黄芩主要活性成分和药理作用研究进展

刘晓龙，李春燕，2，陈奇剑，薛金涛

(1.新乡医学院药学院,河南 新乡 453003;2.新乡医学院三全学院生物与基础医学实验教学中心,河南 新乡 453003)

黄芩为唇形科植物,又名山茶根,最早记录在《神农本草经》中,主要分布在我国的东北和内蒙等地区[1]。汉魏时期《吴普本草》[2]中首次记载了黄芩的形态,书中记载“二月生赤黄叶,两两四四相值,其茎空中,或方圆,高三四尺;花紫红赤,五月实黑,根黄。”黄芩在经典名方中的使用率较高,仅《古代经典名方目录(第一批)》中记载的黄芩药材的名方就高达16首[3]。黄芩中含有黄酮、黄酮苷类、多糖类、挥发油类和微量元素等多种化学成分。现代药理学研究表明,黄芩具有抗炎、抗菌、抗肿瘤、抗氧化、抗衰老、降血糖、肝脏保护、神经保护、心脏保护和增强免疫等作用。临床上主要用于湿温、暑湿,胸闷呕恶、湿热痞满、泻痢、黄疸、肺热咳嗽、高热烦渴、血热吐衄、痈肿疮毒以及胎动不安的治疗[4]。本文对黄芩的主要化学成分和药理作用进行归纳总结,旨在为黄芩的深入研究和开发利用提供参考。

1 黄芪的活性成分

截至目前,已从黄芩中分离出40多种活性成分,包括黄酮、黄酮苷类、多糖类、挥发油类和微量元素等,其中最主要的是黄酮及黄酮苷类化合物。

1.1 黄酮及黄酮苷类

研究表明,黄酮及黄酮苷类化学成分是黄芩的最主要活性成分,包括黄酮、黄烷酮、黄酮醇、二氢黄酮、二氢黄酮醇、二氢查耳酮等多种类型[5-7]。黄酮类含量较高的主要成分有黄芩素、黄芩苷、汉黄芩素和汉黄芩苷[6,8-9]。林玉萍等[10]首次在丽江黄芩根中分离出白杨素-7-O-β-D-吡喃葡萄糖醛酸苷、白杨素-6-C-α-L-吡喃阿拉伯糖基-8-C-β-D-吡喃葡萄糖苷、千层纸素A-7-O-β-D-吡喃葡萄糖醛酸苷、韧黄芩素Ⅱ-7-O-β-D-吡喃葡萄糖醛酸苷等成分。申洁[11]对黄芩地上与地下部位中黄酮类进行测定,发现黄芩苷、汉黄芩苷、山姜素、黄芩素、汉黄芩素、千层纸素A在地上部位的含量明显高于地上部位,而异红花素-7-O-β-D-葡萄糖醛酸苷、红花素-7-O-β-D-葡萄糖醛酸苷、野黄芩苷、大波斯菊苷、异高山黄芩素-8-O-β-D-葡萄糖醛酸苷、白杨素-7-O-β-D-葡萄糖醛酸苷、木犀草素、芹菜素在黄芩的地上部位含量较高。

1.2 多糖类

多糖是由10个以上单糖经糖苷键结合起来的糖链。CUI等[12]从黄芩中分离出一种同质多糖SP2-1,并发现SP2-1包含甘露糖、核糖、鼠李糖、葡萄糖醛酸、葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、岩藻糖等成分。OLENNIKOV等[13-14]从黄芩的地上部位分离出5种多糖,命名为WSPS′-1、WSPS′-2、WSPS′-3、WSPS′-4和WSPS′-5,其中WSPS′-1、WSPS′-2和WSPS′-3由阿拉伯糖、半乳糖和葡萄糖组成,WSPS′4和WSPS′-5由葡萄糖组成。OLENNIKOV等[15]从黄芩根中提取出了多糖SbRP-1,SbRP-1是一种微分支葡聚糖,主链由α-(1→4)-吡喃糖基组成,约8.3% 的SbRP-1在C-6被α-吡喃糖基取代。孙洋等[16]研究发现,多糖在炒黄芩中含量最高,其含量可达12%。

1.3 挥发油类

黄芩中的挥发油具有芳香气味和甜味。FUKUHARA等[17]首次通过气相色谱-质谱联用仪鉴定出黄芩中的8种挥发油成分,其中含量较高的为苯乙酮、L-苯基-1、(E)-4-苯基-3-丁烯-2-酮、3-丁二酮、棕榈酸和油酸。陈欣等[18]通过水蒸气蒸馏法进行提取,使用气相色谱-质谱联用仪对化学成分进行分离,共得到54种挥发油成分,占挥发油总量的90.42%,其主要成分为10S,11S-雪松醛-3(12.00%)、4-二烯(15.30%)、石竹烯(7.92%)、邻苯二甲酸单乙基己基酯(6.99%)和4-乙烯基-2-甲氧基苯酚(6.54%)。舒云波等[19]通过超临界法提取黄芩挥发油,并应用气相色谱-质谱联用仪进行测定,共鉴定出64种成分,其主要成分为棕榈酸、棕榈酸甲酯、亚油酸甲酯、薄荷酮、2-甲基丁酸等。巩江等[20]通过水蒸气蒸馏法提取挥发油,并使用气相色谱-质谱联用仪技术进行测定,共鉴定出7种挥发油:烯丙醇(5.53%)、苯乙酮(4.62%)、石竹烯(18.90%)、α-律草烯(3.99%)、香叶烯D(19.44%)、γ-榄香烯(6.23%)、1-乙烯基-1-甲基-2-(1-甲基乙烯基)-4-(1-甲基亚乙基)-环己烷(3.98%)。

1.4 微量元素

微量元素是人体必不可缺的重要物质,因此,药材中微量元素的种类和含量已成为衡量药材质量的重要指标。李化等[21]采用电感耦合等离子体原子发射光谱法对10批不同产地的黄芩饮片中的微量元素进行鉴定,结果发现,黄芩中含有镁、钙、铁、锌、铜、锰等元素。赵博琛等[22]采用加酶方法对黄芩提取液微量元素测定发现,加酶后能改变黄芩提取液中微量元素络合态和游离态的比例和数量,这可能影响黄芩的药理作用。生吉萍等[23]采用原子吸收光谱法对黄芩的根、茎、叶、花、种子5个部位进行微量元素测定,结果发现,种子中铁、锰、锌含量皆较高,花和种子中富含钙,根中富含钙和铁元素。

2 黄芩的药理作用

黄芩是清热燥湿药物,临床上常用于清热燥湿、泻火解毒、止血、安胎等。现代药理学研究表明,黄芩具有抗炎、抗菌、抗肿瘤、抗氧化、抗衰老、降血糖及保护肝脏、神经和心脏等作用。

2.1 抗炎作用

炎症是机体对组织损伤的反应,由身体损伤、缺血性损伤(由器官血液供应不足引起)、感染、接触毒素或其他类型的创伤引起,炎症反应可引起细胞变化和免疫反应,使受损的组织得到修复和受损组织部位细胞增殖[24]。SUH等[25]研究发现,黄芩水提取物中的黄芩苷可减少佛波酯诱导的A549细胞中前列腺素E2(prostaglandin E2,PGE2)和白细胞介素(interleukin,IL)-8的产生,通过抑制丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)信号传导而抑制细胞外信号调节激酶(extracellular regulated protein kinases,ERK)、应激活化蛋白激酶和p38的磷酸化。RUI等[26]研究表明,黄芩素可通过抑制NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3 (NOD-like receptor thermal protein domain associated protein 3,NLRP3)/caspase-1/消皮素D通路来逆转1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氢吡啶(1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine,MPTP)诱导的小鼠神经炎症。JIN等[27]研究发现,黄芩苷可通过抑制NLRP3炎性小体和Toll 样受体4(Toll-like receptor 4,TLR4)/核转录因子-κB(nuclear transcription factor-κB,NF-κB)信号通路来减轻认知损伤,保护神经元免受小胶质细胞介导的神经炎症。HU等[28]研究发现,黄芩苷主要通过介导上游氧化应激和炎症诱导的下游细胞凋亡和免疫应答途径发挥治疗作用。研究发现,黄芩苷通过作用于磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol-3-hydroxykinase,PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B,Akt)/核因子E2相关因子、环氧氯丙烷相关蛋白1、NF-κB和血红素加氧酶-1等通路降低氧化应激因子如巨噬细胞炎症蛋白-1(macrophage inflammatory protein-1,MIP-1)和炎症因子如IL-17、 肿瘤坏死因子-α(tumour necrosis factor-α,TNF-α)、IL-1β等的表达,对胆汁淤积症的治疗起到重要作用[28-31]。有研究发现,黄芩中的汉黄芩素、黄芩苷、汉黄芩苷可显著减少脂多糖 (lipopolysaccharides,LPS)诱导的 BV2 细胞中一氧化氮(nitric oxide,NO)的产生,从而发挥抗炎作用[32-33]。ZHANG等[34]从黄芩中分离出6-C-(β-arabinofuranosyl)-8-C-(β-d-glucopyranosyl) chrysin和6-C-(β-d-glucopyranosyl)-8-C-(β-arabinofuranosyl) chrysin 2种化合物,之后使用Griess试剂和酶联免疫吸附试验检测这2种化合物对LPS诱导的巨噬细胞中NO、TNF-α、IL-6、PGE2和环氧合酶2(cycloxygenase,COX2)表达水平的影响,结果发现,巨噬细胞中NO、TNF-α、IL-6、PGE2和COX2表达水平明显下降,巨噬细胞存活率明显提高,表明黄芩具有一定的抗炎作用。

2.2 抗菌作用

随着抗生素的广泛使用,病原菌对药物产生的耐药性也逐渐增强,因此,从中药中筛选出抗菌活性成分尤为重要。刘昊等[35]研究发现,黄芩苷可通过损伤大肠埃希菌细胞膜而增加大肠埃希菌细胞膜的通透性,使细菌体内物质大量外渗,导致细菌死亡,从而产生抗菌作用。PANT等[36]使用气相色谱和气相色谱-质谱联用仪对黄芩地上部分进行分析发现,芳樟醇(37.0%)和1-辛烯-3-醇(32.0%)是其主要成分,这2种成分对革兰阳性菌、枯草芽孢杆菌和粪肠球菌以及革兰阴性菌、肺炎克雷伯菌和肠炎沙门菌具有显著的抗菌活性。ZEHRAVI等[37]通过研究黄芩精油的生理作用发现,黄芩主要通过丁香酚、芳樟醇和其他长链醇发挥抗菌作用,而百里酚和α-松油醇可辅助发挥抗菌作用;黄芩精油对表皮链球菌作用最强,对革兰阳性菌和真菌的作用明显强于对革兰阴性菌。ZENG等[38]研究表明,因为Ti3C2TX碱片和黄芩苷具有良好的协同作用,所以含有Ti3C2TX和黄芩苷的聚己内酯三元混合纳米纤维对金黄色葡萄球菌有显著的抗菌活性。ZHANG等[39]通过动物和细胞实验发现,黄芩苷可抑制酰基高丝氨酸内酯介导的全局调节群体感应,还可抑制喹诺酮假单胞菌信号系统和Ⅲ型分泌系统,证明黄芩苷是治疗铜绿假单胞菌感染的有价值的候选药物。VINH等[40]研究发现,黄芩素对志贺毒素(shiga toxin,Stx)的抑制活性最强,可降低Stx1和Stx2的细胞毒性。冯倩倩等[41]研究发现,黄芩素主要通过抑制生物膜的形成、影响遗传物质的复制、抑制细菌能量代谢和细胞壁合成发挥抗菌作用。

2.3 抗肿瘤作用

肿瘤的化学治疗是医学领域的重点,而中药是肿瘤化学治疗的重要部分。HUYNH等[42]研究发现,汉黄芩素的抗癌机制归因于对多种细胞信号通路的调节,如:PUMA启动子可与p53结合,而汉黄芩素可诱导细胞内p53的上调,增强PUMA的转录,进而加快凋亡体的形成及对端粒酶活性的抑制,从而降低肿瘤细胞生存能力;此外,汉黄芩素还可抑制耐药恶性细胞的生长及其迁移和转移。有研究表明,汉黄芩苷可抑制C6和U251细胞中的糖原合成激酶-3β(glycogen synthase kinase 3β,GSK-3β)/β-连环蛋白(β-catenin)信号通路,从而有效抑制细胞生长,诱导细胞周期在G0/G1期停滞,进而诱导细胞向成熟星形胶质细胞分化[43]。另有研究发现,黄芩苷可直接抑制p38信号通路,降低U87MG和U251MG细胞系的细胞迁移能力,抑制U87MG和U251MG细胞系的侵袭和转移[44]。XIANG等[45]研究显示,黄芩苷可以剂量和时间依赖的方式抑制肿瘤细胞A549和LLC细胞增殖,并抑制LLC荷瘤C57BL/6小鼠和A549荷瘤裸鼠的肿瘤生长,延长生存期;黄芩苷对肺癌细胞的抑制活性归因于对超氧化物歧化酶模拟物、缺氧诱导因子-1α和血管内皮生长因子的抑制。DIAO等[46]研究发现,黄芩苷干预后,PDZ结合激酶/T-LAK细胞来源的蛋白激酶的下游信号分子(包括肿瘤组织中的p-组蛋白H3和ERK2)受到抑制。

2.4 抗氧化作用

黄芩具有抗氧化活性,能除去伤害机体的自由基,减少氧化应激对机体的损害。高可新等[47]研究报道,黄芩中的黄酮具有酚羟基结构,经酒炙后,黄芩素和汉黄芩素含量升高,使其抗氧化能力增强。曹盼等[48]研究报道,黄芩苷可通过清除自由基、激活抗氧化剂、形成金属离子化合物和消除活性氧(reactive oxygen species,ROS)和活性氮来发挥抗氧化能力。HAN等[32]研究发现,黄芩素、黄芩苷和维西杜林Ⅲ在自由基清除活性测定中表现出较高的活性。辛莹娟等[49]通过超声辅助技术和乙醇回流技术相结合的方法提取黄芩中的总黄酮,用DPPH法测定黄酮的抗氧化能力,结果发现,随着黄酮浓度的升高,其抗自由基活性也随之加强。HUI等[50]采用DEAE-52和Sephadex G-100柱层析法从黄芩中纯化了一种阿拉伯半乳聚糖SBP-1,SBP-1由阿拉伯糖、葡萄糖和半乳糖组成;体外生物活性研究表明,SBP-1具有剂量依赖性的抗氧化和降血糖活性;当SBP-1水平达到4 g·L-1时,对ABTS、DPPH、羟基和超氧化物自由基的清除率均超过60%,对α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶的抑制率均超过80%,与阿卡波糖的抑制率接近。LIAU等[51]使用乙酸乙酯对黄芩根部成分进行提取而得到一种提取物,该提取物含有黄芩素、黄芩苷、汉黄芩苷和木犀草素 A 4种化合物,具有很高的ROS清除能力。张倩等[52]通过细胞实验发现,黄芩素能够显著抑制NO、TNF-α、IL-6等炎症因子的释放及诱导型一氧化氮合成酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS)、COX-2蛋白的表达,且对DPPH自由基、超氧阴离子具有一定的清除作用。

2.5 降糖作用

中医药在治疗2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus,T2DM)方面有着悠久的历史和丰富的经验。葛根黄芩汤是治疗糖尿病的代表方剂之一,其包括葛根、黄芩、黄连和甘草4种药物[53]。SHIN等[54]研究发现,黄芩联合二甲双胍治疗可改善T2DM患者的葡萄糖耐量和炎症,并影响肠道微生物群。LIU等[55]研究表明,黄芩和黄连提取物及其主要成分可通过抑制链脲佐菌素诱导的糖尿病大鼠肠道双糖酶活性的增加和提高血浆胰岛素水平而发挥降血糖作用。YINGRUI等[56]研究发现,黄芩素能消除自由基,抑制蛋白激酶C并激活α-葡萄糖苷酶活性,保护β细胞。另外,黄芩苷可减少ROS的产生并抑制细胞凋亡,激活胰岛素受体底物、AMPK信号级联反应;其中黄芩苷浓度增加时,AMPK磷酸化也随之增强,刺激血糖的摄取,敲低AMPK后可显著降低葡萄糖的吸收,证明黄芩苷可促进葡萄糖的吸收。汉黄芩素可通过上调PI3K/Akt途径诱导葡萄糖转运蛋白4的表达,促进组织和细胞对葡萄糖的利用,并通过PPAR-α途径降低小鼠血糖,进而提高血清胰岛素水平。WANG等[57]研究发现,白杨素、5,8,2′-三羟基-7-甲氧基黄酮和汉黄芩素是黄芩中α-葡萄糖苷酶抑制剂的主要活性成分,而5-羟色胺能突触途径是黄芩抗糖尿病的关键途径。LIU等[58]通过MPC5细胞和糖尿病小鼠模型研究发现,汉黄芩素可通过调节B细胞淋巴瘤-2基因介导的细胞自噬和凋亡之间的交互作用来减轻肾小球病和足细胞损伤。

2.6 肝脏保护作用

研究报道,黄芩素可通过维持V-ATP酶组装、抗氧化应激和抗炎作用,保护肝脏免受高脂肪饮食诱导的肝脂肪变性、脂多糖/D-半乳糖胺和高胆固醇饮食诱导的肝损伤[59-61]。LI等[62]研究发现,黄芩素可减轻果糖诱导的大鼠肝脏脂质积累,对过量食用果糖引起脂肪肝大鼠的肝脏起到保护作用。DU等[63]研究发现,黄芩素可显著减轻四氯化碳诱导的小鼠肝纤维化,同时黄芩素可以调节肝星状细胞活化,减轻转化生长因子-β1活化的肝星状细胞纤维化。研究发现,黄芩可对化学性肝损伤、免疫性肝损伤、酒精性肝病、非酒精性脂肪性肝病、病毒性肝炎、药物性肝损伤和缺血再灌注肝损伤起到保护作用[64]。黄芩及其活性成分在体内和体外均具有抗肝纤维化的作用。在体内,黄芩可通过抗氧化和激活过氧化物酶体增殖物受体发挥抗肝纤维化作用[64-66]。祝鑫红等[67]研究发现,黄芩素可有效抑制高脂喂养小鼠肝脏脂肪变性与氧化损伤,上调Sestrin2表达,增高线粒体膜电位,使其肝脏损伤明显缓解。罗丹等[68]研究表明,黄芩叶总提物可通过增强乙醇脱氢酶来改善乙醇代谢,缓解小鼠醉酒症状,并通过氧化应激逆转乙醇对小鼠造成的肝脏损伤。

2.7 神经保护作用

研究发现,黄芩素可缓解 MPTP小鼠的运动功能障碍和多巴胺能神经元变性,并通过抑制氧化应激对MPTP诱导的帕金森病模型小鼠起到神经保护作用[69]。TU等[70]通过体内体外研究表明,黄芩和柴胡混合物可减轻脊髓损伤大鼠的继发性损伤级联反应,保护神经组织并促进脊髓损伤大鼠后肢行为的恢复。研究发现,汉黄芩素可使大鼠大脑皮层神经元空泡化、核固缩和局灶性胶质增生等明显减轻[71]。薛锦程[72]研究发现,汉黄芩苷能够减少过氧化氢和Aβ诱导的神经元凋亡,保护神经元;另外,其能够改善APP/PS1小鼠学习记忆能力,减少细胞凋亡,保护神经突触功能。苏洁等[73]研究发现,黄芩苷可通过减少人神经母细胞瘤SK-N-SH 细胞S期阻滞来降低细胞凋亡,从而发挥神经元保护作用。另有研究发现,汉黄芩苷可改善东莨菪碱导致的学习记忆损伤模型小鼠学习记忆能力,对神经元起到保护作用[74]。

2.8 心脏保护作用

周丽[75]研究发现,野黄芩苷可抑制多柔比星诱导大鼠心肌纤维化,改善心脏功能和心脏肥大,对心脏起到保护作用。IRRERA等[76]研究发现,黄芩、芦荟等混合物不仅可以减轻氧化应激,保护肝脏和心脏结构;而且,还有助于减少多柔比星治疗后的不良反应,并改善患者化学治疗后的生活质量。WANG等[77]首次发现,黄芩苷在体外和体内可减轻心肌坏死,并通过干扰体外受体相互作用蛋白激酶(receptor-interacting protein kinase,RIPK)1/RIPK3坏死小体的形成,抑制氧化应激诱导的心肌坏死,从而对心脏起到保护作用。另有研究表明,汉黄芩素通过抑制H9C2细胞和新生大鼠心肌细胞中的氧化应激,改善血管紧张素Ⅱ诱导的心肌细胞肥大;进一步研究表明,汉黄芩素的抗氧化作用是通过Nrf-2介导[78]。LIU等[79]研究发现,黄芩素可显著减轻异丙肾上腺素诱导的心脏肥大并恢复心脏功能;黄芩素预处理可增加过氧化氢酶和线粒体自噬受体FUN14结构域的表达,进而清除ROS并促进自噬,从而减轻异丙肾上腺素诱导的心脏肥大。LI等[80]研究发现,黄芩素通过TLR4/MyD88/MAPK/NF-κB途径降低氧化应激、炎症反应和细胞凋亡,并通过l型Ca2+通道调节Ca2+稳态,改善异丙肾上腺素诱导的心肌缺血模型的心肌缺血。

3 结论

黄芩中含有多种活性成分,主要包括黄酮及黄酮苷类、多糖类、挥发油类和微量元素等成分。黄芩的药理作用广泛,具有抗炎、抗菌、抗肿瘤、抗氧化、抗衰老、降血糖、肝脏保护、神经保护和心脏保护等药理作用。黄芩在临床上药用价值较高,当前应加强黄芩中药资源的开发和利用,让其更好地应用于临床。