中药酚性化合物的抗肿瘤机制及制备方法
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【摘要】 酚性化合物是许多中药的有效成分,具有抗肿瘤作用。其作用机理为抗氧化作用,抗细胞增殖,诱导细胞调亡,干预细胞转导和增强抑癌基因表达,干预细胞周期等。利用现代分离技术可将其提取并纯化。就酚性化合物抗肿瘤机理和提取纯化方法进行综述。
Abstract:Phenolic compounds,the effective fraction in many Traditional Chinese Medicines,have significant antitumor effects. The mechanism are antioxidation,cell proliferation suppression,apoptosis induction,cell signal transduction disturbing and tumor suppression gene activity enhancing,cell cycle disturbing etc.By modern separation technology,they can be extracted and purified.In this article recent research progress in antitumor mechanism and preparative method of phenolic compounds was reviewed.
Key words:Phenolic compounds;antitumor mechanism;preparative method;review
酚性化合物存在于多种植物性中药中,在抗肿瘤中药中普遍存在,如葛根、黄芩、金银花、独活、厚朴、银杏、黄芪、虎杖、藤梨根等均含有多酚。酚性化合物主要包括黄酮类、香豆素、木脂素等,它们具有显着的抗肿瘤活性。
1 酚性化合物的结构特点
黄酮类化合物的基本母核早期指2—苯基色原酮,近年来泛指2个苯基通过3碳链相连形成的化合物,即具有C6C3C6基本骨架。它们是一类多酚化合物,每个苯环上可连接上取代基,取代基多为羟基、糖基或多糖,如黄酮、黄酮醇、异黄酮、查耳酮及它们的二氢衍生物和黄烷醇、花青素、槲皮素等。它们具有显着的抗肿瘤活性,因其苯环上取代基不同,其抗癌、抗氧化等作用效果差别很大。B环上有一邻位酚结构和饱和的C环显示出最强的抗肿瘤活性[1]。含有黄酮类化合物的中药材有葛根、黄芩、枳壳、陈皮、山楂、蒲黄、丹参、川芎、银杏、甘草等。木脂素是一类生物调节物质,可分为游离的脂溶性木脂素和含配糖体的水溶性的木脂素。它属于苯丙素类,结构中含有一个或多个苯丙素。它对小细胞肺癌、白细胞癌、淋巴肉瘤、神经胶质瘤、霍杰金氏症等多种癌症有特殊疗效[2]。含木脂素的中药有厚朴、五味子等。香豆素的化学名称为苯并α吡喃酮,或1,2-苯并α吡喃酮。香豆素可看作是邻羟基肉桂酸的内酯,具芳香气味。根据环上取代基及其位置的不同,常将香豆素分为简单香豆素、呋喃香豆素、吡喃香豆素和其他香豆素等。含香豆素的中药有独活、茵陈等。香豆素具有较强的抗肿瘤作用[3]。
2 抗肿瘤机制
2.1 抗氧化作用 活性氧可以损伤DNA,细胞在DNA损伤未修复或错误修复的条件下分裂从而引起突变的发生,如果突变发生在某些重要的基因上时则会引起肿瘤的发生。而酚性化合物都有个共同的特性就是含有酚羟基,酚性化合物中的酚羟基能够与自由氧作用。酚性化合物的抗氧化作用机制为:作用于与自由基有关的酶;阻断自由基链的传递;与诱导氧化的过渡金属离子络合[4]。
2.2 阻断细胞周期,抗细胞增殖作用 肿瘤是细胞无限增殖的结果。芹菜素(apigenin)具有诱导C50和308小鼠皮肤细胞和人白血病细胞(HL-60)周期停止于G2/M期的作用,此作用于除去芹菜素2小时后可逆转[5]。
2.3 抑制DNA合成,破坏DNA结构 参与DNA合成过程的许多酶都可能成为酚性化合物抗肿瘤作用的靶点,这些酶的抑制剂在一定的程度上可以阻断DNA的合成。如柚皮苷(naringin)能阻止藻毒素(algal toxins)和微胞藻素(microcystinLR)对肝细胞角蛋白细胞骨架过度磷酸化和破坏作用[6]。
2.4 干预细胞信号转导 酚性化合物能抑制细胞信号转导过程中的酪氨酸蛋白激酶(TPK)和蛋白激酶C(PKC)的活性。TPK能诱导肿瘤发生,它能激活PKC和诱导原癌基因表达。有人对14种黄酮类化合物抑制信号转导和细胞转化相关的酶——磷脂酰肌醇3激酶α(PI3Kα)活性的作用进行了研究。结果发现,抑制作用大小顺序:杨梅黄酮>藤黄菌素>芹菜苷配基>漆树黄酮>槲皮素[7]。黄酮类化合物的结构与它们对激酶的抑制作用强度有关,一些黄酮类化合物既能抑制PKC,也能抑制EGFR的TPK活性。构效分析发现,B环上羟基的位置和数量以及C2C3键的饱和度是黄酮类化合物抑制PI3K活性大小的重要因素[8]。
2.5 诱导细胞凋亡 有人[9]发现,芹菜苷配基、藤黄素和槲皮素能使肿瘤细胞C3H10T1/2CL8细胞P53堆积和细胞凋亡,凋亡发生在细胞周期的G2/M时相外,G2/M停止呈P53依赖性,成纤维细胞P53敲除后此作用就不会发生。这些黄酮诱导凋亡的作用大小依次为芹菜苷配基>槲皮素>杨梅黄酮>山奈黄素。甘草查尔酮-A、黄芩配基均有促进细胞凋亡的作用[10]。
2.6 促进抑癌基因表达和抑制癌基因表达 槲皮素能抑制K-ras,H-ras和N-ras基因表达,使癌基因产物表达量降低[11]。槲皮素还能降低大肠癌细胞系和原发性结直肠癌组织稳态的P21-ras蛋白水平,呈时间和剂量依赖关系,10μmol·L1的槲皮素处理细胞24h后,P21-ras蛋白表达降低了50%。
3 酚性化合物的提取和分离纯化
3.1 提取方法
3.1.1 热水提取 水提取过程中要考虑加水量、浸泡时间、煎煮时间及煎煮次数等因素。此工艺成本低、安全,适用工业化大生产,但是用水提取时,提取液中杂质较多(如无机盐、蛋白质、糖等),给进一步分离带来许多麻烦。现在,已经很少单一使用本法。
3.1.2 有机溶剂萃取法 常用的有机溶剂有甲醇、乙醇、丙酮等。提取方法有冷浸法、渗漉法、回流法。冷浸法不需要加热,但费时较长,效率低;渗漉法由于保持一定的浓度差,所以提取效率较高,浸液杂质较少,但费时较长,溶剂用量大,操作麻烦;回流法效率较冷浸法和渗漉法高,速度快,但受热易破坏的原料不宜用此法。例如:元宝枫叶粉中提取黄酮类物质用的是冷浸法,用70%乙醇提取,提取率和黄酮含量都很高,提取物质较易浓缩和干燥[12];陈皮苷提取用乙醇渗漉法,使用50%或60%的乙醇,16倍提取液时提取效果最佳[13];从水飞蓟中提取水蓟宾,用乙酸乙酯做溶剂,用索氏提取法连续回流抽提9次,然后在甲醇中经多次重结晶可得到水蓟宾纯品[14]。
3.1.3 碱性稀醇或碱性水提取 此方法是利用酚羟基的酸性,可以用碱性稀醇或碱性水提取浸出,经酸化后得到黄酮类物质。主要用的碱性溶液是稀氢氧化钠和石灰水。氢氧化钠水溶液的浸出能力高,但杂质较多不利于纯化。石灰水可以使一些鞣质或水溶性杂质沉淀生成钙盐沉淀,有利于浸液纯化,但是浸出效果不如氢氧化钠水溶液效果好,同时有些黄酮类化合物能与钙结合成不溶性物质,不被溶出。一般可以根据不同的原料使用不同的碱性溶液。例如从中提取黄酮类物质时,用pH10的氢氧化钠溶液浸出效果较好[15]。
3.1.4 超声波法 超声提取技术具有提取时间短、产率高、无需加热、低温提取有利于有效成分的保护等优点。被浸提的物质在被瞬间破碎,生物活性保持不变,同时提高破碎速度和提取率。如以石灰水作溶剂,对黄连超声提取30min,所得提出率比浸泡24h高50%[16]。
3.1.5 微波提取 李嵘等人曾用微波法提取过银杏叶中的黄酮甙,研究发现,溶剂萃取前对原料和
水的混合液进行短时间微波处理,能大大提高黄酮提取率和缩短溶剂萃取所需的时间[17]。
3.1.6 酶解法 植物药的细胞壁组成物质纤维素以及许多植物药材细胞内含的果胶等物质阻止细胞内有效成分溶出。应用纤维素酶、果胶酶等可使细胞壁及细胞质中的纤维素、果胶等物质降解,减小有效成分从细胞内向提取介质扩散的传质阻力,促进有效成分的溶出。
3.2 分离纯化 酚性化合物的分离纯化方法很多,有柱层析、薄层层析、溶剂萃取以及近年来的高效液相色谱(HPLC),气相色谱等,在此介绍几种可工业化生产的方法。
3.2.1 大孔树脂吸附法 吸附树脂已广泛应用于酚性化合物的提取。大孔树脂吸附法已成为银杏叶黄酮提取工艺的有效手段[18]。如采用弱极性AB-8大孔树脂对葛根黄酮、银杏叶黄酮进行吸附分离,提取物中黄酮含量提高近一倍;用CAD-40大树脂分离纯化柚皮苷效果很好等。这种方法提取效率较高、成本低,适合工业化生产。
3.2.2 膜分离法 有人[19]将膜分离技术应用于银杏中黄酮类物质的提取,发现提取效果明显优于传统的提取方法。膜分离技术具有无相变、能耗低,工艺简单,易于连续化,不污染环境等优点,发展前景极为广阔。但目前膜在中药中使用仍然存在易堵塞,使用寿命短等缺点。
3.2.3 高速逆流色谱 高速逆流色谱技术在分离纯化黄酮、木脂素、香豆素等成分的研究中获得成功。有人用氯仿甲醇水(33:40:27)体系,700r/m转速,在700min内从从黄酮混合物中分离橙皮素、四羟基黄酮和槲皮黄酮[20]。高速逆流色谱固定相是液体,无需固体载体支持,因此完全消除了气、液色谱中常见的吸附现象,特别适用于分离极性大的组分以及一些生物大分子。利用高速逆流色谱仪可以一次进样几十毫升,分离近10g的样品,它不需升温加热,也不需要精密的恒流泵,简单方便。
3.2.4 离子交换树脂法 有人用80%乙醇溶液提取豆饼中大豆异黄酮,所得粗提物溶于碱性溶液,经离子交换分离可使大豆异黄酮在产物中的含量提高10.57倍[21]。
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