黃酮類化合物的生物活性及應用研究進展

邢 濤，王 敏，于姝燕，覃 孟，仇子昂

（內(nèi)蒙古醫(yī)科大學藥學院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010110）

黃酮類化合物是一類具有廣譜生物活性的多酚類物質(zhì)，其存在于山楂、葡萄、洋蔥、芹菜等常見的水果和蔬菜之中。在菊科、豆科、唇形科、玄參科、蕓香科、薔薇科等多種高等植物中，黃酮類化合物多以糖苷的結(jié)構(gòu)存在，主要以次級代謝產(chǎn)物的形式存在于植物體中［1］。黃酮類化合物具有來源廣、種類多、功能全等特點，在人們的生產(chǎn)生活中應用廣泛。

該文對天然來源的黃酮類化合物從分類、化學結(jié)構(gòu)、提取技術(shù)、生物活性以及在醫(yī)藥和動物生產(chǎn)中的應用進行了多層次全方面的綜述，以期為該類化合物進一步地研發(fā)和應用提供必要的基礎和借鑒。

1 結(jié)構(gòu)及分類

黃酮類化合物是在植物界中廣泛分布的多酚化合物，其結(jié)構(gòu)由兩個苯環(huán)（A 環(huán)和B 環(huán)）及3 個碳原子相互連接而成（見圖1），即由C6-C3-C6單位組成的化合物［2］?？梢愿鶕?jù)黃酮類化合物B 環(huán)和C 環(huán)的連接方式、B 環(huán)的結(jié)構(gòu)以及3 碳鏈的氧化、羥基化或是否飽和、環(huán)合等特點，將其分為不同的亞型，如黃酮（醇）類、二氫黃酮（醇）類、黃烷醇類、異黃酮類和花青素類等［3］。

圖1 黃酮類化合物母核化學結(jié)構(gòu)

2 提取技術(shù)

對黃酮類化合物的提取方法眾多，且多年來一直在不斷更新迭代。最初對于天然產(chǎn)物中黃酮類物質(zhì)的分離提取只是簡單的溶劑萃取，或者加熱提取。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，常借助于一些輔助手段進行高效率的提取及分離，如超聲輔助提取、微波輔助提取、機械化學輔助提取等。天然產(chǎn)物中有效成分的分離提取，為食品業(yè)、醫(yī)藥業(yè)、農(nóng)牧業(yè)的研發(fā)提供了重要的研究對象，因此受到了眾多行業(yè)學者們的重視，其提取技術(shù)也得到了極大的改進。黃酮類化合物提取技術(shù)的發(fā)展進程如圖2 所示。

圖2 黃酮類化合物提取技術(shù)的發(fā)展進程

3 生物活性

黃酮類化合物由于其結(jié)構(gòu)的特殊性，而具有廣泛的生物活性，如抗氧化、抗癌、抗炎、抗菌、免疫調(diào)節(jié)等［4］。

3.1 抗氧化活性

生物體內(nèi)含有大量的活性氧（ROS），其含量過高會引發(fā)氧化反應，從而導致生物體衰老，進而引起一系列病變，產(chǎn)生一些病態(tài)反應。清除活性氧以維持機體的正常運轉(zhuǎn)，這一過程就是抗氧化。

王青虎等［5］從小白蒿中分離提取得到了12種化合物，其中黃酮類化合物蘆?。ㄒ妶D3a）是首次從該植物中分離得到。隨后，Hamed 等［6］通過蘆丁和抗壞血酸的陽性對照，研究二者對DPPH 自由基的清除活性，發(fā)現(xiàn)蘆丁比抗壞血酸的抗氧化能力更強。

圖3 具有抗氧化活性的黃酮類化合物

辛穎等［7］從并頭黃芩中分離得到了6 種黃酮類化合物，其中白楊素（見圖3b）可通過ERK2/Nrf2/ARE 信號通路上調(diào)HO-1，GCLC 和GCLM 基因的表達，通過抑制叔丁基過氧化氫（TBHP）從而達到誘導氧化應激反應的目的，進而表明白楊素具有較好的抗氧化能力［8］。

劉賀榮等［9］采用空白對照試驗的方法測試大豆異黃酮（見圖3c）對小鼠抗氧化酶活性的影響，以超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）、過氧化氫酶（CAT）3 種酶作為主要指標，分別采用谷胱甘肽還原酶檢測試劑盒（DTNB法）、羥胺法和鉬酸銨比色法作為主要測試方法，通過大量的小鼠測試得出大豆異黃酮能夠有效清除機體內(nèi)過量的自由基，從而提高機體的抗氧化能力。

3.2 抗癌活性

癌是指起源于上皮組織的惡性腫瘤，是惡性腫瘤中最常見的一類，癌癥每年的新發(fā)病例都有上千萬，是嚴重威脅人類生命的疾病之一。

安寧等［10］從高良姜的乙醇提取物中分離得到8 種黃酮類化合物，如山萘酚（見圖4a）等。朱小玲［11］研究發(fā)現(xiàn)，山萘酚通過觸發(fā)凋亡、G2/M 期細胞周期阻滯、信號通路和磷酸肌醇3-激酶（PI3K）/蛋白激酶B（AKT）的下調(diào)等通路來抑制各種癌癥細胞，山萘酚具有選擇性抑制癌細胞而不影響健康細胞的特點，對山萘酚的體外研究發(fā)現(xiàn)，其具有廣譜抗癌靶點，包括細胞凋亡、轉(zhuǎn)移、炎癥和血管生成，是很好的抗癌藥物前體［12-13］。

圖4 具有抗癌活性的黃酮類化合物

紅花在治療癌癥的過程中具有重要的作用。馮丹萍等［14］在紅花的丙酮提取物中分離得到了7種化合物，其中類黃酮羥基紅花黃色素A （見圖4b）通過抑制血管生成因子（VEGF）、堿性成纖維細胞生長因子（b FGF）和血管內(nèi)皮生長因子受體1(VEGF-1）的分泌而顯著抑制腫瘤生長［15］。

3.3 免疫調(diào)節(jié)活性

免疫調(diào)節(jié)是維持機體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定的關(guān)鍵，主要是通過機體識別并排除體內(nèi)異物來實現(xiàn)。免疫調(diào)節(jié)主要包括對免疫器官（如骨髓、胸腺等）、免疫細胞（如吞噬細胞、T 細胞等）和免疫活性物質(zhì)（如抗體、溶菌酶等）的調(diào)節(jié)［16］等。

楊倩等［17］從文冠木中分離得到了17 個化合物，其中表兒茶素（見圖5a）具有一定的免疫調(diào)節(jié)作用；Zhao 等［18］也證明了表兒茶素在一定濃度下對脾細胞增殖有顯著刺激作用。

圖5 具有免疫調(diào)節(jié)活性的黃酮類化合物

Taheri 等［19］通過對楊梅素（見圖5b）的抗炎免疫調(diào)節(jié)作用及機制的研究發(fā)現(xiàn)，楊梅素通過下調(diào)NF-κB 結(jié)合活性來抑制脂多糖（LPS）誘導的白介素（IL）-12 的產(chǎn)生，并且楊梅素能夠抑制T 細胞生長因子的分泌，即小鼠EL-4T 細胞中的IL-2 蛋白，這表明楊梅素具有免疫調(diào)節(jié)的作用。

張海濤等［20］從并頭黃芩中分離得到的黃芩苷（見圖5c）具有很好的免疫調(diào)節(jié)作用。李元元等［21］對黃芩苷在腦血管和神經(jīng)系統(tǒng)的作用進行研究發(fā)現(xiàn)，黃芩苷可通過抑制星形膠質(zhì)細胞的激活，下調(diào)NF-κB 的表達，以有效抑制由星形膠質(zhì)細胞引起的炎癥和免疫級聯(lián)反應，改善驚厥引起的病理改變。

木其爾［22］以特異性免疫指標（酸性磷酸酶活性、NO 含量等）、非特異性免疫指標（免疫球蛋白G 等）和神經(jīng)內(nèi)分泌激素指標為測試指標，通過空白對照的試驗確定了沙蔥黃酮包括蘆丁、金合歡素（見圖5d）等對肉羊的免疫調(diào)節(jié)功能具有顯著影響。以沙蔥黃酮為食的肉羊，其機體的體液免疫明顯提高，非特異性免疫指標與沙蔥黃酮食用量成正向關(guān)系，同時還能較好地維持神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)的平衡，讓肉羊機體更加適應生存環(huán)境，提高抗應激能力。

3.4 抗菌活性

抗菌主要是指采用物理或化學的方法去殺滅細菌或者影響細菌生長繁殖的過程。由于抗生素的濫用，導致很多細菌都產(chǎn)生了耐藥性，這便促使抗菌藥物要不斷更新迭代。

Salleh 等［23］在研究印度洋地黃果實時發(fā)現(xiàn)，乙醇提取物對中間型鏈球菌、豬鏈球菌、銅綠假單胞菌和大腸桿菌等的抑制作用遠高于水提取物。這是因為乙醇提取物中的黃芩素（見圖6a）含量明顯高于水提取物，其研究結(jié)果也強調(diào)了黃芩苷含量越高，提取物表現(xiàn)出的抗菌潛力越大。

圖6 具有抗菌活性的黃酮類化合物

朱玉城［24］從甘草中分離提取得到了甘草素、異甘草素（見圖6b）等黃酮類物質(zhì)。屈謙偉［25］研究發(fā)現(xiàn)，異甘草素以咪唑甘油磷酸酯脫水酶（IGPD）為靶點對木糖葡萄球菌具有較好的抑制作用，并且異甘草素對于動物乳腺炎也有一定的療效。

康勝利等［26］在高良姜葉中分離得到了高良姜素（見圖6c）。Ouyang 等［27］發(fā)現(xiàn)高良姜素在濃度為4、8、16 μg/mL 時能夠顯著抑制細菌生長，這主要原因是高良姜素能夠顯著降低Triton X-100 誘導的自溶和細胞壁水解。

3.5 抗炎活性

炎癥是在機體平衡受到嚴重干擾時（如感染、損傷等），由細胞因子、免疫信號分子協(xié)調(diào)的復雜的級聯(lián)反應［28］。炎癥不僅會造成局部損傷，而且還會引起其他疾病，如癌癥、肺炎、高血壓等［29-30］。

許多天然藥物如蜀葵花、藍盆花、漏蘆花［31-33］等中都含有芹菜素（見圖7a），其具有良好的抗炎活性。Lee 等［34］研究發(fā)現(xiàn)，芹菜素可以通過抑制NO 的產(chǎn)生和環(huán)氧合酶-2（COX-2）的表達來延緩類風濕性滑膜炎，而且與陽性對照塞來昔布相比，芹菜素對COX-2 誘導的抑制作用更強。

圖7 具有抗炎活性的黃酮類化合物

肋柱花、達烏里芯芭、蒙花貓等［35-37］藥材中的木犀草素（見圖7b）具有很好的抗炎活性，其主要機制就是抑制誘導型一氧化氮合酶（iNOS）和環(huán)氧合酶-2（COX-2）蛋白的表達，而不是降低酶活性［38］。鄒華等［39］研究發(fā)現(xiàn)，木犀草素可調(diào)節(jié)各種炎癥介質(zhì)并改變與炎癥有關(guān)的各種信號通路，如：木犀草素可以上調(diào)上游蛋白并抑制ATP 結(jié)合到Syk/Src 結(jié)合袋中，作為NF-κB 和AP-1 信號的上游調(diào)節(jié)劑，這可能會改變轉(zhuǎn)錄激活STAT3/IRF-1、NFκB 和AP-1 通路，以此來達到抗炎的作用。

金露梅、點地梅等多種蒙藥中含有大量的槲皮素［40-41］（見圖7c）。Granado-Serrano 等［42］研究發(fā)現(xiàn)，槲皮素能夠抑制TNF 誘導的COX-2 和NFκB 途徑，在肝臟中起到抗炎的作用。Güran 等［43］研究槲皮素和姜黃素的聯(lián)合抗炎作用發(fā)現(xiàn)，兩者低濃度聯(lián)合可顯著下調(diào)COX-2 的表達并抑制細胞中的NF-κβ 活化，其作用程度與單獨使用高濃度槲皮素和姜黃素所誘導的結(jié)果相似。

4 應用研究

基于黃酮類化合物多樣的生物活性，特別是在抗炎、抗過敏、防治心血管疾病，以及改善動物機體免疫功能等方面的突出表現(xiàn)，該類化合物在醫(yī)藥業(yè)和農(nóng)牧業(yè)兩方面得到了廣泛的應用，為人類的健康提供了重要的保障。

4.1 在醫(yī)藥業(yè)的應用

以黃酮類化合物為主要成分的中成藥已在臨床應用多年，并具有良好的療效。如由銀杏葉提取制得的舒血寧片，其藥效成分為黃酮和雙黃酮類化合物（見圖8a），可用于冠心病、心絞痛的治療［44］；通過化學合成的乙氧黃酮（見圖8b）又名心脈舒通，具有擴張冠狀血管、增加冠脈流量的作用［45］。除此之外，還有一些化藥也是基于黃酮類化合物的結(jié)構(gòu)母核進行藥物設計并研發(fā)而得的。如通過抑制組胺、5-羥色胺、慢反應物質(zhì)等過敏反應介質(zhì)的釋放而達到抗過敏作用的藥物色甘酸鈉（Cromolyn Sodium）（見圖8c）；具有抑制腺苷酸環(huán)化酶、磷酸二酯酶和拮抗鈣離子作用的平滑肌松弛藥物黃酮哌酯（Flavoxate）（見圖8d）；可用于預防性治療哮喘、喘息性支氣管炎的奈多羅米（Nedocromil）（見圖8e）以及治療靜脈淋巴功能不全相關(guān)癥狀的藥物地奧司明（Diosmin）（見圖8f）等［46-49］。

圖8 含有黃酮母核的臨床常見藥物

4.2 在動物生產(chǎn)中的應用

黃酮類化合物不僅被用于治療人類相關(guān)疾病，而且在動物生產(chǎn)方面的應用也極為廣泛。李詩瑩等［50］研制的甘草總黃酮混懸注射劑對患有乳腺炎奶牛的治愈率達到80%以上，且具有臨床用藥安全的特點。裴小萍等［51］研究發(fā)現(xiàn)，在肉雞和妊娠母豬的日食中添加適量的大豆異黃酮能夠使肉雞或母豬、仔豬的平均體重得到顯著的提升。朱新建等［52］、谷 子林等［53］分 別以 蛋 雞 作 為 研 究 對 象，發(fā)現(xiàn)在蛋雞的日糧中添加大豆黃酮可增強產(chǎn)蛋雞的免疫能力及抗氧化能力。張響英等［54］也證實了大豆黃酮能夠提高仔公豬的機體細胞免疫功能。占今舜［55］在對苜蓿黃酮和奶牛生產(chǎn)性能的相關(guān)研究中發(fā)現(xiàn)，苜蓿黃酮能夠提高奶牛的激素水平，進而促進乳糖、乳脂和乳蛋白的合成。黃酮類化合物對水產(chǎn)品也具有一定的影響，楊繼華等［56］發(fā)現(xiàn)，在飼料中添加一定量桑葉黃酮對吉富羅非魚的生長率和增重率有顯著的提高，并且能夠很好地改善吉富羅非魚的抗氧化能力和抗亞硝酸鹽應激能力。

5 結(jié)語

天然來源的黃酮類化合物具有種類多樣、結(jié)構(gòu)復雜、生物活性豐富等特點，這是該類化合物被廣泛應用的前提。然而，黃酮類化合物的構(gòu)效關(guān)系以及在體內(nèi)的吸收、代謝等作用機制還需要深入研究闡明。近年來，眾多學者對黃酮類化合物的研究已從天然產(chǎn)物提取轉(zhuǎn)移至化學結(jié)構(gòu)改造方面，即在保留關(guān)鍵藥效團的基礎上，將一些活性基團進一步拼接，通過“強強聯(lián)合”得到結(jié)構(gòu)新穎、生物活性好、生物利用度高、毒副作用低的黃酮類衍生物［57］。這一突破性研究，為開發(fā)天然來源的新藥提供了重要的研究線索和參考依據(jù)。隨之而來，黃酮類化合物在醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、畜牧等各領(lǐng)域的應用前景也將愈發(fā)廣闊。