姜黄中姜黄素的提取分离及药用价值研究

王莉娟，张樱山，张国霞，曹 盼

（1.甘肃中医药大学，甘肃 兰州 730000；2.甘肃省中药现代制药工程研究院，甘肃 兰州 730010）

姜黄为姜科植物姜黄（Curcuma longaL.）的干燥根茎。性温，味辛、苦。归脾、肝经，功能破血行气，通经止痛[1]。姜黄中富含姜黄素类、挥发油、黄酮、糖类、生物碱、有机酸等多种化合物，其中姜黄素为最主要的药理活性成分[2]，具有抗肿瘤、抗炎、抗氧化、抗纤维化、降血脂等多种药理作用[3-4]。姜黄素为姜黄中一种脂溶性多酚类化合物，常温下呈橙黄色结晶粉末，味稍苦，不溶于水,易溶于乙醇、二甲基亚砜、丙二醇、冰醋酸和碱溶液等[5-6]，遇光、热不稳定，毒性极小[7]。广泛应用于医药卫生、食品、化妆品、保健品行业，具有宝贵的开发利用价值。

1 姜黄素提取、分离制备

1.1 提取

姜黄素是一种具有二酮结构的色素，其母核为二苯基庚烃，是姜黄的主要活性成分，约占姜黄色素的70%[8]。提取姜黄素的常用方法有有机溶剂提取法、酸碱提取法、酶提取法、超临界CO2流体提取法、水杨酸钠法、闪式提取法等[9]，但因姜黄素化学性质活泼，遇光热不稳定，因此，对姜黄素提取方法的优化是提取分离姜黄中姜黄素的重要内容。

单后松等[10]通过响应面法比较浸渍法与超声波辅助提取法对姜黄中姜黄素提取率，结果发现超声波提取法在提取温度为48 ℃，料液比为1∶30，乙醇浓度为75%时得最佳提取率2.716 mg/g。说明超声波提取法具有较浸渍法更高的提取率，且溶剂消耗少，操作简单。

马铭研和陈维[11]以超声辅助离子液体提取姜黄中的姜黄素，并通过反相高效液相色谱法测定姜黄素含量。实验结果显示姜黄素平均回收率达98.31%，说明该方法不仅操作简捷、绿色无污染，而且提取效率高，重现性好。

加速溶剂萃取（ASE）是一种密闭容器内在提高温度（50～200 ℃）和压力（6.89～20.7 MPa）的条件下，用溶剂从固体、半固体基质中提取分析物的新型萃取技术，具有省时、消耗溶剂少、提取效率高、操作模式多样化、过程自动化等优点。Yadav 等[12]以乙醇、乙酸乙酯、丙酮为提取溶剂，使用ASE 技术提取姜黄中的姜黄素，结果表明以丙酮为提取溶剂提取的姜黄素纯度最高，达46.2%。符合ASE 技术高效、省时的优点。

随着现代科学技术的高速发展，姜黄素的提取方法已不再局限于传统的有机溶剂提取法。由于姜黄素化学性质不稳定，且经酸碱法提取的姜黄素除杂过程繁琐，因此酸碱提取法也不再是姜黄素的最佳提取方法。酶法提取是在酸碱提取法的基础上通过加入纤维素酶、果胶酶等以加快提取速率、缩短提取时间，但由于酶法所需作用条件温和，此过程酸碱度难以准确控制，很难达到最佳提取率。目前，超声提取法是提取姜黄中姜黄素的主要方法，具有操作简便、提取效率高等优点，但此方法不适于大规模提取。加速溶剂萃取法虽能更好地改善超声提取法仅适于小规模提取的局限性，但由于该方法需在高温条件下进行，姜黄素在高温条件下结构极易被破坏。因此，研制开发一种高效经济的提取技术并应用于大生产，是开发利用姜黄素的首要任务。

1.2 分离制备

姜黄经有机溶剂提取所得的姜黄素粗品中含有糖类、谷甾醇、脂肪酸等大量杂质，使其纯度降低，影响后续生产使用，故须对姜黄素粗品进一步分离精制。传统的分离纯化方法有有机溶剂萃取法、酸碱沉淀法、活性炭吸附柱层析法、聚酰胺吸附法、重结晶法、大孔树脂吸附法等。

近几年，分子印迹技术、S-8 树脂分离技术及其他色谱技术在化合物分离纯化中的广泛使用，为姜黄素的分离纯化方法的选择奠定基础。陈凌通[13]经比较磁力搅拌与机械搅拌条件下姜黄素的收率，结果发现磁力搅拌的收率高于机械搅拌，并在以每分钟10 ℃的速率下降温，磁力搅拌、加晶种的条件下，进行冷却结晶分离纯化姜黄素，结果显示经一次结晶的纯度达93.5%，经三次结晶的纯度可高达99.8%。说明缓慢冷却、加晶种能显著提高晶体的纯度。周培培等[14]经一系列实验研究发现经S-8 树脂纯化后姜黄素类化合物的纯度可提升25.28%，说明S-8 树脂可用于姜黄素类化合物的初步纯化。Wang 等[15]通过考察姜黄素分子印迹聚合膜对姜黄素、去甲氧基姜黄素及二去甲基姜黄素的选择识别能力，结果发现印迹膜对姜黄素选择识别能力明显高于去甲氧基姜黄素、二去甲基姜黄素，说明姜黄素分子印迹聚合膜能有效分离富集姜黄素，且高效环保、成本低。

2 药理作用

2.1 抗肿瘤

姜黄素为姜黄中发挥抗肿瘤作用的重要活性成分。据研究，姜黄素的抗肿瘤作用机制包括以下3个方面：（1）抑制肿瘤细胞增殖、诱导细胞凋亡；（2）抑制肿瘤细胞迁移和侵袭；（3）抑制肿瘤细胞血管生成等多种途径实现抗肿瘤作用。

陈佳权等[16]经研究不同浓度梯度的姜黄素对卵巢癌细胞SKOV3 细胞增殖及细胞迁移活性的影响，并通过ELISA 试验测定姜黄处理后卵巢癌细胞培养液MMP-9 含量，结果显示姜黄素对卵巢癌细胞呈时间与浓度依赖性抑制。推测姜黄素对卵巢癌细胞增殖、迁移的抑制作用可能与诱导癌细胞凋亡，抑制MMP-9 表达有关。据报道，姜黄素对乳腺癌细胞增殖、迁移及侵袭的抑制作用，可能与其下调miR-7641促进PTPN14 的表达有关[17]。Tang 等[18]实验研究姜黄素与黄芪多糖联合干预HepG2 来源裸鼠HCC 原位移植瘤，结果显示干预后肿瘤组织血管稀疏，分支较少，形态规则有完整血管壁，血管内皮细胞排列紧密，肿瘤组织血管趋于正常化。说明姜黄素不仅能抑制血管的生成，还能诱导肿瘤血管趋于正常化，改善肿瘤血管形态结构。此外，姜黄素还可通过与塞来昔布联合用药，抑制NF-KB 和STAT3的激活从而抑制肿瘤生长，实现抗肿瘤活性[19]。

2.2 抗炎

炎症的发生主要源于生物或化学因素不同程度的刺激诱导，如烧烫伤、感染、化学试剂的刺激腐蚀等[20]。Sordllo 和Helson[21]研究表明姜黄素可通过抑制促炎细胞因子白介素-1、白细胞介素-6 和肿瘤坏死因子-α 活性，阻断细胞炎症因子的释放，实现抗炎作用。鲍彩彩等[22]通过观察姜黄素对小鼠实验性自身免疫性脑脊髓炎（EAE）的抗炎作用结果表明，姜黄素可通过缓解EAE 病程中的神经功能损伤,下调EAE 病程中外周及中枢炎症反应，同时上调中枢Atg-5、LC3-Ⅱ的表达及中枢神经细胞的自噬水平，实现姜黄素对EAE 病程炎症反应的抑制作用。Qian等[23]经制备一系列新的姜黄素双羰基类似物（DACS），并评价其抗炎性能，初步结果表明绝大多数化合物均能有效抑制LPS 诱导的肿瘤坏死因子（TNF）-α 和白细胞介素-6（IL-6）的产生，从而抑制炎症反应的发生。此外，姜黄素还可通过改善风湿性关节炎大鼠异常的血液流变性及抑制炎症因子的表达而实现对风湿性关节炎大鼠的抗炎作用[24]。

2.3 抗纤维化

姜黄素还可通过不同途径发挥抗肺纤维化、肝纤维化、心纤维化及肾纤维化作用，且在临床治疗中被广泛应用[25]。据报道，姜黄素可通过促进线粒体释放凋亡诱导因子而诱导肺成纤维细胞凋亡，从而实现抗肺纤维化作用[26]。韩刚等[27]研究发现，姜黄素固体分散体可有效抑制小鼠血清中丙氨酸氨基转移酶（ALT）和天冬氨酸氨基转移酶（AST）活性，能有效降低四氯化碳所致的小鼠急性肝损伤，改善肝损伤程度，保肝作用显著。姜黄素还可通过下调iNOS 表达，实现姜黄素对硒诱导的肝、肾毒性的保护作用[28]，从而预防肝损伤进一步向肝纤维化方向发展[29]。姜黄素也能通过平衡心肌梗死后胶原降解与合成发挥抗心肌纤维化作用[30]。此外，姜黄素对肾小管上皮细胞的作用呈剂量双向性。姜黄素在3.125～25.000 μmol/L 浓度范围内，能显著促进人肾小管上皮细胞（HKC）增殖并维持其表型，能对抗TGF-β1 诱导的HKC 向梭形细胞转化，抑制细胞上皮TGF-β1 和Ⅰ型胶原的表达，而促进骨形态发生蛋白（BMP-7）表达，有效预防肾纤维化；但高浓度姜黄素（100.000 μmol/L）则对HKC 增殖表现为抑制作用[31]。

2.4 降血脂

血脂异常是冠心病发生的主要危险因素。研究表明，姜黄素能明显降低血浆总胆固醇（TC）、甘油三酯（TG）、低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）含量，增加高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）的含量[32]。据报道，姜黄素具有显著的降胆固醇作用，其作用机制可能与抑制机体对胆固醇的吸收，促进机体对胆固醇的降解有关[33]。窦晓兵[34]研究表明姜黄素的降血脂作用机制与上调肝酞基辅酶A 还原酶活性，增强脂肪酸代谢有关。

2.5 心肌保护

经大量心血管疾病研究显示，姜黄素抗心肌损伤作用明显。Liu 等[35]研究发现，姜黄素能明显改善冠状动脉微栓塞（CME）诱导的心肌损伤，其作用机制可能与抑制TLR4/MyD 88/NF-KB 信号通路介导的心肌细胞凋亡和心肌炎反应的发生有关。马榕祯等[36]通过小鼠盲肠结扎穿孔法建立脓毒症模型，探究姜黄素预处理对脓毒症小鼠心肌保护作用，结果显示姜黄素预处理可以通过激活SIRT1 信号通路抑制心肌组织氧化应激损伤和凋亡，改善脓毒症引起的心肌损害。说明姜黄素可通过激活SIRT1 信号通路抑制氧化应激损伤和凋亡实现心肌保护。姚博华和蒋卫红[37]经动物实验研究发现姜黄素后处理可明显上调血红素氧合酶1（HO-1）的活性和表达,并能显著抑制心肌缺血/再灌注损伤（I/R）后的心肌氧化应激损伤反应，说明姜黄素可通过抗氧化作用减轻I/R，其作用机制可能与上调HO-1 蛋白的活性和表达有关。此外，姜黄素还可通过抑制全身炎症反应，减轻氧化应激反应，降低Ca2+水平，从而有效改善机械性创伤所致的心功能障碍[38]。

2.6 其他

现代药理研究发现，姜黄素除上述抗肿瘤、抗炎、抗氧化、抗纤维化、心肌保护、降血脂作用外，有抗氧化、抗焦虑、神经保护、保肝、改善肠道菌群失调等多种药理作用[39-46]。

3 应用研究

姜黄素不但能防治多种疾病，而且在食品添加剂、保健品、化妆品等行业也有很好的发展前景[47-49]。

姜黄素是一种绿色天然的食品保鲜剂，无毒无害，而且具有抗菌、抗氧化等保鲜效果[50]。王一鑫等[51]研究姜黄素与胡椒碱联合抑菌作用，结果表明姜黄素-胡椒碱在40∶1 时抑菌圈最大，最低抑菌浓度（MIC）降低，抑菌pH 范围更广，防腐时间显著延长。说明姜黄素是一种天然食品防腐剂。

4 小结与展望

姜黄素极性小、稳定性差的性质显著降低了其生物利用度，成为姜黄素开发新剂型的一大难题。因此，结合现代新技术对提高姜黄素生物利用度、增强稳定性的研究愈来愈成为学术热点。据报道姜黄素自纳米乳（Cur-SNEDDS）在人工胃肠液中分散后产生的沉淀中姜黄素含量约为姜黄素原料的95%，且在未改变化学结构的情况下达到晶型的改变，使姜黄素在分散体系中发生以氢键为主的分子间作用力，显著提高了姜黄素的体外释放度和肠吸收[52]。

此外，现代制药新技术纳米技术、包埋、微囊、脂质体、靶向制剂等也能明显增强化合物稳定性，提高药物生物利用度。文献报道，固体自纳米乳化给药系统（S-SNEDDS）也可有效提高姜黄素的口服生物利用度，且能加速预防大鼠神经病理性疼痛[53]。文纳川等[54]通过制备姜黄素二聚体缓释纳米粒，研究不同药物与聚合物质量比等对纳米粒性能的影响，结果表明姜黄素二聚体缓释纳米粒不仅具备极高的载药效率，增强了姜黄素的稳定性，而且能实现药物缓释作用，为姜黄素新剂型的研究提供科学依据。经微囊包埋后的姜黄素纳米级微粒不仅稳定性好，而且更容易吸收利用和有效着色，为姜黄素开发制剂提供科学依据[55]。蔡美红和刘向东[56]研究发现姜黄素联合负载透明质酸修饰的乙醇质体可通过调节免疫系统，调节皮损组织中NF-κBmRNA 的表达、免疫球蛋白IgA 和IgG 和IL-2 和IL-4 的含量，从而有效缓解银屑病的临床治疗。也有研究表明，粒径较小、稳定性良好、具有良好的线粒体靶向性和“溶酶体逃逸”功能的姜黄素TPP-PEG-PCL 纳米胶束，能显著增强药物促肿瘤细胞凋亡作用，姜黄素生物利用度大大提高[57]。

目前，虽有不少报道研究不同新技术对姜黄素稳定性及生物利用度的影响，但因姜黄中化学成分复杂，现有的提取分离方法很难满足姜黄素遇光热不稳定的性质。因此，亟须研究开发符合姜黄素特殊化学性质的提取分离技术，并应用于大生产。姜黄素在机体内吸收利用的过程复杂，且影响其生物利用度的因素较多，而多数研究仅限于体外实验，故对姜黄素结合新型制剂技术在机体内吸收利用机理的研究有待进一步探讨。