白术挥发油化学成分及药理作用研究进展

李 静，何 牟，李 玲，2，3*，张 彤，2*

（1.上海中医药大学，上海 201203； 2.经方与现代中药融合创新全国重点实验室，上海 201203； 3.安徽中医药大学，安徽 合肥 230012）

白术系菊科植物白术AtractylodesmacrocephalaKoidz.的根茎，收载于2020 年版《中国药典》，其味苦、甘，性温，归于脾、胃两经，具有健脾益气、燥湿利水、止汗、安胎的功效。白术目前主产于浙江、安徽、湖北，这些地区白术质量较优且稳定。白术的化学成分主要为挥发油、内酯类成分、苷类成分、多糖以及氨基酸等化合物［1］。现代药理学研究表明，白术具有保肝、抗肿瘤、抗炎、降血糖、调节消化系统、调节胃肠运动等药理作用，主要作用于机体的胃肠道系统、免疫系统、泌尿系统［1-3］。

白术挥发油作为白术抗炎的主要药效成分，在白术根茎中的含量约为1.4% ～2.5%，与产地密切相关，主要由萜类、脂肪族、芳香族、甾体类等成分组成［3-4］。现代药理学研究表明，白术挥发油具有调节胃肠运动、改善肠道微生物群、抗消化道炎症、抗肿瘤、抗氧化、抗病毒等药理作用，临床应用价值较高。详见图1。现如今虽有较多关于白术挥发油化学成分及药理作用的研究，但却缺乏相对系统全面的总结。因此，本文对白术挥发油的化学成分及其药理作用进行梳理综述，并对其燥性、稳定性等问题进行讨论，以期为白术挥发油的进一步开发利用提供参考依据。

1 化学成分

1.1 概述 白术挥发油是白术的主要药效成分之一，据统计，自身遗传因素和外界环境因素能够影响白术挥发油的积累和质量［5］，据此可推测白术挥发油的成分及含量可能会因时间产生变化，故本文选取了近几年对生白术挥发油化学成分进行分析的文献，对其中化学成分进行分类。通过归纳总结，发现生白术挥发油化学成分以萜类为主，共有78 种，其中又以分子量为204 Da 的异构体相对较多，此外还包括5 种脂肪族类、3 种芳香族类、1 种甾体类、1种生物碱类。详见表1。

表1 生白术挥发油的化学成分

1.2 测定方法 生白术挥发油化学成分以萜类为主，其中苍术酮、α-愈创木烯、α-律草烯、β-芹子烯在挥发油中相对含量较多，β-桉叶醇、白术内酯Ⅰ、白术内酯Ⅲ、γ-榄香烯等具有较强的药理活性［11］，故本文以这几种成分为代表，总结了其测定方法及含量范围。

白术挥发油化学成分的分析方法有气相色谱-质谱（GC-MS） 法［6］、薄层扫描（TLCS） 法［12］、自动静态顶空气相色谱-质谱（SHS-GC/MS） 法［13］、二维气相色谱-飞行时间质谱 （2D GC-TOF-MS） 法［14-15］、高效液相色谱（HPLC） 法［16-20］。GC-MS 法具有灵敏度高、分离效果好的优势，广泛应用于中药挥发性成分的分析。近年来有报道称，GC-MS 法用于蒸发样品的热量可引起所关注分子高达40%的结构改变，说明白术挥发油在进行GC-MS 分析时，检测到的化学成分很可能包括这些遇热不稳定的物质氧化分解所产生的热降解产物，因此所得结果并不能够真正反映白术挥发油的原始成分［21］。相比GC-MS，SHS-GC/MS 和2D GC-TOF-MS 的分析过程更加快速简单，TLCS 和HPLC的分析过程中可减少挥发性成分的受热分解，使结果更加稳定可靠。

由表2 可知，除了白术内酯Ⅲ，其余化合物的含量范围跨度均较大，每个化合物含量最大值和最小值的比例从苍术酮的5.4 倍到白术内酯Ⅰ的276.3 倍不等。受基因与环境的共同作用，所选用的不同栽培品种的白术中，变异品种的挥发油主要成分可能发生改变，从而使苍术酮等成分的含量范围跨度较大［22］。此外，不同的分析方法也会影响挥发油中化学成分种类和含量的检测，导致含量范围产生差异。

表2 主要化学成分的分析方法及含量范围

2 不同炮制工艺对白术挥发油质量的影响

白术药材在经过洗润切法、清炒法、麸炒法、土炒法、焦炒法、炭炒法等炮制之后，能够制成生白术、清炒白术、麸炒白术、蜜麸炒白术、土炒白术、焦白术、白术炭。不同的白术炮制品功效亦有差异，其中，生白术偏于利水消肿、健脾燥湿，清炒白术重在健脾，麸炒白术倾向于补脾益气，土炒白术偏于燥湿、补脾、止泻，焦白术涩肠止泻、补气健脾，擅于收涩温中，白术炭收敛止血之效更佳［25］。研究发现，白术的挥发油含量会随着炮制过程中温度的升高和干燥时间的增长而有所下降，中药饮片经不同方法炮制后，其水分、挥发油、内酯类成分及多糖含量均不相同，而生白术与经其他方法炮制的白术相比，部分成分的差异更加明显［25］。炮制对白术挥发油含量的影响存在一定规律，其影响程度依次为生白术、清炒白术、蜜麸炒白术、麸炒白术、土炒白术、焦白术、白术炭［25-26］，由此可知，炒制程度与白术挥发油的含量密切相关，且经炒制的各类炮制品中白术内酯Ⅰ、Ⅲ以及多糖的含量均高于生白术［25，27］，提示白术挥发油成分可能发生转化。

2.1 洗润切法 生白术的炮制方法可以概括为除杂→洗净→润透→切厚片→干燥［27］。生白术善于治疗四肢浮肿、脾胃亏虚，且能很好地改善腹痛、便秘、腹胀、呕吐的症状［25］。与原药材相比，生白术挥发油组分及含量变化不大，苍术酮、γ-榄香烯等有效成分含量高，但其燥性相对较大，刺激性较强。生白术在制备过程中未经加热，故其中软化步骤相对较易影响其挥发油的提取率。于永明［28］研究发现，软化时间过长会使药材伤水，且蒸法软化白术可使其化学成分发生转化。孙华芳等［29］对白术软化工艺进行改进，规避高温和长时间处理对白术挥发油的影响，即在常温条件下，使水分经过毛细管作用从湿砂中缓慢渗透进白术组织内部，进行间接水润。改进的白术软化法可降低挥发油损失率。综上所述，间接水润法相较于传统的浸润法和蒸法软化，更有利于保留生白术中挥发油，且所需时间少于浸润法，可替代浸润法一定范围内推广使用。但由于其生产效率不及蒸法软化，更高效的大规模生产生白术的炮制方法有待进一步开发。

2.2 清炒法 清炒白术的炮制方法可以概括为将生白术片置于炒制的铁锅内→中火加热→不断翻炒至白术呈焦黄色→逸出香气→取出［19］。清炒白术健脾功效极佳，相比于生白术，清炒白术中挥发油及油中主要成分苍术酮的含量变化较小。王琦等［26］利用GC-MS 分析，发现白术生品和清炒白术的挥发油化学成分和相对含量差异不大，且清炒白术挥发油含量高于生白术。谢丽静等［25］研究发现，可能由于饮片中的挥发油经清炒挥发后多被其吸附于表面，而在其他炮制品中，挥发油多被炮制辅料吸附，故清炒白术挥发油含量最高。

2.3 麸炒法 麸炒白术的炮制方法可以概括为将麦麸皮撒入热锅中→冒烟时加入生白术片→炒至黄棕色→逸出焦香气→取出并筛去麦麸皮［19］。麸炒白术燥性缓和，健脾和胃之效增强，但其挥发油化学成分的种类和含量均受到影响。Gao 等［13-14］通过SHS-GC/MS 分析，发现白术经麸炒后，16种挥发性成分的含量降低，其余成分含量均有不同程度的升高。利用GC-TOF-MS 结合二维多变量数据分析，发现麸炒白术与生品比较，有26 种成分消失，19 种成分新产生。实验表明，麸炒后白术挥发油的含量及挥发油中苍术酮含量均低于生白术［12，19，24］。容穗华等［19］、石晓等［24］经测定发现麸炒白术挥发油含量降低约38.73%，挥发油中苍术酮含量降低约25%。现代研究表明，麸炒白术会将白术挥发油中的苍术酮转化成白术内酯类成分［19］。

2.4 蜜麸炒法 蜜麸炒白术的炮制方法可以概括为将蜜炙麸皮撒入热锅中→冒烟时加入生白术片→炒至黄棕色→逸出焦香气→取出并筛去蜜炙麸皮［19］。蜜麸炒白术可归为麸炒白术，其燥性减弱，健脾益气和胃之效极佳，但挥发油的质量同样受到影响。Gao 等［15］采用GC-TOF-MS 分析，发现蜜麸炒白术中挥发性成分消失了52 种，新生成15 种。陈鸿平等［9］采用GC-MS 和自动质谱退卷积定性系统（AMDIS） 结合Kováts 保留指数（RI） 研究分析白术蜜麸炒制过程中的挥发性成分，发现其挥发油含量随炮制程度加深而降低。容穗华等［19］经炮制测定，发现蜜麸炒白术挥发油含量损失约38.73%。费莹等［27］经GC-MS 测定炮制前后挥发油成分的组成，发现其中有5 种成分消失，4 种新成分产生。同样，多数研究表明，蜜麸炒白术挥发油的含量及挥发油中苍术酮的含量低于生品白术、高于麸炒白术［9，19，30］。

2.5 土炒法 土炒白术的炮制方法可以概括为将灶心土撒入热锅中翻炒→灶心土呈灵活状态时加入生白术片→炒至白术表面均匀挂上土粉时取出→筛去土粉［19］。土炒白术止泻健脾之效极佳，药性缓和，相较于生白术其挥发油含量降低［25］。王琦等［26］经研究发现，由于辅料土与白术挥发油的吸附作用，土炒后挥发油中苍术酮、香叶烯B 相对含量明显降低。容穗华等［19］发现相较于麸炒白术和清炒白术，土炒白术挥发油的含量降低最多，与生品比较降低了45.6%。综上所述，土炒过程对白术挥发油成分的种类及含量均有明显影响，可能是因为辅料土会影响炮制药物的成分，且在炮制过程中会吸附一定的白术挥发油，使得挥发油的量减少。

3 药理作用

白术作为现代临床常用中药，其挥发油在调节胃肠运动、改善肠道微生物群、抗消化道炎症、抗肿瘤、抗氧化、抗病毒等方面都表现出优良的药理活性。

3.1 调节胃肠运动 胃肠动力障碍性疾病作为一种多发病，主要表现为胃食管反流、胃肠道功能性消化不良、肠易激综合征、功能性便秘等［31］。理气类中药大多具有促进胃肠动力的作用，有研究证实了白术能够明显改善小鼠胃排空及其小肠推进功能［32］，而白术根茎中挥发油含量约为1.4% ～2.5%，是白术发挥理气作用的主要物质基础［33］。陈镇等［34］研究发现，白术挥发油具有调节胃肠运动和胃肠功能的作用，主要表现在其各剂量组能提高小鼠的小肠推进率以及小鼠的胃排空，并且对抗阿托品对小鼠肠蠕动的抑制。Chen 等［35］研究发现，白术挥发油通过上调胃肠肽SP 水平和下调血管活性肠肽VIP 水平，降低小鼠的胃潴留率，促进小鼠的肠道推进，并呈剂量依赖性。

3.2 改善肠道微生物群 肠道微生物群在正常情况下处于动态平衡，一旦发生紊乱，就会造成菌群组成和功能失衡，导致机体功能失调，引发各种疾病，例如功能性便秘［36-37］。慢传输型便秘（STC） 是一种常见的功能性便秘，其特征是大便次数减少、大便不畅、大便干硬和腹胀，严重影响了患者的生活质量［38］。Wang 等［39］用地芬诺酯片建立大鼠STC 模型，结果表明枳实白术挥发油经脐部（神阙穴） 给药可通过减少有害菌群的数量并促进有益菌群的生成，改善肠道微生物群的组成，从而改善大鼠的STC 症状。Wang等［40］发现，在人参总皂苷的给药过程中配伍白术挥发油能够抑制5-氟尿嘧啶（5-FU） 诱导的腹泻小鼠肠道菌群结构变化。Li 等［41］对白术挥发油中的主要成分苍术酮进行抗胃溃疡作用研究，发现其可以通过调节紊乱的肠道菌群，改善肠道菌群的代谢物，发挥抗胃溃疡作用。

3.3 抗消化道炎症 胃溃疡是一种全球性多发消化系统的良性病变，主要的病理改变为穿透肌层，使黏膜组织缺损破裂及炎症浸润，该病迁延难愈、反复发作，易导致出血、穿孔、梗阻、癌变等严重并发症［42］。姜正华等［43］采用白术芳香水对无水乙醇诱导的胃溃疡小鼠进行治疗，结果提示白术芳香水能减轻无水乙醇所致的小鼠胃黏膜损伤，改善胃溃疡。此外，白术挥发油可通过抑制脂多糖刺激的ANA-1 细胞一氧化氮（NO） 的产生以及RAW264.7 细胞中NO 和前列腺素E2 （PGE2） 的生成，发挥抗炎活性［44-45］。Li 等［41］研究也证明了白术挥发油中的主要成分苍术酮能够降低TNF-α、NO 水平，使抗炎因子IL-10 水平升高，从而减轻胃溃疡的炎症反应。

溃疡性结肠炎作为一种临床常见病，是一种由遗传背景与环境因素相互作用而导致的慢性炎症性疾病，具有反复发作和缓解交替的特点［46-47］。Tang 等［48］建立了葡聚糖硫酸钠盐（DSS） 诱导的大鼠溃疡性结肠炎模型，将小檗碱和白术挥发油分别装载到结肠靶向微丸和胃靶向微丸中，从而制备成口服双靶向微丸，用于协同治疗溃疡性结肠炎。结果表明，治疗组大鼠促炎因子TNF-α、IL-1β、IL-6 水平降低，抗炎因子IL-4 水平升高。白术挥发油在胃内吸收发挥全身免疫调节作用，对溃疡性结肠炎有干预作用。

3.4 抗肿瘤 癌症即恶性肿瘤，受长期不良生活习惯、环境污染等影响，我国癌症发病率和死亡率呈逐年上升趋势，严重威胁着人们的生命健康［49］。白术挥发油作为天然植物精油，因其含有倍半萜类物质而显示出抗癌活性。本文共收集整理了10 篇有关白术挥发油抗肿瘤活性的报道，部分文章针对多种癌症的治疗效果进行研究，涉及肺癌、肝癌、结肠癌、胃癌、卵巢癌、乳腺癌、宫颈癌、肉瘤，具体见图2［8，44，50-57］。

图2 白术挥发油抗肿瘤类型总结

恶病质是一切恶性肿瘤发展的最终结局，60% ～80%的晚期肿瘤患者都存在癌性恶病质综合征。邱根全等［50］通过C57BL6 小鼠接种小鼠肺腺癌Lewis 建立癌性恶病质动物模型，发现250 mg/kg 白术挥发油口服治疗后，抑瘤率达44.12%，由此推测白术挥发油可能通过抑制肿瘤生长，起到抗癌性恶病质的作用。沈国庆等［53］采用常规硅胶柱层析将白术挥发油按极性分成极性大的部分和极性小的部分，进一步研究其化学成分对S180 荷瘤小鼠的抗肿瘤作用，结果极性小的抑瘤率明显高于极性大的给药组，由此推断白术挥发油的抗肿瘤有效成分可能主要存在于其极性小的部位。此外，白术挥发油对人肝癌细胞SMMC7721、HepG2，人结肠癌细胞HT29，人乳腺癌细胞MCF-7 具有出色的抑制活性，半抑制浓度（IC50） 值分别为21.62、24.02、30.15、36.58 μg/mL［8］。详见图3～4［51-52，54-55，57］。

图3 白术挥发油乳剂体内抗肿瘤活性

图4 白术挥发油乳剂体外抗肿瘤活性

3.5 抗氧化 活性氧（ROS） 和活性氮（RNS） 的产生与抗氧化防御系统、酶促和非酶促之间的严重失衡致使机体产生氧化应激，氧化应激被认为是产生疾病和衰老的重要因素［58］。研究发现，白术挥发油不仅具有较强的体外抗氧化作用，还可通过改善机体对自由基清除能力、减少脂质过氧化产物的生成而提高小鼠耐缺氧能力［59］。许平翠等［6］研究发现，白术挥发油具有清除1，1-二苯基-2-苦腈基（DPPH） 自由基和还原Fe3＋的能力，且白术挥发油的抗氧化作用是由苍术酮主导，苍术酮浓度越高，白术挥发油抗氧化能力越强。Wu 等［45］通过铁氰化物还原、DPPH、2，2′-联氮-双-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸（ABTS） 清除试验也证明了白术挥发油具有较强的抗氧化能力。李铮［60］研究发现，白术挥发油一方面能通过激活AMPK/Nrf2 通路以减轻氧化应激，另一方面能通过激活自噬，实现对对乙酰氨基酚（APAP） 诱导的小鼠急性肝损伤的保护作用。

3.6 其他 研究证明，白术挥发油能够抑制金黄色葡萄球菌、鲍曼不动杆菌、草绿色链球菌，具有95%以上的抑菌率，并且能够抑制铜绿假单胞菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、肠道沙门菌、枯草芽孢杆菌的生长，最低抑制浓度范围为0.5～2.0 mg/mL［45，57］。Wang 等［7］发现以苍术酮为主的白术挥发油具有明显的祛痰作用。白术挥发油还可通过提高胰岛素敏感性，改善代谢综合征大鼠的糖脂代谢［61］。

4 讨论

4.1 燥性 白术挥发油性燥烈，生用易刺激肠胃，苍术酮在白术挥发油中的相对含量过半，是其中主要的燥性成分，经炮制后苍术酮能够转化为白术内酯类物质，燥性减弱。故为了实现“减酮减燥，增酯增效”，增加其健脾的功效，常将白术制成炮制品。大多数炮制方法都会降低苍术酮在白术挥发油中的相对含量，故可根据所需药效选择白术炮制品。若用于调节胃肠运动、抗炎、抗肿瘤、抗氧化，发挥其利水消肿、健脾燥湿功效，应选择生白术； 若想在最大程度保留苍术酮的基础上提高健脾功效，应选择清炒白术； 若用于抗衰老、调节免疫、利尿、调节肠胃功能等，增强健脾和胃功效，应选择麸炒白术； 若想进一步降低燥性，治疗脾虚泄泻，增强其补脾止泻之效，应选择土炒白术； 若用于寒性、慢性腹泻，发挥其补气健脾、收涩温中之效，应选择焦白术； 若用于治疗慢性、寒性腹泻长久所致出血症，发挥其收敛止血之效，应选择白术炭［25，62］。苍术酮作为白术挥发油中相对含量最高的成分，具有抗肿瘤、降血压、降糖、保护呼吸系统、抗炎镇痛、抗氧化、保肝、抗流感病毒、除螨等作用，是主要有效成分之一，炮制虽然减少白术挥发油中苍术酮的相对含量，但挥发油中仍以苍术酮的含量为最高［63］，因此，苍术酮在白术挥发油中的作用不可忽视。

4.2 稳定性 白术挥发油易氧化难保存，其氧化受温度、相对湿度、日光、微生物等因素的影响。实验证明，白术挥发油中γ-榄香烯在其经光照氧化分解后消失，苍术酮含量明显减少，而β-桉叶醇、白术内酯Ⅰ、白术内酯Ⅲ等具有抗肿瘤活性的成分含量提高［64-67］。故有学者将白术挥发油紫外光照氧化的分解产物与太阳光照氧化的分解产物比较，发现紫外光照氧化分解后内酯成分的含量较高，将白术挥发油置于紫外灯下光照氧化可实现酮酯的高效转化，而太阳光照氧化胜在所需成本更低，更适合大规模制药研究［65］。

苍术酮作为白术挥发油的主要有效成分之一，具有广泛的药理活性，但其性质极不稳定，易受光照、温度、pH的影响，氧化分解后苍术酮的含量大幅降低。据文献报道，在室温避光条件下，白术挥发油中的苍术酮相对含量未降低，而苍术酮对照品在放置第5 天时分解率达30% 以上；但苍术酮对照品在-20 ℃冷冻避光条件下放置5 d 的分解率基本不变［68］。由此可知苍术酮在白术挥发油中可能易维持稳态，较苍术酮对照品更稳定。药理实验中的苍术酮纯品应-20 ℃冷冻避光保存。

4.3 安全性 多种挥发油在发挥治疗作用的同时也会产生毒性［69-72］，如口服低剂量的艾叶挥发油1.9 g/kg 可引起药物性肝损伤； 连续30 d 灌胃柴胡挥发油0.19～0.42 mL/kg会导致大鼠肝毒性损伤； 小鼠口服灌胃给予细辛挥发油的LD50为158.35 g/kg； 灌胃给予吴茱萸挥发油的LD50为1.708 mL/kg。随着技术的发展，白术挥发油被证明具有多种药理作用，临床应用价值高，随之而来的也有对其安全性的担忧。但目前仍缺乏关于白术挥发油毒性的深入研究报道，此领域还有待探索。

5 结语与展望

白术被前人称为“脾脏补气健脾第一要药”，有“十方九术” 之说。其临床应用广泛，是苓桂术甘汤、四君子汤、玉屏风散、肾着汤等经典中药方剂的组成原料之一。作为传统的药食同源植物，白术药膳粥、白术茶、白术饼等亦是家庭食疗的常备之品。白术挥发油是白术发挥其药理作用的主要成分之一，具有调节胃肠运动、改善肠道微生物群、抗消化道炎症、抗肿瘤、抗氧化、抗病毒等药理活性。目前除了片剂、丸剂、颗粒剂、胶囊剂等传统剂型的制备，白术挥发油新剂型研究包括环糊精包合物、微丸、乳剂，种类较少，今后可对其固体分散体、脂质体、纳米粒等新剂型方面加以基础研究和临床探索。

白术挥发油中萜类物质占比较高，其中又以倍半萜类化合物为主，此类化合物具有抗炎、抗肿瘤、保护神经系统、保护胃肠道、抗菌、抗病毒等生物活性，开发潜力大［73］。现如今存在较多关于白术挥发油改善胃肠道疾病的报道，并且开展了相关的实验进行验证，结果表明白术挥发油对胃肠道的确具有很好的保护作用。因此，本文在对白术挥发油的药理活性进行综合论述时，重点聚焦其对于胃肠道的活性研究。未来针对白术挥发油及其萜类物质，可在抗肿瘤、治疗肠炎和消化性溃疡、老年相关记忆障碍或血管生成性疾病等方向进行开发利用。

白术挥发油稳定性较差，对生产储存条件要求高，不同提取方法会影响白术挥发油中各化学成分的种类和相对含量，进而影响其生物活性。因此在实际应用中，应根据具体需求选择合适的提取工艺或进一步优化提取工艺，最大程度地保证挥发油的质量稳定。白术经加热炮制后会导致有效物质的转化或消失，故需严格把控炮制工艺。中药超微粉碎技术［74］能使白术细胞破壁率提高，挥发油溶出率增大，但对挥发油中成分种类和成分含量均有一定影响。其原因可能是超微粉碎技术粉碎时间较长，在长时间高温粉碎环境下白术挥发油的部分成分已发生分解、氧化-还原以及异构化等反应，故中药超微粉碎技术是否有助于白术挥发油药理作用的发挥还有待进一步研究。

目前白术在临床上多配伍成方使用，而使用含白术挥发油制剂治疗疾病的文献较少，市面上也并无以白术挥发油为主的成方制剂。对于白术挥发油及其活性成分的研究大多集中在药效作用上，对其作用机制研究较少，深层次的信号通路研究还有待探索。目前，白术挥发油市场潜力大，但其开发程度远远不够，深入研究白术挥发油及其萜类化合物的生物活性对于新药的开发既有重要的理论价值又有广阔的应用前景。