大黄蒽醌类化合物抑菌作用研究进展

刘玲丽，周紫芳，胡婕妤，邓欣彤，汤雨虹，陈焱婷，白雪莲

(杭州师范大学生命与环境科学学院，浙江 杭州 311121)

大黄是我国的常用中药材，属于蓼科多年生草本植物.2015版《中国药典》中收录了3种药用大黄：掌叶大黄(Rheum palmatum L)、药用大黄(Rheum officinale Baill)及唐古特大黄(Rheum tangguticum Maxim. ex Balf)[1-3].大黄具有抗菌、止血、抗病毒、调节免疫力等药理作用，在临床治疗肠梗阻、急性胰腺炎、皮肤病和肾病等方面具有良好的功效[4].大黄中的化学成分包括蒽醌类、吡喃酮类、苯丁酮类、萘苷类、酰基糖苷类、二苯乙烯类、鞣质前体及鞣质等，其中蒽醌类化合物是主要的药理有效成分，也是大黄内生菌的重要次级代谢产物之一[5-7].大黄蒽醌类化合物具有抗菌消炎、抗病毒、抗癌、抗氧化、利尿、止血等药理作用，其中，抗菌作用效果显著[8].根据已有研究结果，蒽醌类化合物能对多种细菌和真菌起到抑制甚至杀灭的作用，抗菌机理主要是抑制菌体糖及糖代谢中间产物的氧化和脱氢过程，并与DNA结合，干扰其模板功能，抑制蛋白质和核酸合成[9].相比于蒽醌类化合物的抗肿瘤活性，其抑菌作用的研究相对较少.本文主要对大黄蒽醌类成分抑菌作用的研究进展进行综述，为进一步开发和应用大黄蒽醌类成分提供研究思路.

1 大黄蒽醌类化学成分的研究

早在19世纪初，德国化学家首次从大黄中分离出了大黄酚结晶，此后，国际上对大黄中化学成分的研究不断深入.2001年，向兰等[10]利用硅胶柱层析法从窄叶大黄里首次分离出了6种蒽醌类化合物，分别为大黄素-8-O-β-D-吡喃葡萄糖苷(emodin-8-O-β-D-glucopyra-noside)、芦荟大黄素-8-O-β-D-吡喃葡萄糖苷(aloe-emodin-8-O-β-D-glucopyranoside)、ω-羟基大黄素 (citreorosein)、大黄素甲醚(physcion)和大黄酚(chrysophanol).2006年，Lin等[11]以大黄中的19种化合物为标记，开发了一种高效液相色谱-紫外-质谱法，测定出了新的蒽醌类成分：芦荟大黄素-ω-O-β-D-吡喃葡萄糖苷(aloeemodin-ω-O-β-D-glucopyranoside).2012年，高亮亮[12]在对唐古特大黄和药用大黄进行分离纯化的过程中，首次从唐古特大黄中分离得到了大黄酚 1-O-β-D-吡喃葡萄糖苷(chrysophanol 1-O-β-D-glucopyranoside)、大黄酸 8-O-β-D-吡喃葡萄糖苷(rhein 8-O-β-D-glucopyranoside)、芦荟大黄素 1-O-β-D-吡喃葡萄糖苷(aloe-emodin 1-O-β-D-glucopyranoside)、大黄素 8-O-β-D-吡喃葡萄糖苷(emodin 8-O-β-D-glucopyranoside)、大黄素 1-O-β-D-吡 喃 葡 萄 糖 苷(emodin 1-O-β-D-glucopyra-noside)等蒽醌类化合物.截至目前，共有34种蒽醌类化合物被分离鉴定出来.

蒽醌类化合物是各种天然醌类化合物中数量最多的化合物[8]，具有多种生物活性，在自然界中分布很广，存在于如百合科的芦荟，豆科的决明子、番泻叶，茜草科的茜草、鼠李，蓼科的大黄、虎仗、何首乌、拳参等高等植物中，还存在于低等植物地衣和菌类的代谢产物中.蒽醌(C14H8O2)母核被羟基、羟甲基、甲氧基和羧基取代则形成蒽醌衍生物，蒽醌衍生物(蒽酮类、蒽醌类)是大黄的主要特征成分之一，含量约2%～5%.蒽醌衍生物常以游离或者蒽醌苷的形式存在于植物体内，蒽醌苷多以单糖甙和双糖甙的形式存在，主要是单糖甙，蒽醌经过还原可以产生不同程度的还原产物，如蒽酚(C14H10O3)、氧化蒽酚、蒽酮(C14H10O)、蒽酮的二聚体等.氧化蒽酚不稳定，容易被氧化为蒽醌，蒽酚或蒽酮的羟基衍生物一般存在于新鲜植物中，以游离苷元或结合苷的形式存在，含量较少，可被缓慢氧化成蒽醌衍生物，二蒽酮可以看成两分子蒽酮结合而成的化合物[13].

大黄蒽醌类化合物按母核结构分为单蒽核类和双蒽核类，单蒽核类蒽醌又分为游离蒽醌类和结合蒽醌类，结合蒽醌类以和葡萄糖结合状态为多[14-15].游离型蒽醌主要是大黄素(C15H10O5)、芦荟大黄素(C15H10O5)、大黄酚(C15H10O4)、大黄酸(C15H8O6)、大黄素甲醚(C16H12O5)等，结合型蒽醌衍生物为游离蒽醌类的葡萄糖苷或双蒽酮苷，双蒽酮苷为番泻苷 A、B、C、D、E、F[7]，其侧链主要为葡萄糖、羟基、吡喃葡萄糖等物质，连接位置主要为1号碳、6号碳、8号碳[5].

2 大黄蒽醌类化合物的抑菌作用

大黄蒽醌类化合物以游离或结合的形式存在，是大黄中起抑菌作用的有效成分，具有广谱的抑菌活性，且不会产生细菌耐药性，能清除细菌感染时的有害代谢物和死后菌体留下的内毒素[9].

2.1 游离型蒽醌化合物的抑菌作用

虞夏晖等[16]通过提取大黄中的游离蒽醌，采用最小抑菌浓度测定、纸片扩散法和绘制抑菌生长曲线进行抑菌活性实验，发现游离蒽醌对大肠杆菌、金黄色葡萄糖球菌、枯草芽孢杆菌、双歧杆菌、乳酸杆菌均有抑制作用，对双歧杆菌的生长抑菌作用最明显.Agarwal等[17]通过研究大黄蒽醌衍生物抗真菌活性，发现芦荟大黄素、大黄素甲醚、大黄酚、大黄酸对白色念珠菌、新型隐球菌、烟曲菌、须疮廯菌都有抗菌作用.Wu等[18]通过研究药用大黄中的5种游离蒽醌对金黄色葡萄球菌的抑制作用，发现5种羟基蒽醌对金黄色葡萄球菌的抑菌活性大小为：大黄酸>大黄素>芦荟大黄素>大黄酚>大黄素甲醚.Lu等[19]通过测定大黄粗提物及其主要生物活性成分对嗜水气单胞菌的抗菌性能，发现5种游离蒽醌化合物对嗜水气单胞菌均有抑菌作用，表明大黄中的蒽醌提取物具有制备抑菌剂的潜在用途.赵瑞芝等[20]用乙醇提取大黄中的游离蒽醌，发现大黄素、大黄酸、大黄酚、芦荟大黄素4种大黄蒽醌化合物均可抑制幽门螺杆菌的生长，且其含量与抑菌活性基本上呈正相关.Ibrahim等[21]的研究结果中也发现了大黄提取物对于幽门螺杆菌生长的抑制作用.

2.1.1 大黄素的抑菌活性

大黄素是游离型蒽醌化合物的一种，具有抗炎作用，Alexander等[22]通过小鼠体内实验发现大黄素对治疗胃肠道炎症具有显著的疗效.目前研究表明，大黄素除了具有抗炎作用，还可以抑制多种细菌和真菌生长.

Hazin等[23]通过研究抑制金黄色葡萄球菌的植物化学成分，发现大黄素对金黄色葡萄球菌、溶血性链球菌、肺炎球菌、白喉杆菌、炭疽杆菌、痢疾杆菌、大肠杆菌、变形杆菌等都有较强的抑制作用.韩强[24]通过研究大黄素的毒性，发现大黄药材对猪链球菌生物被膜的形成具有干预作用，其中的游离型蒽醌大黄素对猪链球菌生物被膜的形成干预作用最强，并存在剂量效应关系.大黄素对常见的厌氧菌也有很强的抑制效果，其最小抑菌浓度为8 μg/L，大致和头孢噻吩的效果相近甚至优于头孢噻吩[25].Rajan等[26]研究发现大黄素对细菌和真菌都有极高的抑菌活性，并和抗生素一起使用时具有协同作用.

2.1.2 大黄素甲醚的抑菌活性

大黄素甲醚是游离型蒽醌化合物的一种，可以从天然植物大黄中提取得到，是大黄内生菌的次生代谢产物，可以干扰真菌细胞壁物质合成，使真菌芽管以及菌丝体膨大、破裂，导致真菌细胞内容物泻出而死亡，还可以抑制孢子生成，从而起到防治植物病害的作用[27].

Yang等[28]通过田间试验表明大黄素甲醚水剂对黄瓜霜霉病表现出优异的防治效果.杨立军等[29]分别采用菌丝生长速率法、孢子萌发法和盆栽法测定大黄素甲醚对不同植物病原菌的抑菌活性：菌丝生长结果表明大黄素甲醚具有广谱的抑菌活性，对水稻稻瘟病菌和黄瓜灰霉病菌的菌丝生长具有较强的抑制作用；盆栽法表明大黄素甲醚对小麦白粉病菌具有明显的抑菌活性；根据大黄素甲醚对黄瓜白粉病菌保护作用和治疗作用的盆栽效果，表明大黄素甲醚对黄瓜白粉病菌也具有明显的抑菌活性.王娜[30]通过对大黄素甲醚处理后的稻瘟病菌进行室内离体、温室盆栽和田间试验，验证大黄素甲醚对稻瘟病菌的防治效果.实验结果发现：离体条件下，大黄素甲醚水剂20 mg/L对离体大麦叶片的稻瘟病防治效果为90%；盆栽试验中，大黄素甲醚水剂60 mg/L对稻瘟病的防治效果达到93%；田间试验结果发现对于水稻叶瘟，施药两次的情况下，大黄素甲醚的叶瘟防治效果高于稻瘟灵，并且施药一次的效果与传统农药三环唑无显著差异.同时，当大黄素甲醚的处理质量浓度达到40 mg/L时，稻瘟病菌菌丝孢子萌发受到严重抑制，也不能产生附着胞，不能侵染叶片.

2.2 结合型蒽醌化合物的抑菌作用

虞夏晖等[16]通过最小抑菌浓度测定、纸片扩散法和绘制抑菌生长曲线的实验方法，发现蒽醌苷对大肠杆菌、金黄色葡萄糖球菌、枯草芽孢杆菌、双歧杆菌、乳酸杆菌均有抑制作用，且抑制效果强.来进君[31]采用牛津杯法对大黄蒽醌类化合物对胆囊炎病原菌的抑菌活性展开实验，结果表明大黄素-8-O-β-D 吡喃葡萄糖苷、大黄素-1-O-β-D 吡喃葡萄糖苷对金黄色葡萄球菌、粪链球菌、大肠杆菌、肺炎克雷伯氏菌肺炎亚种、产气肠杆菌、阴沟肠杆菌阴沟亚种、变形杆菌、产酸克雷伯氏菌、铜绿假单胞菌、屎肠球菌均有抑制活性，其中，大黄素-8-O-β-D 吡喃葡萄糖苷对产气肠杆菌抑菌作用较强，大黄素-1-O-β-D 吡喃葡萄糖苷对大肠杆菌和屎肠球菌抑制作用较强.虞夏晖等[32]通过研究大黄蒽醌苷对大鼠肠道菌群的影响作用，发现与模型组相比，随着药剂用量的增加，大黄蒽醌苷组显著抑制大肠杆菌和肠球菌的生成.以上研究结果证实了大黄蒽醌苷单体成分对病原菌具有抑制作用.

根据已有研究结果，大黄蒽醌类化合物对多种细菌和真菌都具有良好的抑制效果，见表1.

表1 大黄中蒽醌类化合物的抑菌作用Tab.1 Antibacterial effects of anthraquinone compounds in Rhubarb

续表1

3 结语与展望

大黄在我国的应用历史已有4000余年，是多种中草药配方中的原材料，具有非常高的药用价值，在我国的种植面积逐年增加.大黄中的蒽醌类化合物是大黄的主要活性成分，已有众多研究结果发现，大黄蒽醌类化合物对多种细菌和真菌具有抑制效果.目前市场上已经有应用大黄素甲醚来防治小麦白粉病菌、黄瓜白粉病菌等植源性病原菌引起的农作物病害的例子，但大多数地区依旧在使用化学农药防治农作物病害，化学农药污染环境，存在安全性和耐药性问题，应用效果逐渐减弱，亟须开发新型农药取代化学农药来防治病虫害.

在古罗马时代，植物的提取物就被人类用来防治病虫害[42]，植物界作为潜在有用的生物活性化合物资源，其植物源性化学物质在病虫害防治中有较大的应用前景.大黄蒽醌类化合物以天然植物大黄为原料，可经提取加工制成新型植物源杀虫剂，具有风险低、活性好、用量少、防病效果好且稳定的优点，但目前对大黄蒽醌类化合物的研究主要集中在医源性病原菌上，对植物病原菌的相关研究较少.未来应深入研究大黄蒽醌类化合物对植源性病原菌的抑制作用，为商业开发以大黄蒽醌类化学成分为主的生物农药提供新的思路.