香芹酚的生物学活性概述

2017-03-12 13:18李博萍胡文春
陇东学院学报 2017年1期
关键词:香芹生物膜抗氧化

李博萍,胡文春

(1.陇东学院岐伯医学院,甘肃庆阳745000;2.庆阳市西峰区人民医院,甘肃庆阳745000)

香芹酚的生物学活性概述

李博萍1,胡文春2

(1.陇东学院岐伯医学院,甘肃庆阳745000;2.庆阳市西峰区人民医院,甘肃庆阳745000)

香芹酚是一种芳香酚单萜类化合物,普遍存在于百里香、牛至等芳香植物挥发油中。它用于配制香料、杀菌剂、抗菌剂,作为香料添加剂用于香皂、牙膏、化妆品等日常用品,低浓度的香芹酚也可作为食品添加剂广泛用于各种食品。研究表明香芹酚具有多样的生物活性,如抗氧化、抗菌、抗肿瘤、抗炎、保肝、扩张血管等作用。本文综述了香芹酚的生物、药理、毒理作用,以期为香芹酚的相关研究提供参考。

香芹酚;百里香;生物学活性;综述

香芹酚是一种单萜酚,麝香草酚的同分异构体,普遍存在于许多芳香植物中,如牛至、百里香、冬季香薄荷、亚加菊等芳香植物挥发油等。香芹酚具有广泛的应用价值,常用作消毒剂、杀菌剂、香料及化妆品的配方中[1]240。口腔医疗中,香芹酚可替代杂酚油、酒石酸、甘油酚,在治疗牙痛、牙本质敏感、牙槽脓肿等疾病中发挥作用[2]。作为一种常用的食品添加剂用于酒精饮料、烘焙食品、糖果等食品中[1]225。香芹酚单独或与其他天然有机化合物结合,有效地控制食品腐败和食源性致病菌,广泛用作食品防腐剂[3]。近年来,大量的研究揭示了香芹酚的生物学活性,而且越来越多的研究者关注其在临床方面的用途。本文对香芹酚的生物活性、药理学特征进行详细的综述。

1 香芹酚的吸收和代谢

香芹酚通过胃肠道吸收,给予家兔1.5g香芹酚,22小时后约30%的香芹酚存留在消化系统内,约20%经尿液排泄[4]。芝麻油灌胃后2~24小时,在大鼠的组织液、血液、尿液及粪便中均可检测到大量的香芹酚。同时这项研究结果也表明,香芹酚主要分布于大鼠的胃肠道,而在肺、肝及肌肉组织中分布较少[5]1161。用气相色谱—质谱分析法测定香芹酚和百里香酚的代谢产物,发现给予Wistar大鼠香芹酚后其代谢产物迅速经尿液排泄,24小时后在尿液中可检测到少量代谢产物,48~72小时后的样品中却未发现有其代谢产物[5]1163。

2 香芹酚的毒性作用

据报道,香芹酚灌胃对大鼠半数致死量为810mg/kg,而给小鼠腹腔注射香芹酚后半数致死量为80mg/kg[6]61。腹腔注射33.3mg/kg香芹酚,小鼠无不良反应,但当剂量达到110~223mg/kg时,小鼠表现出共济失调,自主活动减弱,嗜睡等症状[6]65,说明大剂量的香芹酚对啮齿类动物具有毒性作用。为了进一步分析香芹酚的毒性作用,通过SOS显色实验、DNA修复实验、Ames实验对香芹酚的基因毒性作用进行了初步评估。实验发现,浓度高达25μM的香芹酚对中国仓鼠肺成纤维细胞V79的DNA没有任何损伤[7]2037。运用彗星分析浓度低于50~100μM香芹酚对人淋巴细胞DNA没有造成损伤,但高浓度的香芹酚具有一定的遗传毒性[8]307。有趣的是,在无毒剂量的条件下,香芹酚类似化合物可以防止过氧化物诱导的淋巴细胞DNA损伤[8]307。另有实验也证明了香芹酚对D-氨基半乳糖(D-Ga1N)处理的大鼠肝细胞DNA具有保护作用[9]568。以上的研究结果说明高浓度的香芹酚具有毒性作用,但另一方面,低剂量的香芹酚还具有抗遗传毒性的作用。

3 香芹酚生理、药理特性

3.1 香芹酚调节细胞内钙离子的平衡

瞬时感受器电位(TRP)通道是能够接受细胞内外环境变化刺激的一类阳离子通道蛋白。TRP通道对Ca2+通透,能够接受视觉、味觉、温度、触觉、痛觉等刺激,维持细胞内外离子的平衡。研究证明,香芹酚能够调节允许Ca2+通透的TRP通道[10],能够激活动脉血管内皮细胞TRP阳离子通道TRPV3,使血管舒张[8]307。TRPV3也在皮肤的角质形成细胞中表达,能够被无伤害的热刺激、植物化合物如香芹酚和樟脑激活[8]307。啮齿类动物的角化细胞中的TRPV3参与调节温度转导、毛发生长[11]。香芹酚能够抑制肌浆网Ca2+-ATP酶,激活骨骼肌中Ryanodine受体[8]308,Ryanodine受体对保持胞内钙的平衡起着重要作用。

3.2 减肥作用

肥胖是由异常或过度的脂肪堆积造成的,是糖尿病、高血压、高血脂及其他代谢性疾病的重要危险因素。研究发现:高脂饲料中分别加入浓度为0.01%、0.05%、0.1%的香芹酚,小鼠的体重呈剂量依赖性递减[12]199。进一步研究发现,高脂饲料中加入0.1%香芹酚喂养10周后,香芹酚组小鼠的体重、内脏脂肪垫的重量较对照组明显降低,而这两组动物的食物摄入量在整个喂养期间没有明显的组间差异[12]199,说明香芹酚具有减肥降脂的作用[12]199。在这项研究中获得的数据也表明,香芹酚能够抑制内脏脂肪的生成可能与其抑制骨形态蛋白、成纤维细胞生长因子1及甘丙肽介导的信号转导有关,也可能是通过抑制Toll样受体2和TLR4介导的信号转导而减弱内脏脂肪组织中促炎性细胞因子的产生。同样,白藜芦醇是一种天然的多酚类衍生物,通过抑制甘丙肽介导的脂肪细胞形成和减弱脂肪组织中细胞因子的产生而抑制高脂饮食诱导的肥胖小鼠内脏脂肪组织的产生[13]。

3.3 血管舒张作用

有报道称,香芹酚能使大鼠离体胸主动脉的非内皮依赖性血管舒张,说明香芹酚具有舒张血管的作用[14]。日常饮食中加入适量的牛至能促进内皮依赖性血管舒张,血管阻力降低,从而使血压降低[8]308。使用脑动脉中分离的内皮细胞进行研究,表明香芹酚的血管舒张作用是通过TRPV3通道介导的。内皮细胞内Ca2+增多,通过TRPV3通道激活钙激活性中电导钾离子通道(IKca)和小电导钙激活钾离子通道(SKca),使内皮细胞和平滑肌的细胞膜超极化。内向整流钾通道(Kir)是钾离子选择性通道的一种亚型,增强平滑肌细胞超级化,最终导致血管舒张[8]308。这些结果表明,激活内皮细胞的TRPV3通道能够使动脉血管舒张而改善血管功能状态[8]308。另外,也提示适量的牛至对心血管具有保护作用[8]308。

3.4 保肝作用

香芹酚对D-氨基半乳糖(D-Ga1N)诱导的大鼠肝损伤具有明显保护作用[8]309。D-Ga1N是沿用已久的引起弥漫型肝损伤的一种氨基酸糖,其致病机理与人类肝炎病毒致病机理相似。实验发现,给予香芹酚21天后,D-Ga1N诱导大鼠急性肝炎的各项指标均可恢复正常水平[15],并且,香芹酚对抗D-Ga1N的保肝作用与其浓度有关[9]573。另有实验证明,香芹酚对缺血再灌注肝损伤也有保护作用[16]。香芹酚对肝损伤的保护作用与其维持肝细胞膜结构的完整性和肝脏的氧化—抗氧化平衡有关[9]576。

3.5 抗癌和抗增殖活性

香芹酚具有抗癌和抗增殖作用。实验证明,致癌物3,4-苯并芘(B[a]P)与香芹酚联合处理的Wistar大鼠肿瘤的发生率较B[a]P单独处理的大鼠低30%,并且动物的存活时间明显延长[17]。虽然目前对于香芹酚降低B[a]P致癌能力的机制还不明确,但可认为香芹酚清除了B[a]P代谢活化过程中产生的自由基和B[a]P-二醇-环氧生物[8]309。B[a]P代谢产物具有诱导有机体突变的作用,是肿瘤的诱发剂和促进剂。在另一项研究中,给予雄性Wistar大鼠15mg/kg香芹酚,能够明显抑制二乙基亚硝胺(DEN)诱导肝癌,其机制可能与香芹酚能够保护抗氧化防御系统、阻止脂质过氧化和肝细胞损伤有关[18]。通过MTT法检测发现香芹酚对肝癌HepG-2细胞生长具有明显的作用,其50%的抑制浓度约为0.32mM,且随着浓度的增大,抑制率也逐渐增大,表现出剂量-效应关系[19]24。香芹酚对人肝癌HepG2细胞的抗增殖和凋亡的影响机制与caspase-3的激活、PARP的切割有关。香芹酚可降低Bcl-2基因的表达以及选择性改变MAPK超家族成员磷酸化的位点而引起细胞的凋亡[20]。He等[21]发现香芹酚对鼠黑色素瘤细胞B16具有明显的抑制增殖效应,Horvathova E[22]等研究亦证实植物挥发精油中的香芹酚对慢性髓性白血病细胞K562的生长具有抑制作用。以上研究表明香芹酚是一种广谱的抗肿瘤药物,其抗肿瘤细胞增殖效应与细胞的来源、细胞种属等有关[19]38。

3.6 镇痛和抗炎作用

香芹酚通过抑制环氧化酶2(COX-2)表达,激活过氧化物酶体增殖物激活受体α(PPARα)和PPARγ,抑制NO的产生而发挥抗炎作用[8]309。COX-2是前列腺素合成的限速酶,在炎症、疼痛和维持内稳态平衡中起着关键的作用。PPARs是配体依赖性转录因子,属于核受体超家族,在调节能量平衡、脂质和碳水化合物的代谢及细胞增殖分化、炎症等方面发挥重要作用[8]309。研究表明:香芹酚能够抑制LPS诱导U937细胞COX-2的mRNA及蛋白表达,并且激活主动脉内皮细胞的PPARα和PPARγ[23]。香芹酚也可抑制由LPS诱发的小鼠腹膜巨噬细胞产生NO,这可能是由于香芹酚激活了PPAR而阻止NF-κB转录,使iNOS水平下降[24]261。

现已证明,香芹酚能够抑制角叉菜胶(carrageenan)引起的伤害性感受。角叉菜胶是一种海藻粘多糖,可诱导机体产生炎症和痛觉过敏[24]258。小鼠足趾部给予角叉菜胶后发现,经香芹酚预处理小鼠(100mg/kg腹腔注射)的痛觉反应明显低于镇痛药吲哚美辛预处理的小鼠(10mg/kg腹腔注射)[24]257。虽然目前对于香芹酚镇痛作用的机制还不是很清楚,但推测可能与中性粒细胞的募集、TNF-α的释放有关,从而减少了炎性介质的释放[24]261。

3.7 抗氧化作用

香芹酚具有很强的抗氧化作用[25]。在Fe3+和维生素C存在的条件下,香芹酚能抑制磷脂的过氧化反应,而且香芹酚也是脉冲辐解产生的过氧自由基良好的清除剂[8]310。体外研究发现香芹酚呈浓度依赖方式抑制低密度脂蛋白(LDL)的氧化反应[8]310。体内研究也证明了香芹酚的抗氧化作用。给大鼠饮用水中加入香芹酚(60mg/kg),可对抗过氧化氢诱导大鼠的肝脏和睾丸组织的DNA损伤[8]310。腹腔注射香芹酚治疗雨蛙素诱导急性胰腺炎(AP)大鼠,实验发现,香芹酚可降低AP导致的丙二醛(MDA)和8-羟基脱氧鸟苷(8-OH-dG)的水平[26]1243。MDA是细胞内脂质氧化的终产物,其在组织中的含量可直接反映体内氧自由基产生和释放水平[27]1470。8-OH-dG的水平可反映DNA氧化损伤的程度[26]1243。氧化应激指标超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)是细胞内主要的抗氧化酶,也是细胞内主要的自由基清除剂,可保护细胞对抗氧自由基对机体的损害[27]1470,香芹酚可提高SOD的含量[8]310,进一步证实了香芹酚的抗氧化作用。另外,用测定人工合成抗氧化剂Trolox抗氧化能力相同的方法,对香芹酚和麝香草酚的抗氧化能力进行评估,结果表明香芹酚和麝香草酚的抗氧化能力明显强于Trolox[7]2041。

3.8 抗菌作用

香芹酚是一种广谱的抗菌剂(包括革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌),常作为食品添加剂防止食品变质腐败。现已证明,香芹酚对霍乱弧菌、空肠弯曲杆菌、金黄色葡萄球菌、沙门氏菌、铜绿假单胞菌、李斯特菌等均有不同程度的抑制作用[28,29]。研究表明,香芹酚也可作为抗生素抗药性的调节剂。有报道称,香芹酚能提高鼠伤寒沙门氏杆菌对抗生素耐药的敏感性[30]1251,其作用的机制与香芹酚疏水性有关。香芹酚主要作用于沙门氏菌的脂质细胞膜,使细胞膜的渗透性增加,对抗生素的吸收增加[30]1247。Cirion[31]等认为牛至、香芹酚及麝香草酚是一种外排泵抑制剂,研究结果表明,芳香类精油能不同程度的抑制细菌对药物的外排,从而恢复耐药菌对抗菌药物的敏感性。

香芹酚可影响细菌的生物膜。生物膜是镶嵌有蛋白质和糖类的磷脂双分子层,起着划分和分隔细胞和细胞器作用,也是与许多能量转化和细胞内通讯有关的重要部位[8]311,同时,生物膜上还有大量的酶结合位点[8]311。细菌的生物膜对抗生素、化学性的杀菌剂及机体免疫系统的吞噬作用具有一定的防御能力[32]。香芹酚也能干扰细菌生物膜的成膜过程[8]311。Knowles[33]等研究结果表明,香芹酚有效地调控金黄色葡萄球菌和鼠伤寒沙门氏菌生物膜的形成。

虽然香芹酚是疏水性化合物,但有报道指出香芹酚具有相对的亲水性[8]311。由于香芹酚两亲性的特点,推测其亲水性的特点使香芹酚通过生物膜的极性多糖基质扩散,而香芹酚疏水性的特点可能对细菌生物膜的结构和功能具有很大的影响,可破坏细菌生物膜的完整性[34]。为了提高香芹酚杀菌效能,将表面活性剂包裹香芹酚,作用于大肠杆菌和李斯特氏菌,此复合物聚集在细菌的生物膜,使其杀菌能力增强。最近研究发现,用聚乙交酯纳米胶囊封装香芹酚使金黄色葡萄球菌生物膜的弹性和稳定性降低,抗菌药物更易进入细菌生物膜[8]311。

3.9 抗真菌活性

研究证实,香芹酚对白色念珠菌、酿酒酵母菌及草莓炭疽病菌均具有不同程度的抗真菌活性[8,35]312。较低浓度的香芹酚能够诱导白色念珠菌的氧化应激和损害抗氧化防御系统[36]53。香芹酚也能影响白色念珠菌生物膜,且与生物膜成膜时间无关[8]312。香芹酚和麝香草酚能消耗白色念珠菌麦角甾醇的含量,破坏膜的通透性,阻断外排泵系统,恢复抗真菌药物的抗菌敏感性[36]53。最近的一项研究则表明,香芹酚抗真菌的作用机制是通过Ca2+应激和抑制TOR(Target of Rapamycin)信号通路所致[8]312。

3.10 其它生物学活性

对几种酚类化合物和酚酸类化合物的调查研究表明,简单的酚类物质导致致倦库蚊幼虫和家蝇成虫在其作用后24小时内死亡[8]313。香芹酚与百里香酚对淡色库蚊的熏蒸击倒和致死活性最好,熏蒸处理5小时的半数致死浓度分别为0.26μl/L和0.28μl/L,并且二者具有协同增效作用[37]。美国EcoSmart公司基于香茅油、肉桂油、丁香酚、百里香酚等植物精油或单体化合物,开发出了多种卫生杀虫喷雾剂,用于防治蚊、蝇、蟑螂等卫生害虫[8]313。

4 小结

香芹酚作为一种药用植物资源具有广阔的应用前景。它既可作为食品的添加剂和化学香料,又具有抗氧化、抗菌、抗真菌,抗癌、保肝、扩张血管等多种生物活性。虽然目前对于香芹酚的研究大多聚焦于体外研究,而其潜在的临床应用价值需要广泛的体内研究,因此,进一步开展香芹酚生物学的深入研究是非常有必要的。

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【责任编辑 赵建萍】

Review on the Bioactivity of Carvacrol

LI Bo-ping1, HU Wen-chun2

(1.CollegeofQiboMedicine,LongdongUniversity,Qingyang745000,Gansu; 2.XifengDistrictPeople'sHospitalofQingyangCity,Qingyang745000,Gansu)

Carvacrol is an aromatic phenol terpenoids which widely exists in the thyme, oregano, and some other aromatic plants volatile oil. It is used for the preparation of perfume, antiseptic and antibacterial agent. It can also be used as spice additives in soap, toothpaste, cosmetics and other daily necessities. The low concentration of carvacrol also can be used as a food flavoring agent. Studies show carvacrol has a variety of biological activities, such as antioxidant, antibacterial, anti-inflammatory, anti-tumor, protecting liver, dilate blood vessels and so on. This paper summarizes the biology, pharmacology, and toxicology in order to provide references for carvacrol related research.

carvacrol; thyme; bioactivity; review

1674-1730(2017)01-0048-05

2016-09-25

甘肃省庆阳市科技支撑计划项目《几种球根花卉的引种繁殖及栽培示范》(KZ2015-12);甘肃省庆阳市科技支撑计划项目《石油残留物中重金属对动植物生长发育的影响》(KZ2012-78)

李博萍(1978—),女,甘肃庆阳人,讲师,硕士,主要从事病理生理学研究。

R364.2

A

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