MMP-2表達(dá)下調(diào),Her-2癌蛋白表達(dá)顯著降低,通過(guò)增加細(xì)胞內(nèi)鈣信號(hào)以及線粒體膜電位的下降來(lái)誘導(dǎo)宮頸癌細(xì)胞凋亡。LI JIE等[21]研究發(fā)現(xiàn)肉桂醛通過(guò)抑制PI3K/Akt信號(hào)通路影響大腸癌細(xì)胞的生物學(xué)行為并誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。

2.2 抗菌作用

肉桂的多種成分都有抗菌作用,如肉桂中提取出的肉桂油、肉桂酸、肉桂醛等物質(zhì)。南洋等[22]發(fā)現(xiàn)肉桂中的乙醇提取物對(duì)肉制品中的細(xì)菌有很好抑制作用。同時(shí)肉桂酸經(jīng)酯化后能夠抵抗多種細(xì)菌,如大腸桿菌和白地霉能被肉桂酸蔗糖酯抑制,降低其活性甚至導(dǎo)致其死亡[23]。以肉桂酸為原料制成肉桂酸薄荷酯,對(duì)6種細(xì)菌進(jìn)行處理,發(fā)現(xiàn)對(duì)大腸桿菌的抑制能力最強(qiáng),其最小抑菌濃度(MIC)為1.17μg/m L,對(duì)金黃葡萄球菌的抑制能力較弱(MIC=18.85μg/m L)[24]。將肉桂中的某些成分與其他物質(zhì)聯(lián)合使用時(shí)也能達(dá)到良好的抑菌效果,有研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)丁香和肉桂精油一起使用時(shí),其對(duì)大腸桿菌、黑曲霉、青霉等都有著很好的抑制作用[25]。KATARZYNA GUCWA等[26]發(fā)現(xiàn)肉桂精油對(duì)183株白色念珠菌和76株光滑念珠菌都表現(xiàn)出不同程度的抑菌和殺菌活性,最小抑制濃度在0.002%~0.125%(v/v)之間,其作用機(jī)制為影響細(xì)胞膜鉀離子流出,抑制酵母向菌絲體的轉(zhuǎn)化。NATHALIE GAEBLER等[27]發(fā)現(xiàn)肉桂精油對(duì)產(chǎn)氣莢膜菌有較好的抑菌作用,最低抑制濃度為17.57μg/m L。

2.3 調(diào)節(jié)神經(jīng)系統(tǒng)

肉桂對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)具有調(diào)節(jié)作用,能治療一些神經(jīng)系統(tǒng)性疾病,如帕金森、阿爾斯海默癥、慢性腦缺血等疾病。在水迷宮實(shí)驗(yàn)中,體內(nèi)被注入肉桂的阿爾斯海默癥小鼠的記憶力更好,在水迷宮中能取得較好成績(jī),表明肉桂能明顯改善小鼠的記憶力。隨后對(duì)小鼠進(jìn)行電生理刺激實(shí)驗(yàn),經(jīng)肉桂粉灌腸的小鼠海馬CA1區(qū)群體鋒電位(Population spike,PS)值明顯提高,說(shuō)明肉桂能提高大腦海馬體突觸間的信息傳遞能力,提高小鼠學(xué)習(xí)和記憶功能,有治療阿爾斯海默癥的作用[28]。

2.4 降血糖

肉桂多酚通過(guò)激活胰島細(xì)胞的AKT通路,促進(jìn)胰島素分泌,降低血糖含量。廖作莊等[29]將鏈脲佐菌素(Streptozotocin,STZ)注入小鼠體內(nèi),小鼠的血糖含量明顯高于正常含量,再用不同濃度的肉桂多酚對(duì)小鼠進(jìn)行14天的灌胃處理,檢測(cè)發(fā)現(xiàn)小鼠血清中的胰島素含量下降,但胰高血糖素的含量則增加,小鼠血糖(FBZ)濃度降低。同時(shí)在肉桂多酚能的作用下,胰島β細(xì)胞的陽(yáng)性細(xì)胞數(shù)量增加,細(xì)胞的AKT信號(hào)通路被激活,能分泌更多胰島素,促進(jìn)糖原合成,最終降低血糖含量。KOFFI KOUAME等[30]采用鏈脲佐菌素(STZ,60mg/kg)腹腔注射誘導(dǎo)SD大鼠,研究了肉桂銀納米粒的降糖活性及對(duì)2型糖尿病大鼠腎臟的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn),肉桂銀納米粒具有明顯的降糖活性,并在糖尿病引起的腎臟損傷中具有再生作用。ASHLEY N HOEHN等[31]對(duì)18名2型糖尿病患者(9名女性和9名男性)做了為期12周的試驗(yàn),其中首先3周對(duì)照,接著9周實(shí)驗(yàn),其中一半的受試者服用1 000 mg肉桂,另一半則服用1 000 mg安慰劑。結(jié)果肉桂組所有受試者的血糖水平均有下降,與口服糖尿病藥物相當(dāng)。

2.5 降血脂

FAHADAH NAEEF等[32]評(píng)估了肉桂對(duì)大白鼠體質(zhì)量增加、食物攝入和血脂的影響,研究發(fā)現(xiàn)肉桂提取物粉4μg/kg的劑量給藥30天后使高膽固醇成年雄性大鼠最終體質(zhì)量下降4.4%,攝食量下降1.7%,食物利用率下降22.38%,血清總膽固醇下降31.22%,甘油三酯下降24.05%,低密度脂蛋白膽固醇下降43.49%,血清總膽固醇、甘油三酯和低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)水平在第30天顯著降低。這一發(fā)現(xiàn)為肉桂治療高脂血癥提供了依據(jù)。

2.6 降尿酸

YOUNG-SIL LEE等[33-34]發(fā)現(xiàn)野菊花和肉桂皮提取物的混合物可通過(guò)抑制黃嘌呤氧化酶活性和增加尿液排泄來(lái)改善高尿酸血癥;該混合物及其主要成分綠原酸、3,4-二咖啡?？鼘幩?異綠原酸)、香豆素、肉桂醛、反式肉桂酸和鄰甲氧基肉桂醛在體外抑制黃嘌呤氧化酶(XOD)的活性。

2.7 保護(hù)心血管

郝霽萍等[35]在探究肉桂酸預(yù)處理對(duì)大鼠缺血再灌注損傷心肌的影響及其可能機(jī)制的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)肉桂酸預(yù)處理能減少大鼠心肌缺血再灌注損傷,發(fā)揮心肌保護(hù)作用。黃亞婷等[2]通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)肉桂在預(yù)防靜脈和動(dòng)脈血栓方面發(fā)揮作用,其機(jī)制可能是肉桂中的某些成分能夠抑制二磷酸腺苷誘導(dǎo)的血小板聚集。

2.8 抗炎

JUNG-CHUN LIAO等[36]采用脂多糖(LPS)刺激小鼠巨噬細(xì)胞(RAW264.7)和角叉菜膠(Carr)誘導(dǎo)的小鼠足腫脹模型,研究了肉桂成分(肉桂醛、肉桂醇、肉桂酸和香豆素)的抗炎作用,發(fā)現(xiàn)肉桂醛可顯著抑制RAW264.7巨噬細(xì)胞中NO、TNF-α和PGE2的產(chǎn)生。肉桂醛能減輕Carr所致的足跖水腫,提高足跖組織中過(guò)氧化氫酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(GPx)的活性;能降低足腫脹小鼠中的丙二醛(MDA)水平和髓過(guò)氧化物酶(MPO)活性與血清中NO、TNF-α和PGE2水平。HIMANSHU SHARMA等[37]研究發(fā)現(xiàn)肉桂水醇提取物治療可顯著降低CFA誘導(dǎo)的關(guān)節(jié)炎大鼠的關(guān)節(jié)腫脹度以及IL-1β和TNF-α水 平(P<0.01)。CHINJARERNPAN PANNEE等[38]比較了肉桂葉油和肉桂醛對(duì)脂多糖(LPS)激活的J774A.1細(xì)胞的作用。兩種油在1~20μg/mL時(shí)均能顯著抑制LPS激活的J774A.1細(xì)胞產(chǎn)生NO,其同樣抑制促炎細(xì)胞因子和趨化因子的mRNA表達(dá)。這些介質(zhì)包括LPS激活細(xì) 胞 中 的TNF-α、IL-1β、IL-6、MCP1和MIP 1α。其還可顯著降低誘導(dǎo)酶誘導(dǎo)型一氧化氮合酶、環(huán)氧合酶-2的表達(dá),還能增加抗炎細(xì)胞因子IL-10和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β的產(chǎn)生。

2.9 抗氧化

CHENG-HONG YANG等[39]以肉桂為原料,采用乙醇和超臨界流體萃取(SFE)方法,研究了肉桂不同部位(皮、芽、葉)的抗氧化活性。DPPH清除試驗(yàn)中SFE和乙醇提取物的IC50值分別為0.562~10.090 mg/mL和0.072~0.208mg/m L,Trolox當(dāng)量抗氧化能力(TEAC)值分別為6.789~58.335 mmol Trolox/g和133.039~335.779 mmol Trolox/g。肉桂皮乙醇抗氧化活性強(qiáng)于超臨界流體萃取物,證明肉桂可作為天然抗氧化物質(zhì)。

2.10 抗酪氨酸酶活性

CHEN-TIEN CHANG等[40]評(píng)價(jià)了肉桂精油及其主要成分對(duì)蘑菇酪氨酸酶的抑制活性,發(fā)現(xiàn)肉桂精油和肉桂醛具有抗酪氨酸酶活性,IC50分別為(6.16±0.04)mg/m L和(4.04±0.08)mg/m L;而順-2-甲氧基肉桂酸沒(méi)有顯示任何抗酪氨酸酶活性?？梢?jiàn)肉桂精油及其主要成分肉桂醛具有較強(qiáng)的抗酪氨酸酶活性,可作為皮膚美白劑的良好來(lái)源。

2.11 其他作用

徐澤曦等[41]先用白酒或水給予小鼠灌胃,再用肉桂多酚進(jìn)行灌胃進(jìn)行對(duì)照試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)肉桂多酚處理過(guò)的小鼠肝組織受到的損傷較輕,作用機(jī)制是肉桂多酚能提高小鼠肝組織的抗氧化能力,可以降低酒精造成的肝組織脂質(zhì)的氧化造成的損傷,證明肉桂多酚有治療急性酒精肝的作用。肉桂油對(duì)免疫系統(tǒng)有一定的抑制作用,小鼠靜脈注入肉桂油后,經(jīng)檢測(cè)小鼠血清中免疫球蛋白lg M、lgG的含量降低,機(jī)體對(duì)病毒的抵抗能力下降,血清中還發(fā)現(xiàn)C3、C4的含量有所提高,這是生物體對(duì)肉桂油刺激做出的反應(yīng),證明生物體的免疫調(diào)節(jié)作用并沒(méi)有完全被抑制[42]。SUMANTA KUMAR GOSWAMI等[43]研究發(fā)現(xiàn)治療量的肉桂能顯著增強(qiáng)老年大鼠的性欲和勃起功能,提高大鼠陰莖組織中平滑肌水平,從而改善老年大鼠性功能。

3 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)肉桂進(jìn)行了深入研究,肉桂的有效成分提取技術(shù)比較成熟,臨床應(yīng)用比較廣泛?，F(xiàn)在一般用水蒸氣蒸餾法和超臨界CO2萃取法從肉桂中提取肉桂油,用氣相色譜質(zhì)譜法分析檢測(cè)化學(xué)成分,發(fā)現(xiàn)肉桂揮發(fā)油的主要成分有肉桂醛、肉桂醇、反式肉桂酸等。

中國(guó)地大物博,資源豐富,能夠藥用的資源也有較大的開發(fā)空間。近年來(lái)隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)逐步發(fā)展,人們對(duì)生活質(zhì)量以及醫(yī)療用藥的要求越來(lái)越高。本次研究的肉桂療效豐富,研究表明肉桂有抗腫瘤作用、抗菌作用、抗炎、抗氧化、抗酪氨酸酶、降糖、降脂、降尿酸等多種藥理作用,可治療多種疾病,具有多種用途。今后的研究中,可加強(qiáng)肉桂產(chǎn)品的開發(fā),特別是肉桂精油在消毒、美白、保鮮等領(lǐng)域的產(chǎn)品開發(fā)與利用;另外,從作用機(jī)制上,還可以對(duì)肉桂的主要成分在相關(guān)作用機(jī)制方面進(jìn)行深入研究,為肉桂的臨床應(yīng)用提供更多依據(jù)。