桉屬揮發(fā)油化學(xué)成分及其生物活性研究進展

黃麗平，伍影瑤，賴俊杰，周中流*

1嶺南師范學(xué)院；2粵西特色生物醫(yī)藥工程技術(shù)研究中心，湛江 524048

桉樹為桃金娘科(Myrtaceae)桉屬(EucalyptusL.Herit)的常綠性喬木，原產(chǎn)于澳大利亞、印度尼西亞島嶼和馬布亞新幾里亞，共有945個種和變種，具有揮發(fā)性物質(zhì)排放量大特性，尤其是枝葉富含揮發(fā)油，但不同種類不同地區(qū)的揮發(fā)油含量差異較大[1-4]?，F(xiàn)全球桉屬約有600多種，我國引進桉樹已有百年歷史，目前我國的桉樹主要分布于華南地區(qū)，廣東和廣西為桉樹主要種植區(qū)域，主要用于造紙、生產(chǎn)人造板和抽取桉油，目前我國也是最大的桉樹油出口國之一。迄今為止，從桉屬植物中發(fā)現(xiàn)了大量揮發(fā)性化學(xué)成分，主要為萜類(包括單萜、倍半萜等)、脂肪族化合物、芳香族化合物及其他化合物?，F(xiàn)代藥理研究已證實桉屬揮發(fā)油化學(xué)成分具有抗菌消炎、改善呼吸道功能、殺蟲、抗氧化、抗炎鎮(zhèn)痛等功效，國內(nèi)外學(xué)者已對其揮發(fā)油化學(xué)成分和生物活性進行了廣泛研究[1-4]。據(jù)筆者統(tǒng)計，國內(nèi)外學(xué)者已從桉屬植物中分離鑒定了948個揮發(fā)性化學(xué)成分，其中萜類化合物共685個、脂肪族化合物共29個、芳香族化合物共39個、其他化合物共195個。本文對近三十年來桉屬植物揮發(fā)油化學(xué)成分和生物活性的研究進展進行了系統(tǒng)綜述，為更好地利用桉葉資源的藥用價值及進一步深入研究開發(fā)提供依據(jù)。

1 化學(xué)成分

1.1 萜類

萜類廣泛存在于植物中，是分子式為異戊二烯的整數(shù)倍的烯烴類化合物，具有較強的揮發(fā)性香氣及生物活性。桉屬揮發(fā)油中已知最主要的化學(xué)成分是萜類化合物，主要分為單萜、含氧單萜、倍半萜和含氧倍半萜。

1.1.1 單萜

單萜化合物是桉屬揮發(fā)油中重要的活性成分，桉屬揮發(fā)油中的單萜化合物主要有萜品油烯(terpinolene)、對傘花烴(p-cymene)、松油烯(terpinene)、檸檬烯(limonene)、蒎烯(pinene)和羅勒烯(ocimene)等，本文綜述了桉屬揮發(fā)油中單萜化合物共85種，化合物名稱詳見表1，代表性化合物結(jié)構(gòu)詳見圖1。

表1 桉屬單萜化合物Table 1 Monoterpenes of Eucalyptus

續(xù)表1(Continued Tab.1)

續(xù)表1(Continued Tab.1)

圖1 桉屬中單萜代表性化合物的結(jié)構(gòu)Fig.1 Structures of representative monoterpenes from Eucalyptus

1.1.2 含氧單萜

含氧單萜化合物是桉樹揮發(fā)油中最主要的活性成分，是醫(yī)藥、食品和日用化妝品工業(yè)的重要原料。桉屬揮發(fā)油中含氧單萜化合物主要有桉葉油素(cineole)、芳樟醇(linalool)、香茅醛(citronellal)、異胡薄荷醇(isopulegol)、松油醇(terpinol)、香茅醇(citronellol)等，本文綜述了桉屬揮發(fā)油中含氧單萜化合物共309種，化合物名稱詳見表2，代表性化合物結(jié)構(gòu)詳見圖2。

表2 桉屬含氧單萜化合物Table 2 Oxygen-contain monoterpenes of Eucalyptus

續(xù)表2(Continued Tab.2)

續(xù)表2(Continued Tab.2)

續(xù)表2(Continued Tab.2)

續(xù)表2(Continued Tab.2)

續(xù)表2(Continued Tab.2)

續(xù)表2(Continued Tab.2)

續(xù)表2(Continued Tab.2)

圖2 桉屬中含氧單萜代表性化合物的結(jié)構(gòu)Fig.2 Structures of representative oxygen-containing monoterpenes from Eucalyptus

1.1.3 倍半萜

倍半萜是萜類化合物中最大的一個分支，大多具有較高沸點。桉屬揮發(fā)油中倍半萜化合物主要有蓽澄茄烯(cubebene)、石竹烯(caryophyllene)、香橙烯(aromadendrene)、葎草烯(humulene)、蛇床烯(selinene)、古蕓烯(gurjunene)、杜松烯(cadinene)、愈創(chuàng)木烯(guaiene)等。本文綜述了桉屬揮發(fā)油中倍半萜化合物共146種，化合物名稱詳見表3，代表性化合物結(jié)構(gòu)詳見圖3。

表3 桉屬倍半萜化合物Table 3 Sesquiterpenes of Eucalyptus

續(xù)表3(Continued Tab.3)

續(xù)表3(Continued Tab.3)

續(xù)表3(Continued Tab.3)

續(xù)表3(Continued Tab.3)

圖3 桉屬中倍半萜代表性化合物的結(jié)構(gòu)Fig.3 Structures of representative sesquiterpenes from Eucalyptus

1.1.4 含氧倍半萜

桉屬揮發(fā)油中含氧倍半萜化合物主要有環(huán)氧石竹烯(caryophyllene oxide)、藍桉醇(clobulol)、綠花白千層醇(viridiflorol)、斯巴醇(spathulenol)、桉油醇(eudesmol)、喇叭茶醇(ledol)、畢橙茄醇(cadinol)等。本文綜述了桉屬揮發(fā)油中含氧倍半萜化合物共145種，化合物名稱詳見表4，代表性化合物結(jié)構(gòu)詳見圖4。

表4 桉屬含氧倍半萜化合物Table 4 Oxygen-containing sesquiterpenes of Eucalyptus

續(xù)表4(Continued Tab.4)

續(xù)表4(Continued Tab.4)

續(xù)表4(Continued Tab.4)

圖4 桉屬中含氧倍半萜代表性化合物的結(jié)構(gòu)Fig.4 Structures of representative oxygen-containing sesquiterpenes from Eucalyptus

1.2 脂肪族化合物

桉屬揮發(fā)油中的脂肪族化合物主要為小分子脂肪酸和脂肪醇，本文綜述了桉屬揮發(fā)油中小分子脂肪酸化合物共7種，化合物名稱詳見表5；脂肪醇化合物共22種，詳見表6，其化合物結(jié)構(gòu)詳見圖5與圖6。

表5 桉屬小分子脂肪酸化合物Table 5 Small molecule aliphatic acid of Eucalyptus

圖5 桉屬中小分子脂肪酸代表性化合物的結(jié)構(gòu)Fig.5 Structures of representative small molecule aliphatic acid from Eucalyptus

表6 桉屬脂肪醇化合物

續(xù)表6(Continued Tab.6)

圖6 桉屬中脂肪醇代表性化合物的結(jié)構(gòu)Fig.6 Structures of representative aliphatic alcohol from Eucalyptus

1.3 芳香族化合物

芳香族化合物包括芳香烴及其衍生物，本文綜述了桉屬揮發(fā)油中39種芳香族化合物，包括vanillin、p-coumaric acid和ferulicacid等，化合物名稱詳見表7，代表性化合物結(jié)構(gòu)詳見圖7。

表7 桉屬揮發(fā)油芳香族化合物Table 7 Essential oil aromatic of Eucalyptus

續(xù)表7(Continued Tab.7)

圖7 桉屬中揮發(fā)油芳香族代表性化合物的結(jié)構(gòu)Fig.7 Structures of representative essential oil aromatic from Eucalyptus

1.4 其他化合物

本文綜述桉屬揮發(fā)油中其他化合物共195種，包括酯類、醛類、酮類和醌類等，化合物名稱詳見表8，代表性化合物結(jié)構(gòu)詳見圖8。

表8 桉屬其他化合物Table 8 Other compounds of Eucalyptus

續(xù)表8(Continued Tab.8)

續(xù)表8(Continued Tab.8)

續(xù)表8(Continued Tab.8)

續(xù)表8(Continued Tab.8)

續(xù)表8(Continued Tab.8)

圖8 桉屬中其他代表性化合物的結(jié)構(gòu)Fig.8 Structures of other representative compounds in Eucalyptus

2 生物活性

2.1 殺蟲驅(qū)蟲作用

2.1.1 抗農(nóng)作物害蟲作用

為減少使用合成農(nóng)藥，并尋求替代或創(chuàng)新的害蟲防治方法，國內(nèi)外學(xué)者為此開展了很多研究。Byung-Ho等[49]表明E.blakelyi揮發(fā)油(5、121)對水稻害蟲米象(Sitophilusoryzae)、谷蠹(Rhyzoperthadominica)和赤擬谷盜(Triboriumcastaneum)具有強力的熏蒸毒性，半數(shù)致死量(LD50)分別為31.2、9.7和15.5 μL/L。Sefidkon等[39]報道了E.microtheca、E.sargentii、E.viminalis、E.grandis、E.camaldulensis和E.occidentalis等6種桉樹揮發(fā)油均對米象具有很強的熏蒸活性，半數(shù)致死量濃度(LC50)分別為11.11、11.94、14.73、15.65、17.49和28.9 μL/L，E.microtheca揮發(fā)油對米象的熏蒸毒性最強。Sefidkon等[39]還報道了E.microtheca和E.saligna揮發(fā)油對玉米象(S.zeamais)和雜擬谷盜(T.confusum)具有很強的熏蒸毒性，E.microtheca揮發(fā)油對玉米象和雜擬谷盜的半數(shù)致死量分別為0.82 和0.99 μL/cm2，E.saligna揮發(fā)油對玉米象和雜擬谷盜的半數(shù)致死量分別為0.36和0.48 μL/cm2。從半數(shù)致死量結(jié)果可知，E.saligna揮發(fā)油對玉米象和雜擬谷盜的毒性更強，可作為抗玉米象和雜擬谷盜蟲農(nóng)藥的替代品。Toudert-Taleb等[50]研究表明含有α-pinene(31)、β-pinene(32)、limonene(15)、p-cymene(5)、camphene(34)和 terpinolene(2)的E.globulus揮發(fā)油(5、121)能夠防治四紋豆象(Callosobruchusmaculatus)。E.globulus揮發(fā)油蒸氣通過卵膜擴散，通過影響與胚胎發(fā)育相關(guān)的生理和生化過程，從而達到殺蟲和驅(qū)蟲的目的。

2.1.2 驅(qū)殺蚊蟲作用

Lucia等[51]報道了E.globulus(31、121、174、423)、E.dunnii(5、103、121、174、549)、E.gunnii(5、16、31、121、556)、E.tereticornis(5、16、19、121、174)、E.camaldulensis(5、19、121、174、556)和E.saligna(5、17、31、121、174)等6種桉樹揮發(fā)油對埃及伊蚊幼蟲殺蟲作用，6種桉樹對埃及伊蚊幼蟲的半數(shù)致死濃度分別為32.4、25.2、21.1、22.1、26.8和22.2 p.p.m.，E.gunnii揮發(fā)油對埃及伊蚊幼蟲毒性最強。Lucia等[51]還報道了桉樹揮發(fā)油單體化合物α-pinene(31)、β-pinene(32)、1,8-cineole(99%)(121)和p-cymene(5)具有抗埃及伊蚊幼蟲作用，α-pinene、β-pinene和1,8-cineole(99%)半數(shù)致死濃度分別為15.4、12.1和57.2 p.p.m.。1,8- cineole(99%)殺蟲作用較低，幼蟲死亡率為(36±8.5)%，p-cymene的幼蟲死亡率可高達100%，在對照溶液或陽性對照中未觀察到幼蟲死亡率。Daizy等[33]報道了含p-menthane-3,8-diol的E.citriodora揮發(fā)油可防蚊蟲叮咬。Gao等[52]通過藥理研究實驗發(fā)現(xiàn)β-caryophyllene具有驅(qū)趕蚊蟲作用。Park等[53]研究表明α-terpinene(13)、p-cymene(5)、limonene(15)和γ-terpinene(17)的幼蟲殺蟲率可高達95%。Zhou等[71]報道了巨尾桉葉油中α-pinene(31)、α-terpineol(174)和limonene(15)等對昆蟲具有引誘活性，這些物質(zhì)可以參與昆蟲誘殺劑的合成或建立引誘區(qū)進而開發(fā)成生物殺蟲劑。因此，桉樹揮發(fā)油可開發(fā)為天然驅(qū)蚊蟲劑。

2.1.3 抗人頭虱作用

Daizy[33]和Lucia[54]分別報道了E.cinerea(121)、E.viminalis(121)、E.saligna(31)、E.camaldulensis(5、31、121、387)、E.grandis(31、121)和E.tereticornis(5、31)等6種桉樹揮發(fā)油對耐氯菊酯人頭虱的熏蒸毒性或驅(qū)避活性，其半數(shù)擊倒時間(KT50)分別為12.0、14.9、17.4、35.01、25.57和31.3 min。E.cinerea揮發(fā)油對耐氯菊酯人頭虱半數(shù)擊倒時間最短，具有最強的抗耐氯菊酯人頭虱毒性。Daizy等[33]研究表明含1,8-cineole的揮發(fā)油對人頭虱具有毒性，1,8-cineole(半數(shù)致死溫度LT50=0.125 mg/cm2)與陽性藥δ-吩噻菌靈或除蟲菊(LT50=0.25 mg/cm2)相比具有更高的殺蟲活性。Tian等[55]認(rèn)為1,8-cineole對試蟲較強的抑制作用是1,8-cineole抑制了乙酰膽堿酯酶的活性，從而阻礙細胞的發(fā)育和成熟。Lucia等[54]報道了carvacrol(246)、citronellol(162)、geraniol(268)、eugenol(278)、thymol(210)、α-terpineol(174)、1,8-cineole(121)和linalool(139)等8種化合物對耐氯菊酯的人頭虱具有毒性，其殺蟲率分別為28%、39%、51%、3%、51%、8%、53%、55%、56%和61%，linalool具有較強的殺蟲作用。桉樹揮發(fā)油各種成分協(xié)同作用，可達到整體殺蟲活性，故桉樹揮發(fā)油可開發(fā)為控制人頭虱的新產(chǎn)品。

2.1.4 殺螨作用

Han等[56]報道了menthol(376)、citronellyl acetate(104)、geranyl acetate(211)、citral(96)、eugenol(278)、β-citronellol(164)、geraniol(268)、isopulegol(145)、citronellal(128)、terpinen-4-ol(151)、α-terpineol(174)、β-caryophyllene(416)和linalool(139)具有較強殺二斑葉螨毒性，半數(shù)致死濃度分別為12.9、16.7、25.3、25.5、25.9、26.1、32.0、30.7、34.8、36.7、39.3、49.1和58.9 μg/cm3。Menthol為最有效的殺二斑葉螨化合物，可作為天然的殺螨劑。

2.1.5 抗細粒棘球蚴原頭節(jié)作用

Zhao[57]報道了大葉桉葉和巨桉葉石油醚和二氯甲烷提取物對細粒棘球蚴原頭節(jié)的殺蟲作用。大葉桉葉和巨桉葉石油醚提取物對細粒棘球蚴原頭節(jié)的半數(shù)致死濃度分別為2.577和3.110 261 4 μg/mL。大葉桉葉和巨桉葉二氯甲烷提取物對細粒棘球蚴原頭節(jié)的半數(shù)致死濃度分別為21.84和2.678 μg/mL。大葉桉葉石油醚提取物和巨桉葉二氯甲烷提取物對細粒棘球蚴原頭節(jié)具有很強的殺蟲作用，可考慮將其作為抗細粒棘球蚴原頭節(jié)新產(chǎn)品的來源。

2.2 抗炎作用

Bai等[58]報道了大葉桉葉揮發(fā)油具有抗炎作用，能夠顯著抑制炎癥部位PGE2的滲出、明顯減少肉芽組織增生，可用于奶牛急慢性乳房炎的治療。Eucalyptol是桉樹揮發(fā)油中的主要活性成分，Caceres等[59]表明eucalyptol能夠?qū)瓜琫ucalyptol對哮喘的作用可能是通過干擾血液中單核細胞花生四烯酸的代謝，抑制由脂多糖(LPS)誘導(dǎo)的人類單核細胞中IL-1β的產(chǎn)生，從而抑制LPS誘導(dǎo)巨噬細胞系中一氧化氮(NO)的產(chǎn)生，并減少LPS誘導(dǎo)的表達，轉(zhuǎn)運和轉(zhuǎn)錄人細胞系中早期生長反應(yīng)因子1、Egr1和NF-kappaB的活性。Caceres等[59]還報道了eucalyptol具有抗炎作用，能減輕鼻竇炎的癥狀和防止慢性阻塞性肺疾病(COPD)惡化、消除由角叉菜膠引起的水腫、緩解結(jié)腸炎、胃損傷、過敏原引起的支氣管收縮和炎癥、吸入煙氣刺激物和內(nèi)毒素引起的呼吸道刺激、肝衰竭和肺部炎癥。Eucalyptol是傷害感受器中表達的刺激性受體(TRPA1)抑制劑，可抑制TRPA1引起的炎性反應(yīng)。

2.3 抗菌作用

Tan等[60]報道了含α-pinene (31)、1,8-cineole (121)和caryophyllene(405)等化合物的桃金娘科揮發(fā)油對革蘭氏陰性、陽性細菌和真菌均有較強的抑制活性。Mervat等[61]表明E.camaldulensis揮發(fā)油(31、121、262、376)對青枯菌(Ralstoniasolanacearum)、果膠桿菌(Pectobacteriumcarotovorum)、根癌農(nóng)桿菌(Agrobacteriumtumefaciens)和馬鈴薯黑脛病菌(Dickeyaspp.)具有較強的抗菌作用。Ma等[62]認(rèn)為cineole、ocimene(44)、camphene(34)、α-terpineol(174)、caryophyllene(405)、α-pinene(31)和β-pinene(32)等化合物是抑菌、抗菌的活性成分，其中cineole、ocimene、camphene、α-pinene和β-pinene對葡萄球菌及綠膿桿菌均具有較強抑制活性。Nameghi等[63]研究表明薄荷和E.globules揮發(fā)油(5、31、121)混合物可通過改變細菌細胞壁的通透性，使致病菌孔形成和滲透壓休克、細胞質(zhì)及其活性成分泄漏到細胞外，導(dǎo)致細菌死亡從而發(fā)揮抗菌作用。Bhuyan等[64]認(rèn)為E.camaldulensis、E.tereticornis、E.alba、E.citriodora、E.globulus、E.saligna、E.robusta和E.staigeriana等8種桉樹粗提物具有對抗耐甲氧西林的金黃色葡萄球菌、銅綠假單胞菌、松鼠葡萄球菌(Staphylococcussciuri)、產(chǎn)色葡萄球菌(Staphylococcuschromogenes)、木糖葡萄球菌(Staphylococcusxylosus)、華納葡萄球菌(Staphylococcuswarneri)、寄生曲霉和黃曲霉的作用。Casey等[65]發(fā)現(xiàn)桉樹揮發(fā)油(主要含1,8-cineole)可以增強洗必泰(CHG)在皮膚中的傳遞，從而減少皮膚深層微生物的數(shù)量，達到降低手術(shù)部位感染風(fēng)險的目的。

2.4 麻醉鎮(zhèn)痛作用

2.4.1 麻醉作用

Bodur等[66]研究表明桉樹揮發(fā)油能夠引起受試魚類血漿皮質(zhì)醇濃度升高、肝組織中糖皮質(zhì)激素受體(gr)表達增加頭、腎組織中與類固醇生成相關(guān)的基因star和cyb11b1表達增加，從而發(fā)揮麻醉作用。桉樹揮發(fā)油可作為新型魚類天然麻醉劑。

2.4.2 鎮(zhèn)痛作用

Gouveia等[67]報道了α-terpineol能顯著降低機械性痛覺過敏和自發(fā)、觸診引起的痛覺，且不改變腫瘤的生長、無明顯的生化和血液學(xué)毒性，可認(rèn)為α-terpineol具有開發(fā)為有效控制癌癥疼痛的新型安全止痛藥的潛力。Caceres等[59]報道了eucalyptol具有較強的鎮(zhèn)痛作用，能減輕酸、福爾馬林和熱誘發(fā)的疼痛感。Eucalyptol是TRPM8(外周感覺神經(jīng)元中的冷/Menthol受體)的強效激動劑，半最大效應(yīng)濃度(EC50)為120.4 μM，比小鼠TRPM8(EC50=924.5 μM)和大鼠TRPM8(EC50=1.21 μM)強，eucalyptol的鎮(zhèn)痛作用可能是通過表達TRPM8周圍神經(jīng)元的輸入，從而激活中央抑制電路。Eucalyptol還可減輕因應(yīng)用TRPA1激動劑而引起的人體皮膚疼痛。另外，eucalyptol代謝產(chǎn)物2-hydroxyl-1,8-cineol也能激活TRPM8通道，可能會延長eucalyptol的鎮(zhèn)痛作用。Eucalyptol有望開發(fā)為新型天然長效鎮(zhèn)痛劑。

2.5 抗氧化作用

2.6 其他活性

Nameghi等[63]分析E.globules、百里香和薄荷的混合揮發(fā)油中主要成分為α-pinene(3.10%)(31)、γ-terpinene(4.49%)(17)、menthone(4.84%)(330)、1,8-cineol(5.70%)(121)、p-cymene(9.25%)(5),thymol(9.40%)(210)、menthol(16.62%)(376)和carvacrol(28.20%)(246)，將混合揮發(fā)油添加到受試雞的飲用水中，觀察到可明顯改善肉雞的體液免疫力、生長性能、微生物區(qū)系和回腸形態(tài)，因此，三種植物揮發(fā)油可以替代抗生素生長促進劑。Zhou等[69]研究表明經(jīng)E.globules揮發(fā)油(最佳濃度=0.75%)處理砂糖橘后，可有效減少其腐爛損失、降低生理生化反應(yīng)速率、延緩砂糖橘果實品質(zhì)的劣變進程，且在貯藏35天后，好果率高達99%，因此E.globules揮發(fā)油可作為天然的食品保鮮劑。Qu等[70]報道了α-pinene(31)、γ-terpineol(176)、caryophyllene(405)和jasmone(203)可作為合成香料的原料。其中右旋α-pinene可作為合成terpineol、camphor、dihydromyrcenol等香料的原料，γ-terpineol可作為香料及食用香精增香劑，caryophyllene可以用于合成具有高香料價值的acetyl-caryophyllene、jasmone可作為高級茉莉系列化妝品香精中的原料。

3 結(jié)語

桉屬植物資源種類豐富，但其化學(xué)成分及生物活性的研究還有待更深入的研究。近年來，研究人員對桉屬揮發(fā)油的化學(xué)成分和藥理活性等進行了較為廣泛的研究，主要含有萜類化合物、脂肪族化合物、芳香族化合物以及其他化合物等，且這些化合物表現(xiàn)出良好的殺蟲驅(qū)蟲、抗菌、消炎鎮(zhèn)痛、局部麻醉、抗氧化等廣泛的生物活性，另外其還可作為抗生素生長促進劑的替代品，用于砂糖橘的保鮮、以及作為重要的香料等。已發(fā)現(xiàn)有一些新穎的萜類活性顯著，但更深入的活性機制研究尚未見報道，故展望未來有更多關(guān)于桉屬發(fā)揮油生理作用機制的研究，使桉屬能更好地應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、日用化學(xué)工業(yè)等領(lǐng)域。本課題組致力于桉屬植物資源開發(fā)與利用，已經(jīng)取得部分成果，后續(xù)將進行更系統(tǒng)的化學(xué)成分和生物活性的研究，為桉屬的藥用資源開發(fā)與藥效物質(zhì)基礎(chǔ)研究提供更多參考。