藥用植物姜黃的研究進展

郭 芳,顧 哲,賈訓利，牟 燕，李忠睿，李 瑤,沈立榮，張麗霞*

(1.中國醫(yī)學科學院藥用植物研究所，北京 100193；2.中國醫(yī)學科學院藥用植物研究所云南分所，云南省南藥可持續(xù)利用重點實驗室，云南景洪 666100；3.滇西應用技術(shù)大學，云南景洪 666100；4.浙江大學，浙江杭州 310000)

姜黃為姜科姜黃屬多年生草本植物姜黃L.的干燥根莖，2020年版《中國藥典》報道其具有破血行氣、通經(jīng)止痛的功效，被用于治療胸脅刺痛、風濕疼痛等。作為重要藥食兩用品種的姜黃使用范圍廣，遍及醫(yī)藥、食品、保健品、化妝品、染料、農(nóng)藥等領(lǐng)域。姜黃喜溫暖濕潤的氣候條件，主要分布在印度、緬甸、泰國、中國、馬來西亞、印度尼西亞等亞洲熱帶和亞熱帶地區(qū)。我國主產(chǎn)于四川、云南、貴州、廣西、臺灣、福建等省(區(qū))，其中以四川為道地產(chǎn)區(qū)。商品姜黃主要來源于栽培品。姜黃主要有效成分為揮發(fā)油和姜黃素類化合物，其中姜黃素和姜黃油是姜黃商品理化檢驗的重要指標。該研究對近十年姜黃在栽培、化學成分、藥理、質(zhì)量評價、資源開發(fā)利用等方面的研究進行綜述，以期為姜黃的深入研究和開發(fā)利用提供參考。

1 姜黃資源分布及栽培技術(shù)

姜黃在我國有上千年的栽培歷史，其品質(zhì)形成受品種、產(chǎn)地、栽培管理(播種期、種植密度、施肥、病蟲害)等影響較大。

姜黃品種對其品質(zhì)和產(chǎn)量影響較大。梁立娟等對同一栽培基地3個不同姜黃品種的產(chǎn)量和有效成分含量進行了分析研究。結(jié)果顯示，不同品種姜黃的姜黃素和揮發(fā)油含量差異顯著。因此，在種植姜黃時，為獲得品質(zhì)穩(wěn)定、高產(chǎn)的姜黃，應注意選擇優(yōu)良品種。龐新華等通過對姜黃種質(zhì)資源調(diào)查，篩選出高產(chǎn)和高含量的品系，高產(chǎn)品系產(chǎn)量最高達18.25 t/hm，是所測其他姜黃品種產(chǎn)量的1～3倍；高含量品系博白姜黃的姜黃素含量可達3.14%，是所測14批姜黃姜黃素平均含量的2.5倍，且抗病和抗倒伏能力較強。陳欽等通過對8種不同種質(zhì)的姜黃進行對比，發(fā)現(xiàn)2種適于在福建推廣種植的姜黃品種，一種姜黃產(chǎn)量最大值可達35 kg/m，約是產(chǎn)量最低品種的2倍，總姜黃素含量為1.996%，8個品種姜黃的平均產(chǎn)量為27.6 kg/m;另一種姜黃根狀莖產(chǎn)量為32.7 kg/m，總姜黃素含量為 3.838%，是8種姜黃品種姜黃素含量最低的2.5倍。田蜜對四川省8個產(chǎn)區(qū)的姜黃種質(zhì)進行比較，發(fā)現(xiàn)樂山地區(qū)的姜黃種質(zhì)較好，比其他產(chǎn)區(qū)的植株高、塊莖大、農(nóng)藝性狀優(yōu)良，且姜黃素含量高，可達到其他地區(qū)的2倍。陳潔等新培育出的“川姜黃1號”產(chǎn)量高、內(nèi)在品質(zhì)優(yōu)、穩(wěn)定性好、適應性強,各方面優(yōu)于“黃絲郁金1號”，適宜在成都金馬河流域的雙流、崇州、溫江等地栽培推廣。2020年版《中國藥典》規(guī)定姜黃中姜黃素含量不低于1%，國內(nèi)姜黃品種中姜黃素含量普遍為1.156%～1.521% ，而泰國姜黃中姜黃素的含量達到6.431%，是國內(nèi)姜黃素含量的5倍，是今后值得關(guān)注的高含量姜黃品種。

土壤條件的不同，姜黃揮發(fā)油和姜黃素的含量會有所不同。羊青等研究發(fā)現(xiàn)，紅壤土中栽培的姜黃揮發(fā)油含量(8.0%)明顯高于沙壤土中栽培的含量(6.0%)；張興國等提出，種植姜黃應選擇微酸性至中性的疏松肥沃的輕壤土至重壤土。播種期不同，姜黃的產(chǎn)量、揮發(fā)油和姜黃素含量差異顯著。李隆云等研究發(fā)現(xiàn)，2月和3月播種，姜黃產(chǎn)量顯著高于4月和5月播種，但是2月播種姜黃揮發(fā)油和姜黃素的含量最低，基于產(chǎn)量和品質(zhì)的雙重標準考慮，播種期應該選擇在3月20日左右。

合理密植、施肥和病蟲防控是姜黃增產(chǎn)的關(guān)鍵措施之一，李隆云等通過試驗表明姜黃栽培以12窩/m,每窩播1個母姜為宜。姜黃宜在5—6月施提苗肥，7—8月施壯姜肥。栽培中常見病蟲害有根腐病、葉斑病、姜螟、地下害蟲蠐螬及小地老虎等。

2 化學成分研究

姜黃的主要化學成分有姜黃素類、揮發(fā)油、黃酮類、糖類、生物堿、有機酸、無機元素等。其中姜黃素類和揮發(fā)油成分為其主要藥效成分，并且是《中國藥典》的含量測定指標。目前姜黃素類化合物發(fā)現(xiàn)鑒定了30種以上，揮發(fā)油類化合物發(fā)現(xiàn)鑒定了39種以上。姜黃素類化合物主要是聚酮化合物，其母核是二苯基庚烴，目前從姜黃中發(fā)現(xiàn)的天然姜黃色素類化合物有30種以上，其中主要包括姜黃素、脫甲氧基姜黃素和去二甲氧基姜黃素，分別占70%、10%～20%和10%。姜黃揮發(fā)油成分的結(jié)構(gòu)類型主要有吉馬烷型、蒈烷型、愈創(chuàng)木烷型、欖香烷型、沒藥烷型、桉烷型、蒼耳烷型等，這些化合物主要是倍半萜類和單萜類。姜黃的化學成分研究見表1。

3 藥理作用研究

姜黃中的主要有效成分有姜黃素和揮發(fā)油，其中姜黃素的藥理作用有抗腫瘤、抗炎、抗纖維化、抗氧化、神經(jīng)保護等；揮發(fā)油的藥理作用有抗腫瘤、抗氧化、抗病毒、抗菌等。姜黃藥理作用和作用機制見表2。

表1 姜黃中化學成分研究Table 1 Research on chemical constituents in turmeric

表2 姜黃藥理作用和作用機制Table 2 Pharmacological effects and mechanism of action of turmeric

姜黃素類化合物是多酚類化合物，其分子結(jié)構(gòu)由β-二酮的庚二烯與兩個鄰甲基化的酚相連組成，姜黃素的藥理作用有抗炎、抗氧化、抗癌、保護線粒體、保護肝臟、保護心腦血管和神經(jīng)保護等，且應用非常安全。

抗腫瘤作用。姜黃素被美國國立腫瘤所列為第三代癌化學預防藥，不僅是有效的抗致突變劑，還是抗促癌劑，對肝癌、胰腺癌、胃腸癌、宮頸癌、前列腺癌等多種癌癥的治療有著巨大的潛力。Mohanty等研究表明，姜黃素提高對腫瘤的殺滅作用的原理是抑制腫瘤細胞的增生、擴散，增強機體對細胞的敏感性，其作用靶點有生長因子、轉(zhuǎn)錄因子、酶和基因。凌元亮等采用不同濃度梯度的姜黃素濃度處理結(jié)腸癌SW1116細胞，使用EDU(5-ethynyl-2’- deoxyuridine)染色和碳酸脂膜(transwell)分別測定增殖、遷移和侵襲;實時熒光定量PCR(RT-qPCR)法檢測-199-5的表達;Western免疫印跡(Western blot)檢測PAK4、MEK、p-MEK、ERK、p-ERK蛋白表達等一系列方法，得出姜黃素通過-199-54軸濃度依賴性抑制結(jié)腸癌SW1116細胞的增殖、遷移和侵襲，其中4是-199-5的靶基因。李文娟等在姜黃素對宮頸癌細胞系中c-Jun及JAK-STAT信號傳導通路的影響機制研究中得出控制一定的劑量和適合的時間，姜黃素能夠下調(diào)c-Fos及c-Jun蛋白表達，降低細胞內(nèi)JAK-STAT信號傳導通路活性，進而抑制宮頸癌Hela細胞增殖。宋珂在進行姜黃素調(diào)控microRNA-1246及對膀胱癌T24細胞的放療增敏機制探究中發(fā)現(xiàn)，姜黃素和放射治療都可促進膀胱癌細胞microRNA-1246表達下調(diào)，在對腫瘤的治療中可以使姜黃素及放療結(jié)合，從而共同產(chǎn)生抗腫瘤作用。

抗炎作用。姜黃素的抗炎療效可以與甾體和非甾體類抗炎藥物相媲美，其機制為通過抑制促進炎癥反應活性酶和活性氧簇酶類的活性，降低巨噬細胞的活性和蛋白激酶的表達來遏制機體炎癥反應的發(fā)生。鮑彩彩等在姜黃素對小鼠實驗性自身免疫性腦脊髓炎的自噬調(diào)節(jié)及抗炎作用中，研究發(fā)現(xiàn)姜黃素可緩解腦脊髓炎(EAE)病程中的神經(jīng)功能損傷,下調(diào)EAE病程中外周及中樞炎癥反應,同時上調(diào)中樞Atg-5、LC3-Ⅱ的表達乃至中樞神經(jīng)細胞的自噬水平,并可能因此限制EAE病程中中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)的炎癥損傷過程。研究表明，姜黃素可以通過抑制環(huán)氧酶(COX)和脂氧合酶(LOX)的表達促進細胞凋亡來抑制成纖維細胞的生長,從而抑制炎癥的發(fā)生和發(fā)展進程，可以通過酪氨酸蛋白激酶-2/轉(zhuǎn)錄激活子-3(JAK-2/STAT-3)信號通路發(fā)揮骨性關(guān)節(jié)炎軟骨細胞保護作用，可以通過抑制基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)功能而發(fā)揮軟骨細胞保護作用。

兩家店，一個在城東，一個在城西，倘若無意相見，即使在這小城里，高志明和夏小凡，一年也未必遇上兩回。他們，是明里暗里都在較勁的競爭對手。

抗氧化作用。姜黃素的抗氧化機制可能是通過提高體內(nèi)一些抗氧化酶的活性，來保護細胞免受氧化脂質(zhì)損傷。肖寶平等在姜黃素提高PC12細胞的抗氧化能力的研究中得出姜黃素可能是通過提高超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)和谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)的活性和表達水平來增強PC12細胞總抗氧化能力(T-AOC)，降低活性氧(reactive oxygen species,ROS)水平，緩解氧化應激，來維持細胞穩(wěn)態(tài)。崔東月等研究發(fā)現(xiàn)，姜黃素可以提高細胞的總抗氧化能力，降低ROS水平；同時SOD、谷胱甘肽過氧化物酶的表達和活性均有上調(diào)。

抗病毒作用。姜黃素抗病毒的作用機制有2個，一個是通過抑制病毒的包膜功能，從而降低病毒進入和吸附機體細胞;另一個是通過活化體內(nèi)的抑癌基因之類的通道，來增強機體的免疫能力，從而阻止病毒的復制。吳洲國研究發(fā)現(xiàn)，姜黃素具有抗甲型流感病毒和增強機體抗病毒免疫的功能。劉妮等發(fā)現(xiàn)，姜黃素提取物在體外試驗中確有明顯的抗H1N1、H3N2復制作用。夏承來等研究得出，姜黃素對艾滋病病毒具有一定的抗病毒作用。

神經(jīng)保護作用。商華等在研究姜黃素在阿爾茨海默病中對炎癥以及神經(jīng)元的保護機制研究中得出AD小鼠的學習記憶能力可以通過姜黃素來進行有效地改善，且可以將神經(jīng)損傷的現(xiàn)象進行明顯減少,也可以有效地降低-1以及-的表達,進而對AD的癥狀進行改善。研究表明，姜黃素可通過抑制腦缺血再灌注損傷的多種病理機制而發(fā)揮顯著神經(jīng)保護作用,最終改善腦循環(huán),減少梗死體積,減少腦水腫,促進血腦屏障修復,改善神經(jīng)功能,具有補充現(xiàn)有缺血性卒中治療方法的潛力。

抗纖維化作用。近年來逐漸發(fā)現(xiàn)姜黃素具有抗臟器纖維化的潛能，可通過不同途徑發(fā)揮抗肺纖維化、肝纖維化、心纖維化及腎纖維化作用，在臨床治療中被廣泛應用。研究表明姜黃素可有效抑制肝纖維化小鼠疾病進展，有效緩解肝纖維化損傷，其作用機制可能與上調(diào)肝組織核因子 E2 相關(guān)因子2/血紅素加氧酶-1( Nrf2 /HO-1)通路信號轉(zhuǎn)導、降低α-平滑肌肌動蛋白(α-SMA )蛋白的表達相關(guān)。張少波等研究姜黃素對百草枯所致小鼠肺纖維化的影響時證明，姜黃素可有效降低肺纖維化模型小鼠脯氨酸(HYP)、丙二醛(MDA)含量、血清中腫瘤壞死基因-α(TNF-α)、白介素-6(IL-6)濃度，下調(diào)肺組織NF-κB蛋白表達水平，改善肺部形態(tài)學病變，增強抗氧化能力，對肺纖維化小鼠產(chǎn)生保護作用。在研究姜黃素抗腎纖維化的研究時，祖寧輝等發(fā)現(xiàn)，姜黃素可調(diào)節(jié)單側(cè)輸尿管梗阻(UUO)大鼠腎功能指標的水平，進而改善腎間質(zhì)纖維化，保護腎，其作用機制可能與下調(diào)腎組織 Notch1 和 Jagged-1蛋白表達，抑制 Notch 通路的信號轉(zhuǎn)導相關(guān)。心臟纖維化的特點是心臟成纖維細胞增殖和過多細胞外基質(zhì)(ECM)的沉積。陳驍首次證明姜黃素通過核因子NF-E2相關(guān)因子-二甲基精氨酸二甲胺水解酶-非對稱性二甲基精氨酸-一氧化氮(NRF2-DDAH-ADMA-NO)途徑抑制內(nèi)皮細胞內(nèi)皮細胞間質(zhì)化(EndMT)，從而改善心臟纖維化。

姜黃揮發(fā)油具有抗腫瘤、抗氧化、抗病毒、降血脂等藥理活性。Paw等研究發(fā)現(xiàn)，姜黃油的抗氧化、抗炎和抑菌活性均優(yōu)于標準藥物氟康唑和環(huán)丙沙星，揮發(fā)油對枯草芽孢桿菌和蠟樣芽孢桿菌均有較強的抑菌效果，最低抑菌濃度(MIC)值為7.5 μg/mL，對真菌菌株的抑菌效果最好，MIC值為2.5 μg/mL，且遺傳毒性小。在抗氧化方面，Zheng等對姜黃揮發(fā)油抗衰老進行了研究，發(fā)現(xiàn)在UVB照射的裸鼠模型中，-可以減少皮膚光老化，即姜黃揮發(fā)油具有抗氧化，延遲皮膚老化的功效。在降血脂抗腫瘤方面，研究發(fā)現(xiàn)姜黃油在降低低密度脂蛋白(LDL)、血清總膽固醇(TC)方面強于陽性藥血脂康，可以在一定程度上緩解高血脂癥造成的臟器損傷，減少肝臟脂肪堆積，具有顯著的降血脂作用，且對肝癌細胞有抑制增殖作用，其作用機制可能是通過激活線粒體凋亡通路及caspase級聯(lián)反應誘導肝癌細胞發(fā)生凋亡。在抗突變方面，趙澤貞等發(fā)現(xiàn)，姜黃揮發(fā)油具有保護細胞免受損傷、促進已突變細胞的DNA修復、在細胞內(nèi)外均有抗突變效應等作用。在抗病毒方面，有研究發(fā)現(xiàn)姜黃油對PPV7909標準毒株有明顯的體外抑制和阻斷作用,但直接殺滅作用不明顯。

4 質(zhì)量評價研究

市場上姜黃品種繁多，質(zhì)量參差不齊，品質(zhì)難以評價。2020年版《中國藥典》以姜黃素和揮發(fā)油作為姜黃藥材的主要質(zhì)量評價指標，規(guī)定其揮發(fā)油含量≥7.0%(mL/g)、姜黃素含量≥1.0%。黃博通過對四川、云南、廣西的18批姜黃分別進行性狀、鑒別、檢查、浸出物、含量測定，進而首次建立了姜黃對照藥材的揮發(fā)油類成分的薄層色譜鑒別方法和姜黃高效液相特征圖譜。除了藥材的有效成分含量、外觀形狀、浸出物等，道地性是評價藥材質(zhì)量優(yōu)劣的重要指標?！侗静菥V目》記載：“姜黃今江廣蜀川多有之”，即福建、江西、四川均是姜黃的主產(chǎn)區(qū)。《四川犍為縣史》記載，犍為有100多年的姜黃種植歷史，為姜黃的道地產(chǎn)區(qū)?！洞óa(chǎn)道地藥材認證姜黃》(DB51/T 2561—2018)中規(guī)定道地產(chǎn)區(qū)產(chǎn)姜黃中姜黃素含量不少于1.2%，揮發(fā)油含量不少于7.5%(mL/g)。宋玉丹根據(jù)藥典規(guī)定對8個產(chǎn)地的11批姜黃藥材進行了水分、灰分、顯微、薄層的基礎(chǔ)研究，發(fā)現(xiàn)8個產(chǎn)地的這些指標無顯著性差異，均符合國家標準；采用HPLC測定姜黃素、總姜黃素含量，結(jié)果顯示11批藥材的姜黃素含量為0.921 8%～1.851 3%、總姜黃素含量為2.066 2%～3.443 7%，四川犍為姜黃中姜黃素、總姜黃素含量最高，湖北孝感產(chǎn)地的姜黃總姜黃素含量最低；采用固相微萃取進樣結(jié)合氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(HS-GC-MS)進行揮發(fā)性成分的差異測定時發(fā)現(xiàn)，犍為產(chǎn)姜黃揮發(fā)性成分最多，平均有50種，而廣西姜黃最少，只有35種；通過全面評價，充分證明了犍為產(chǎn)姜黃質(zhì)量優(yōu)越，為進一步證明犍為是姜黃的道地產(chǎn)區(qū)提供了理論支持。曾瑾等以功效核心為指標，對全國范圍內(nèi)7個省份41個姜黃樣品抗Aβ1-42淀粉樣蛋白活性進行綜合質(zhì)量評價時發(fā)現(xiàn)，姜黃抗Aβ1-42淀粉蛋白活性功效指標與化學成分姜黃素、揮發(fā)油含量成正相關(guān)；各產(chǎn)區(qū)中,四川產(chǎn)姜黃抗Aβ1-42淀粉樣蛋白活性最強、功效成分姜黃素與揮發(fā)油含量最高，研究以中藥整體品質(zhì)評價的設(shè)計思想明確了姜黃在具體功效上的質(zhì)量優(yōu)劣。

姜黃藥材在采集、制備、儲藏、運輸?shù)冗^程中均可能污染黃曲霉毒素B1(FAB1)。陳晉紅對不同產(chǎn)地的10批姜黃藥材進行FAB1的酶聯(lián)免疫吸附(ELISA)檢測，結(jié)果顯示10批藥材的FAB1含量均超標，其含量達到標準值的5～10倍，為了藥材的質(zhì)量安全，應對中藥材中黃曲霉毒素的含量進行全面細致的研究調(diào)查。

因姜黃素見光易分解和揮發(fā)性成分性質(zhì)不穩(wěn)定，所以姜黃中姜黃素和揮發(fā)油會因化學性質(zhì)、藥材產(chǎn)地、貯存條件等因素含量下降，導致測定結(jié)果不準確，今后應建立姜黃專屬性的測定方法，加強對重金屬以及黃曲霉毒素含量的檢測，在確保藥材安全的前提下，提高姜黃質(zhì)量評價和質(zhì)量控制的科學性。

5 資源開發(fā)利用研究

姜黃除具有藥用價值以外，還可以用做食品色素添加劑、著色劑、食用香料、化妝品原料等，促進食品工業(yè)、化工業(yè)、香料產(chǎn)業(yè)和醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，具有廣闊的開發(fā)利用前景。

姜黃素的著色力比所有合成色素、天然色素都強，是檸檬黃、日落黃的3～4倍，可以用作食品、布匹等的染色劑，可以使染色后的食品顏色鮮亮，食用比合成色素更加安全。但是姜黃色素不溶于水，在油中溶解性低，直接在油中使用的領(lǐng)域又小，直接使用經(jīng)濟價值低。但是其深加工的水溶性和油溶性姜黃色素不存在這個問題，市場需求量大，附加價值高，與其他色素進行復配，可以獲得多種色調(diào)的色素，廣泛應用于面條、方面便、酸奶、冰淇淋、威化膨化食品、餅干、人造奶油、煙草等。

姜黃油具有濃郁的香味，可以用作食用香料，可以開發(fā)成食品調(diào)味劑、防腐劑等。因為姜黃油具有抗氧化、抗衰老的作用，可以用作化妝品的開發(fā)。因為姜黃油具有抗菌的效果，可以開發(fā)成植物源農(nóng)藥，如龐倩茹等發(fā)現(xiàn)姜黃油可以用作黃瓜白粉病的控制。

姜黃渣可以制作姜黃淀粉或用來釀酒，還可以開發(fā)成動物飼料。

6 結(jié)語

姜黃的藥材、飲片、揮發(fā)油及其他相關(guān)制品已逐步產(chǎn)業(yè)化，表現(xiàn)出了良好的應用和開發(fā)前景。市面上姜黃的質(zhì)量參差不齊、種質(zhì)雜亂，今后應厘清種源，選擇優(yōu)質(zhì)品種，建立規(guī)范化生產(chǎn)技術(shù)體系；應建立專屬性更強的姜黃質(zhì)量標準，來解決姜黃單一成分質(zhì)量標準不足的問題；姜黃的藥理作用研究多集中在抗腫瘤、抗氧化、抗菌、抗病毒、抗炎等方面，應加強體內(nèi)實驗和臨床研究，為新藥研發(fā)提供新的思路和方向；姜黃的藥理活性強，安全無毒，但是在資源利用方面還很欠缺，可以將其開發(fā)成食品、化妝品、農(nóng)藥等產(chǎn)品，增加其經(jīng)濟效益。綜上所述，對姜黃的質(zhì)量進行全面準確地評價并加強姜黃資源開發(fā)利用，對于姜黃產(chǎn)業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定健康發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。